视频监控技术在电力行业的应用技术研究

摘要：通过介绍视频监控新技术的发展，结合电力行业的业务应用需求，以及智能电网建设对电力视频监控新需求，研究了视频监摔技术在电力行业的应用技术，提出了视频监控技术在电力行业的应用技术方案。
关键词：电力行业；智能电网；视频监控

0 引言
    输变电设备监控，一直以来都是电网建设和管理的重点，随着各类数据采集及监控系统的深入扩展应用，综合EMS、PMU以及继电保护、安全自动装置、故障录波等各类实时数据信息，我们已经逐步实现对电网调度一体化的实时监控。但是，对输变电设备运行状况的监控，仅仅关注电压、电流等数据还不够，我们仍然无法及时了解高树成长对高压输变电线路的威胁，无法及时捕捉和预防输变电设备人为破坏的危险，在遭遇冰冻雨雪时，无法人工巡线的问题依旧存在。
    高压输变电线路通常都是远离居住区，要是有专门的维护人员进行看管不仅成本增加，也不利于维护人员的人身安全，只有通过应用视频监控系统，解决恶劣天气下无法人工巡线的问题，才能有效预防人为和自然破坏，提高电力系统的工作效率及安全监护水平。

1 视频监控系统的技术发展
    视频监控系统的发展经过了第一代模拟CCTV系统、第二代数模混合阶段以后，第三代网络视频监控正迅速崛起。
    网络视频监控的这些优势使其大大扩展了视频监控的应用场所。因此，目前视频监控系统正向"高清化、智能化、移动化、标准化和平台化"发展，这是第三代网络视频监控的大势所趋。整个系统趋向平台化、智能化。

2 视频监控系统传输技术的发展
    随着视频监控系统的"高清化、智能化、移动化、标准化和平台化"发展，对视频信号的传输介质与传输技术提出更高的要求。而一些新传输技术的发展，也推动了视频系统向这一方向的发展。
2．1 以3G为代表的无线移动视频传输技术
    随着移动通信事业的蓬勃发展，随着3G网络的开通，Wifi的不断普及，无线移动视频技术为移动终端用户带来了更快的数据传输速率。随时随地进行视频监控成为了可能。随着手机功能的不断增强，用手机来代替PC作为视频监控客户端也将成为大多数应用者的需求。
    无线设备或指挥车的信息在视频监控统一管理平台上通过树型结构的方式加以展现，以便于用户直观地对其进行查看和操作。如图1所示。

2．2 以光纤网络为代表的有线视频传输技术
    随着光纤通信技术的发展及在视频传输领域的应用，采用光端机将视频信号转化为光信号，利用光纤进行传输的方式使得视频监控系统的覆盖范围得到了很大的延伸，由于光纤传输的众多优势以及系统建设成本的持续下降，采用光纤传输的方案成为建设大型视频监控系统的主流传输方案。
    光纤和光端机应用在监控领域里丰要是解决了两个问题：一是传输距离，二是环境干扰。由于双绞线和同轴电缆都是以电信号的方式进行信号传输，传输距离受到信号衰减、失真等因素的影响，仅仅适用于短距离、小范围内的视频监控系统。如果需要传输数公里甚至上百公里距离的图像信号则需要采用光纤传输方式；另外，对一些超强干扰场所，为了不受环境干扰影呐，也可以采用光纤传输的方式。光纤分为多模光纤和单模光纤两种。多模光纤由于色散和衰耗较大，其最大传输距离一般不能超过5km，然而随着单模光纤成本的大幅度下降，目前除了先前已经铺好了多模光纤的地方外，在新建的工程中一般不再使用多模光纤，而主曼使用单模光纤。

3 视频监控信息存储技术的发展
    视频监控系统中，监控视频存储系统是整个监控系统工程的重要组成部分。磁盘阵列存储设备负责对前端采集的视音频数据信息进行存储，它与网络视频监摔管理平台的录像管理模块协同工作，通过网络传输过来的视音频压缩数据以媒体流的形式集中存储在磁盘阵列中。在视频监控、网络教学、IP视频会议、视频直播及视频点播等方面，存储阵列都有广泛的应用。数据信息的全集中存储方式要求磁盘阵列必须提供足够的可靠性和稳定性，可以满足监控系统平台的性能要求和持续写入的要求。

4 视频监控信息处理技术的发展
    图像和视频智能化分析技术是通过调用视频监控统一管理平台的图像，充分挖掘关键信息，提高报警精确度，减少漏分析或者误分析的现象，并能缩短响应时间，提高响应速度，预防和控制突发事件的发生。

    视频智能分析解决技术基于视频监控统一管理平台，提供包括前端智能、后端智能分析单元两种智能分析的整体智能分析解决方案，其系统结构图如图2所示。

5 电力行业视频监控技术的发展
    建设无人值班变电站是电网调度自动化深入发展的必然趋势，国家电力通信调度中心要求现有的35kV、110kV、220kV变电站逐步实现无人值班，新建变电站应按无人值班方式设计。 "无人值班"已成为考察电力企业达标创一流的一个重要指标。同时，作为电网关键设施的中高压电力线路，也是长期处于无人值守状态，需要对其安全性进行观察了解。因此。变电站及电网线路塔杆的安防及视频监控系统在智能电网建设中将成为重要的组成部分。
5．1 "遥视"技术将成为四遥系统的有效补充
    目前，国内电力系统在建设以遥测、遥信、遥控、遥调----"四遥"技术为基础的无人值守变电站时，由于调度无法了解现场的环境情况，无法解决现场防火、防盗、防爆、防渍等问题，很多按"无人值守"建设的变电站采用了"少人值守"模式运行。随着计算机技术、多媒体技术及通讯技术的飞速发展，图像、声音等多媒体信号的数字化处理以及远距离传输的技术己日益成熟，在"四遥"的基础上增加的第五遥----遥视，较好地解决了上述问题，对于实现变电"无人值守"具有十分重要的意义。
5．2 数字安防将成为全数字变电站的重要组成部分
    数字化变电站使变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备；在逻辑结构上可分为三个层次，根据IEC通信协议草案定义，这三个层次分别称为"过程层"、"间隔层"、"站控层"。新型数字变电站主要由为全数字和光纤的信号采集系统、数字化继电保护和综合自动化系统、数字化安防及环境监测系统构成。
5．3 重大公共集会活动提高了对变电站的监视及安全防范
    针对2008年奥运会保电需求，上海市电力公司规划建设了电力应急指挥中心，上海电力应急指挥中心主要分为全市应急指挥中心、东部应急指挥中心、西部应急指挥中心，在奥运期间加强了变电站的监视及安全防范。2010年广州亚运会的举行，通过电力应急指挥中心的建设，提升了变电站安全防范等级，达到了亚运保电目的。

6 变电站的智能视频监控
    随着无人值守变电站管理模式的推广，变电站巡检制度的建立，在巡检中心、中心监控站等相关部门通过现有的电力通信网对所属变电站实现远程实时图像监控、远程故障和意外情况告警接收处理，可提高变电站运行和维护的安全性和可靠性，并可逐步实现电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全、可靠。在电力系统，这种监控系统也被称为"遥视系统"。
    数字视频监控系统应用于变电站，主要体现在以下几个方面：
    (1)通过图像监控、安防系统，保护无人值守变电站设备的安全。
    (2)通过图像监控结合远程和本地人员操作经验的优势，避免误操作。
    (3)通过图像监控、报警联动、环境监测监视现场设备的运行状况，起到预警和保护作用。
    (4)通过报警录像与点播功能，可以回放报警发生时现场的录像，起到事故追查的作用。
    (5)配合其他系统(如变电站综合自动化系统等)的工作。
    变电站远程数字视频监控系统组网如图3所示。

7 电力线路的视频智能监控(固定式、移动型)
    随着高压输电线路的不断延伸，外力破坏事故、线路覆冰等事故不断发生，线路巡视维护工作量越来越大，急需新技术的支持来帮助线路运行人员提高工作效率。构建输电线路沿线无线传输网络，实现远程视频监控，可以减少或杜绝上述事故的发生。
    输电线路视频监控系统能够对绝缘子串、导线(导线金具、导线弧垂)、地线(地线金具、地线羊角)、杆塔(塔身、塔基及对面杆塔)等进行全方位无盲点监视。在巡视人员不易到达地区，可以有效减少巡视次数或提高巡视的时效性。系统的长期运行，能够有效减少由于导线覆冰、风偏舞动、线路大跨越、导线悬挂异物、线路周围建筑施工、杆塔防盗、树木长高等因素引起的电力事故，提高输电网持久稳定运行的可靠性。为输电线路的巡视及状态检修开辟了一条新的思路。
7．1 固定式视频智能监控
    将视频监控终端设备固定在电杆铁塔上，通过太阳能、风能等自然能源供电进行视频图像抓取。并将视频图像信息通过3G、Wifi等无线宽带就近传输到邻近的变电站机房，转入电力通信网络。或通过电网线路中复合的光纤，直接传送到监控中心。系统可将电网抓取到的异常事件的视频信息直接发到指定人员的手机上显示。
    为了提高监控效率，可以在电杆铁塔周边安装振动敏感型光纤传感器，以引导视频监控终端摄像机抓拍异常事件。该方案可实现：
    (1)对线路杆塔进行全方位监控，无盲点，图像清晰，有效可视距离为400m；
    (2)根据监测需求，每个监测点最多可配置4路视频，并可选配具有红外夜视功能的摄像机；
    (3)采用休眠、待机、定时启动视频传输；报警启动视频传输；短信启动视频传输等多种工作模式相结合，实现了真正意义的低功耗，在持续阴雨天条件下，设备可正常工作30天以上；
    (4)线路运行维护人员可以电脑和手机两种方式远程登录系统主站，随时随地掌握输电线路运行状况；
    (5)在无人值守时，系统具有定时危险点预置位抓拍、巡航轨迹录像功能；
    (6)系统使用范围：10～1000kV输电线路；
    (7)系统选点建议：输电线路重冰区、公路河流大跨越段、塔材易盗区、施工区、树木茂盛区等。
7．2 移动式视频智能巡视
    随着智能电网建设的发展，为了及时发现线路故障隐患，及时排查线路故障，对供电保障的高压及超高压电力线路的日常巡检显得十分重要。
    传统的人工巡线方式己难以满足电网安全运行的要求。当前出现了多种巡检技术：机器人巡检(受设备供电限制，巡检距离有限)；载人直升机巡检，效率较高，但受天气影响较大，且成本较高；车载巡检，高效、成本较低，但局部线路受山路限制无法抵近观察。
    因此，采用车载与无人直升机载结合的激光红外电力线路巡检方式，特别适合平地山区结合地区的高压线路巡检作业。该方案在对公路沿线一定范围内的电力线路实现了车载快速巡查，发挥了车载巡检的高效性。对处于离开公路较远距离山坡上的局部线路塔架，采用无人直升机抵近巡查，发挥了无人机在车辆不可抵达区域范围对线路巡查的优势。实现了长短快近结合的互补优势。

    (1)在运动实时巡检时，能自动检测线路红外热缺陷。从红外图像上提取水平线段、垂直线段、倾斜线段，通过感知聚类来识别高压线路中有电流负载的部件；导线、引流线、绝缘子及接触区域，有效排除自然复杂景物中地面行驶的汽车发热、地面发热物体及杆塔本身反射热量对线路热缺陷诊断的影响。图6实际巡检检测的红外热缺陷。

    (2)在运动实时巡检时自动检测线路绝缘子掉片等导线类缺陷。
    图7自动诊断玻璃绝缘子掉片缺陷光学诊断方法是：先识别出现线路上大部件，导地线，玻璃绝缘子及杆塔，进而采用纹理分析的方法诊断导线的断股、异物附着；玻璃绝缘子的自爆；杆塔上的锈蚀等明显的缺陷。
    同时，该系统还可用于对应急抢修现场的视频监控和现场抢险进行远程指挥。