基于工业以太网交换机的配电通信系统 在龙岩地区的应用

徐智坚 高艺聪

【摘要】 本文以面向配电生产及调度管理需求的建设思路，结合国网龙岩供电公司配电自动化改造工程，提出基于工业以太网交换机技术的配电自动化通信方案，并对其组网需求、技术方案及目标成效进行分析探讨。

【关键词】 配电 工业以太网 交换机

配电通信系统是建设智能配电网的重要组成部分，结合先进的现代管理理念，构建集成与优化的配电资产运维与管理系统，有助于提高供电可靠性、 系统运行效率。为满足龙岩山区配电自动化发展对电力通信的需求，龙岩供电公司提出基于工业以太网交换机，建设一个高安全性、高可靠性和高实时性的信息通信网络，同时支持不同业务，不同类型设备的灵活接入，为配电自动化运行提供安全稳定的保障。

一、龙岩地区配电通信组网需求分析

1.1通信设备需求

配网自动化系统站点分为：调度中心站，变电站，环网柜、柱上开关等配网终端，由于整个网络系统站点多、数据信息量集中，其规模、复杂程度和通信程度决定了对通信系统的要求，主要有：

1、可靠性

配电自动化终端分布在城市的各个角落，地理位置复杂，应用环境恶劣（如室外的高温、高湿、多尘、电磁干扰等），配电自动化网络要求具有故障自愈的功能，所以配电自动化系统的通信设备应满足具有环形自愈功能的可靠性要求，自愈时间小于50ms，在地质灾害偏多的龙岩山区，要求通信系统在上述条件下能可靠地工作。

2、经济性

考虑到配电网系统的总体经济效益，通信设备应充分利用现有的通信资源，要求通信设备能够进行整体规划，合理组网，避免重复投资，

3、扩展性

配电自动化站点后期随着城市的扩展，其规模不断变大，这就要求通信设备不仅要满足目前及未来的数据传输的需要，还要考虑系统功能升级的要求，能够兼容多种设备，不同业务的接入，通信设备组成单个环网能力应不小于40个节点，便于未来业务和节点的不断扩展。

4、双向性

配电自动化系统要实现遥测、遥信、遥控功能，就必须要求其通信设备要具有双向通信能力。

5、易操作与维护性

配电通信设备，应充分考虑维护和操作的方便性，要求通信网络中的每个节点设备采用相似功能和封装的设备，便于未来设备的维护、更换和检修来业务和节点的不断扩展。

1.2 通信业务需求

根据配电自动化系统的功能要求，本通信系统承载的业务如下所示：

配电自动化业务：包括三遥信号（遥信、遥测、遥控）等双向实时业务。

网管业务包括：包含配电自动化系统与通信网络间的数据交换，不同通信网络之间的数据传输、管控。

未来扩展业务：包括用电信息采集系统等生产III区、IV区的数据。

1.3通信管理需求

随着通信网络的不断发展壮大，考虑到其他类型设备接入及管理需求，通信网管的管理功能应包括配置管理、故障管理、性能管理、维护管理和安全管理等，同时针对接入网的特点，允许开放通信协议，来实现统一的管理平台对交换机监控数据的调用，实现全网设备的统一管理。

综上所述，工业以太网交换机具有散热性能好，外形小巧容易安装，能够承受恶劣的环境之外，还有EMI电磁兼容、温度、湿度，防尘、安全集成系统稳定性高等特点，且其业务管理符合配电自动化系统需求。因此通信网络的接入部分选用高性能的工业以太网交换机组网，以实现调度中心和终端之间的数据通信。

二、基于工业以太网交换机的龙岩配电自动化通信网建设方案

龙岩配电通信系统采用工业以太网交换机组建光纤通信网，整体网络分为骨干网层和接入网层，网络整体框图如下，以城区的9个变电站（通信子站）和2个中心主站（地调、配调）为主干节点形成主干环网；以配电室、开闭所、柱上开关、环网柜等构成接入节点形成接入环网，拓扑图如图1。

2.1骨干网络设计方案

骨干网络设计采用中端路由器，通过千兆光纤接口形成环形网络，在环形网络中启用链路状态路由协议——IS-IS协议，实现数据路由转发，便于后期兼容其它协议。

从系统安全性原则出发，主站系统、接入网络各划分一个单独的VLAN，所有工业以太网交换机的管理IP根据变电站辖区（汇聚层）划分为多个VLAN。

2.2接入网络设计方案

接入网络部分由二层工业以太网交换机组成，根据配电自动化设备所处的区域范围不同划分相应的子网，每个子网内的二层工业以太网交换机和汇聚层的三层工业以太网交换机通过百兆光口组成环网。二层接入网工作示意图如图2所示。

各个子环网之间采用物理隔离提高网络的安全性，环网内二层交换机启用快速环网冗余协议，保障了网络的无扰切换，网络自愈时间小于50ms，整个系统的交换机按照业务通信的逻辑关系开启VLAN虚拟局域网络功能，把各种不同的业务相互隔离，防止某种业务的广播风暴产生影响其他业务，并根据现场的实际情况对网络内的交换机开启广播风暴抑制功能，可以实现网络中“有效数据传输，无效数据隔离”。提高网络数据传输的安全性。同时可采用QOS服务质量功能，根据不同的业务级别对交换机的接入端口进行带宽分配，提高网络数据传输的高效性。环网自愈功能如图三所示：

若环中有一条光纤线路或者通信终端出现故障，数据传输会自动切换，如下图，而且倒换时间<50ms，保证数据传输的实时性。

三、目标成效

工业以太网交换机的应用，使龙岩配电自动化系统迈上一个新台阶，实现城市核心区内初步建成了坚强的一次配电网架和集成型的配电自动化系统，并具备部分“智能化”特征，实现配网“调控一体化”。

城区光通信网络初步建成，为基于智能配电终端提供了通信基础；

全网配电自动化终端与通信终端统一IP规划，网络结构更加合理，自动化系统与网络建设同步进行，网络安全性也大大提高；

逐步替换电力宽带通信方式及无线通信方式，减少串行数据传输接口与高速以太网接口的转换，以及减少无网络管理能力的以太网光纤收发器的使用，提高了终端访问效率和数据传输的安全性。

四、结论

本文提出龙岩地区10kV配电自动化通信系统中工业以太网交换机的应用，以及通信组网方案的实施，结合龙岩供电公司配电自动化系统运行期间，通信网络运行正常，有效提高了配网供电可靠性和电压合格率等指标，提升了对用户的供电服务质量。

参 考 文 献

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