(郑州供电公司 河南省郑州市 450006)
摘要：如今的社会是一个科技高速发展的时代。随着信息通信技术的高速发展，信息通信技术在提升电网的智能高效管理效能的同时，也极大地节约了生产运维成本。
关键词：变电站；全面信息化；智能安防体系
引言
电力能源已经成为了人们工作和生活中必不可少的能源，发挥着非常重要的作用。近年来，电力生产运行外部环境复杂多变，不法分子采取撬锁、翻墙、打洞等方式侵入变电站进行偷盗、破坏，造成设备停运、电网停电和财产损失、人员伤害的事件时有发生；同时变电站采用安保人员值守，专业性不强，监管巡查始终存在不及时、不全面的情况，突发事件发生后往往不能正确判断和处置，而且当发生恶性治安、刑事案件时，安保人员的生命安全还将受到威胁。因此，构建一套替代人工无人值守的变电站智能安防体系，节约生产运行管理成本，提高变电站安全水平和应急处置能力，实现变电站监控管理的全面、全过程和全周期尤为重要。
1变电站广域防盗安防WASS系统设计
1.1系统框架
系统框架如图1所示。系统包括一个软件平台的三大软件功能：大门远程控制系统、动态物体捕捉系统、入侵判别报警系统；三大硬件系统：视频监控平台、入侵报警系统及大门射频控制系统。
图1系统框架图
1.2变电站大门远程控制系统
现有的变电站运维模式，经常会发生外来工作人员需要进入变电站内，且无需进入控制室、断路器室等场所的工作，如涉及勘察、外包环境整治等。如果在现有的模式下，运维人员就必须为了这些工作驱车前往，浪费了一定的人力、物力和财力，并为了不必要的工作承担一定的交通风险。变电站大门远程控制系统，对进入无人值守变电站的工作人员实行视频认证，并能从主站对变电站大门的启闭进行控制，最大程度上提高了工作效率和降低了额外风险。另一方面变电站大门远程控制系统对于每一次大门无论是从主站远程开门还是近距离遥控开门都会发出控制输出信号以用于入侵判别报警系统的控制输入。变电站大门远程控制系统方案图见图2。
图2变电站大门远程控制系统方案
1.3站内动态物体捕捉系统
站内动态物体捕捉系统用来实时监测站内是否有动态物体并进行行为捕捉，该系统主要的原理是基于现有的视频监控系统，通过动态捕捉算法对站内动态物体进行捕捉。物体的动态捕捉技术已比较成熟，在现有的基础上一是要对不满足条件的站内的摄像头进行更换，第二就是对摄像头的布点进行优化，做到全站无死角监控。同时，动态物体捕捉系统可以预留通过视频监控对现场工作实施标准化的校验程序接口。
1.4入侵判别报警系统
入侵判别报警系统是安防控制系统的中心功能，此系统根据前两个系统所提供的信息，进行数据的综合分析，对站内是否有人非法破入变电站的情况进行判别，若遭到非法破入则启动全站安防警报，并将告警信息上报主站；同时，针对因工作人员的粗心造成工作完成以后变电站大门没有及时关闭，提供报警功能，提醒主站人员远程关闭大门。
2变电站周界联动安防系统的设计
集中控制层指控制室内的上位机，它负责轮询及控制RS485总线上的终端，显示并存储报警信息及控制网络摄像头方向。传输层指由RS485中继器和屏蔽双绞线组成的通信线路及网络路由器，前者解决了电磁环境恶劣的变电站内上位机与现场终端多点远距离可靠通信的问题，后者负责TCP/IP网络维护，可将系统中各个网络摄像机互联成一个整体并联接至上位机及互联网。现场工作层指位于变电站周界的终端，包括报警定位模块、辅助防御控制器、电子围栏、探照灯、语音报警模块、GPRS模块、网络摄像头等，主要负责入侵的检测定位、辅助防御模块管理、威慑及取证等工作。系统结构如图3所示。
图3系统结构
系统前端摒弃了传统的遮挡对射光束发出报警开关信号的围栏设计思路，利用日益成熟的脉冲式激光测距及超声波测距技术，设计了一种新型报警定位围栏，在笔直周界两端分别安上报警定位围栏和反射板，围栏内的激光测距模块以一定的频率工作。正常情况下，激光应被周界末端反射板反射，所测值为周界段长度;有入侵时激光被入侵者遮挡反射，所测值突变为报警定位围栏至入侵者的距离值．判断警情后上报通信MCU，通信MCU在上位机轮询本机地址时上报警情。脉冲式激光测距量程很大，但存在数米盲区，系统集成了量程虽小但盲区仅为厘米级的超声波测距与之互补。正常工作时，摄像头在围墙内侧自动巡航，上位机飞速轮询总线终端，辅助防御模块休眠，仅依靠安装在周界外侧的报警定位模块进行实时布防。出现入侵时报警定位模块及时定位入侵点，并在轮询到来时报警。上位机接到报警后的工作过程如下:
(1)在拓扑图上显示入侵点并记录警情至数据库;
(2)对相应辅助防御控制器发出指令以控制其下辖辅助防御模块实施警告、威慑及阻挡等动作;
(3)发出指令控制GPRS模块，短信通知工作人员;
(4)经网络路由器控制相应网络摄像头云台，将其及时旋转至入侵点方向录像取证，远程控制中心可由以太网访问站内摄像头进行实时查看。
2.1报警定位围栏设计
报警定位围栏集成4组激光测距和超声测距模块，各组间距为16cm，当相邻两组都报警时才认定为入侵，以防飞禽引起的误报。相邻测距模块中激光及超声波频率均经调制以防互扰。周界另一端安装反射板是为了校准激光方向，使之形成有效的发射接收回路以保证防控有效。报警定位围栏结构和测距模块结构如图4所示。
图4报警定位围栏结构和测距模块结构
2.2监控模块
网络摄像机抗干扰力强且易联网．系统使用海康威视E系列智能球形网络摄像机，带云台及夜视功能，集成了一个小型网络服务器，可用客户端、浏览器或手机APP远程访问。布置以太网以实现视频传输，通过网络路由器实现多摄像头的连接及IP分配，在其中端口映射实现远程设备对本地摄像头的访问。
2.3辅助防御模块及GPRS模块
辅助防御模块是系统的动作模块，上位机接到报警后先对GPRS模块(TC35I)发出指令，使其发送报警短信，再对辅助防御控制器发出指令，由其控制下辖的探照灯打开、语音模块播放语音、电子围栏高压布防．控制器MCU为STC89C52RC单片机，拥有3个16位定时/计数器及2个外部中断。外部中断0用于检测电子围栏入侵状态(剪断或两线接触);定时器1为控制过程提供计时基准。各报警定位围栏与各辅助防御模块预先根据现场情况合理配对，并将对应关系存储至上位机软件以实现对应的控制。
2.4RS485总线制
变电站中电气设备众多，电磁干扰强烈．相对于无线，RS485通信质量较好，不易受外界干扰。传统分线制安防系统将多对围栏报警线逐一连至与非门，再与控制MCU的外部中断连接以实现报警，接线存在大量冗余。系统折中采用通信稳定且接线简单的RS485总线制，不仅使各终端间相互独立且可采用轮询式通信，实时监控各终端工作状态。设计时需对各节点电气隔离，使总线免受接电环路、传导性干扰噪声、节点高共模电压的影响。采用ECS8402型USB/RS-485转换器将系统连至主控室电脑。
结语
信息和通信技术的快速发展成为了智能电网的核心驱动力，在智能电网的建设中起着重要的作用。
参考文献:
[1]方文崇,梁寿愚.基于FPGA的智能变电站实时监控系统高速视频数据传输[J].电子设计工程,2016,24(23):139-142.
[2]胡俊,张乃禄.基于以太网的变电站智能监视监控系统研究[D].西安:西安石油大学,2014.
论文作者:李俊华,刘霖,李宏伟,赵伟铎,丁文田,饶云
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/12
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