CN102789223A - 一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统，包括主站、分站和集控中心，主站、分站、集控中心之间由电力通讯专网连接；所述主站设有监控中心，所述监控中心包括数据库服务器、通信服务器、中心管理服务器、流媒体服务器、接入/存储/转发服务器、磁盘阵列、操作终端及显示设备；所述分站包括数据采集模块、数据处理模块、网络传输模块和接口模块。本发明采用计算机网络技术、数据库技术、有线与无线通讯技术、自动控制技术、视频压缩与传输技术等设计，对变电站监控区域的电子围栏、消防、环境、门禁、视频图像、智能灯光/风机/空调控制等信息实施统一平台下的监控。

Description

一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统

技术领域

本发明涉及一种实时监控系统，具体涉及一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统。

背景技术                            

近些年来，电力建设面临高速建设的问题。根据国家电网的预测，到2020年，我国用电需求将达到7.7万亿千瓦时，发电装机容量达到16亿千瓦左右。现实情况是，一方面，作为电力建设的核心单元之一，变电站的数量成倍增加。新建、扩建、改建和原有的变电站，在提高管理水平方面，产生了不同的需求层次。另一方面，变电站分布广泛，尤其地理位置一般分散而且偏远。更加突出的问题是, 国内在变电站远动、自动化、综合自动化以及数字化变电站建设方面已经有着大量实践, 已有多座变电站实现联网或者远程管理, 但存在缺乏相关标准规范、过程层设备稳定性、可靠性有待验证、缺乏相关评估体系和手段等问题, 影响着变电站生产运行的效率, 不利于电网安全运行水平的进一步提高。

目前大部分本地网的业务部门为了设备和局部区域的安全防范，分别在不同的变电站或公司内部现场建立了部分的单元安全设施。由于受传统管理模式的影响，这些安全设施建设存在不完整、各自独立的问题，各系统间信息不能共享，成为了安全防范的信息孤岛，缺乏纵向的有效监控，导致对整体安全防范形势无法把握，同时对重点安全工作的指导也不能统一落实。监控管理工作各自为阵，对事前预防、事中跟踪、事后分析缺乏有效的支撑手段，对维护和值守人员不能统一指挥和调度，缺乏必要的监督和考核手段。这些都已不能满足安保部门精确化管理与转型的要求。另外，不同的专业，所需不同的监控设备，造成人力、设备的严重浪费，最终导致现有的监控中心放满了各种终端设备，不仅影响了美观，也大大的影响了工作效率。再有，防范报警信息多头管理，无专人监控，造成那个的问题和隐患不能处置和追责。此外还有许多其它问题：设备运行状态未知，处理形成不了闭环管理，问题长期存在；安全设备点多面广，类型和种类也不相同，各自为政，分散管理，界面不清，维管困难，费时费力效率低，防范合力不齐；部分设备长期运行不正常，日常使用和专业维保脱节，功能缺失，报警不畅，设备故障不能及时发现，作用不能正常发挥；安全设备多终端管理，报警界面模糊，缺少流程管理，巡查也无计划性，有定性而无定量管理，处置力度不到位，责任也难界定；各安全设备不能有机的关联，报警信息单一，重要设备无联动功能，报警性质确认困难，缺少管理和分析功能等客主观因素的影响，造成现有的安全设备防范功能及作用大打折扣。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统，采用计算机网络技术、数据库技术、有线与无线通讯技术、自动控制技术、新型传感技术、视频压缩与传输技术等设计，对变电站监控区域的电子围栏、消防、环境、门禁、视频图像、智能灯光/风机/空调控制等信息实施统一平台下的监控。

本发明采用以下技术方案：  

一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统，包括主站、分站和集控中心，主站、分站、集控中心之间由电力通讯专网连接；所述主站设有监控中心，所述监控中心包括数据库服务器、通信服务器、中心管理服务器、流媒体服务器、接入/存储/转发服务器、存储服务器、操作终端及显示设备；所述分站包括数据采集模块、数据处理模块、网络传输模块和接口模块，数据采集模块经网络传输模块连接数据处理模块，数据处理模块经网络传输模块连接接口模块。

作为优选，所述分站还包括视频处理单元，所述视频处理单元包括摄像机和音频设备。

作为优选，所述数据采集模块包括环境监控模块、空调控制模块、消防模块和门禁控制模块。

作为优选，所述环境监控模块包括温湿度控制模块、浸水控制模块、灯光控制模块、风机控制模块和电子围栏控制模块。

作为优选，所述数据采集模块还包括SF6检测模块。

作为优选，所述监控中心设置有音频设备。             

作为优选，所述监控中心还设置有短信网关、打印机和告警装置。

作为优选，所述分站的接口模块连接分站客户端、分站操作台和分站服务端。

本发明的有益效果为： 

1、系统支持多级网络结构，将分散在多个部门的独立告警监控系统的报警信息整合到一个以本地网为中心的系统管理平台上来，变单一化管理为集中化、自动化管理。中心值班人员只需按流程操作，即可处理所有纳入本系统平台的报警信息，从而解决来自前端的多方位的安全告警得不到及时处理的问题，实现：能看（能切换到任何一个现场图像）、能控（可以远程控制现场的门锁、视频、防范状态）、能查（对设备、人员、环境、进行实时查询），做到报警有人问，应急处置迅速，处理过程明确，各环节明细可追究，最终形成安全预防、安全监控、事后处理及决策支持的完成的安全防护体系，为探索安全集中化监控管理新模式打下基础。

2、系统采用TCP/IP方式，各监控点可以很容易地与监控管理中心及数据库建立起联系，用较低的成本对监控区域的动力设备、环境、线缆资源等信息实施统一平台下的监控。

3、开放的接口。充分考虑了监控系统未来与综合网管及其他相关系统的接口。这些接口同时包括未来将区域内所有机房和其他的监控连成一个监控系统从而形成监控维护管理中心的可能性。

4、良好的可维护性，一是从组网结构上考虑监控系统功能和中心位置对现有运维体系的适应性；二是选型的设备采用维护工作量较少和易于维护的设备，最大限度的减少日常运维工作量。

5、系统结构具有很好的稳定性：一是系统某一接点或某一设备的故障不影响其它设备和系统的正常运行；二是选型设备本身具有较好的稳定性和良好的故障保护功能。

6、系统的先进性：设计的系统和设备能满足现行发布的关于集中监控系统的全部技术规范和要求，软硬件能方便和可预见的进行扩容。所选用的系统和设备是目前在国际国内具有领先水平的，能够满足系统长期建设和发展的需要，以最大限度的保护用户投资。

7、本发明可以对实现变电站“一统”、“二集”、“三能”、“四防”、“五遥”的监控管理效果：

 一统：统一的监控平台，深度集成各子系统，实现跨系统联动。

二集：对变电站集中监控、集中管理，打破信息孤岛。

三能：能查、能看、能控。

四防：防火、防盗、防汛、防安全事故。

五遥：遥信、遥调、遥控、遥测、遥视。

通过 “一统”、“二集”、“三能”、“四防”、“五遥”，从而实现对无人或少人值守智能变电站的远程自动化安全监控管理，将独立的报警信息整合到一起，变单一化、孤立管理模式为集中化、自动化管理。值班人员只需按流程操作，即可处理所有纳入平台的报警信息，从而解决来自前端的多方位的安全告警接收不及时、不统一，不能及时处理的问题。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明：

图1为本发明结构原理示意图；

图2为本发明一实施例的分站结构原理图；

图3为本发明一实施例的主站结构原理图；

图4为本发明一实施例的系统网络拓扑示意图。

具体实施方式：

以下用实施例结合附图对本发明作进一步的详细说明：

如图1、图2、图3所示，本系统包括主站、分站和集控中心，主站、分站、集控中心之间由电力通讯专网连接。

主站实现主辅双工作站，监控中心运行之后，需要24小时有人值守，实现对系统的集中监控。实现告警数据以及相关视频数据的热备存储，告警数据存储不少于1年，告警录像存储不少于6个月。实现对告警的打印输出和档案查询管理。实现对分站现场的远程喊话。实现对所有分站监控项目的集中管理，包括数据及视频实时察看，历史告警等数据的查询和打印输出，各种预定方案的制定，控制设备的远程操作等。

在集控中心（操作队）安装双屏工作站，根据预定的权限范围对辖区内变电站和自系统进行监控。

分站按照实际情况选择一个或者多个控制模块（子系统）集成，根据所选子系统不同，设备类型和数量也有差异，但都通过站控层站端处理单元连接监控中心。

主站包括通信服务器、数据服务器、流媒体服务器、存储服务器、操作平台、音频设备、短信网关、打印机和告警装置。分站包括数据采集模块、数据处理模块、视频处理单元、网络传输模块和接口模块，数据采集模块经网络传输模块连接数据处理模块，数据处理模块经网络传输模块连接接口模块，接口模块连接分站客户端、分站操作台和分站服务端。视频处理单元包括摄像机和音频设备。采集模块包括环境监控模块、空调控制模块、SF6检测模块、消防模块和门禁控制模块。环境监控模块包括温湿度控制模块、浸水控制模块、灯光控制模块、风机控制模块和电子围栏控制模块。环境监控模块还可以包括水泵、气体浓度、风速、红外、门磁、给排水等部分的监控。

监控中心是系统的核心，完成系统的统一管理工作。主要由数据库服务器、通信服务器、中心管理服务器、流媒体服务器、接入/存储/转发服务器、磁盘阵列、操作终端及电视墙显示设备组成。监控中心软件安装灵活，根据监控系统规模大小，可以将多个软件安装在同一台服务器上，也可以分别安装在不同的服务器上。

监控中心具有强大的监控管理功能：遥信、遥测、遥控、遥调功能、告警功能、配置功能、安全管理功能、报表功能、通信管理功能、显示功能和打印功能。同时监视辖区内监控单元的工作状态，可透过监控单元对监控模块下达监测和控制命令，并动态地表现监控对象的状态和参数；对各个变电站监控单元的数据进行存储、处理，显示；告警数据实时显示并告警。并可授权不同的权限用户客户端，通过浏览器根据授权的监控。功能远端管理、维护和操作本辖区变电站监控单元，了解系统的运行情况。

数据采集模块，包括安防、消防、环境、视音频、门禁、智能照明、SF6检测和智能控制等子系统对应数据采集设备，如：安防系统，包括各种形态的电子围栏、红外对射、红外双鉴等；消防系统，包括各种级别的烟感探头、讯响装置、手报装置、测温装置和报警主机等；环境系统，包括温湿度探测、水浸检测、风速探测等。

网络传输部分，指的是基于TCP/IP机制的传输网络，不包括站端总线式、串行、并行和干节点等信号传输通道。根据数据业务和接入设备的数量，结合客户的网络建设，一般包括如下两种网络形式：公网，包括宽带、无线（3G/WIFI）；电力数据专网。其中，规模数据的传输和联网，基本通过电力数据专网。

门禁控制模块包含门禁控制器、不同形态的门锁、读卡器以及对门扇或者门控装置的改造。环境监控模块包括温湿度传感器、浸水检测缆线或者探头、感烟、风速测量等探头的安装，以及相关的数据处理单元的选配。电子围栏包括电子围栏脉冲主机、各种型号的杆线、警示装置以及配套装置。

不同子系统，会按照用户的需求，形成不同的选配和安装方案。采集层的集成和兼容，一般采用传感器级别的接入模式，即标准干节点、硬节点、模拟信号、开关量信号、视频摄像机以及音频输入输出接口。采集层的设备集成，主要采用输入信号共享和处理单元替代的方法。比如：

视频处理单元。原有摄像机的标准BNC接口，可以采用分频和环通的方式，分别在摄像机和视频编码设备一端，实现视频信号的新老编码设备共享；也可以在老的编码设备不宜在用的情况下，直接用新的设备取代，摄像机直接连接至后期建设的DVR或者DVS上。

环境监控模块。已有温湿度、风速和浸水检测等探头，可以通过物理信号并接，同时供新老数据处理单元共享，也可以直接用新的数据处理单元取代老设备，完成已有符合标准和要求的传感器和变送器的连接。

如图4所示，变电站站端与主站的连接，一般基于电力数据专网。每个变电站作为一个的站端层的接入个体，通过以太网与站外其他位置进行数据交换和传输。分站的数量，取决于系统建设的需求和规模。我司iSaSCADA智能变电站辅助系统综合监控平台，对分站的容量考虑，同系统平台下，可以达到数千量级。

每个分站的站内建设规模和各种接入量的接入方式，可能会根据实际情况，各有不同。站内还可以包括前置机、站端服务端、站端客户端和分站操作台等。

相对于分站层，主站层包含的系统规模，不同项目中则差异较大。

根据主站的位置不同，可以分为省级主站、地级主站、特高压主站或者县局主站。每个主站，可以包括主站服务端、主站客户端、主控工作站和分控工作站。

多层或者多个主站存在的系统中，每层或者每个主站承担的主要任务不同，数据处理的重点不同，管理职能的关注之处差异较大，客户端的数量以及配套设备均可灵活选择。

不同的区域，比如分站内外、省地之间等，每个独立网络为了数据安全考虑，一般都会构建符合需求的防火墙，辅以网管服务，实现对网络的带宽分配、安全管理和网络配置等。

系统包括以下监控功能：

1、变电站安全防范：

变电站安全防范为实现变电站的建设空间范围内的安防监控手段，包括周界安防、重要的室内场所安防。用于周界非法入侵防范的，电子围栏、门禁管理以及视音频等配套措施；用户室内非法进入和活动鉴别的，红外双鉴以及视音频等配套措施。

2、变电站消防监控：

主要包括，为实现变电站辖区内的火灾火患预防以及发生灾害时的应对措施，而涵盖的监控内容。变电站一般都已具备消防报警主机和消防烟感探头，系统消防监控功能主要是通过智能协议接入消防报警主机，接收消防告警信息，并根据需要执行必要的控制。普通的火灾，采用不同级别的烟感探测装置，实现火灾的检测和预防，并且合理配备喷淋、泡沫等自动灭火装置，联动进行第一时间火灾消患和扑救；对于变电站情境下主要发生在电缆环节的电气火灾，采用电缆接头测温等分布式检测装置，来实现缆线资源的老化和异常检测，并配合远动和自动化联网装置，实现火灾发生后的第一时间隔离，降低影响。

3、变电站环境监控：

变电站环境监控主要包括变电站重要的室内环境检测和发生问题后的处理机制。重要的室内环境监测，一般包括温湿度、门口窗口或者低洼处的水浸、空调等设备的漏水等，发生问题后，按照预案启动空调、水泵等设备，进行相应的应急处理。

4、门禁系统：

实现变电站门禁配套设备在内的监控单元联网监控。一般包括开关门的记录采集、进入的合法性检测、远程对门进行开合控制和异常情况的处理等。按照开门手段的不同，可以同时显现系统中人员管理的自动结合。

5、视音频监控：

主要包括，相关监控区域或者监控对象的影像采集，以及音频广播对讲等。视频除了常态的影像采集之外，还包括为各种告警或者故障定制的视频播放、组合和录制方案等。音频监控除了完成与影像的同步采集、传输和录制，还可增加语音广播和对讲，以满足通知、威慑、交流等需求。

6、智能控制：

主要包括，各种环境变量调控设备的远程、联动和预案操作。就设备类型而言，可以包括：空调、风机、灯光照明、视频设备、门禁装置和各种告警输出装置等。

智能控制，主要分成以下几种情况：第一，远程强制置于某种状态，比如开关灯、视频画面调节等。第二，告警触发预案，导致设备动作，比如夜间电子围栏告警后，对应监控区域内的灯光照明打开，视频开始录像录音，现场放音、警灯警号等威慑装置启动，远程喊话针对性开始，告警上传各级监控中心。第三，定时进行预案操作，并组合成巡视录像或者抓拍照片组合。

7、SF6检测：

 SF6气体，主要是为了解决变电站的断路器带负荷分闸时产生有害电弧的问题。要达到灭弧效果，SF6气体必须达到相当的密度要求，同时SF6气体本身具有无色无味、比重大于空气、泄露不易发现、易聚集而造成缺氧等特点，形成安全隐患。

主要监控形式包括：采用分布式的气体检测装置，自动完成预定区域的空气中的SF6、O₂等气体的浓度检测，在超过预定指标的情况下，启动风机等装置，进行排风换气等补救措施。

本系统主要具有以下管理功能：

1、告警管理。系统能够产生与所有检测量相关的告警，以及故障告警，系统应具备告警存储、告警查询、告警通知、告警联动控制的功能和机制。系统应优先满足告警通知、告警联动功能的及时性、准确性要求。

2、联动预案管理。在系统中所有告警量或监测量与控制量之间可以建立自动联动关系，这些联动关系可以组合为不同的联动预案，可以根据实际情况改变预案或者启用预案。

3、布撤防管理。系统需要具备所有告警相关的布撤防管理。布撤防包括手动布撤防、定时布撤防。手动布撤防优先级应高于定时布撤防。定时布撤防的组合为布撤防预案。每一告警应在一天之内可设置多条定时布撤防。

4、用户权限管理。系统管理用户的类型包括系统操作用户、门禁用户、告警接收用户。系统操作用户直接操作操作系统，又可以分为操作员、管理员、系统操作员，或者按照监控类别、监控区域进行划分。门禁用户不操作系统，但作为门禁系统权限管理的用户存在，系统可以管理门禁控制器对这些用户的授权。告警接收用户接收来自系统的告警通知（如短信通知），以便及时采取措施。系统用户管理支持对用户的角色分配、对角色的权限分配。

5、操作日志、数据查询管理。系统的控制记录需要通过操作日志完整无遗漏地进行查询。此外，系统的各类存档数据，包括采集而来的历史数据、设备状态、录像录音和告警故障资料，都应该具备按照符合条件查询的能力，而且用户可以定制输出格式。输出的一般形式包括：系统专用格式，如平台提供的查询结果界面，形成存档或者输出。在此基础上，按照操作指导书，工作人员再作进一步的处理。

6、设置配置功能。各种软硬件设备对应的参数，大多会因客户地域不同、管理模式差异、应用阶段变化和升级完善需求等原因，需要不同的配置，一般包括五遥中的遥调、系统的输出定制、平台的运行参数和用户管理功能的变化等。

本系统采用的主要技术包括：组态技术，采用的组态平台具备成熟稳定的架构和基础的的组态功能、数据采集功能、告警处理功能、脚本处理能力、驱动扩展能力、远程站点功能。KingSCADA组态平台的远程站点功能可以支撑系统多级联网监控的实现；开放的设备驱动技术，通过组态平台的驱动扩展功能，可以满足智能协议的接入要求，从而使系统具备很好的扩展性和开放性，具备通信协议或者开发包的设备、系统均可纳入被监控范围；双机冗余可靠性技术，系统服务的双机热备技术，大幅提升了系统的可用性、可靠性。

本发明具有以下优势：

1、系统架构先进。系统软件基于应用广泛的组态解决方案，具有高度稳定性、可靠性的系统框架。系统支持多层架构、分布式部署，驱动开放，支持传感器级别接入、设备级别接入、系统级别接入模式，产品接入标准库广泛。

系统的接入和兼容，采用业界先进的嵌入式实时系统设计开发，接口标准，便于整个系统从架构方面的调整和配置。

标准的B/S架构，决定了用户的操作位置不受限制，只要有IE等浏览器的存在，用户就可以在网络内任何一台计算机或者任何地点，依据登录用户的权限，完成相应的管理操控工作。

2、稳定性高。系统从整体到部分，从软件到硬件，从设计到实现，均将系统的安全性和稳定性，作为主要考虑内容，分别从以下方面，保证系统的稳定性：

首先，系统多级热备。从信号的共享，到网络的建设，再到中心设备，特别是服务器集群的热备冗余，都采用成熟技术手段，可以按照用户的需求，选择性部署。

其次，各级安全保障。硬件设备的防雷、电磁兼容和防护，设备自身的防护以及与关联设备的隔离，均通过相关第三方认证机构的评测。系统方面，特别是数据安全和网络安全，作为重点解决对象。重要数据，多级存储，互为备份，比如视频站端7*24小时录像，中心保存告警和故障联动录像。集中存储，采用RAID5等存储策略，保证硬盘等设备损坏，不会丢失数据。网络层面，部署和兼容各级防火墙，完成内网和外网的屏蔽，以及不同范围内局域网的监管。

3、扩展性强。其一，系统软硬件和网络及配套设施等，设计接口符合相关标准。从通信行业的网络标准和监控系统规范，到电力行业的设备接入和系统兼容，再到各个子系统的专业要求，系统处处考虑到每个部分的专业和通用标准符合要求，因此，同行业同领域的大部分产品和厂家，都可在短时间之内实现兼容和整合。

其二，系统中，软硬件的模块化程度高，便于增减和转换。系统中，软硬件的设计实现，均遵从模块化理念。系统的部署和建设，可以根据用户的需求，灵活掌握，规模可大可小，系统可聚可分，设备可以转移应用。

其三，基于先进的组态平台，支持传感器级别接入、设备级别接入、系统级别接入模式，可以兼容的厂家和设备广泛。

4、定制功能突出。系统的灵活性，特别是和客户业务的符合程度，很大一部分取决于定制功能。系统中，这部分优势的体现，主要集中于以下两个方面。

第一，系统中具备大量的设置配置功能，可供用户选择。基于监控行业的多年产品研发经验，结合电力行业的多个项目应用实例，系统的配置设置功能，不断优化补充。比如，用户权限管理，既包括区域范围，又包括操作影响，还可兼顾专业领域划分。

第二，用户业务的差异性定制。从系统设备台帐，到简化ERP实现；从简单告警打印，到派障预案管理；从故障提示，到派工流程闭环管理；从单纯安防目标，到门禁综合应用；如此等等，基于同样的硬件投入，不断增强软性功能定制，成为系统的重大优势之一。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统，其特征在于：包括主站、分站和集控中心，主站、分站、集控中心之间由电力通讯专网连接；所述主站设有监控中心，所述监控中心包括数据库服务器、通信服务器、中心管理服务器、流媒体服务器、接入/存储/转发服务器、存储服务器、操作终端及显示设备；所述分站包括数据采集模块、数据处理模块、网络传输模块和接口模块，数据采集模块经网络传输模块连接数据处理模块，数据处理模块经网络传输模块连接接口模块。

2.根据权利要求1所述的一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统，其特征在于：所述分站还包括视频处理单元，所述视频处理单元包括摄像机和音频设备。

3.根据权利要求1或2所述的一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统，其特征在于：所述数据采集模块包括环境监控模块、空调控制模块、消防模块和门禁控制模块。

4.根据权利要求3所述的一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统，其特征在于：所述环境监控模块包括温湿度控制模块、浸水控制模块、灯光控制模块、风机控制模块和电子围栏控制模块。

5.根据权利要求4所述的一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统，其特征在于：所述数据采集模块还包括SF6检测模块。

6.根据权利要求1或2所述的一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统，其特征在于：所述监控中心设置有音频设备。

7.根据权利要求6所述的一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统，其特征在于：所述监控中心还设置有短信网关、打印机和告警装置。

8.根据权利要求1所述的一种iSaSCADA变电站智能辅助实时监控系统，其特征在于：所述分站的接口模块连接分站客户端、分站操作台和分站服务端。

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