（宁夏送变电工程有限公司调试分公司,宁夏 银川市 750001）
摘要：针对智能变电站网络通讯调试注意事项，阐述了智能变电站的网络构架，介绍了智能变电站VLAN技术原理，分析了智能变电站交换机的原理与应用,为智能化变电站网络通讯稳定性运行提供保障。
关键词：智能化变电站；网络架构；交换机；
1、智能变电站网架结构
过程层组网的设计目标主要明确以下两点：第一、该网络是取代原来的二次接线，对实时性、安全性和可靠性要求很高；第二、一个交换机的故障要尽可能减少影响保护的套数。
基于上述两点，总线型网络的可靠性不能满足过程层网络的要求，因为一台交换机故障有可能导致失去多串设备保护。 环形网络,其一有产生网络风暴的可能,其二环网中普遍采用快速生成树技术实现网络的冗余,其网络故障恢复的时间是秒级的,在此期间电网发生故障,将延缓电网切除时间,对电网极为不利。
2、智能变电站VLAN技术原理
2.1争用冲突——以太网的性质所决定。
影响：用户数量增加导致通信“变慢”
2.2网络广播——TCP/IP协议的性质所决定（如ARP通过广播从IP地址中解析 MAC地址）
影响：产生大量目标地址为广播地址的无用网络流量
2.3解决方案
使用路由器分割成小网——组网成本太高
3、智能变电站交换机标准
网络系统是连接站内各种智能电子设备（IED）的纽带，是数字化变电站自动化系统的命脉。
3.1在功能方面：
(1) 支持QoS 服务质量和快速存储转发方式，以保证网络中重要的GOOSE报文得到实时传输；
(2) 支持VLAN 实现网段隔离，保证重要数据实时、可靠传输并抑制网络广播风暴；
(3) 支持冗余网络拓扑结构，以提高网络的可靠性；
(4) 支持RSTP 快速生成树协议，提高网络故障时的收敛速度，避免网络环回和抑制网络广播风暴等。
3.2在电磁兼容方面：
要求能在强电磁干扰、电击、雷击等环境下正常工作。
3.3在环境温度方面：
满足宽温范围，能在极端恶劣的温度条件下可靠运行。
3.4在机械结构方面：
满足特定的防尘、防潮、防水要求；具备良好的散热条件；能承受强振动、大冲击的外力等。
3.5智能变电站以太网交换机应具有的功能
3.5.1硬件上
1）能够在强电磁干扰、静电放电情况实现报文传输零丢包。
2）在低温（-40℃）及高温（70℃）情况下长期稳定工作。
3）在全线速工作情况下报文传输零丢包。
4）交换机固有传输延时应小于10 μs 。
5）可灵活选配短距离或长距离的光收发器，适应不同的现场应用。
6）采用模块化设置，满足不同应用场合对端口数量，接口方式的灵活配置
3.5.2软件上
1）支持QoS（802.1p）报文优先级控制，至少提供4 个优先级队列，具有严格优先级和权重优先级，可以保证关键通信报文如GOOSE 的优先传送。
2）支持灵活的VLAN 配置，可按实际应用需求设置带VLAN 标签报文的处理方式，包括VLAN 标签的插入、修改或删除操作。
3）支持将多个端口的报文镜像功能，满足数字化变电站通信录波的需求及网络故障分析。
4）支持网络风暴抑制功能，可设定交换机广播报文、多播报文和寻址失败报文的转发速率上限。
5）支持端口速率控制，可设定各端口的报文转发速率上限和突发速率上限。
6）支持链接聚合功能，支持基于MAC 地址的链接聚合。
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7）支持STP（802.1D）和RSTP（802.1w），在通信链路失效时快速切换到备份链路。
8）支持Web、Telnet、CLI 命令行方式管理。
4、智能变电站网络调试要注意的问题
针对智能变电站网络技术的要求和特点，我们在智能变电站调试中相应的提出针对性的测试方法。
4.1交换机的现场试验包括功能测试、性能测试
当 SMV 采用组网或与 GOOSE 共网的方式传输时， 用于母线差动保护或主变差动保护的过程层交换机宜支持在任意 100M 网口出现持续 0.25ms 的 1000M 突发流量时不丢包， 在任意 1000M 网口出现持续 0.25ms 的 2000M 突发流量时不丢包。
网络交换机检测包括 EMC 抗干扰测试、 吞吐量、 传输延时、 丢包率及网络风暴抑制功能、 优先级 QOS 、 VLAN 功能及端口镜像功能测试等。
4.1.1在电网正常及故障情况下各节点网络通信可靠性、 各节点数据丢包率、 网络传输时延应满足规范要求。 双网切换期间，数据应不丢失。
4.1.2 在雪崩情况下各节点网络通信可靠性、 各节点数据丢包率、 网络传输时延应满足规范要求。
4.2交换机的功能测试应包括：
4.2.1端口镜像功能。
为了实现对于网络上传输的信息完整记录，实现网络记录功能，要求交换机可以将某一端口的所有数据复制到一个指定的镜像端口，测试时需要检查在目的端口上能否观察到源端口上的数据包。设置交换机port11端口与port12端口互发数据流，port10为镜像端口，测试帧长度64byte，测试时间30s，发送端口负载为50%,检查丢包情况
4.2.2VLAN 划分功能。
交换机采用IEEE 802.1qVLAN 虚拟局域网技术，减少广播流量，隔离带有关键实时数据的设备和产生大量数据输出的其他设备，保证关键设备的报文传输实时性，提高网络安全性。测试时需要检查划分成不同VLAN 的端口之间是否实现了有效隔离。通过数字式信号发生器配合抓包工具“Wire shark”检查鲁巷变过程层GOOSE网不同智能设备MAC地址的报文比对分析核实VLAN功能正常工作。
4.2.3交换机广播风暴抑制功能测试。
损坏的网卡、感染病毒的机器和环形网络结构都有可能引发广播风暴，测试时检测交换机的端口速率限制功能能否限制其发送的大量广播报文。设置交换机port11与port12相互发送数据流，广播阀值为10M，帧长为64byte，测试结果高于10M广播帧被丢弃
4.3交换机的性能测试应包括：
4.3.1端口吞吐量测试。
吞吐量是指交换机在可接受的丢包率下，所能达到的最大的数据包转发速率。应按照不同的帧长度（64 字节、256 字节、512字节、1024 字节和1518 字节等）进行测试。针对交换机接口进行测试时间30s的吞吐量测试，吞吐量达到100%
4.3.2丢包率测试。
丢包率是由于网络性能问题造成部分数据包无法被转发的比例，需按照不同的帧长度进行丢包率测试。测试交换机光口port7、port8，对各个端口加载100%的线速流量，测试时间120s，交换机丢失率为0
5、总结
通信网络的根本任务是解决综合自动化系统内部以及与其他系统之间的实时信息交换，网络是不可或缺的功能载体，构建一个可靠、实时、高效的网络体系是通信系统的关键之一。只有通过网络通信队变电站运行信息进行传输和交换才能满足智能化变电站的基本需求。因此，通过对智能变电站的信息处理以及网络通信技术进行研发和普及，才能更好的完成智能电网具体的建设工作，才能让电网更好的服务于人民。
参考文献
[1] 钟连宏. 数字化变电站技术丛书安装调试分册[M]. 北京：中国电力出版社，2010.
[2] Q/GDW 441-2010，国家电网公司企业标准智能变电站继电保护技术规范[S]
[3] 刘振亚. 智能电网知识问答. 北京：中国电力出版社，2010.
论文作者:孙海文
论文发表刊物:《中国电业》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/1
标签：变电站论文; 交换机论文; 报文论文; 网络论文; 端口论文; 智能论文; 测试论文; 《中国电业》2019年第13期论文;