智能变电站过程层SV与GOOSE共网的交换机配置

肖凡，代焕利，鲁春华，程泽涛

(1.三峡大学，湖北　宜昌　443000；2.电力勘测设计院，湖北　宜昌　443002)



智能变电站过程层SV与GOOSE共网的交换机配置

肖凡1，代焕利2，鲁春华1，程泽涛1

(1.三峡大学，湖北宜昌443000；2.电力勘测设计院，湖北宜昌443002)

IEC61850系列标准整体上将数字化变电站通信网络分为站控层、间隔层和过程层，采用交换机网络进行通信。过程层网络设计的合理性在很大程度上决定了变电站运行的可靠性，其组网方案也直接影响保护、控制功能的实现以及网络设备的投资。结合某220kV工程，介绍了过程层网络SV与GOOSE共网时的组网方案及交换机配置。

交换机配置；过程总线；GOOSE

1　引言

电力是国民经济的基础，变电站是连接发电和用户的枢纽，是整个电网安全、可靠运行的重要环节。坚强、灵活的电网结构是发展未来智能电网的基础。智能变电站的网络结构作为智能变电站的核心，对智能变电站以及智能电网的建设具有重要的现实意义。

2　智能变电站过程层组网

过程总线的组网方案有集中组屏和按间隔分散组屏。在目前的智能变电站中，过程总线按间隔分散组屏是目前智能变电站所采用的常见方式，这种划分方式实物层面上的间隔界线清晰。而对于按间隔组网的过程总线，端口的VLAN划分需要在1台交换机上进行。为了组网的方便，间隔内宜采用光纤交换机在公共信息网络中扩展电口交换机。但由于需要生成1个能够访问所有间隔数据的VLAN，以减少母差、故障录播等装置的网络适配器的数量。现以某220kV实际工程中过程层网络为例，介绍分散组屏时的交换机配置。对于智能变电站而言，过程层网络与变电站设备的实时控制功能密切相关，如继电保护、稳控装置等。从国内、外变电站综合自动化的开展情况下，过程层通信网络的组网方案大致存在以下几种模式：

2.1分层分布式

该系统的特点是按照变电站的原件以及断路器间隔进行设计。将变电站中一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。这种方式代表了现代化变电站自动化技术发展的趋势，很大程度上减少了连接电缆及电缆传送信息的电缆干扰，具有很高的可靠性，大量现场工作可一次性在设备制造厂家完成。

2.2集中式

集中式系统结构采用功能强的计算机并扩展其I/O接口，集中采集变电站的模拟量、开关量等信息进行计算和处理，分别完成变电站的监控、保护和自动控制功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通信等功能。

2.3分布式

按变电站监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。分布式系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU模块系统提高了处理多发时间的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统，能够较好的解决数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。

3　过程层两网合一的组网方案

在智能变电站的网络架构中，MMS 网用于站控层设备和间隔层设备的信息交换；GOOSE 网用于过程层设备的跳闸、保护之间的信息的交互、开关刀闸等信息的采集；SMV 网用于传输电子互感器所产生的模拟量。在智能变电站中，由于过程层通信的引入，交换机的运行状态直接决定站内保护装置与测控装置的工作状态。因此，对过程层网络进行合理的配置具有重要的意义。

SV与GOOSE共网：将采样值和GOOSE共网有效减少了过程层网络的交换机投资，且因为系统部件的减少可以进一步提高整体可靠性。对于继电保护设备而言，采样值和GOOSE的信息同样重要，任何一类信息丧失都无法实现继电保护功能。即使在装置上采样值和GOOSE使用了不同的网口，使用同一套网络交换机设备通过VLAN划分都是有意义的。该方案可以解决GOOSE和采样值信息共享的问题，同时，GOOSE和采样值的共网运行可进一步优化交换机、装置端口、连接介质的数量。

图1　智能变电站网络结构

4　工程实例

4.1工程简况

某220kV工程变电站情况如下：220kV双母单分段，110kV双母单分段，10kV单母分段；主变2台，220kV出线2回，110kV出线6回，10kV出线4回，电容器组6台，所用变2台；220、110kV互感器全部采用光纤数字量输出的电子式互感器，10kV出线、电容器、所用变、分段间隔互感器采用电流、电压一体化小信号模拟量输出的电子式互感器；对时服务器采用GPS；全站采用IEEE1588网络对时协议。本工程过程层网络如图2所示。

图2　过程层网络结构图

4.2过程层交换机配置方案

交换机需按端口配置要求提供足够的光口和双绞线口。与保护和测控装置的连接全都采用光纤，仅在站控层控制室内采用双绞线连接各工作站。交换机的所有光口必须是交换机本身内置光纤端口，不应采用外接光电转换器。220kV线路间隔配置成一个独立的网段，采用独立的交换机。主变三侧作为一个大间隔，配置成一个独立的网段，采用独立的交换机。每一个电压等级分别配一台公共交换机，连接该电压等级对应的母线保护、PT合并单元，各间隔对应的交换机也通过级联端口连到公共交换机。GOOSE服务网络进行开关量的传输，采取两层网络交换的拓扑结构，即每一个间隔配置一台交换机，每一个电压等级配置一台公共交换机。过程层交换机具体配置为：220kV过程层中心交换机2台，220kV线路交换机4台，220kV母联交换机2台，1#主变过程层交换机2台，2#主变过程层交换机2台，110kV过程层中心交换机1台，110kV线路交换机6台，110kV母联交换机1台，交换机数量总共有20台。

4.2.1220kV中心交换机

过程层采用A、B网双网冗余配置。220kV中心交换机2台。

图3　220kV过程层A网中心交换机端口接线图

4.2.2220kV 1A线路交换机

220kV线路交换机4台。220kV线路1A间隔交换机接口分配如下，220kV线路2A间隔同1A。220kV线路交换机B网与A网相同。

图4

4.2.3220kV A母联交换机

220kV A网母联交换机2台，接口配置如下。220kV 母联交换机有两台，220kV B网母联交换机同A网相同。

图5

4.2.4#1主变交换机

主变交换机有4台。1#主变交换机两台，2#主变交换机两台。1#主变交换机接口配置如下：

图6

5　结语

智能变电站建设第一批试点工程已全面展开，第二批试点也规划完毕，现全面进行推广建设中。过程层组网方案的选择对智能变电站的安全性、可靠性和经济性具有重要影响。本文对某220kV智能变电站的过程层通信网络进行探讨，分析其组网方案和交换机配置，为今后智能变电站的建设尤其是过程层网络结构的设计起到一定参考作用。

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收稿日期：2012-10-10

LAN-switch Configuration of SV and GOOSE Share Network in the Smart Substation

XIAO Fan1,DAI Huan-li2,LU Chun-hua1,CHENG Ze-tao1

(1.China Three Gorges University,Yichang 443002,China; 2.Electric Power Exploration and Design Institute,Yichang 443002,China)

IEC61850 series standard divides the digital substation communication network into the station control layer,spacing layer and process layer,in whole,communication with the network switch.The process layer network design largely determines the reliability of the transformer substation,the network scheme directly affects the protection,implementation of control function and of investment of network equipment.This paper combine a 220kV project,which introduces the process of network layer network SV and GOOSE network.Then it introduces the switch configuration.

LAN-switch configuration;process bus network;GOOSE

1004-289X(2016)01-0089-05

TM63

B

2015-04-27

肖凡(1990-)，女，湖北孝感，硕士研究生，研究方向电力系统运行与控制。