1、1交换机在数字化变电站中的作用分析摘 要：随着数字化变电站技术的不断发展，站内对于网络通信的依赖程度也越来越高，而交换机作为构建网络通信构架的核心设备之一，也对其功能及性能提出了更多、更高的要求。本文着重从交换机在数字化变电站中的实际应用出发来阐述交换机在变电站网络通信中日益凸显的重要作用，以提高自动化人员对交换机应用及维护工作的重视程度。 关键词：交换机，数字化，变电站，作用 Abstract: With the growing development of digital substation technology, it becomes more dependent on the net
2、work communication in the station, while switches as the core equipments of building up the network communication architecture, which also needs more and higher requirements. This paper emphatically states the growing important role of switches in the network communication of digital substation from
3、 the practical application of the switches in the digital substation, thus arouses the automatic personnels attention to the application and maintenance of the switches. Key words: Switches, Digitization, Substation, Function 中图分类号：TN916.43 文献标识码：A 文章编号： 一 、数字化变电站的定义 2数字化变电站是指按照 IEC61850 标准分站控层、间隔层、
4、过程层构建，采用 IEC61850 数据建模和通信服务协议，过程层采用电子式互感器等具有数字化接口的智能一次设备，以网络通信平台为基础，实现了变电站监测信号、控制命令、保护跳闸命令的数字化采集、传输、处理和数据共享，可实现网络化二次功能、程序化操作、智能化功能等的变电站。 二、数字化变电站的层次结构划分 数字化变电站按照变电站自动化系统所要完成的监视、保护控制、采集等角度提出了功能分层的概念:无论从逻辑概念上还是从物理概念上都可将变电站的功能分为三层，即站级层、间隔层和过程层。 （一）站控层 站控层主要设备包括主机、操作员站、工程师站、五防主机、远动装置、 PMU 数据集中器、保信子站、卫星对
5、时系统等设备，其主要功能是通过网络汇集全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，并定时将数据转入历史数据记录库；按需要将有关实时数据信息送往调度端；接受电网调度或控制中心的控制调节命令下发到间隔层、过程层执行；全站操作闭锁控制功能；具有站内当地监控、人机联系功能；具有对间隔层、过程层二次设备的在线维护、参数修改等功能。 （二）间隔层 间隔层主要设备包括各种保护装置、自动化装置、安全自动装置、计量装置、网络通信记录分析系统、故障录波装置等，其主要功能是各个间隔过程层实时数据信息的汇总；完成各种保护、自动控制、逻辑控3制功能的运算、判别、发令；完成各个间隔及全站操作联闭锁以及同期功能的判别；执行数据
6、的承上启下通信传输功能，同时完成与过程层及站控层的网络通信功能。 （三）过程层 过程层主要设备包括电子式互感器、合并单元、智能终端等，其主要功能是完成实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。 数字化变电站网络结构示意图 （四）小结 通过对数字化变电站层次结构的了解及对各层次功能的理解，可以看出无论是层与层之间的通信，还是各层内部之间的通信都离不开网络交换机，并且对交换机的性能提出了更高的要求。 三、交换机功能在智能电网中的应用 （一）数字化变电站通信网络基本要求 1、要能实现以下数据的实时传输： （1）采样值（SV） 、通用面向对象变电站事件（GOOSE400us） （2）
7、制造报文规范（MMS） 、时钟同步等多种信息 2、要满足报文延时要求 （1）在 IEC 61850 中对报文作了严格详细的规定划分为：快速报文、中速报文、低速报文、生数据报文、文件传输报文、时间同步报文、具有访问控制的命令报文等七大类 4（2）其中快速、生数据及保护控制报文时间延时3ms 3、满足时间同步要求 （1）IEC 61850 对时间同步的要求划分为 T1T5 共 5 级 （2）其中，T1 要求最低，为 1ms；T5 要求最高，为 1us 4、工业以太网交换机需支持的标准协议 （1）IEEE802.1W、IEEE802.1P 、 IEEE802.1Q、 IEEE802.3x、GMRP
8、等 （2）硬件保证：工业四级、-4085 、电源冗余、零掉包等。 （二）交换机在数字化变电站中需要实现的主要功能 1、VLAN 由于 GOOSE 报文和 9-2 的数据都是采用多播的方式传送，任由这些数据在物理连接的网络内泛滥，必然导致装置的网络处理能力的巨大浪费，从而产生死机、反应慢等现象。更为严重的是无用的 GOOSE 报文占用了宝贵的带宽，导致 GOOSE 报文的丢失和传递延迟加大。因此，在不相关的装置间可以用 VLAN 划分为多个广播域，从而避免了不相关的装置之间数据互相干扰、互相占用网络带宽。避免带来不安全、不可靠因素。2、端口镜像 为了保证事件的可追溯性，在数字化变电站中多配置了网
9、络监视仪，用于记录保存一定时间内的过程层和站控层网络报文。通过端口镜像，我们很容易地实现将所有地被监视口数据“复制”到监视口，然后送给网络监视仪分析存储。 5端口聚合 在数字化变电站内，无论是过程层还是站控层都存在交换机级联的问题。尤其在过程层的母差保护和变压器保护的交换机由于数据比较集中，级联带宽就显得更为重要。我们可以通过交换机之间的端口聚合，可以在数据量较大的交换机之间采用多个端口聚合的方式提高网络的带宽，同时增加冗余度。 4、广播风暴抑制 为了防止变电站内的某些设备异常发送大量的广播数据，从而导致对整个网络的冲击，我们将在每一个装置接入的交换机端口设置广播报文流量限制。由于广播报文在数
10、字化变电站内基本没有大量的需求，所以将广播报文流量限制在一个较小的流量可以很好地保护网路的安全。 5、环网功能 为了布线方便，我们在变电站地某些地方尤其是开关室可以采用环网的方式将设备连接起来，这样可以简化布线。 四、数字化变电站专用工业交换机的特点 由于数字化变电站在通信组网过程中对工业交换机的依赖性很强，因此也对交换机的性能有了更高要求，与一般商用交换机相比其特点主要有： 1、应用场合方面：工业交换机必须能够满足工业环境的要求；而商业交换机只需要满足日常环境要求就可以了。 2、防护等级方面：通常的商业交换机防护等级要求也就是 IP20，而多数工业场合都需要满足 IP40，还有些工业场合需要
11、 IP65 的防护等级。 63、工业交换机必须具有非常好地抗干扰、抗辐射能力。工业交换机必须能够在浪涌、静电、辐射、快速瞬变等干扰的情况下能够正常工作。4、工作温度范围：工业交换机有很多光纤接口，功耗很大，因此工业交换机工作温度范围在-40+85 度，且工业交换机不能安装风扇。 五、结束语 随着数字化变电站的不断发展，交换机在变电站中的作用将更加凸显。同时，由于数字化变电站网络结构的复杂性，也对交换机的功能及性能提出了更多、更高的要求。作为自动化人员，我们只有不断提高对交换机应用及维护工作的重视，才能适应数字化变电站的飞速发展。 参考文献 （1）刘健.远动原理与电力系统自动化M.中国水利水电出版社.2000 （2）高翔.数字化变电站应用展望.华东电力.2009 （3）吴国戚.数字化变电站中信息处理及网络信息安全分析.2005 年电力信息化高级论坛
