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1 變電站消防安全面臨的問題

1.1 項目背景 

近年來，隨著電力系統(tǒng)管理體制的深化改革，變電站的自動化技術(shù)在不斷進(jìn)步，電力自動化系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)普及，目前很多變電站已逐步實現(xiàn)無人值守；

電力作為一種能源資源成為人類生產(chǎn)生活的命脈，電力系統(tǒng)一旦遭到破壞，給人類帶來的危害和損失相當(dāng)之大；

隨著社會環(huán)境的日益復(fù)雜，全球反恐形勢日益嚴(yán)峻，各種人為因素、自然因素破壞電力設(shè)施的可能性日益加大，救災(zāi)防災(zāi)的呼聲越來越高；

傳統(tǒng)的技術(shù)解決變電站消防安全問題存在很多缺陷，尤其是對室外設(shè)備區(qū)火災(zāi)報警、重要電力設(shè)備的全方位熱點偵測都沒有很好的解決方案。

鑒于以上嚴(yán)峻形勢，本項目采用目前的尖端技術(shù)，開發(fā)了熱點偵測、圖像火災(zāi)報警、災(zāi)害事件偵測等特種產(chǎn)品，創(chuàng)造性的提出了圖像火災(zāi)報警、熱點偵測報警、災(zāi)害事件早期偵測報警與CCTV多合一整合系統(tǒng)解決方案，有效的解決了變電站消防安全問題，必將為保護(hù)國家產(chǎn)財產(chǎn)和人民生命安全作出新的貢獻(xiàn)。  

1.2 解決的實際問題

變電站室內(nèi)（室內(nèi)變壓器、開關(guān)室、電容器室、主控室）火災(zāi)報警；

變電站室外（設(shè)備區(qū)、其它場區(qū)）火災(zāi)報警；

變電站電纜隧道溫度異常、火災(zāi)報警；

變電站主要設(shè)備（變壓器、斷路器等）、開關(guān)、接頭等老化、溫度異常報警；

變電站周界有人翻閱、大門口人員/車輛/動物闖入報警；

變電站內(nèi)隔離開關(guān)和接地刀閘的分合狀態(tài)、指示燈狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息視頻化報警；

變電站火災(zāi)等災(zāi)害事件報警產(chǎn)生后及時的滅火處理；

變電站火災(zāi)等災(zāi)害事件報警產(chǎn)生后啟動遠(yuǎn)程IP廣播系統(tǒng)實現(xiàn)應(yīng)急指揮。

2 解決變電站消防安全問題的核心思想

2.1 系統(tǒng)整合的思想

視頻監(jiān)控是一種直觀的監(jiān)控方式，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)只有三個功能，即顯示、控制、錄像。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)與模式識別技術(shù)、頻譜探測技術(shù)等尖端技術(shù)相結(jié)合，稱之為多頻圖像處理技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)一套系統(tǒng)完成多種功能。本次工程我們采用最先進(jìn)的圖像火災(zāi)探測器、熱點偵測系統(tǒng)和智能編碼系統(tǒng)，不僅能對現(xiàn)場的溫度異常、火焰和煙霧早期偵測報警，同時輸出視頻圖像，實現(xiàn)智能工業(yè)電視監(jiān)控和消防安全監(jiān)控，再整合遠(yuǎn)程IP廣播系統(tǒng)、消防炮滅火系統(tǒng)，實現(xiàn)了“能看見、能聽見、能偵測、能報警、能控制、能指揮、能管理”多合一整合系統(tǒng)。 

 
2.2 智能化的思想

智能化是視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，尤其是整合了多頻圖像處理技術(shù)、模式識別技術(shù)，智能化是安全防范行業(yè)從人防向技防轉(zhuǎn)變的第一次革命之后的又一次革命，如圖所示。

 

技防革命以解放人類勞動為標(biāo)志，第一次革命改變了人到現(xiàn)場的監(jiān)控模式，只需要值班人員在監(jiān)控中心觀看現(xiàn)場，大大解放了人的勞動；第二次革命改變了值班人員守在監(jiān)控中心，全部由計算機(jī)來完成現(xiàn)場情況的監(jiān)視和判別分析，發(fā)現(xiàn)異常情況再通知值班人員，進(jìn)一步解放了人的勞動。因此智能化的方向是盡量減少人的勞動和重復(fù)工作的疲勞，要求人參與的勞動越少越好。

2.3 早期偵測的思想

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，任何異常事件都可能發(fā)展成重大的災(zāi)害事故，統(tǒng)計表明，災(zāi)害損失隨時間呈快速增長的趨勢，以火災(zāi)發(fā)生為例，一般遵循以下過程：過熱—>煙氣/煙霧產(chǎn)生—>火焰產(chǎn)生/發(fā)生爆炸/發(fā)生電弧閃等初期事件—>火災(zāi)或者災(zāi)害事件的擴(kuò)展蔓延，因此能夠盡早發(fā)現(xiàn)異常災(zāi)害事件是監(jiān)控系統(tǒng)的要解決的重要課題之一，本系統(tǒng)將圍繞“災(zāi)害事件早期偵測報警”這一主題進(jìn)行設(shè)計和實施。

 
2.4 多頻圖像偵測的思想

電磁波譜不僅包括可見光圖像，而且包括非常豐富的其它電磁波譜，不同頻段的電磁波譜在航空航天、工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中起作非常重要的作用，如下圖所示：

 

多頻圖像技術(shù)采用可見光之外頻段的特種傳感器采集目標(biāo)特征，然后與可見光圖像進(jìn)行融合疊加處理，給人一種直觀的感覺，獲取事物更多的特征信息。

3 變電站消防安全整合系統(tǒng)解決方案

針對變電站消防安全急需解決的問題，我們采用熱點偵測模塊、多頻圖像火災(zāi)探測器、智能跟蹤球機(jī)、智能視頻編碼器、電纜隧道感溫電纜報警器、監(jiān)聽與應(yīng)急廣播、自尋的消防炮（可選），以及與傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)和消防系統(tǒng)、電力自動化系統(tǒng)進(jìn)行融合，將能有效的解決變電站所有的消防安全問題。

3.1 變電站前端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖所示，在變電站內(nèi)部署一套多合一整合系統(tǒng)管理平臺，前端設(shè)備都通過網(wǎng)絡(luò)接入管理平臺，包括熱點偵測模塊、多頻圖像火災(zāi)探測器、智能跟蹤球機(jī)、監(jiān)聽與應(yīng)急廣播、傳統(tǒng)安防系統(tǒng)、傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)；其中多頻圖像火災(zāi)探測器采用分布式探測技術(shù)，輸出火災(zāi)報警信號的同時，也能輸出傳統(tǒng)模擬視頻信號，再通過智能視頻編碼單元接入網(wǎng)絡(luò)；智能跟蹤球機(jī)通過與之配套的智能視頻編碼單元接入網(wǎng)絡(luò)，智能球機(jī)在沒有被控制的時候回到初始預(yù)置位，能夠?qū)崿F(xiàn)智能偵測報警，報警后能聯(lián)動跟蹤報警目標(biāo)；監(jiān)聽與應(yīng)急廣播系統(tǒng)不僅可以作為日常宣傳安全生產(chǎn)所用，報警發(fā)生后作為應(yīng)急指揮的有效手段；傳統(tǒng)的消防系統(tǒng)如門禁系統(tǒng)等也能直接接入該管理平臺；傳統(tǒng)的消防系統(tǒng)如煙感、手報、滅火控制系統(tǒng)接入該平臺，能實現(xiàn)報警后的聯(lián)動響應(yīng)；自尋的消防炮滅火系統(tǒng)根據(jù)需要選擇。

 

以上系統(tǒng)中管理平臺可以采用機(jī)柜式和琴臺式兩種結(jié)構(gòu)，對于遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)的變電站，無需管理平臺，交換機(jī)直接接入IP網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)變電站集中監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)。

1、 熱點偵測模塊

熱點偵測模塊采用經(jīng)濟(jì)型紅外熱電堆技術(shù)，紅外感測波段為2~20um。從溫度感測的角度講，不同于焦平面技術(shù)較多地采用8~14um的波長，熱電堆技術(shù)感測范圍更寬，適用于較寬的溫度感測范圍；熱點偵測模塊可以獨立使用，在計算機(jī)上與可見光圖像進(jìn)行融合，也可以在前端與圖像火災(zāi)探測器進(jìn)行融合，形成熱點偵測、圖像火災(zāi)探測一體化探測器。
 

 

2、 多頻圖像火災(zāi)探測器

分布式多頻圖像火災(zāi)探測器采用了IR，COLOR/BW多頻圖像分析技術(shù)；可獨立工作，而不受其它探測裝置或監(jiān)控管理系統(tǒng)故障影響；可以同時偵測煙霧和火焰，全天候工作，自帶紅外背景光源，保證在全黑條件下探測煙霧；能輸出火災(zāi)報警信息、火災(zāi)概率信息、火災(zāi)位置信息等；具有被遮擋、被偏轉(zhuǎn)、被污染故障偵測功能，故障響應(yīng)時間不超過2min；能在75%污染遮擋減光率條件下可靠探測火焰；最高靈敏度不低于0.1m2汽油火（或正庚烷火）探測范圍100m。

3、 智能跟蹤球機(jī)

智能跟蹤球機(jī)配置了自帶變焦鏡頭的高性能數(shù)字信號處理（DSP）攝像機(jī)，內(nèi)置云臺和數(shù)字解碼器于一體，代表新一代高技術(shù)監(jiān)控產(chǎn)品的發(fā)展潮流?？扇我庋杆俣ㄎ患斑B續(xù)追蹤掃描，實現(xiàn)了真正意義上的全方位、無盲點監(jiān)視；可以自動適應(yīng)環(huán)境明暗和目標(biāo)遠(yuǎn)近的變化；它采用全數(shù)碼控制，設(shè)計精巧簡單，最大限度地減少了系統(tǒng)部件之間的連接，既提高了系統(tǒng)的可靠性又便于安裝和維護(hù)。使用精密步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏,定位準(zhǔn)確。與智能視頻編碼單元配合使用完成智能偵測和報警目標(biāo)跟蹤。

4、 智能視頻編碼單元

智能視頻編碼單元支持多種編碼方式，嵌入自主研發(fā)的先進(jìn)智能圖像處理算法，能很好的辨別不同環(huán)境中監(jiān)控對象的行為，包含：目標(biāo)穿越警戒線，進(jìn)入、離開、出現(xiàn)、消失于預(yù)定區(qū)域；在預(yù)定區(qū)域內(nèi)滯留、徘徊、停止、遺棄包裹；不按規(guī)定方向、速度行走；流量檢測、尾隨檢測；工業(yè)數(shù)據(jù)信息視頻化，閥門的狀態(tài)、開關(guān)的狀態(tài)、指示燈的顏色狀態(tài)等。該產(chǎn)品的高級智能追蹤引擎可以連續(xù)追蹤移動或靜止的物體，并且自動適應(yīng)各種比較復(fù)雜的檢測環(huán)境，例如場景光照變化、攝像機(jī)抖動、擺動的樹枝干擾、水紋干擾等。系統(tǒng)設(shè)置簡單，即插即用，用戶可以方便快捷的添加多個檢測區(qū)域，設(shè)置各種報警規(guī)則，系統(tǒng)會自動產(chǎn)生實時報警信號，極大的降低人力、財力、物力，實現(xiàn)視頻監(jiān)控智能化。

智能視頻編碼單元設(shè)計簡單，使用便捷，而且擁有最好的檢測率和準(zhǔn)確率，智能分析系統(tǒng)在廣闊的監(jiān)視環(huán)境下分析移動或靜止的人、車輛或其他物體，而且是在前端設(shè)備里進(jìn)行視頻分析，從而大大減輕了中心管理系統(tǒng)的帶寬和中央處理的負(fù)擔(dān)，滿足大規(guī)模使用的需求。

3.2 變電站集中監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖所示，各變電站消防安全前端系統(tǒng)通過電力公司已有IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)诫娏菊{(diào)度中心，在調(diào)度中心設(shè)置綜合管理服務(wù)器、存儲錄像服務(wù)器、液晶拼接電視墻和專業(yè)客戶端；對于前端有人值守的變電站，只需要設(shè)置一臺客戶端計算機(jī)即可，安裝相應(yīng)軟件，分配管理權(quán)限，通過訪問調(diào)度中心的服務(wù)器獲取本站的所有監(jiān)控管理信息。
 

1、 綜合管理服務(wù)器

綜合管理服務(wù)器對所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)用戶進(jìn)行管理和服務(wù)，通過前臺網(wǎng)管客戶端進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和報警聯(lián)動的配置。

5、 存儲錄像服務(wù)器

存儲錄像服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲所有的視頻信息和其它數(shù)據(jù)信息。

6、 綜合監(jiān)控客戶端

綜合監(jiān)控客戶端對前端的熱點偵測圖像、火災(zāi)報警圖像、球機(jī)監(jiān)控圖像進(jìn)行監(jiān)控和管理，同時對傳統(tǒng)安防系統(tǒng)、傳統(tǒng)消防系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理和監(jiān)控。

7、 報警管理客戶端

報警管理客戶端專門針對各種報警信號進(jìn)行聯(lián)動處理，按照接警—>確認(rèn)—>指揮處理—>警情檔案管理的基本流程，使每一次報警都能及時的處理，每次處理都能總結(jié)經(jīng)驗。

8、 廣播指揮客戶端

廣播指揮客戶端在日常情況下能過播放聲音文件，宣傳變電站安全制度，在報警的情況下，立即聯(lián)動報警聲音進(jìn)行疏散和制止，同時指揮人員在監(jiān)控中心配合圖像監(jiān)控，能夠?qū)崟r喊話指揮前端進(jìn)行救災(zāi)。

4 監(jiān)控中心主要功能

監(jiān)控中心平臺軟件是智能減災(zāi)防災(zāi)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，與同類網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控平臺軟件相比，本平臺具有以下創(chuàng)新點：

智能視頻監(jiān)控能夠?qū)I(yè)的圖像火災(zāi)探測器進(jìn)行管理和控制，將安防視頻監(jiān)控和消防火災(zāi)報警完美的融合在一起。

具有過熱偵測圖像顯示功能，能夠與可見光圖像進(jìn)行融合，點擊畫面上任意一點能夠立即顯示其溫度。

智能視頻監(jiān)控不僅能夠?qū)χ芙?、大門口入侵進(jìn)行報警，還能夠針對生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息視頻化管理。

智能視頻監(jiān)控具有智能控制、球機(jī)跟蹤、布局復(fù)位等新功能，系統(tǒng)一旦報警，球機(jī)立即對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，報警解除后，球機(jī)自動復(fù)位到初始位置。

發(fā)揮音頻功能優(yōu)勢，結(jié)合前端廣播硬件設(shè)備，建立了一套完善的應(yīng)急指揮廣播系統(tǒng)，具有廣播喊話、播放文件、定時任務(wù)、報警聯(lián)動播放等功能，與報警系統(tǒng)完美配合。

嚴(yán)格按照火災(zāi)等災(zāi)害事件報警處理流程建立一套專業(yè)的接警處理和警情檔案管理系統(tǒng)。

專業(yè)的報警聯(lián)動處理（消防炮管理與控制系統(tǒng)）。

將網(wǎng)絡(luò)視頻硬件解碼控制和電視墻控制、LED配置完美的組合在一起，操作更方便。

4.1 變電站關(guān)鍵設(shè)備熱點偵測功能

在監(jiān)控客戶端，熱點偵測圖像能夠像可見光攝像機(jī)圖像一樣在畫面中顯示，同時能夠和可見光圖像融合，在可見光畫面點擊任意點，立即能顯示相應(yīng)的溫度；設(shè)定相應(yīng)點的溫度上下限，超出其范圍，立即顯示報警；系統(tǒng)能夠始終跟蹤畫面中最高溫度點位置；根據(jù)用戶的需要，針對關(guān)鍵位置的溫度變化，形成歷史曲線，定制各種溫度檢測功能。
 

4.2 變電站圖像火災(zāi)報警功能

圖像火災(zāi)報警是本系統(tǒng)的核心功能之一，與以往的火災(zāi)報警方式不一樣，具有以下特點。

優(yōu)良的性能。本項目產(chǎn)品可以同時偵測煙霧和火焰。系統(tǒng)探測的靈敏度很高，可以適應(yīng)不同應(yīng)用場所的要求。

火災(zāi)響應(yīng)速度快。火焰探測響應(yīng)速度一般在5~15秒，煙霧響應(yīng)時間最快可達(dá)10秒。風(fēng)速對火焰有增強(qiáng)攪動的作用，探測效果反而更好。

防誤報能力強(qiáng)。系統(tǒng)采用紅外、彩色/黑白多頻圖像進(jìn)行分析識別，并具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)功能，對調(diào)制或非調(diào)制的自然和人工光源、水汽等有很好的防誤報能力。

火災(zāi)定位準(zhǔn)確。風(fēng)速對火災(zāi)定位的影響很小，利于準(zhǔn)確給出報警區(qū)域和位置。

環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。系統(tǒng)參數(shù)無需隨季節(jié)調(diào)整，火焰探測性能在75%以上減光率的高污染條件下，響應(yīng)能力并未降低。

性能化設(shè)計更方便有效。探測器可以針對同一視場進(jìn)行探測分區(qū)的劃分，另外也可以屏蔽或針對不同的視場區(qū)域設(shè)置不同的靈敏度。

分布式智能架構(gòu)。系統(tǒng)更可靠，使用更方便。

產(chǎn)品使用壽命長。主要基于紅外、彩色/黑白視頻圖像進(jìn)行模式識別，系統(tǒng)耐久性與CCTV的攝像機(jī)相同，目前看是電力、工業(yè)及特殊環(huán)境火災(zāi)探測產(chǎn)品中壽命最長的之一。

最先進(jìn)的整合解決方案?？膳c視頻火災(zāi)探測報警與災(zāi)害事件偵測監(jiān)控管理系統(tǒng)和中央監(jiān)控管理系統(tǒng)形成一套完整的系統(tǒng)，形成最具應(yīng)用價值的火災(zāi)探測報警、災(zāi)害事件（過熱、人為、自然災(zāi)害等）檢測、CCTV三合一整合解決方案。系統(tǒng)安裝、設(shè)定、使用非常方便，尤其是后期維護(hù)非常方便，只相當(dāng)于原來一套CCTV的維護(hù)工作量。

綜合性能價格比高。
 

 

4.4 變電站周界報警功能

傳統(tǒng)的周界報警采用紅外對射、電子圍欄等技術(shù)，只能實現(xiàn)報警，但不能準(zhǔn)確定位，報警時不能及時錄像，本系統(tǒng)采用智能視頻識別報警，只要在畫面中設(shè)置報警區(qū)域，當(dāng)有人、車、動物進(jìn)入禁區(qū)時，系統(tǒng)能夠立即報警。
 

4.5 變電站電纜隧道溫度監(jiān)測功能

變電站電纜隧道溫度監(jiān)測可以采用熱點偵測模塊、感溫電纜等技術(shù)實現(xiàn)，主要針對電纜溫度變化產(chǎn)生報警。
 

4.6 變電站應(yīng)急廣播指揮功能

監(jiān)控中心能夠選擇一個或者多個前端進(jìn)行實時廣播講話、播放聲音文件(如安全宣傳、通知、音樂等)，也能定時播放聲音文件，報警時聯(lián)動播放聲音文件。
 

4.7 電視墻控制功能

電視墻控制將軟件解碼、畫面拼接、LED顯示控制完美的組合在一起，比傳統(tǒng)的分離控制方式更方面，使用效率更改高。主要完成在網(wǎng)絡(luò)視頻通過解碼器還原模擬信號在電視墻顯示，以及拼接電視墻的控制，并通過模擬鍵盤控制云臺鏡頭，或者直接在顯示畫面上操作控制云臺鏡頭，另外還完成LED的顯示配置。

拼接電視墻的選擇：構(gòu)建一個與實際電視墻對應(yīng)的顯示畫面，選擇單屏或者組合屏作為顯示區(qū)。

解碼顯示：將需要顯示的攝像機(jī)/探測器信號源或者VGA信號源拖入選擇的顯示屏。

 LED顯示控制：編輯LED顯示內(nèi)容，設(shè)置顯示方式和時間，發(fā)送即顯示。

模擬鍵盤控制：monitor：將單屏或者多屏預(yù)先編號1-n，camara：將攝像機(jī)/探測器信號源和VGA信號源預(yù)先編號1-m，就可以實現(xiàn)camara和monitor之間的切換，搖桿控制當(dāng)前camara的云臺鏡頭。

畫面上控制云臺鏡頭：在電視墻顯示畫面上直接用鼠標(biāo)控制云臺鏡頭。

4.8 傳統(tǒng)安防與消防功能

本系統(tǒng)具有所有的傳統(tǒng)的CCTV和傳統(tǒng)消防系統(tǒng)功能，包括顯示、控制、錄像功能，同時能夠與門禁系統(tǒng)、巡檢系統(tǒng)、點式火災(zāi)報警系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動和整合。