數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)在抽水蓄能電站的應(yīng)用

王 濤，溫佩佩，劉旭陽，李苜苒，趙 安

（1.河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300；2.國網(wǎng)新源控股有限公司檢修分公司，北京 100068）

0 概述

河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱“張河灣電廠”）位于河北省石家莊市井陘縣境內(nèi)，地處相對偏遠(yuǎn)，距石家莊市直線距離為53 km，公路里程為77 km。生產(chǎn)區(qū)域包括地下廠房（主廠房、副廠房和主變附屬用房）、下水庫和上水庫，生產(chǎn)值班為“少人中控室值守”的運(yùn)行模式。對于張河灣電廠值守人員而言，工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)對廠房設(shè)備和上下庫監(jiān)測尤為重要，傳統(tǒng)模擬式的工業(yè)電視系統(tǒng)已不再滿足值守人員的業(yè)務(wù)需求，需要進(jìn)行數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)應(yīng)用。

1 問題的提出

張河灣電站生產(chǎn)區(qū)域工業(yè)電視系統(tǒng)于2008年完成投入運(yùn)行，原始系統(tǒng)圖像點(diǎn)位為108個(gè)，組網(wǎng)系統(tǒng)為模擬結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。在原模擬工業(yè)電視系統(tǒng)運(yùn)維過程中發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

1.1 傳輸質(zhì)量

原工業(yè)電視系統(tǒng)為模擬式遙視工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)組網(wǎng)使用了大量的同軸電纜進(jìn)行信號傳輸，由于地下廠房為地下洞群設(shè)計(jì)，地形較為復(fù)雜，上下庫區(qū)域又相對開闊，部分工業(yè)電視前端設(shè)備與編碼存儲設(shè)備距離超出標(biāo)準(zhǔn)范圍存在損耗，加上被電力電纜干擾，導(dǎo)致誤碼率大而出現(xiàn)圖像質(zhì)量和色彩與現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備偏差很大，甚至存在老舊設(shè)備無法正常顯示問題，不滿足中控室和消防值班室的日常監(jiān)視使用需求。

1.2 視頻共享和存儲

原工業(yè)電視系統(tǒng)無法進(jìn)行視頻共享，原工業(yè)電視系統(tǒng)僅通過光端機(jī)將控制信號和視頻圖像接入地下廠房中控室和老辦公區(qū)消防值班室，運(yùn)維人員、總工程師和應(yīng)急指揮部無法及時(shí)查閱監(jiān)控信息，若出現(xiàn)問題無法第一時(shí)間了解現(xiàn)場情況。視頻存儲僅能查閱最近一周的視頻，硬盤矩陣存儲量小，不滿足視頻存儲的最低要求。

1.3 設(shè)備維護(hù)

原工業(yè)電視系統(tǒng)在累計(jì)運(yùn)行超過10年的情況下，設(shè)備老化、線路破損等問題情況出現(xiàn)，加大了工業(yè)電視系統(tǒng)人員維護(hù)的工作量，并且需要預(yù)備大量的備品備件來對工業(yè)電視系統(tǒng)進(jìn)行故障設(shè)備替換，增加了原工業(yè)電視系統(tǒng)的運(yùn)維成本。

1.4 設(shè)備點(diǎn)位部署

由于模擬工業(yè)電視系統(tǒng)硬盤錄像機(jī)的限制，視頻點(diǎn)位增加需配合增加模擬硬盤錄像機(jī)臺次設(shè)置，增加設(shè)備點(diǎn)位部署成本相對于數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)較大，此項(xiàng)嚴(yán)重限制電廠設(shè)備監(jiān)視點(diǎn)位的發(fā)展。

2 數(shù)字化工業(yè)電視技術(shù)應(yīng)用

數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)是現(xiàn)階段結(jié)合TCP/IP傳輸協(xié)議形式下的現(xiàn)代化工業(yè)電視系統(tǒng)，采用以太網(wǎng)的形式進(jìn)行組網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)最高1 000 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)按照接入設(shè)備→匯聚設(shè)備→核心設(shè)備的方式進(jìn)行配置，采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)。

2.1 接入設(shè)備

接入設(shè)備主要為前端工業(yè)電視攝像頭，建議使用紅外網(wǎng)絡(luò)智能球/槍型攝像機(jī)，重點(diǎn)測溫區(qū)域可以考慮使用雙目測溫型攝像機(jī)，防爆區(qū)域應(yīng)使用附帶防爆外殼的工業(yè)級攝像頭，防護(hù)等級應(yīng)高于IP67，分辨率達(dá)到1 080 P，具有遠(yuǎn)控調(diào)整，自動(dòng)數(shù)字降噪，自動(dòng)調(diào)焦等功能，可用于千兆網(wǎng)絡(luò)。

2.2 匯聚設(shè)備

匯聚設(shè)備主要以傳輸設(shè)備和交換設(shè)備功能為主。

（1）傳輸設(shè)備要求長距離傳輸，并且有較高的抗干擾能力，目前普遍存在的是采用工業(yè)級視頻光端機(jī)設(shè)備進(jìn)行傳輸。

（2）交換設(shè)備主要是將所有接入設(shè)備接入所組網(wǎng)絡(luò)，建議使用工業(yè)級千兆級別的交換機(jī)，交換機(jī)最好使用雙電源模塊，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2.3 核心設(shè)備

核心設(shè)備主要以核心交換機(jī)、視頻服務(wù)器、存儲陣列、視頻工作站、顯示大屏等組成。

（1）核心交換機(jī)以工業(yè)級千兆級別以上為主，提供兩路可靠電源。

（2）視頻服務(wù)器負(fù)責(zé)對工業(yè)電視系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行管理和用戶授權(quán)，在此服務(wù)器上可以配置并管理工業(yè)電視攝像頭，并且通過接入同步時(shí)鐘源可以向所有管理設(shè)備提供時(shí)鐘同步功能，統(tǒng)一設(shè)備時(shí)間，提供事故追溯依據(jù)。

（3）存儲陣列根據(jù)電站實(shí)際工業(yè)電視攝像頭的個(gè)數(shù)來配置硬盤容量，以RAID陣列的形式進(jìn)行存儲，保障硬盤故障后替換可以自動(dòng)重組陣列，建議存儲能夠保障實(shí)現(xiàn)一個(gè)月的視頻存儲量。

（4）視頻工作站使用中高配計(jì)算機(jī)終端即可，安裝工業(yè)電視系統(tǒng)管理軟件，可以及時(shí)訪問控制接入端設(shè)備，提供管理員接口，可以對工業(yè)電視系統(tǒng)最便捷的交互操作。

（5）顯示大屏為追求實(shí)用，建議使用42～55英寸窄縫拼接屏，樣式美觀又便于維護(hù)。

3 設(shè)計(jì)和實(shí)施方案

3.1 工業(yè)電視監(jiān)控點(diǎn)位部署設(shè)計(jì)

根據(jù)電站生產(chǎn)區(qū)域劃分點(diǎn)位區(qū)域，點(diǎn)位區(qū)域要求以觀察重要設(shè)備輔助運(yùn)行值守為主，以張河灣電廠為例，將點(diǎn)位區(qū)域劃分為上水庫區(qū)域、下水庫區(qū)域、主廠房區(qū)域、副廠房區(qū)域、主變附屬用房區(qū)域和出線場區(qū)域；按照設(shè)備運(yùn)行要求，主要觀測區(qū)域?yàn)椋?/p>

（1）蝸殼層機(jī)組主設(shè)備；（2）水輪機(jī)層機(jī)組主設(shè)備；（3）母線層機(jī)組風(fēng)洞；（4）機(jī)組母線洞；（5）直流系統(tǒng)；（6）10 kV系統(tǒng)；（7）主變壓器設(shè)備；（8）500 kV GIS系統(tǒng)；（9）機(jī)組保護(hù)和線路保護(hù)；（10）400 V 配電盤；（11）SFC 系統(tǒng)；（12）出線場；（13）上庫水位計(jì)及啟閉機(jī)；（14）下庫尾水平臺等。

3.2 工業(yè)電視網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌赫麄€(gè)工業(yè)電視系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎枚壘钟蚓W(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，在中控室部署核心交換設(shè)備和在各區(qū)域部署接入交換設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)呈星型狀態(tài)分部，層級之間通過視頻光端機(jī)和單模光纖進(jìn)行連接，網(wǎng)絡(luò)達(dá)到千兆帶寬級別。

（2）IP地址分布：采用私有C類IP地址部署，根據(jù)局域網(wǎng)內(nèi)接入的所有需要IP地址的設(shè)備進(jìn)行規(guī)劃，做好預(yù)留點(diǎn)位。

表1 工業(yè)電視IP地址部署

3.3 工業(yè)電視系統(tǒng)供電

根據(jù)區(qū)域重要程度劃分供電要求：

（1）重要監(jiān)視區(qū)域工業(yè)電視攝像頭和管理設(shè)備建議使用直流逆變UPS進(jìn)行供電，廠用電停電時(shí)可以繼續(xù)保證設(shè)備正常供電運(yùn)行。

（2）一般監(jiān)視區(qū)域或者無直流逆變UPS供電區(qū)域使用交流電源供電，電源取自電站交流配電盤。

3.4 工業(yè)電視系統(tǒng)布線

根據(jù)已設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位進(jìn)行綜合布線，做好光纜和電纜的分配箱，所有線纜建議敷設(shè)時(shí)應(yīng)保證在弱電線槽內(nèi)。

（1）光纜部署：由于抽蓄電站廠房大多部署于地下，且洞室分部較為復(fù)雜，傳輸距離已超出普通網(wǎng)線的最長距離，建議使用光纜進(jìn)行承載視頻大數(shù)據(jù)流量。

（2）網(wǎng)線部署：分配箱至攝像頭、交換機(jī)至管理設(shè)備之間應(yīng)使用網(wǎng)線連接，建議使用超五類級別以上網(wǎng)線。

（3）電纜部署：承載工業(yè)電視系統(tǒng)電源，建議使用2×1.5 mm2及以上規(guī)格的電纜。

4 實(shí)施完成后效果

數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)實(shí)施完成后，效果相對于原模擬工業(yè)電視提高很大，整套工業(yè)電視系統(tǒng)操作便捷、穩(wěn)定可靠、便捷智能，提高現(xiàn)場值守人員工作效率，建成后展示效果見圖1所示。

數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)改造完后優(yōu)點(diǎn)：

（1）功能和性能提升：設(shè)備選用現(xiàn)階段較為先進(jìn)的智能化設(shè)備，操作便捷、管理簡單、性能穩(wěn)定。

（2）拓展便捷：點(diǎn)位增補(bǔ)較為便捷，固定攝像頭點(diǎn)位，就近拉線接入分配箱即可。

（3）經(jīng)濟(jì)實(shí)用：工業(yè)級設(shè)備使用，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可長期使用，減少設(shè)備運(yùn)維的工作量和成本費(fèi)用。

圖1 使用效果展示

5 結(jié)論

抽水蓄能電廠普遍存在距離市區(qū)較遠(yuǎn)，值守屬于少人值班的狀態(tài)，使用數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)可以對電站生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測，可以大大提高值守業(yè)務(wù)的管理效率。在人工智能發(fā)展的今天，后續(xù)工業(yè)電視系統(tǒng)仍有不少的發(fā)展空間，利用智能AI平臺結(jié)合一系列智能算法和樣本模型訓(xùn)練，可以智能監(jiān)測生產(chǎn)現(xiàn)場工作，有效提高電站生產(chǎn)管理水平。