基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的配電通信系統(tǒng)　在龍巖地區(qū)的應(yīng)用

徐智堅 高藝聰

【摘要】 本文以面向配電生產(chǎn)及調(diào)度管理需求的建設(shè)思路，結(jié)合國網(wǎng)龍巖供電公司配電自動化改造工程，提出基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)技術(shù)的配電自動化通信方案，并對其組網(wǎng)需求、技術(shù)方案及目標(biāo)成效進(jìn)行分析探討。

【關(guān)鍵詞】 配電 工業(yè)以太網(wǎng) 交換機(jī)

配電通信系統(tǒng)是建設(shè)智能配電網(wǎng)的重要組成部分，結(jié)合先進(jìn)的現(xiàn)代管理理念，構(gòu)建集成與優(yōu)化的配電資產(chǎn)運(yùn)維與管理系統(tǒng)，有助于提高供電可靠性、 系統(tǒng)運(yùn)行效率。為滿足龍巖山區(qū)配電自動化發(fā)展對電力通信的需求，龍巖供電公司提出基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，建設(shè)一個高安全性、高可靠性和高實時性的信息通信網(wǎng)絡(luò)，同時支持不同業(yè)務(wù)，不同類型設(shè)備的靈活接入，為配電自動化運(yùn)行提供安全穩(wěn)定的保障。

一、龍巖地區(qū)配電通信組網(wǎng)需求分析

1.1通信設(shè)備需求

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)站點分為：調(diào)度中心站，變電站，環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)等配網(wǎng)終端，由于整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)站點多、數(shù)據(jù)信息量集中，其規(guī)模、復(fù)雜程度和通信程度決定了對通信系統(tǒng)的要求，主要有：

1、可靠性

配電自動化終端分布在城市的各個角落，地理位置復(fù)雜，應(yīng)用環(huán)境惡劣（如室外的高溫、高濕、多塵、電磁干擾等），配電自動化網(wǎng)絡(luò)要求具有故障自愈的功能，所以配電自動化系統(tǒng)的通信設(shè)備應(yīng)滿足具有環(huán)形自愈功能的可靠性要求，自愈時間小于50ms，在地質(zhì)災(zāi)害偏多的龍巖山區(qū)，要求通信系統(tǒng)在上述條件下能可靠地工作。

2、經(jīng)濟(jì)性

考慮到配電網(wǎng)系統(tǒng)的總體經(jīng)濟(jì)效益，通信設(shè)備應(yīng)充分利用現(xiàn)有的通信資源，要求通信設(shè)備能夠進(jìn)行整體規(guī)劃，合理組網(wǎng)，避免重復(fù)投資，

3、擴(kuò)展性

配電自動化站點后期隨著城市的擴(kuò)展，其規(guī)模不斷變大，這就要求通信設(shè)備不僅要滿足目前及未來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，還要考慮系統(tǒng)功能升級的要求，能夠兼容多種設(shè)備，不同業(yè)務(wù)的接入，通信設(shè)備組成單個環(huán)網(wǎng)能力應(yīng)不小于40個節(jié)點，便于未來業(yè)務(wù)和節(jié)點的不斷擴(kuò)展。

4、雙向性

配電自動化系統(tǒng)要實現(xiàn)遙測、遙信、遙控功能，就必須要求其通信設(shè)備要具有雙向通信能力。

5、易操作與維護(hù)性

配電通信設(shè)備，應(yīng)充分考慮維護(hù)和操作的方便性，要求通信網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點設(shè)備采用相似功能和封裝的設(shè)備，便于未來設(shè)備的維護(hù)、更換和檢修來業(yè)務(wù)和節(jié)點的不斷擴(kuò)展。

1.2 通信業(yè)務(wù)需求

根據(jù)配電自動化系統(tǒng)的功能要求，本通信系統(tǒng)承載的業(yè)務(wù)如下所示：

配電自動化業(yè)務(wù)：包括三遙信號（遙信、遙測、遙控）等雙向?qū)崟r業(yè)務(wù)。

網(wǎng)管業(yè)務(wù)包括：包含配電自動化系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換，不同通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸、管控。

未來擴(kuò)展業(yè)務(wù)：包括用電信息采集系統(tǒng)等生產(chǎn)III區(qū)、IV區(qū)的數(shù)據(jù)。

1.3通信管理需求

隨著通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展壯大，考慮到其他類型設(shè)備接入及管理需求，通信網(wǎng)管的管理功能應(yīng)包括配置管理、故障管理、性能管理、維護(hù)管理和安全管理等，同時針對接入網(wǎng)的特點，允許開放通信協(xié)議，來實現(xiàn)統(tǒng)一的管理平臺對交換機(jī)監(jiān)控數(shù)據(jù)的調(diào)用，實現(xiàn)全網(wǎng)設(shè)備的統(tǒng)一管理。

綜上所述，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)具有散熱性能好，外形小巧容易安裝，能夠承受惡劣的環(huán)境之外，還有EMI電磁兼容、溫度、濕度，防塵、安全集成系統(tǒng)穩(wěn)定性高等特點，且其業(yè)務(wù)管理符合配電自動化系統(tǒng)需求。因此通信網(wǎng)絡(luò)的接入部分選用高性能的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組網(wǎng)，以實現(xiàn)調(diào)度中心和終端之間的數(shù)據(jù)通信。

二、基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的龍巖配電自動化通信網(wǎng)建設(shè)方案

龍巖配電通信系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組建光纖通信網(wǎng)，整體網(wǎng)絡(luò)分為骨干網(wǎng)層和接入網(wǎng)層，網(wǎng)絡(luò)整體框圖如下，以城區(qū)的9個變電站（通信子站）和2個中心主站（地調(diào)、配調(diào)）為主干節(jié)點形成主干環(huán)網(wǎng)；以配電室、開閉所、柱上開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜等構(gòu)成接入節(jié)點形成接入環(huán)網(wǎng)，拓?fù)鋱D如圖1。

2.1骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案

骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計采用中端路由器，通過千兆光纖接口形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中啟用鏈路狀態(tài)路由協(xié)議——IS-IS協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā)，便于后期兼容其它協(xié)議。

從系統(tǒng)安全性原則出發(fā)，主站系統(tǒng)、接入網(wǎng)絡(luò)各劃分一個單獨的VLAN，所有工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的管理IP根據(jù)變電站轄區(qū)（匯聚層）劃分為多個VLAN。

2.2接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案

接入網(wǎng)絡(luò)部分由二層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成，根據(jù)配電自動化設(shè)備所處的區(qū)域范圍不同劃分相應(yīng)的子網(wǎng)，每個子網(wǎng)內(nèi)的二層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和匯聚層的三層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)通過百兆光口組成環(huán)網(wǎng)。二層接入網(wǎng)工作示意圖如圖2所示。

各個子環(huán)網(wǎng)之間采用物理隔離提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，環(huán)網(wǎng)內(nèi)二層交換機(jī)啟用快速環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議，保障了網(wǎng)絡(luò)的無擾切換，網(wǎng)絡(luò)自愈時間小于50ms，整個系統(tǒng)的交換機(jī)按照業(yè)務(wù)通信的邏輯關(guān)系開啟VLAN虛擬局域網(wǎng)絡(luò)功能，把各種不同的業(yè)務(wù)相互隔離，防止某種業(yè)務(wù)的廣播風(fēng)暴產(chǎn)生影響其他業(yè)務(wù)，并根據(jù)現(xiàn)場的實際情況對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的交換機(jī)開啟廣播風(fēng)暴抑制功能，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中“有效數(shù)據(jù)傳輸，無效數(shù)據(jù)隔離”。提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。同時可采用QOS服務(wù)質(zhì)量功能，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)級別對交換機(jī)的接入端口進(jìn)行帶寬分配，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝浴－h(huán)網(wǎng)自愈功能如圖三所示：

若環(huán)中有一條光纖線路或者通信終端出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)傳輸會自動切換，如下圖，而且倒換時間<50ms，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。

三、目標(biāo)成效

工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的應(yīng)用，使龍巖配電自動化系統(tǒng)邁上一個新臺階，實現(xiàn)城市核心區(qū)內(nèi)初步建成了堅強(qiáng)的一次配電網(wǎng)架和集成型的配電自動化系統(tǒng)，并具備部分“智能化”特征，實現(xiàn)配網(wǎng)“調(diào)控一體化”。

城區(qū)光通信網(wǎng)絡(luò)初步建成，為基于智能配電終端提供了通信基礎(chǔ)；

全網(wǎng)配電自動化終端與通信終端統(tǒng)一IP規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加合理，自動化系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)同步進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)安全性也大大提高；

逐步替換電力寬帶通信方式及無線通信方式，減少串行數(shù)據(jù)傳輸接口與高速以太網(wǎng)接口的轉(zhuǎn)換，以及減少無網(wǎng)絡(luò)管理能力的以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的使用，提高了終端訪問效率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

四、結(jié)論

本文提出龍巖地區(qū)10kV配電自動化通信系統(tǒng)中工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的應(yīng)用，以及通信組網(wǎng)方案的實施，結(jié)合龍巖供電公司配電自動化系統(tǒng)運(yùn)行期間，通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常，有效提高了配網(wǎng)供電可靠性和電壓合格率等指標(biāo)，提升了對用戶的供電服務(wù)質(zhì)量。

參 考 文 獻(xiàn)

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