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配电站所物联网综合监控系统解决方案

来源:一卡通世界      作者:安徽电科恒钛智能科技有限公司物联网事业部      2016/7/6 16:04:51

  第一章 概述

  1.1

  供电公司变电站由于数量较多、分布较广等原因,具有分散、地理环境情况变化多端、覆盖面广、用户众多,容易受用户增容和城市建设影响等特点。变电站的监控对配电自动化管理、线损分析、负荷预测、电力需求管理具有重大意义。

  传统的解决方案就是分别安装安防系统、环境监控系统、变压器监控系统等,但是这些系统具有如下问题:

  1、各系统之间独立运行,形成监控“孤岛”现象,无法有效的进行管理,也达不到安全管理的效果。

  2、多系统并存不但增加了投资成本,后期的维护成本也大大增加,并且多个厂家的设备同时运行,也会产生扯皮现场,浪费供电公司的时间和精力。

  1.2

  电科恒钛根据配电站实际情况,结合多年的变电站和配电房的运行管理的经验,采用Tip3000核心技术平台和HT500系列智能监控终端,实现了变压器运行监控、一次设备监控、配电监控、环境监控、安防监控、采暖通风、灯光控制等功能,并可以通过增加设备扩展火灾报警、图像监控等功能。

  配电站所物联网综合监控系统以有线或者无线通信为核心,完成站端变压器、配电、一次设备、环境监测、门禁控制、防盗报警、采暖通风、灯光控制等数据的采集和监控,并将以上信息远传到监控中心。

  系统采用分层、分区的分布式结构,分为站端控制主机和软件系统两部分。软件系统可以分为省、市以及集控站三级中心。

  系统把变压器、配电、环境、火灾消防、防盗报警、门禁等所有监控量在监控系统主界面上进行一体化显示和控制。系统监控提供电子地图监控和图表监控两种监控模式,电子地图可以实现地区内的分级分层显示。

  终端设备能够脱机运行,在网络断线、服务器故障等情况下站端设备依然能够实现正常运行、刷卡开门、联动报警、设备联动控制以及记录存储等。

  系统可以设置系统内的各子系统之间进行联动;还可以通过硬件和软件的方式和变电站综合自动化系统进行联动,应能实现用户自定义的设备联动,包括现场设备操作联动视频、综合自动化系统告警联动门禁视频等。并可以根据配电房现场需求,完成自动的闭环控制和告警。

  系统所有操作以及报警确认,都保留详细的日志并生成相应报表。

  2.1系统总体架构

  根据《变电站管理制度》、《变电站操作规程》以及《电力安全生产条例》等文件精神,结合我公司实际应用案例,采用分布式和模块化架构,系统分为站端设备和软件系统两部分。

  站端设备以HT502站端监控主机为核心,本主机为2U架构(如果控制量较少1U架构也可满足),能够接入温湿度等环境传感器,对射/红外等安防设备、一路门禁、8-24路灯光/空调以及风机的控制等功能。并可以通过扩展实现图像抓拍、SF6泄露报警、消防报警等功能。

  HT502采用TCP/IP有线方式或者GPRS/CDMA等无线方式和中心进行联网。

  2.2软件架构设计

  根据《智能变电站技术导则》(Q/GDW_383-2009)、《110kV~220kV智能变电站设计规范》(Q/GDW_393-2009)、《330kV~750kV智能变电站设计规范》(Q/GDW_394-2009)等文件精神,结合我公司实际应用案例,采用分布式和模块化架构,把变电站智能辅助控制系统系统分为三级中心、六大功能模块、十大功能子系统。

  三级中心为省、市和集控站三级中心,或者市调、集控站和变电站三级中心,根据不同的实际情况进行配置和管理。

  2.2.1三级中心

  开闭所综合环境监控系统(以下简称“系统”)为分层、分区的分布式结构,按变电站综合监控地区级主站系统、地区级主站、集控站、端系统三级构建,如下图所示。

  说明:目前实际使用情况一般采用市级中心和集控站两级监控模式。

  2.2.2六大功能模块:

  管理服务器

  认证管理服务器(集群/分发管理)

  流媒体服务器(含网关服务器)

  通信服务器(前端设备通信)

  录像服务器(录像、磁盘管理)

  客户端(含解码)

  2.2.3十大子系统

  2.3组网说明

  目前,对于配电房监控系统通常有以下几种传输方式:

  1、 已有以太网的配电房:每个配电房主机需要一个RJ45网口和一个IP地址即可。

  2、 仅有2M光纤接口:配置一台2M--以太网桥,通过光电转换,提供以太网接口。

  3、 没有以太网和光纤的配电房:可以选择如下两种方式:

  1) 就近租用电信运营商的以太网或者光纤:适合于小区内运营商网络连接较为方便的地方。

  2) 租用电信运营商的无线网络:采用GPRS或者CDMA方式,可以使用公网或者组成APN专网。本方案需要向运营商缴纳网络使用费用。

  3) 布置专用的微波通信网:在配电房和区域中心例如就近的变电站,分别配置布置微波装置,通过转换出来的以太网进行传输。本方案在城市内传输距离、可靠性都有很大的问题,主要应用在无较高建筑物遮挡的空旷区域内。

  总之,通过各种技术手段,配备以太网为最优化和成本最低的传输方式。

  第三章 功能子系统

  3.1变压器运行监控子系统

  (1) 通过关口表采集变压器的三相电压、三相电流、三相功率(负荷)、三相无功功率、三相不平衡电流、功率因数、谐波以及电量等参数,来进行预警并分析故障信息。关口表指变压器总表,主要是智能电表,一般都遵循国家电网的智能电表的技术规范。

  (2) 通过温控器采集并监控变压器铁芯温度,并且可以联动风机。当温度高于设定值(此设定值和变压器相关,需要参考变压器说明书的温升数据)时自动启动风机,温度降下来之后自动停止风机,不但可以对变压器温度进行有效预警,并能够提高风机的寿命。

  变压器铁芯温度的测量,主要是利用预先埋设测温元件来测量。如果变压器不是密封的,比如干式变压器。可以把温度探头安置在铁芯表面,测铁芯表面温度。对于没有预埋探头,并且是密封的变压器 (比如常用的S11系列油浸式变压器)暂时没有什么好办法。即便使用红外仪器也只能测外壳表面的温度。

  (3) 风机运行状态监控功能:通过PT/CT传感器,能够监控到风机的运行状态,防止风机长时间运行、堵转等异常情况发生。而且可以判断风机是否能够正常工作,例如当启动风机后,但是风机并没有运行,可以认定风机损坏,需要到现场观看。风机状态的好坏一定能够能够保障变压器的寿命。

  (4) 通过数学建模分析采集的各项参数,监测变压器的健康状况。并上传到配电主站,为主站建立变压器运行状态监测、变压器故障早期判断及变压器失效模型提供有力数据基础。

  (5) 故障及越限报警信息能主动上传至主站。

  3.2一次设备在线监测子系统

  (1) 采用温度传感器,实现电缆头、刀闸等危险点的温度在线实时监测;(可以采用zigbee通信方式的无线温度传感器)

  (2) 电缆头温度在线监测采用间接测温方案,通过测量电缆头外部绝缘层温度依据预先由试验测定的环境温度修正值,得出铜芯导体发热温度的近似值;

  (3) 开关分合闸次数在线监测。通过将开关分合闸辅助接点接入,开关每次分合闸动作,终端设备自动统计开关动作次数,并上传到配电主站;

  (4) 一次设备监测终端尽少与一次设备有直接线路联系,避免引入新的故障点和安全隐患。

  3.3智能无功补偿监测子系统

  (1) 通过智能接口,对无功补偿系统的数据进行在线监视(如需要实现智能无功补偿的监测,必须配置无功补偿装置);

  (2) 采用PT/CT监测模块,采集低压母线回路的电流、电压;

  (3) 实时显示电网功率因数、电压、电流、有功 / 无功功率、电压总谐波畸变率、电容器投切状态和故障警示;

  (4) 监测投切装置的动作状态并记录投切开关的动作次数;

  (5) 超限及故障警示功能;

  (6) 当电网出现故障或某个参数超限时,报警指示点亮闪烁,提示相应的故障信息。

  3.4开关柜智能防凝露控制子系统

  通过对被测环境的温度、湿度进行实时精密监控,通过加热器、风扇的智能控制,使环境温度、湿度指标符合工作要求,并可以有效地防止凝露产生。主要应用于开关柜、室外端子箱、配电箱等场所。主要实现方案如下:

  实时监测被测环境温湿度的变化情况。当湿度达到一定程度或者温度变化剧增,有产生凝露的可能时,控制器驱动加热器和风机工作,破坏产生凝露的条件,当产生凝露的条件消失后,加热器自动断开,控制器又恢复到监测状态。

  实现方案有两种:第一种是采用独立型防凝露控制器,系统不联网监控;第二种方案采用辅助主机的智能接口,进行温湿度监测和加热器、风机的控制,能够进行联网监控。

  3.5环境监控子系统

  环境监控子系统通过采集和传输技术的应用,可以实时监测某些重要场所和设备的工作环境(如:温度、湿度、漏水、水位、烟雾、明火等等);当工作环境出现异常时,可及时显示、报警,并可通过网络将数据上传至市级和省级调度中心。

  主要功能:

  1、 环境数据采集和处理功能:环境温度、环境湿度、电缆沟进水、水位深度、风速、烟雾信号、明火信号等;

  2、 环境参量超标自动告警及自动排障功能:在监控中心对环境参量超过预设值时发出视听告警,在平台的图形展示界面或者电子地图界面上闪烁显示,以及通过语音、短信方式自动通知值班维护人员,并自动将排障资料打印/存档。

  3、 警情管控功能:在出现警情时可以按照设置,手动或者自动的控制报警音箱、声光一体化警示灯、通道门体、风机以及水泵等运行,进行防护和降低危害;

  4、 故障定位及管理功能:根据设置,可对故障发生点在电子地图上进行定位及管理。

  5、 链路检测功能,系统通过心跳监测设置,可以实时监控下位机设备以及通信线路,自动诊断设备及链路故障,并实时显示在界面上。

  6、 环境监测数据、状态监测数据及远程控制数据的历史信息查询。

  7、 员工操作日志查询;

  3.6设备控制子系统

  系统提供空调、风机、灯光以及水泵等设备的控制功能。

  一、 空调节能控制功能

   手动控制功能:可以通过电脑,在监控中心远程控制控制空调开机、关机、升温、降温等,并能够直接调整空调的温度值。智能空调控制器能够自动适应600多种空调型号,避免了市场上的学习型空调控制器逐一学习和调试编码的麻烦(例如温度控制范围在18-28度,则至少学习【28-18】*2=20次,而且如果一次学习失败就要重来。并且学习结束后需要重新调试至少20次,非常麻烦而且容易出现错误)。

   直接远程控制风机的开启和关闭,也可以设置风机的定时开启和关闭,每台风机每天最多可设置五个自动时间段。

   自动控制功能:通过设置温湿度上下限以及室内室外温度差,自动控制空调的关闭、开启以及风机的关闭和开启功能。

  二、 灯光控制系统

  1、 手动控制:在监控中心电脑可以远程控制灯光的关闭和打开。

  2、 报警自动控制:根据设定的条件,对红外探测器、周界报警以及电子围栏产生的报警信号,自动打开灯光。

  3、 灯光信号的布撤防时间组灵活控制(针对统一映射的周界、电子围栏等触警联动灯光,可设定联动时间区段,控制白天触警不联动,减少资源消耗,起到节能效果)。

  三、 排水控制:通过监测关键地点的水位和传感控制,实现排水系统自动或远方控制。

  四、 其它控制功能

  1、 加热器控制

  2、 声光报警器控制:远程控制启动和关闭,避免扰民。

  3、 其它设备控制

  3.7门禁控制子系统

  一、系统概述

  门禁系统是指基于现代电子与信息技术,在配电所的出入口安装自动识别系统,通过对人(或物)的进出实施放行、拒绝、记录等操作的智能化管理系统。它是利用非接触式智能卡或指纹代替传统的人工查验证件放行、用钥匙开门的落后方式,系统自动识别智能卡上的身份信息和门禁权限信息,持卡人只有在规定的时间和在有权限的门禁点刷卡后,门禁点才能自动开门放行允许出入,否则对非法入侵拒绝开门并输出报警信号。

  由于门禁权限可以随时更改,因此,无论人员怎样变化和流动,都可及时更新门禁权限,不存在钥匙开门方式时的盗用风险。同时,门禁出入记录被及时保存,可以为调查安全事件提供直接依据。

  HT502站端监控主机包含一路门禁,直接接入读卡器、电锁、按钮即可实现门禁功能。

  二、系统详细功能

  1) 支持多人授权、多门授权以及复合授权三种模式

  2) 支持26个可编程日期,每个时间组包括5个时间段,每个时间段的起始值任意定义。

  3) 系统支持实时监控和脱机运行双模式运行。

  4) 系统支持人员进入出去时间人员记录。

  5) 系统提供设备或网络故障报警、非法闯入报警、门开超时报警、非法刷卡报警以及胁迫报警等。所有的报警都会在总控制电脑上实时显示红色闪动记录,驱动计算机音箱提醒管理者注意,并且和监控等系统进行联动。

  6) 系统支持卡、密码、卡+密码等多种开门方式。

  7) 系统提供通过中心软件进行强制关门和紧急开门功能。

  8) 系统支持对所有门或单个门设定门常开时间等。

  9) 系统支持多卡认证开门。

  10) 系统支持锁开超时报警功能

  11) 系统支持电子地图实时监控

  12) 系统具备考勤、密码开门、IC卡开门、出门按钮开门、锁开超时告警、开门超时告警、断线告警、非法开门告警以及胁迫告警等多种记录。

  3.8防盗报警子系统

  防盗报警系统通过灵活配置,实时反映探测器的布、设防、报警及各种状态,对报警信息进行及时提示。在设定的布防时间内,实行入侵监控。并且报警系统可以同时联动该区域的照明系统、闭路电视监控以及门禁等系统 。

   可手动布撤防和自动布撤防(每个防区可设置5个时间段)

   结合硬件可控制报警主机每个子系统(用户)的布撤防。

   系统可以接入震动、红外探测、设备位移(针对变压器、空调外机等设备)等各类报警探测器,出现警情时及时传送到管理中心/值班维护人员,实时掌握变电站状况。

   可以灯光系统进行联动,并进行图像抓拍。如出现入侵现象,驱动报警器报警,及时打开探照灯进行威慑。如果安装视频系统可以启动图像抓拍。

   直观的报警后电子地图显示

   可按需求设置分区图、防区图、子防区图

   可按需要设置报警后弹出相关地图

   地图上还可设置联动摄像机、门禁等,并直接在地图上控制

   可自定义的报警后语音提示

   完善的事件记录,供事后查询

  3.9视频监控子系统

  视频监控子系统分为两种方案,第一种在没有以太网的配电房,可以采用串口摄像头,平常不录像,当出现报警等情况时进行联动抓拍,抓拍的图片可以传送至中心平台上。第二种方案是有以太网的配电网,完全可以采用数字监控系统,实现专业监控功能。

  一、报警抓拍式监控:

  (1) 安装安防摄像头,可监视开闭所/配电房即时情况;

  (2) 支持帧率、码流、分辨率可通过软件操作界面进行参数设定,也可按预先设置的方案自动调整;

  (3) 报警联动拍照功能:支持开闭所/配电房事故报警、消防报警、防盗报警、防火报警、电力设备水浸报警、门禁报警、非法闯入及画面异动报警等多种报警类别联动拍照上传功能;当发生报警时,能联动相关设备,如启动警笛等,相关设备启动后,在设定的时间内自动关闭;报警发生后,开闭所/配电房安防摄像头向客户端和监控中心发送报警信息,并同时启动拍照功能;

  (4) 可设定非法闯入应用:设定监控范围,当有可疑人物闯入时,联动报警、拍照等并向主站告警;

  二、专业级监控:

  专业级视频监控系统基于数字硬盘录象机硬件设备,并以网络视频集中监控系统管理软件为核心,执行强大的系统功能。

  (一)、视频监控

  1) 实时监控、分布监控,报警时的刷卡人员姓名、环境数据字符叠加等功能。

  2) 以按照地区->区域监控中心->监控区域->摄像机(可为多个摄像机,按监控目标分为一主多辅)树形方式展开选择所需监控的视频,可实时监视本地区所有视频信息,可实时监视同一区域多路(1、4、9、16)实时视频并实现一机同屏同时监视;可同时监视一次设备的多角度视频;

  3) 不同的区域巡检中心仅可监视其所辖视频;

  4) 可在以电子地图承载的平面布置图或一次设备连接示意图点击一次设备同时监视一次设备的多个摄像机的多角度实时视频(简称多角度视频);

  5) 可根据平面布置图上布防、撤防、告警状态直接查看相关视频;

  6) 多台监控工作站及 Web用户可同时监控任一视频;

  7) 具备视频自动复位功能,即可对摄像机设定默认监视位置,正常状态下摄像机保持默认位置;在控制完成后设定的时间段内恢复默认监视位置;

  8) 具备视频自动巡视功能,对系统的监控点进行视频巡检,参与轮巡的对象可以任意设定,包括不同视频、同一不同摄像机、同一摄像机的不同预置位等,轮巡间隔时间可设置,完成轮巡任务的摄像机可自动复位;

  9) 可对任意视频进行手动录像,对任一帧实时视频以 JPEG、JPG或 BMP的图片进行抓拍和存放。

  (二)、录像管理

  1) 远程设置前端系统录像规则,实现前端系统的手动录像、定时录像、告警触发录像、画面异动检测录像等;

  2) 具备集中存储功能,实现将严重告警时的视频和事故视频集中存储到地区级主站 IP SAN中,采用以秒为单位的视频流方式存储策略;

  3) 同时显示、存储、检索各所选摄像机的多个视频;

  4) 以人机界面方式统一管理本地和历史视频和图片,可按告警事件、时间段、摄像机、存储位置等组合条件检索;可从站端系统上传任意一段历史录像,删除本地和各历史视频;

  5) 远程回放任一摄像机的历史视频(时间可选)、告警录像和本地录像;回放方式有逐帧、慢放、常速、快速、进度条拖放等方式;

  6) 具备回放视频单帧抓拍和连续抓拍能力,并可对图片进行标注方便查找。

  (三)、数据转发

  1) 具备对视频流、站端录像、控制信息、告警信息、语音对讲流等数据的转发;

  2) 支持 IP单播、转发组播等多种通信方式。

  (四)、语音对讲功能

  1) 前端场景录音播放、保存、回放语音;

  2) 实现中心与前端的实时双向语音对讲和语音广播;

  3) 实现报警广播功能;

  (五)、远程控制

  1) 远程控制前端系统视频监控设备;

  2) 对摄像机视角、方位、焦距、光圈、景深进行调整及控制;

  3) 对于有预置位的摄像机,能直接进行预置和操作;

  4) 对摄像机的控制操作完成后,立刻释放控制权限;

  5) 设置和查询摄像机的预置位;

  6) 具备对前端任何一个门的开、关及解除报警等控制功能。

  7) 可进行前端的布防/撤防控制,布防/撤防可按照可事先制定的策略由系统自动进行,也可以通过平面布置图进行布防或者撤防控制;

  8) 控制按照用户优先级划分,优先级高的用户可无条件获得低优先级用户的控制权,同级别用户根据时间优先的原则获得控制权;

  (六)、告警管理

  1) 视频遮挡:当有人或物体移动到摄像头附近并引起遮挡时,系统会自动做出处理,按已经设定好的灵敏度,布防撤防响应时间,遮挡报警区域等规则,触发联动报警输出,声音告警,报警上传中心.。

  2) 视频遮盖:在监控过程中为保护他人的隐私合法权益,可将视频监控范围内不需要或禁止观看到的区域设置成隐私区域用遮挡区块进行遮蔽。

  3) 视频丢失或异常:在监控过程中无可避免会出现视频丢失或异常的情况,当出现上述情况时,按已经设定好的报警处理方式,触发报警输出,声音告警,报警上传中心。

  4) 前端设备异常告警:当前端设备出现硬盘满,硬盘出错,网线断,IP地址冲突,非法访问,视频输入输出视频格式不匹配问题时,系统会自动做出处理,按已经设定好的报价处理方式,联动声音报警,报警上传中心,联动报警输出。

  5) 所有告警信息均在告警窗实时显示,显示内容包括日期时间、地区及厂站名、关联的一次设备或监控设备、告警内容及其它信息;不同级别的告警信息分色显示,其色可设置;可按分层分区分类选择显示,以卡片方式分类提示和选择;

  6) 实现告警联动,可根据告警信号位置切换指定摄像机视频,操作指定设备(照明等),并自动录像(录像时间可设定);

  7) 实现严重告警的自动手机短信告警功能;

  8) 应提供灵活的告警信息过滤和分类手段,对不同区域、用户和工作站设置相应的过滤条件和分类方法;

  9) 具备告警信息的管理员、监控员确认功能;应按权限和区域确认,不同区域的事件及告警确认和处理相对独立;

  10) 所有告警信息及确认信息(包括确认时间、确认节点、确认用户等)应自动保存,可打印输出;

  11) 宜具备警铃警笛联动告警功能;

  12) 按照时间、地点、告警类型组合方式综合查询历史告警信息。

  (七)、视频识别及移动侦测

  实现视频识别、边界告警(包括视频丢失、警戒线、警戒区、入侵检测等)等功能,并实现相应告警联动。

  (八)、视频分析与互动功能

  1) 智能视频分析:穿越警戒面、进入区域、离开区域、区域入侵、物品拿取放置、徘徊、人员聚集、非法停车、快速移动。(需要配置视频分析专用DVR);

  2) 在线修改联动规则;

  3) 依据联动信息,启动录像,并具有预录像功能,预录时间可设置;

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