变电站远程视频监控系统的开发与应用.pdf

电力自动化自动化应用变电站远程视频监控系统的开发与应用马元青（山西三聚盛输变电工程有限公司，山西太原0 30 0 0 0）摘要：针对传统变电站现场人工巡检效率低，工人劳动强度大，存在不安全因素以及设备监测结果不稳定等问题，本文通过分析变电站远程视频监控系统功能要求，提出了一种变电站集中远程视频在线监控系统，实现对同一区域的变电站的集中在线监测、远程监控、远程操作、视频图像存储和故障实时报警；介绍了远程视频监控系统的硬件组成，并开发了上位机监控系统界面。经现场应用和调试表明，该套变电站远程视频监控系统可以实时采集变电站的运行参数，实时集中维护和管理设备，降低了工人劳动强度，大大提高了监控效率和故障处理效率，取得了满意的应用效果。关键词：变电站，在线监控，远程运维，上位机，系统开发中图分类号：TM63Development and Application of Substation Remote Video Monitoring System(Shanxi Sanjusheng Power Transmission and Transformation Engineering Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030000,China)Abstract:In view of the low efficiency,labor intensity,unsafe factors and the analysis of remote video monitoring system,this paper proposes a centralized remote video online monitoring system,for the same area of substation online monitoring,remote monitoring,remote operation,video image storage and fault real-time alarm,introduces the hardware composition ofremote video monitoring system,and develops the upper computer monitoring system interface.After on-site application anddebugging,it is shown that the remote video monitoring system proposed by this substation can collect the operationparameters of the substation in real time,carry out real-time centralized maintenance and management of the equipment,reduces the labor intensity of workers,greatly improves the monitoring efficiency and fault processing efficiency,and achievessatisfactory application effect.Key words:substation,on-line monitoring,remote operation and maintenance,upper computer,system development文献标识码：AMA Yuanqing0引言随着我国用电需求量的不断增大，电力传输系统越来越复杂，变电站的数量也越来越多，变电站的现场巡检和运维难度越来越大1。变电站是电力系统输送和转换过程中最重要的场所,包括升压变电站、降压变电站以及中间变电站等。目前，变压器的运行强度较大，变电站内部有大量的继电保护器以及接触器，非常容易出现各种运行故障，变电站一旦发生故障将会导致区域大范围停电，严重影响生产和生活2。为了保证变电站的稳定运行，需要定期安排专人巡检和维护变电站，传统的变电站巡检维护存在劳动强度大、巡检效率低、运维成本高、现场监控参数危险系数高、监测结果反馈不及时等问题，这些问题为变电站的稳定运行埋下了隐患，不利于实现变电站的智能化管理3。为此，本文通过分析变电站远程视频监控系统功能作者简介：马元青，男，19 8 9 年生，工程师，从事变电站安全运行与维护工作。要求，设计了变电站远程视频监控系统，并开发了配套远程监控界面，完成了硬件系统选型和上位机系统开发，经现场调试和应用，验证了方案设计的合理性和可行性。1变电站远程监控系统开发功能要求目前，我国大部分的变电站运维由大量在岗工人完成，通过工人深入一线到变电站附近查看设备和电缆，利用点检设备或温度传感器采集信息，根据采集的信息判断设备是否出现异常。这样的运维方式存在劳动强度大、效率低、监测数据受外部干扰大等问题,埋下了安全隐患4。为此，本文提出了变电站远程监控系统，该系统不仅需要代替工人完成巡检任务，发现设备的运行异常，还需要具备远程操控与信息实时动态采集的功能，具体功能要求包括4点。（1)设备在线监测功能。变电站远程视频监控系统要求实时获取变电站的动态参数，以及变电站的运行状2023|16期|573硬件系统设计与软件编程自动化应用电力自动化态，代替工人完成设备的巡检任务。（2)远程监控与运维功能。为解决工人现场巡检存在效率低、危险性高等问题，变电站远程视频监控系统应具备远程监控和远程运维，避免工人在现场进行巡检，大大降低工人劳动强度，提高作业效率5。(3)设备集中管理功能。由于变电站数量较多,巡检所有变电站设备的强度较大，为此,设计的变电站远程视频监控系统需要实现设备的集中管理，以集中所有变电站，实现一屏管理一区域目标，且各区域可实现自由切换。(4)故障自诊断与历史记录功能。变电站远程视频监控系统需要实现对变电站设备故障实现自诊断，利用计算机系统和算法自动识别并及时报警故障，同时自动生成每次故障以及处理故障的时间记录，便于后期下载。2变电站远程监控系统整体方案设计根据变电站远程监控系统功能要求，可以得出变电站远程监控系统需要实时采集变电站关键部位的运行参数和特征，需要使用传感器和视频监控设施实时监控变电站关键部位6。在电路系统中,某些高压电路出现短路时会发出很大的放电声音，需要设置声音传感器采集音频信号。此外，电路系统发生短路时会产生局部高温，需要利用红外热成像技术采集温度信息。搭建的变电站远程监控系统整体方案如图1所示。变电站RFID射频识别技术1自主定位变文电站主监控单元快速充电变电话立备用监控3单元由图1可知，整个变电站远程监控系统由设备端、数据采集与传输子系统、后台故障分析与预警系统3个部分组成。设备端由主监控单元、备用监控单元、充电锂电池等组成，监控单元采用一用一备方式，用于应对监控单元因损坏而无法及时获取图像的问题，大容量可充电锂电池为整个监控单元提供电力能源6。数据采集与传输子系统由数据检测传感器、红外热成像仪、图像数据采集以及音频数据采集等组成，用于检测变电站设备运行状态的各项参数，检测的参数通过无线基站模块发送到后台监控系统。后台故障分析与预警系统将获取的故障信息形成巡检数据库,并与基础数据库融合，以便分析故障特征。当变电站出现故障时，将会获取故障信号并发送到后台监控系统，再由后台故障处理软件判断故障特征,得到设备的异常信息，并自动生成历史曲线和故障报表。3.1 硬件系统设计变电站远程视频监控系统的硬件系统由传感器、图像采集单元和控制主机组成，传感器主要包括CO传感器、CO,传感器、烟雾传感器、声音传感器，通过传感器可以实时采集变电站现场的环境参数，并发送到信号处理器进行分析7。同时，利用图像采集单元可实时采集现场的运行状况，并将采集的信息通过无线模块发送到数据处理终端，图像采集单元选用海康威视的高清摄像头。传感器型号列表如表1所示。表1传感器型号列表检测气体硬件型号甲烷MH-440D智能红外气体传感器温度SHT31COME3-CO传感器烟雾MQ-2声音矿用本安型FS12图像采集海康威视远红外防爆摄像机硬件模块包括各种传感器和图像采集模块，其中，烟雾传感器作为变电站在使用过程中的烟雾信号，当变电站中某些电缆起火引起空气中的浓度超标时，将会发出报警，并定位故障点；选型的声音传感器用于全面采集变电站在运行过程中的音频信号；外置摄像头由36 0 高清摄传感器数据巡检采集任务数据报表红外热成像分析智能检测模块数据采集与传输图1整体技术方案像头和红外摄像头组成，不仅可以实时采集变电站关键部件的视频信号，还可以获取变电站关键部位的温度信号，数据采集无线基站图像数据采集音频数据采集设备巡检缺陷数据库报表历史基础曲线数据库报表后台故障分析与预警系统通过可视化方式实现高清呈现。当变电站设备某位置温度过高时，将会直接引起局部温度升高，此时的图像画面会呈红色，并及时发出警报提醒。3.2软件监控系统设计为了实现变电站远程视频监控的在线监测与实时故障诊断，研究人员开发了配套的软件控制系统，变电站远程视频监控系统软件流程图如图2 所示。开始原始信号f（n)硬件初始化自适应变分模态分解定时采集模拟电压有/无模拟电压？否是启动A/D转换等待D/A转换结束将数据存入数组否转换结束？是计算距离值结束（a）传感器信号采集流程IMF分量IMF分量筛选故障分量包络解调分析计算包络谱幅值温度信号是否超过设定闯值故障诊断(b）故障诊断算法流程图2 软件控制流程图IMF分量58|自动化应用电力自动化自动化应用由图2(a)可知，整个传感器信号采集流程是上电后频信号可视化展示在上位机界面，工作人员在上位机端可初始化系统，并定时采集模拟电压值，判断是否有模拟电以清晰监控变电站关键部位和重点环节的生产状况。同压输人。判断后会启动A/D转换，等待转换结束后的数据时,该系统也能对局部位置温度异常或异常声响状况进行会自动保存，并计算距离值，从而识别异常信息8。由图2及时报警，大大减轻了工人劳动强度，提高了工作效率，降(b)可知,原始输人的故障信号需要经过处理才能变为可低了企业的监控成本，取得了非常满意的应用效果。识别的故障信号。处理时应采用自适应分模态分解算法进行处理，得到不同的IMF分量信息，然后筛选所有的故障分量，确定故障分量后进行解调分析，从而计算包络幅值。之后，判断模块应判断其是否超过设定的安全值，当超过设定的安全值时,将会触发故障识别机制，以确定故障的位置和原因。4工业应用与效果为了验证变电站远程视频监控系统方案设计的合理性，根据变电站远程视频监控系统整体技术方案进行布置。在某地区的变电站区域进行了硬件安装和控制系统调试,在实际安装过程中将传感器布置在高压变电站、低压变电站和中间变电站制高点。远程视频监控系统架构如图3所示。监控摄像头选红外成像 1#监控摄像头2#远红外成像2#监控摄像头3#图3视频监控系统架构由图3可知，变电站远程视频监控系统视频端是通过下位机获取设备的运行状态，并通过工业以太环网将数据上传到上位机控制系统，实现对变电站设备的在线监控与故障诊断。变电站远程视频监控系统交互界面如图4所示。安装和调试变电站远程监控系统，利用组态GUI系统开发上位机监控系统界面，经现场应用表明，视频监控系统能为值班室人员提供实时、清晰的现场视频图像，并且可实时监控多路信息和数据，监控全场变电站、断路器以及接地刀闸等重点区域。将变电站现场视频、图像和音图4变电站远程智能运维监控系统界面5结语为解决变电站传统人工巡检存在效率低、劳动强度大、监测智能化程度低等问题，本文通过分析变电站远程视频监控系统功能要求，提出了一种变电站集中远程视频在线监控系统，利用视频成像技术采集变电站及关键部件的特征信号，准确提取故障信号并进行处理和判断，并介绍了硬件系统组成，设计了软件控制系统。经现场应用表总网明，本次设计的这套变电站远程视频监控系统集成了多种数据，可以任意切换不同的变电站，实现对变电站全域的集中监控和重点部位的监控，大大减轻了工人劳动强度，监控调度层提高了巡检效率和巡检质量，取得良好的应用效果。sitelimkbridge现场层以太环网监控摄像头1#远红外成像1#监控摄像头2#、远红外成像2#监控摄像头3#参考文献1康海伟.变电所远程智能监控系统的设计J.自动化应用，2013(10):76-77.2范万祥.电力变电站视频监控系统的设计和实现D.成都：电子科技大学,2 0 15.3周艳丽.基于自组网的变电站远程视频监控系统设计J.电源技术,2 0 16,40(7):1510-1512.4邓广志.远程视频监控系统在变电站中的应用J.中国科技信息,2 0 14,50 3(Z2):111-112.5程翠，殷树才，彭勇.基于WIFI的变电站远程无线视频监控系统设计J.信息通信，2 0 13,131(9)：51-52.6程丽宁.变电站数字化远程视频监控系统J.科技视界,2 0 13,8 5(34):257-257.7周建超，梁京，何金朋.变电站远程视频监控系统J.中国新技术新产品,2 0 14,2 7 5(13)：36-37.8张莹.变电站调控一体化远程视频监控系统设计与建设研究D.北京：华北电力大学，2 0 16.（责任编辑：周贵兰）2023|16期|59