智能电网劲起安防新技术狂潮

2014-10-30 09:21 行业报道   

导读由于对生产安全稳定要求极度苛刻,电力成了较早引入安防系统的几个行业之一。不过,早期电力领域的安防系统主要用于电力系统(如发电厂、变电站等场所)的保卫工作,防止电力设施被盗、被破坏……  

由于对生产安全稳定要求极度苛刻,电力成了较早引入安防系统的几个行业之一。不过,早期电力领域的安防系统主要用于电力系统(如发电厂、变电站等场所)的保卫工作,防止电力设施被盗、被破坏……

从某种意义上来说,安防系统尤其是视频监控系统之于电力企业,是一种特殊的存在。由于对生产安全稳定要求极度苛刻,电力成了较早引入安防系统的几个行业之一。不过,早期电力领域的安防系统主要用于电力系统(如发电厂、变电站等场所)的保卫工作,防止电力设施被盗、被破坏。自智能电网的概念落地后,以视频监控为主力的安防系统逐步扩展到综合辅助系统,并广泛介入日常生产,实现设备运行场地环境数据的全景采集,并根据预案执行智能联动,对巡检、操作流程进行全程可视化管控。

虽然在安防系统应用上并没有明显突破传统的设计思维,然则因为行业特性,电力系统对安全技术防范还是有一些自身的特殊要求。

电力行业安全防范有多特殊?

安全防范对象类型复杂多样

变电站,中为了安全目的需要监控防范的对象类型较多,包括人、物和环境。“设备和建筑物就其监控而言最大的特点是‘它们是固定的’,人大部分时间内是活动的,工具有时候是动的。根据这个特点在视频上处理会采用不同的技术。”来自深圳市铁越电气有限公司的一位工程师说。

1、对人的监控

虽然变电站是“无人值守”的,但总要有工作人员去巡检、安检、维修或施工等正常的工作,另外还有不请自来盗贼和**,这都需要对“人”这个活动的目标进行监控。对工作人员的监控主要是防止误操作、误入区域和其他不规范的行为。对盗贼主要是防盗、防人为破坏。

2、对物的防范

被监控的物主要包括站内设备、建筑物、工具等,设备的监控主要是从安全运行和其表观方面进行,比如运行是否正常,外观是否完好、有无破损等;对建筑物的监控主要用于防盗,门窗围墙是否有安全漏洞,是否有翻越非法入侵等。

3、对环境的监测

与环境有关的监控主要包括自然环境中的风、霜、雪、雨、雷电以及建筑物内的气体。有关的量包括环境温度、湿度,风向风速等。这部分监控主要起到预防作用,监控如雷雨大风、台风、龙卷风、冰雹等恶劣天气给室外设备可能造成的危害。建筑物内的气体颜色变化、是否有害、温湿度是否正常等。

监控环境相对恶劣

由于变电站的选址要求,变电站多数建在荒郊野外,所处的雷击、电晕、噪音、电磁场干扰等复杂环境,对监控设施要求较高,尤其是高压场地,对摄像机等核心设备的电磁兼容性要求很高,有的设备EMC指标要满足《远动终端设备》GB/T13729-2002规定中4级的要求。

空间范围大而且分散

变电站的分布相对分散,距离调度中心远,从几公里到几百公里不等。整个安防监控网络覆盖范围很大,必须分层级、分块进行监控管理。

由于带宽限制技术要求高

由于成本、距离、环境和所承载业务较多因素,分配给安防系统的带宽有限,一般只有2M。所以应用时对压缩技术、网络传输技术的要求较高,诸如H.264编解码标准、IP组播、RTP/RTCP、SIP等已经成了基本要求。

智能、3D、一体化及机器人

电力行业在安全技术防范系统应用上比较讲究,自然也会有独到的见解与探索。目前安防界力推的高清化、智能化、标准化以及定制化,对于电力企业而言并不算新鲜话题,因为它们习惯性成为第一个吃螃蟹,几乎总是走在安防先进技术应用探索的前沿阵地。

智能分析应用细化

目前,国内绝大部分变电站在“四遥”的基础上已经部署了第五遥“遥视”系统,完成了无人值守变电站的改造。一些变电站的“遥视”系统不仅实现了变电站内部环境、重要设备的实时视频监控,也实现了变电站综合自动化系统重要信号的“事件联动”,甚至在高清监控设备普及之后还可实现一些智能视频分析功能,如运动侦测、禁区检测、变电设备模式识别等。

事实上,智能分析在包括平安城市、金融等领域由于备受诟病的居高不下的误报率,往往让用户可望而不及,然而落地至变电站等电力场所却有天然的适应能力,并对“智能电网”的“智能”形成遥相呼应。

“电力系统的智能分析技术需求越来越细化。” 海康威视系统业务中心能源事业部王英杰在受访中谈到,智能分析会更多的结合电力场景需求应用。“比如我们在上海清湖变电站的综合监控系统中就有嵌入人脸识别技术。通过智能分析服务器捕获视频流中的人脸,根据预先建立好的人脸数据库区分出值班人员、合法操作人员、无关人员等,当在作业区域内发现无关人员时,或者在变电站区域内发现非法人员时,立即发出报警。

同样从中兴力维公布的“海南电网公司基于分布式的省级电网全景展示与运行指挥系统”项目概况可发现这一趋势。力维在儋州那大变与三亚亚龙湾变建有智能读表与刀闸状态分析系统,其利用视频智能分析技术,直接通过视频读取变电站现场表盘度数及分析刀闸开合状态,使视频分析技术为变电站智能监控添加了新的应用方式。

而由国家电网公司主导的科技项目“变电站现场作业安全智能监控系统”,已走出实验室,并在福州500kV变电站获得成功应用。系统能对操作人员没有佩戴安全帽、检修人员擅自越过安全围栏、高空垂直交叉作业等违章行为自动进行实时提示、告警;为电力现场作业人员提供有效的人身安全监控与防护手段,对于预防或减少电力系统人身等恶性事故无疑具有十分重要的理论意义和实用价值。

安防监控与SCADA系统集成一体化

以国网为代表的电力企业正在对业务管理进行大刀阔斧的改革,“三集五大”发展战略便是其现实写照。而从“三集五大”目标的背后我们也可以看出电力系统对电力调度集中高效的更迫切需求,于而从多家浸淫智能电网领域的玩家官网中针对技术方案的介绍可窥见,近两年来,基于电力行业定制开发的专业的变电站视频及环境监控系统综合管理平台的研究热络起来。例如南自科技之智能图像系统将自动报警控制系统、环境控制系统、信息管理调度系统、数字硬盘录像系统等功能融为一体,实现视频信息与数据信息结合管理。据其公开的技术资料介绍显示,该系统还可与综合控制系统、消防报警系统、电力调度系统、无线音视频传输系统、红外热成像系统等进行连接。

而据海康威视王英杰透露,其公司针对变电站定制的综合监控平台也能够实现辅助系统的一体化综合监控,对辅助子系统进行有机整合并建立联动预案。除了有线监控,平台软件还支持3G视频设备(车载、单兵)及移动终端的接入,满足随时随地的监控需求。

安防监控系统与生产管理系统融合是安防技术在大型企业深化应用的创新与发展朝向,也呼应了智能电网“信息应用以通信为平台,通信管理以信息为支撑,安全第一、一体化融合发展”要求。从国家电网官网查询到的资讯显示,金华电网500千伏、220千伏、110千伏变电站的图像监控、500千伏智能化辅助、智能化消防远程监控、SVC输电线路在线监测、现场作业视频监控、UPS变电站通信电源综合管理、网络信息实时监控等辅助系统的管理任务,实现辅助系统的“6+1”整合。

试水3D场景显示技术

这几年来,关于3D显示技术,包括安防人士在内的科技界百谈不厌。而“3D遥视与建模方法的三维变电站”几乎引起电力系统的学院派与技术派的同事关注。3D遥视作为一种新的视频图像显示形式,可以带来具有深度感知的显示效果,真实感更强烈,呈现的检测内容也将更为丰富。

目前,可搜索到东莞变电管理二所、220kV武侯变电站上都有试点建设一套3D显示系统来展现变电站场景及站端辅助系统。

用户可以通过客户端访问系统,客户端所采用的通信协议,具有很强的开放性和兼容性,完全能融合在电力系统现有网络中。通过标准的客户端,相关负责人和管理人员可根据不同的权限对系统进行配置及监控,操作界面全部为中文可视化界面,使用非常方便。此系统将获取的真实站端动环数据,如环境温湿度、风度、风向等环境量以及门禁,集成到3D场景显示系统中。在此3D显示界面上,管理人员可以根据3D虚拟现实视频中得到的实时数据的模拟数据,判断设备周边环境和设备运行情况。

“3D场景显示技术能真实地反映出变电站设备的空间关系以及环境数据的实时变化,既可以纵览全局,也可以观察局部详细信息,为变电站的智能化管理提供了直观、准确并且真实的监控管理方式”海康威视王英杰表示,根据3D虚拟现实视频中的实时数据,立体、形象、真实地反映了变电站各个设备的细节和特征以及运行情况,让管理人员和技术人员可以更直观地了解设备的运行情况。

从目前看到的资料显示分析,尽管3D场景显示技术可以对变电站等电力场所进行有效的监控和管理,更好的满足生产运维、安防应急的需求。不过受制于高昂的建模成本,3D场景显示技术在电力企业信息化建设引入并不普遍。当然,未来随着技术的普及与改善,3D显示仍将给电力企业在提高管理的可操作性与电网信息化的管理和决策水平发挥不可忽视的作用。

“智能机器人”研究成果落地

由于电力作业场所的高危险性以及安全高风险等特性,早在数年前,国家电网即成立“国家电网公司电力机器人重点实验室”,旨在围绕变电站设备巡检机器人、输电线路无人直升机智能巡检系统以及电力特种机器人所涵盖的机电一体化技术、计算机控制技术、人工智能技术、多传感器融合技术等学科在电力生产中的应用开展了一系列的研究,目前其研究成果变电站巡检机器人已应用与山东电网多个变电站

据了解,变电站巡检机器人主要应用于室外变电站代替巡视人员进行巡视检查。机器人系统可以携带红外热像仪、可见光CCD等有关的电站设备检测装置,以自主和遥控的方式,代替人对室外高压设备进行巡测,以便及时发现电力设备的内部热缺陷、外部机械或电气问题如:异物、损伤、发热、漏油等等,给运行人员提供诊断电力设备运行中的事故隐患和故障先兆的有关数据。另外,该机器人系统应可以部分地代替人在合适的时间进行巡视检查工作,并且能生成报表,如机器人可以在值班人员不便于巡视的时间(如凌晨00:00或者03:00)或恶劣天气情况,在不要监控人员的参与下按照固定的路线进行巡检,并且能自动返回出发地点。

除了电网公司自身出成果,传统安防企业在智能巡检机器人研发上也有新的突破。从朗驰欣创官网了解到,其公司研发的一款智能巡检机器人正在广州科220 千伏科城变电站“执勤”。为了保证电力隧道内设备的正常工作,防止偷盗、私拉电线等非法行为,平日里需要人工对隧道进行常规巡检,但由于隧道里存在积水,光线黑暗,通风不足,甚至会存在有毒有害气体,人工巡检十分不便。应用于广州科翔路的隧道智能巡检机器人。机器人集各种安防设备于一体,联动隧道灭火车,采用倒挂式固定轨道运行。机器人能通过可见光摄像头监控隧道内场景,借助图像分析算法自动获取仪表读数,还能通过红外热成像仪准确获取电力设备温度,并能通过各种传感器“闻”出空气中的温湿度,烟雾、特定气体(CO,O2,CH4,H2S⋯)浓度;最重要的是它还非常智能,可以自动充电,自动雷达避障,自动处理获取的数据,当发现可疑情况会自动判断并报警,如果发现火灾,它会“呼叫”灭火机器人赶过来,灭火机器人能自动喷射超细干粉,迅速有效进行灭火。

据项目负责人员介绍,此项工程的目标是依托轨道式移动监控系统,创建南方电网防灾减灾示范段,为今后建设无人巡视隧道积累经验,为建设安全化、信息化、智能化的“智能电网”铺路。

智能一体化,积极服务生产管理

智能电网建设的逐步深化与特高压电网工程项目的启动都将对安防技术应用提出新的要求。当然,智能化、一体化、定制化依然是电力企业永远不变的诉求。“大型的安防管理平台、智能视频技术和有针对性的解决方案都是值得期待的。”一位河南电力公司的工程师说道。

而据接近南方电网的一位人士也表示,结合电力业务特点的视频智能分析技术应用以及各信息化子系统集成整合将是电力企业关注的热点。他还强调,“现在,电厂和变电站都会要求安防系统能够更好地将视频监控、入侵防范、门禁、消防、环境监测等系统一体化集成。”

“特高压输电工程对安防系统将提出更高的要求,如高机械强度、防污闪、提高过电压耐受能力和降低无线电干扰等,这就需要根据特高压工作环境量身定制专用型安全技术防范设备及系统。”铁越电气辛培民在展望电力安防发展趋势时谈道。

以监控为表率的安防系统正成为电网智能化的尖兵,未来将更多地参与电力安全生产,为提高发电、输电和用电的效率。以海南电网为例,其在完成电网综合监视、气象综合、视频综合三大场景展示可视化应用,形象支撑安全生产管理。二期建设形成视频监控系统、智能信息集成平台、综合可视化展示框架,实现视频监视推广与提升、全景展示与运行指挥业务实用化与应用提升。

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