陆 炜，沈贤杰，唐 斌
（国网上海市电力公司市北供电公司，上海200072）
摘 要： 随着无人值守变电站管理模式的推广，基于无线专网的远程视频监控技术将提高变电站运行维护的安全性及可靠性，结合上海市电力公司市北供电公司在邯郸变电站的应用实践，对该系统技术特点及重点研究内容进行介绍。
0引言
如今上海市电力公司市北供电公司管辖范围内建有大量无人值守变电站，远程视频的自动巡视与监控运用降低了公司变电站管理的运行成本，提高了生产效率，同时采用无线专网数据传输，确保无人值守变电站调控运行更为安全、可靠。
利用变电站远程视频监控、巡视功能，从而不断减少偷盗与破坏事件。通过站内高清摄像机和应用平台的巡视功能，加强无人值守站的巡视能力，缩短巡视周期，提高管理质量，大大降低时间成本和管理成本。特别是无人站内电缆层的防盗、防水，直接影响变电站的正常运行和安全生产，如上海近期的突发雷暴雨气候等极端天气，就可能造成站内积水，巡视工作更为重要，运用本系统将可实现远程巡视，发现突发情况就可有针对性地派遣工作小组紧急至现场处理，加强应急处置能力。
1.技术框架
由于变电站的监控数据涉及保密信息，因此整套系统的数据传输不能采用传统的Internet传输，而是通过电力数据交换网，虽相对安全但会加大对电力数据交换网的网络负载，所以经多方评估，最终整套监控系统采用4G VPDN网络作为数据传输通道，其架构图如图1所示。
随着目前4G网络技术的成熟和网络覆盖，基于4G高速分组数据网络（FDD-LTE）的VPDN技术也进一步成熟， 利用L2TP 隧道技术为政企客户的无线移动用户构建的与公众互联网完全隔离的虚拟专用网络。客户网络使用专线宽带接入电信4G分组数据网，变电站内的视频监控主机使用4G网络通过VPDN 拨号安全访问远程服务器。由于前端视频采集设备启用SDI高清摄像机作为视频采集单元，4G网络的传输更能确保网络数据的高速、安全、稳定、可靠。
2 系统特点
2.1 基于4G 专网结合VPN网络的变电站内监控技术
上海市电力公司对于网络数据的传输有着严格的安全性要求，大量的无人值守变电站网络环境复杂，架设网线工作量大，施工复杂。
上海电信的4G VPDN网络如图2所示，基于电信高速分组数据网络为移动客户构建虚拟专用网络的业务，该业务使企业客户在任何地点都能够通过4G网络无缝和安全的连接到企业内网。VPDN网络与Internet网络完全隔离，完全确保数据的安全性。
同时系统采用VPN组网模式，通过针对视频监控主机的软件开发,研发视频监控主机支持VPN拨号，取代了传统的拨号访问，在VPDN的网络基础上建立的企业网络利用 4G VPDN网络资源作为企业专网的延续，并且此企业网络拥有比VPDN专用网络更高的安全、管理及功能等特点。
普通网络连接方式只采用VPDN或者只采用VPN的虚拟拨号方式，在安全性方面，远不如本系统采用的4G VPDN专网结合VPN网络架构，采用双重安全保障，建立可信的安全连接，确保数据的安全传输。本系统实现了变电站视频监控主机与视频服务器端之间安全通信的专用线路。
2.2 市电与光伏储能备用供电运行模式
为确保变电站内视频监控及技防系统的不间断运行和视频主机数据的存储安全，对站内所有的监控采集单元、技防设备、监控主机等设备，采用市电和光伏储能备用供电两种方式供电，同时系统实现了集成双电源自动转换，用于市电与光伏储能备用电源之间的自动切换。系统通过控制器对两路电源进行检测，当电路发生异常，控制器对检验结果作出逻辑判断，根据控制器指令驱动操作机构分闸或者合闸，从而保证对负载安全可靠地供电。
双电源自动转换系统是由两台微型断路器和机械转动装置组合成套一体，并通过控制器对双路电源进行检测，当电路发生异常时，控制器对检验结果作出逻辑判断，根据控制器指令驱动操作机构分闸或者合闸，从而保证对负载可靠地供电。这样当变电站内市电供应中断时，系统将自动切换至光伏储能供电系统，当站内市电恢复供应时，系统将自动切换至市电供电，不会出现误操作而引起故障，满足视频监控设备高可靠性要求。双电源切换器主结构及外部连接结构如图4所示。图5为邯郸站太阳能光伏板安装实例。
2.3 变电站监控视频分布式存储与服务端统一管理模式
系统采用4G VPDN无线网络架构，4G网络相比有线宽带网络存在价格较高，流量受限等问题，所以用于视频监控运行成本也是本文关注的问题。变电站内的视频监控系统，通过采用4G移动网络的数据传输，系统将通过分布式存储的方式取代传统的监控模式。通过远程服务器端统一管理前端监控设备的模式，提高系统工作效率，避免资源的浪费。
传统视频监控，由现场视频监控端不断将数据传输给远程服务器端，服务器端进行数据储存，在需要回看视频时，连接至服务器端查看。这样监控端和服务器端之间不断有大量的视频数据进行传输，导致网络资源的浪费和服务器存储数据的冗余。
传统的视频存储方式如图6所示。
从图6可以看到，传统现场终端侧将现场采集的数据同步传送至服务器端，服务器端通过视频管理平台将视频数据存储至服务器磁盘空间。当用户需要查询历史数据时，用户则通过客户端链接至服务器平台进行数据查阅。
监控视频分布式存储与服务端统一管理模式如图7所示。
现场终端侧：新的技术中将现场采集终端拍摄的所有视频数据进行划分，分布式储存在各变电站本地监控主机的磁盘空间内，使得监控时所有的数据不会与服务器端进行交换。
服务器端：服务器端负责验证用户登录权限和设备查看权限，且只对现场监控设备进行统一管理。合理划分监控主机列表和磁盘列表，根据日期为存储目录，方便用户浏览。
用户侧：用户可使用移动终端平台或PC客户端，登录服务器端视频管理平台，当用户需要回看时，用户首先使用客户端登录视频监控系统，系统连接至服务器端平台，进行用户权限及数据验证，通过验证后，系统获得当前用户的访问权限，通过权限分配显示当前用户可查询的现场监控主机。用户通过服务器端直接远程访问变电站现场的视频监控主机磁盘空间。根据相应的日期，查看视频监控画面，此时现场监控主机将视频数据传送给服务器端的用户进行观看。
2.4 变电站地图定位视频监控应用
传统的监控采用列表模式，需要查看哪个摄像机在列表中查询，但是在摄像机较多的时候，不易管理，观看也不直观。变电站视频监控有其特殊性，一个站内可以有多个监控摄像机，而且每个变电站的位置基本固定，所以本系统不同于传统监控系统，系统通过北斗卫星在电子地图中定位变电站位置，系统数据库记录每个变电站的基本信息，如变电站名称、地址、管辖单位、外观照片、摄像机数量等信息。
系统设计无人值守变电站专用的地图定位查询模块，进入某个变电站详细信息后，可直观显示改变电站内的所有摄像机画面。
地图定位视频监控应用模块如图8所示，视频采集单元和北斗定位模块，将数据传送给视频监控主机，视频监控主机通过系统编码将数据经由4G网络传送至远程服务器端。服务器端集成视频监控平台远程监控模块，实现变电站地图定位视频监控平台，平台集成地图数据、用户数据、变电站基础数据，历史录像数据等。
客户端系统设计支持电子地图变电站定位、变电站信息管理、实时视频监控、历史视频数据调阅、用户登录权限控制功能。
可通过客户端监控平台中的城市地图展现，可对实施视频监控的变电站一目了然，通过直接查看某一变电站视频监控画面和相关信息，进行有效的可视化管理。采用地图展示、北斗定位，地图定位视频监控应用界面如图9所示。
2.5 移动终端的变电站报警视频监控应用
基于移动终端的变电站专用的报警视频监控应用，结合变电站内的红外报警、声光报警、烟感报警等安防技防设备集成的远程自动报警视频监控平台。现场报警信息通过监控平台短信至指定用户手机，同时红外报警器、烟感报警器等技防设备的报警信息在移动终端上实时显示，用户通过手机或其他移动终端直接连接远程服务器查看变电站内视频监控画面，遥控现场摄像机转动。
系统通过现场前端的报警设备，将报警输出信息传送至视频监控主机，视频监控主机将信息传送至远程服务器，服务端对数据进行处理分析，统一将报警数据推送至已登录的移动终端。通过移动端的应用开发，接受服务端发送的信息，实现远程移动终端报警功能。
3 结论
变电站的无人值守化管理模式将是未来发展的趋势，如何实现变电站的自动化和现代化的管理，针对现有变电站内的整套安防、技防及视频监控系统的规划与建设，不断提高变电站运行维护的安全性和可靠性，提高管理效率是本文的主要目标。
通过集成变电站内的视频监控、安防设备，优化设备供电系统，采用高速安全的无线网络技术。实现多变电站集中管控模式，使得变电站的重要设备、安防监控点等关键位置都处于实时监控状态之下，从而提高变电站运行和维护的安全性及可靠性，进一步降低整体的运维成本。