智能变电站过程层网络配置研究_刘韵韬.pdf
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1、:智能变电站过程层网络配置研究刘韵韬 张洪涛 张子健 魏一汀国网重庆公司市区供电分公司 重庆 摘 要:智能变电站过程层组网通信质量决定了站内继电保护及自动化等二次设备的安全、稳定和可靠运行。目前主流使用虚拟局域网(,以下称)与静态组播技术对智能变电站内大量二次设备进行通信子网划分,以提高组网通信质量与安全水平。但是,高度安全的网络结构意味着维护改造更加困难,实际组网配置方案的优劣还受到复杂的现场情况与其他人为因素影响。本文将结合在运智能变电站实际案例,分析讨论 和静态组播两种技术在过程层组网中的应用,为智能变电站过程层网络配置优化方向提供参考。关键词:智能变电站;过程层网络;静态组播:,(),
2、:;目前距最早一批智能变电站投入实际运行已经十余年,在新建变电站中智能变电站占比更多,占据了更重要的地位。智能变电站采用智能设备实现模数转换,利用数字通信与网络技术,将传统繁杂的二次电缆简化为光纤,使得系统更具稳定性、互动性,变电二次设备的调试和运行维护等工作也变得更加高效。智能变电站采用 中信息分层的概念,将二次网络分为站控层网络和过程层网络。其中过程层网络是变电站端二次设备正常运行不可或缺的重要联系通道,它的运行情况会直接影响继电保护与电能计量等设备的功能。为保证过程层网络数据传输的高效稳定,同时满足网络安全要求,需要对过程层网络进行合理配置。本文结合某 智能站改造工作和某 在运智能站检修
3、工作实例,对智能变电站过程层网络 划分策略与静态组播配置进行分析,探讨两种技术在实际应用场景的优劣性。智能变电站组网概述 网络结构智能变电站“三层两网”结构是依照国际标准(电力行业标准编号 )提出的。“三层”是指将智能变电站二次系统按功能逻辑层划分为间隔层、过程层、站控层,被广泛应用的“两网”是指将组网按物理层划分为过程层网络与站控层网络。通常将间隔层设备与过程层设备通过光纤组成同一物理网络,且过程层和间隔层部分功能可能集成在一个装置中,所以通常将图 中的逻辑接口 划分到过程层网络内,间隔层网络不再单独划分。过程层网络位于下层,它是智能变电站专有的网络结构,作用是对智能终端、合并单元等智能设备
4、进行信息采集,再转发到其他二次装置与上层网络设备(图 接口,),部分二次设备功能性的通信需求也依赖于过程层网络(图 接口)。站控层属于上层网络,包括监控主机、远动通信机等,它的主要作用是汇总全站实时与非实时数据,交予监控主机或传给远方主站来进行全站的监控(图 接口,)。本文讨论的范围是过程层网络。不同于站控层组网通常使用网线,过程层网络均使用光纤光缆组网,是各个二次设备实现其基本功能不可或缺的通信网,其主要传输信息 为 面 向 通 用 对 象 的 变 电 站 事 件(,以下称)和采样值信息(,以下称)。所以,过程层网络还可以分为 网络与 网络。水利电力科技风 年 月图 变电站二次系统接口与网络
5、模型图 过程层组网风险抑制过程层网络的核心即过程层网络交换机。几乎智能变电站所有二次设备都要通过交换机接入过程层网络,过程层网络交换机再互相级联,组成完整的过程层网络。但不是每一个二次设备都需要完整的过程层网络信息,一台单间隔的保护装置往往只需要与功能相关的公用间隔装置通信,而不是与全站所有间隔的装置通信。虽然末端接收设备可根据全站系统配置文件(,以下称)进行数据块筛选,但网络异常造成的报文延时、报文丢失等情况仍会影响设备正常运行。因此,利用过程层交换机的网络配置技术采取组网风险抑制措施是必要的。根据站内二次设备虚端子网络对信息进行划分,可避免无效、重复的数据占用通信带宽,提高组网通信质量,以
6、降低网络堵塞、网络风暴、交换机或光口故障等风险发生的概率。根据 与 报文的特点与差异,也可以得出过程层组网的配置要素。报文的内容对应传统直流电缆线中的电位信号,例如继电保护装置之间的跳闸、闭锁、启失灵等开关量信号,这类功能性 报文更具重要性;报文的内容对应传统交流电缆线中的电流电压模拟量,它由合并单元进行模数转换后以数字量形式传输,但根据国家电网相关标准,具有重要功能的 链路必须采用点对点直采方式,所以目前大多实际应用场景中过程层网络的 报文优先级不高。文献中指出,报文在正常情况时每 发送一帧,单组数据流量约 ,在电网故障时按、递增时间发送,单组数据流量不超过 ;报文在任何情况下均实时传输,单
7、组数据流量约为 。所以,分配电网正常情况的交换机负载时,报文流量比重远大于 报文,同时也需要为 报文考虑电网故障时的带宽余量。除此之外,还需要根据数据实时性要求、不同厂家型号交换机的百兆千兆光口配置情况、扩建预留与备用光口数量等实际情况综合考虑。所以目前过程层组网无论是采用哪种风险抑制技术,都需要现场人工配置,配置方案取决于具体现场情况与调试者经验和水平。过程层组网 与静态组播实例 组网 技术可以将同一局域网划分成多个不同逻辑子网,使得网络设备可以按逻辑分组而不受限于物理接口。在智能变电站过程层组网应用广泛,它可以将数据报文以光口为单位进行标记(),根据不同 划入对应,不同 各自独立不互通,从
8、而控制数据流,提高网络安全性与可维护性。甲智能变电站已在运 年,现增加 备自投装置一台,过程层网络交换机采用()进行 划分,设计初案如图 所示。该站由于二次设备较多以及运行年份较长,部分交换机光口已损坏,改造前过程层交换机的接口已经相当紧张。而本次改造新增的 备自投由于装置本身原因,与 通信均只能通过组网方式接入。图 甲智能站 过程层中心交换机改造前光口配置图 科技风 年 月水利电力甲智能站 过程层中心交换机 与 报文收发表发收 故障录波器网络分析仪新增 备自投 线路 合并单元 线路 合并单元(待用间隔)线路 合并单元 线路 合并单元 线路 合并单元 主变高侧合并单元 主变高侧合并单元 主变低
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