5G网络视频监控在智能变电站中的应用

 2020年9月25日第37卷第18期

doi：10.19399/.2020.18.048

通信技术

5G网络视频监控在智能变电站中的应用

申 周

1

，卢奭瑄

1，2

，单俊玮

1

（1.沈阳工业大学，辽宁 沈阳 110027；2.沈阳工程学院，辽宁 沈阳 110136）

摘要：5G通信技术不断成熟，鉴于此分析5G技术的特征和优点，提出了一种在智能变电站中基于5G网络的

视频监控系统，并详细介绍了系统的功能组成、组网方案以及系统特点。该系统以5G网络技术为基础，实现了在变

电站电力系统工作中的远程图像采集和实时视频监控等功能。

关键词：5G移动通信技术；发展趋势；视频监控电力终端

Application of 5G Network Video Surveillance in Smart Substation

SHEN Zhou

1

，LU Shixuan

1,2

，SHAN Junwei

1

（ng University of Technology，Shenyang 110027，China；

ng Institute of Engineering，Shenyang 110136，China）

Abstract：With the continuous maturity of 5G communication technology，the article analyzed the characteristics

and advantages of 5G technology，and proposed a video surveillance system which is based on 5G network in smart

substation，and the functional composition，networking scheme and system characteristics of the system are introduced

in system is based on 5G network technology，realized functions such as remote image collection and real-

time video monitoring in the work of the substation power system.

Keywords：5G mobile communication technology；development trend；video surveillance power terminal

0 引 言

随着5G商用进程的深化，运行商大规模的网络

建设，5G通信技术也日趋成熟。从最初的2G通信技

术和3G通信技术到当前的4G通信技术和5G通信技

术，发展速度较快，可以满足当前社会生活的发展要

求

[1]

。在移动通信网络中，5G智能通信技术凭借成

熟的无线传输系统，传输数据的速度更快。不同频段

的应用，使得5G 通信信号更加稳定。与4G通信技

术相比，5G信号的覆盖范围也更广，可以满足不同

用户的多样化生活和工作。

虽然4G网络通信技术在我国商用时间已不短，

但在无线监控领域却只处于起步阶段，无法满足无线

监控大范围的应用，在稳定性、覆盖率以及传输速度

等方面也存在严重问题。5G作为一种超宽带无线技

术，其移动性和高带宽等特点使得传统的安全监控系

统得到了进一步地发展和改进，使得基于固网宽带的

网络数字视频监控系统在无线环境中也可以得到广泛

应用

[2]

。随着智能电网建设需求的增长，将不可避

免地颠覆传统的视频监控行业。随着5G通信技术的

不断成熟和商业化应用的不断推广，基于5G网络的

无线视频监控技术也必将在变电站综合自动化系统中

发挥越来越重要的作用。

收稿日期：

2020-08-09

作者简介：

申 周（1995-），男，山东烟台人，在校研究生，

工学硕士，主要研究方向为过程在线检测技术与智能控制。

1 可行性分析

如今的第五代移动通信网络（简称5G）是最新

一代的蜂窝移动通信技术，具有高速率、宽带宽、高

可靠性以及低时延等特性。其凭借全新的网络架构，

至少可以提供十多倍的4G峰值速率、毫秒级的传输

时延、超过500 km/h的移动性能以及千亿级的连接

能力，可以完成许多4G所不能完成的任务

[3]

。

随着5G通信网络不断深入工业互联网，远程控

制、工业摄像头以及生产设备实时监控等也必将应运

而生。5G契合了变电站综合自动化系统发展的需要，

为实现更加智能安全的运作提供发展基础。其最重要

的功能包括以下几点，一是具备多连接的特性，在无

线监控中不仅扩大了监控的范围，而且在获取更多的

多维监控数据上面也得到了大幅度的提高。二是在软

件层面上采用了云和虚拟化技术，有效解决了生产安

全和通信传输层面上的许多问题。三是不受物理硬件

的限制，实现实时集中调配和统一运行，满足智能化

变电站高效率运行管理的需求，提高指令的执行速度，

便于各个部门的沟通配合，降低通信设备运行维护的

成本和失误概率。四是无线传输更容易部署、成本更

低且性能更稳定，不需要埋线施工，提高了资源利用

效率，避免线路老化损伤通信效率，从而提高信息传

输的安全性和稳定性

[4]

。

许多变电站自动化调度系统只能实时监控电力

数据，而在全面直观地反应变电站众多设备现场运行

状况方面做的还是不足，电力人员需要在检查工作上

2

花费更多的精力。一旦事故发生，电网调度人员如果

不能及时准确地掌握现场状况，只有到达现场才能查

明事故原因的话，将会造成严重后果。如报警单元在

收到信号干扰的情况下会发生误报警情况，如果不能

及时排查原因并解决，势必造成秩序紊乱。目前，隔

离开关类很多设备的成功率还达不到100%，因此操作

员必须仔细检查确认操作成功后才能进行下一步操作。

综上所述，在考虑如今无人值守变电站的需求和电网

的管理向自动化、网络化、数字化以及智能化方向发

展的前提下，提出了建立一种智能5G网络视频监控系统，

用于建设各层次变电站的安防视频监控系统、变电站

智能网络远程传输的报警信息系统以及监控中心。

智能监控系统的主要功能是将视频监控、火灾

报警、安全警卫以及环境监控有机地集成在供电局不

主站端

视频工作站视频工作站

同区域的变电站之间。使用5G通信数据网络可以实

现远程视频实时监控和信息处理实时反馈。在主站供

电局建立监控中心，可以统一调度和实时监控各变电

站。主站监管人员可以通过实时视频统一管理站点，

及时解决各种问题，提高工作效率。无人值守时，根

据管理系统虚拟化设置，在站点出现安全问题后，发

出操作指令给前方工作人员

[5]

。

2 基于5G智能视频监控系统的设计

2.1 系统的组成

根据变电站综合自动化系统的特点和管理模式，

将远程监控系统分为主站端（主控中心、区域监控中

心）、变电站监控前端以及传输网络设备3个部分。

组网结构如图1所示。

视频工作站

MIS系统

Web用户

用户用户用户

服务器组

防火墙

Web用户

5G数据网络

Web用户

前端站前端站

5G智能视频

服务器

5G智能视频

服务器

图1 组网结构示意图

在系统中增加一个新的变电站时，只需要在前

端系统建立站端监控，并与监控中心建立连接即可。

系统的各项功能和运行状态不受扩建的影响。

2.1.1 前端站部分

现场变电站监控的前端设备主要完成现场各种

信息的采集、处理以及上传。主要由高清摄像机、

5G智能视频分析服务器以及报警处理单元等组成。

变电站前端监控系统的方案设计和项目实施要严格按

照国家电网的《智能变电站辅助系统综合监控平台技

术规范》《变电站视频及环境监控系统技术规范》以

及《电网视频监控系统及接口》，采用符合标准的硬

件产品和监控平台。在变电所前端重要区域安装高清

摄像头，查看重要设备的详细情况，减轻工作队的检

查压力。一些地区还需要部署跟踪摄像头，在主控楼

顶部署全景摄像机对场地进行全景监控。对于部分室

内变电站，由于白光补光可能扰民，因此可部署黑光

摄像机。在变电站周界和重要设备区域部署智能分析

设备，变“被动监控”为“主动监控”，识别仪表读数、

刀闸状态、刀闸（开关）分合指示牌状态以及控制柜

指示状态，减少运维中心的监控压力。此外，在变电

站制高点，部署红外热像仪，实时监控变电站设备的

温度状态并红外成像，通过温度提前发现设备故障。

5G智能视频分析服务器是视频监控的重要组成

部分，其内部配有5G无线调制解调器和嵌入式TCP/

IP协议（使用MPEG4压缩格式）。其主要功能是收

集变电站中被监视区域的实时视频场景，然后经过压

缩编码上传到监控中心，通过5G网络连接解码器，

并根据本地监控中心的操作命令将其发送出去。监控

中心通过安装的特定视频监控软件监视现场情况，并

自由切换不同现场视频。针对报警处理单元收集到的

异常温度和异常行为等各种状态信息，实现警视联动

录像的功能，自动启动警告灯、警铃以及广播对违章

操作和异常工作向人员进行警告。与变电站相关的综

合自动化系统互联互通，并根据预设信息实现自动识

别和触发实时对讲。

报警处理单元处理由报警检测器收集的若干节点

 2020年9月25日第37卷第18期

警报状态，对各报警信息按照预先优先级顺序和逻辑关

系，通过无线数据网络直接上传到监控中心，同时也

可通过数据形式的信息按照RS232/485串行端口传输到

网络视频服务器，最后到达监控中心。监控中心的监控

管理系统将按照先前设置的程序立即做出相关操作。

2.1.2 主站端监控中心

主站端监控中心由中央图像处理服务器、图像

监控终端、图像处理软件以及远程视频监控联网报警

软件组成。接收现场传来的图像和报警信号，提示保

安人员采取各种措施，同时可以实现远程控制矩阵、

摄像机、云台以及远程联动控制，还可以进行远程视

频文件下载、图像检索以及数字视频回放，实现电网

的可视化监控和调度。

中央图像管理服务器用于管理图像的传输和存

储。管理服务器上安装了系统管理数据库、系统管理

软件以及监控终端模块，对整个系统的管理和服务起

到了一定的作用。监控人员也可以在辖区内通过IE

浏览器进行实时监控。

2.2 系统特点

基于5G智能视频监控系统的主要特点如下。

2.2.1 功能全面，可扩展性强

系统完整实现了运行监控和安全防范两大职能，

全面整合了视频监控、周边报警、安防、消防以及动

力环境等系统。同时具有很强的扩展性，还可以整合

其他系统实施综合监控。

2.2.2 监控点无死角

系统将根据要求部署匹配的监测点，确保在重

要监测区域不出现死角。对于一次设备区，由于需要

大角度倾斜镜头来监控闸刀开关的开闭情况，因此配

置了白光云台。对于仪表监控，由于未来将进行智能

抄表，因此部署了固定式红外摄像机。对于现场区域，

考虑到设备监控和人员监控的需要，部署了红外高清

球机。以上都是按照满足监控需求进行部署。对于变

电站的一些特殊区域，由于监控角度小、空间狭小以

及环境危险，因此不宜安装多台摄像机。通过在变电

站各类开关室内安装轨道式摄像机，该系统可以远程

对轨道摄像机进控制操作，实时获取每个控制柜上的

所有监控信息，实时上传中心主站。轨道监控摄像机

可进行水平和垂直两个方向的运动，确保了监控目标

不留死角。

2.2.3 高度智能化

该系统能够识别不同的对象，发现监控画面中

的异常情况，并能以最快且最好的方式发出报警并提

供有用的信息，提高报警处理的及时性，从而帮助工

作人员更有效地提前发现危机，并最大限度降低误报

和漏报现象，防止人员进入带电区域造成的人员伤亡。

在变电站设备巡视和倒闸操作中，该系统还可以实现

以下功能。第一，全部且准确地监控变电站所有的仪

表，实时获得变电站内每个仪表的读数，对仪表读数

超过警戒值的，系统智能报警。第二，智能分析变电

站断路器和隔离开关的分合指示牌，将分析结果上传

至信息一体化平台。第三，智能分析变电站断路器和

隔离开关保护屏柜上的分合指示灯，并将分析结果上

传信息一体化平台。

2.2.4 红外在线预警

红外成像技术能够很好的预防检测异常情况来

保证设备的可靠运行。工作人员应使用便携式红外热

像仪定期对设备进行扫描，确保设备在正常温度下运

行。但这种检测方法不是实时的，不能及时了解设备

运行状态和变化后的温度。而通过使用在线红外热像

仪实时监测主要设备的温度，可以解决不能及时检测

到过热的问题。

2.2.5 系统结构灵活

系统的网络适应性强，可实现基于IP的多级远

程监控中心，可灵活组建省级、地市级以及县区级监

控中心。此外，采用先进的流媒体转发和级联技术，

可有效提高网络带宽的使用效率，满足多个用户的需

求，也可以通过Web方式形成多级监控系统。

3 结 论

随着智能变电站综合自动化系统需求的增加和

5G垂直行业在无线视频监控中的不断深入，需要不

断完善5G技术，解决5G网络频率高、衰减快、增

加网络体系建设成本以及安全风险等问题。尽早实

现5G网络的全覆盖，全面提高信息资源的利用效率，

不断创新电力监控系统的应用路径。

参考文献：

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