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摘要：本文采用大量文献分析法、比较法、实例分析法，分析了通信网络在数字化变电站的性能测试的必要性，分析了通信网络在数字化变电站的性能测试技术，得出测试数字化变电站通信网络的性能可确保变电站安全、可靠运行的结论。
关键词：通信网络、数字化、性能测试
1、通信网络在数字化变电站的性能测试的必要性
随着数字化技术的快速发展，其对变电站通信网络的要求越来越高。传统变电站通信网络由于通信传输容量小、速率低、操作复杂被淘汰出局，目前我国变电站应用的通信网络大多是以太网。这种通信网络数据传输速率快、成本低，且通信软硬件数据传输容量大，自从试商用成功后迅速在我国变电站中普及。但是由于我国以太网的发展技术尚不成熟，很多技术还处在研发阶段，在实际运用中通信传输性能存在很多问题。通信网络作为数字化变电站的核心网络，一旦出现问题将严重影响变电站数字化系统的正常运行，可能会给电力企业和用户造成不可挽回的重大经济损失。数字化变电站的通信网络与传统相比，其在网络结构、数据传输性能、安全性和可靠性存在的差异比较大。例如：数字化变电站通信网络中的GOOSE网等同于保护测控装置的跳合闸回路，如果GOOSE网络和变电站数字化系统同时出现故障，会严重影响继电器保护装置的正常工作，严重时甚至会导致继电器无法工作，进而导致数字化变电站系统线路控制处于瘫痪状态。据我国相关部门不完全统计，我国数字化变电站的网络故障一半以上是由于通信网络引起。因此对数字化变电站的通信网络进行性能测试非常重要，对变电站具有重要意义[1]。
2、通信网络在数字化变电站的性能测试技术
2.1物理层传输介质性能测试
数字化变电站的通信网络的物理层的作用是将数据链路层的数据帧转换为传输介质相应的信号，并在光纤等网络通路上传播，然后再将传输信号转换成数据帧传递给相应的数据链层，完成通信数据传输。传输介质是变电站通信网络与用户通信网络之间的物理通路，有无线通信网络和有线通信网络两类[2]。无线通信介质的传输性能主要取决于信号宽带和方向性，有线传输介质的性能主要取决于自身条件。影响数字化变电站通信网络性能的因素主要来源于物理层的传输介质，物理层传输介质的物理特性、传输特性、连通性、地理范围和抗干扰性等都会影响变电站通信网络的质量。目前我国数字化变电站的物理层传输介质使用比较广泛的是光纤、双绞线、同轴电缆等，其中以光缆应用最广泛。光纤的数据传输原理是利用光的不断全反射实现数据传输，在数字化变电站中光纤的敷设形式有多模光纤和单模光纤两种类型，其中多模光缆的定向性较差，单模光纤的定向性比较强。物理层光纤系统一般由光源、光纤、光检测器组成，光源通常是发光二极管、激光，光纤的作用是完成光的全反射，光检测器是将光信号转换成电信号。因此物理层传输介质的性能测试主要是测试光纤通道的光反射性能，光检测器的信号转换性能和光源的发光性能。测试的方法是通过搭建通信网络实验平台，模拟数字化变电站通信物理层传输介质的传输网络，根据模拟实验测得的数据对物理层传输介质的三种性能进行评估，判断其性能是否符合相关标准[3]。
2.2数据链路层网络交换机性能测试
光交换机的作用是直接将光信号转换成光信号，在数字化变电站中运用光交换机可省去光电由光信号转换成电信号的过程，它可明显提高通信网络信号转换的速率。数据链路层网络中的光交换机还具有自动恢复故障的功能，它能在物理层传输介质发生断裂或者转换器发生故障时绕开故障区域进行光信号转换，可有效解决通信网络故障中数据丢失问题。因此光交换机对数字化变电站的通信网络具有重要作用，必须对其进行性能测试，否则一旦光交换机性能出现问题会严重影响通信网络的传输性能。数据链路层网络交换机性能测试方法主要有两种，分别是型式试验和现场试验。型式试验是依据光交换机的标准，通过构建试验平台对光交换机进行模拟实验，通过模拟得到光交换机各种性能参数，然后与光交换机的标准参数进行比较，通过比较评定试验的光交换机是否合格。这种试验是数字化变电站通信系统的必要试验，如果不经过形式试验擅自将通信系统运用在变电站中就属于不合格试验。现场试验是在数字化变电站系统中进行的实验，它的实验方法主要是间隔隔离试验。它测试的内容有功能和性能两种，其中功能测试内容包括端口自由镜像测试、VLAN划分功能测试、报文QOS优先级别测试、广播风暴抑制功能测试和安全、可靠性能测试、报警测试等，性能测试的内容包括端口吞吐量、传输时延、丢包率等[4]。
2.3实例分析
数字化变电站的通信网络性能测试与普通通信网络的性能测试的方法基本相同，但是它的测试指标和要求比普通通信网络要严，比如数字化变电站的GOOSE网络的光交换机、光纤性能的测试的数据丢包率为零，也就是说GOOSE网络在传输过程中禁止数据包丢失，否则将影响继电器保护装置的正常运行，继而影响变电站低压控制高线线路的正常运行。下面本文以某数字化变电站的光交换机的光功率为例进行测试，该光交换机的型号为双星型，规格是100Mbit/s，某数字化变电站的通信网络采用的是以太网。在进行现场测试时采用级联测试方法，并选择光交换机数据链路层中最长的三层级联回路。光功率一般由端口光输出功率和接收功率组成，在测试时主要是测试光功率输出和接收的灵敏度。测试流程是先将光功率智能效验计量器调整到标准波长档位，然后将它接入数字化变电站要测试的光交换机的数据输出端进行测量。接入光功率智能计量器之前应将测试样品从数字化变电站中间隔出来，并在间隔区采取相应的安全保护措施，避免光交换机在性能测试调整、校正中受到损害。下图1[5]为光交换机光口接受灵敏度测试方法连接图：
由上表1可知该光交换机的光口输出功率平均值为—10dbm（分贝毫伏）,装置的光口接收灵敏度平均值为34.7dbm，裕度值为24.2dbm，其误差裕度值符合我国数字化变电站相关光功率标准，此光交换机的光功率测试为合格。
结束语:
数字化光纤以太网代替传统电缆通信网络后，变电站电网系统运行更加高效、安全、可靠，但是由于我国对光纤以太网的研究起步比较晚，很多技术尚不成熟，这导致数字化变电站通信网络安装之后在正式运行中存在诸多问题，因此对需要对其进行性能测试。通信网络性能测试主要是测试物理层传输介质通道的光反射性能，光检测器的信号转换性能和光源的发光性能，以及光转换机的光信号转换性能和自动恢复故障的性能。数字化变电站通信网络的性能测试和普通通信网络的性能测试基本相同，都是采用型式试验、现场试验两种试验方法进行。但是变电站的通信性能测试指标要求更高，它的部分网络不允许丢失数据包。在测试时测试人员应将测试设备从变电站中间隔出来，并采用相应有效的措施进行保护，避免测试损坏设备。
参考文献：
[1]韩冰,汤汉松,刘斌,周东顶,郑发林.数字化变电站二次系统现场测试技术研究[J].广西电 力,2015(2):12-16.
[2]胡春,潮冯,善强,马凯,黄曙,陈炯聪.智能变电站过程层网络性能测试技术研究[J].信息技术，2013（11）:32-32.
[3]孔凡坊,杨彬伦，王瑞，倪相生，谢华森.智能变电站数字化采样测试技术及应用探讨[J].电测与仪表,2013(3):45-46.
[4]康宁.数字化变电站继电保护测试技术分析[J].技术研究,2016(8):83-83.
[5]孙莉娜.性能测试技术在数字化变电站通信网络中的应用[J].通信电源技术，2015（4）：134-137.
作者简介
李文伟（1985.04.08），男，学历：华南理工大学工学学士，单位：广西电网有限责任公司钦州供电局，研究方向：继电保护 自动化，
论文作者:李文伟1,刘斌2,彭萍3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
标签：变电站论文; 通信网络论文; 测试论文; 交换机论文; 性能测试论文; 性能论文; 光纤论文; 《电力设备》2017年第8期论文;