智能变电站网络现场测试方法

摘要:结合220 kV首山智能变电站网络的现场调试情况，分别对站内网络、组网正确性验证及网络性能测试等几个方面进行介绍，并给出具体的测试方法或建议，为后续智能变电站网络现场测试提供参考。

关键词:智能变电站、网络测试、方法

中图分类号：U665.12文献标识码： A

智能变电站是智能电网的重要环节，它以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本特征，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能。与传统变电站相比，智能变电站网络系统在结构和功能上发生了较大变化，同时在重要性上也大幅上升。从某种意义上讲，智能变电站的网络系统己上升为智能变电站的神经系统，其建设质量与性能直接决定了智能变电站的安全性、可靠性及实用性。因此，如何有效地对智能变电站网络进行测试与评估成为亟需关注的课题。结合220kV首山智能变电站项目，对智能变电站网络现场测试技术进行了探讨，总结出现场网络测试的方法及要点，并对现场测试技术提出了相关建议。

1、首山智能变电站概况

1. 1变电站规模

辽阳220 kV首山变电站始建于解放前，此次属于智能化改造。工程规模为:变压器2x240 MVA，220 kV间隔10个，66kV（采用户外GIS）间隔21个，均为双母分段。

根据国家电网公司六统一原则要求，本站220kV及主变相关间隔的继电保护及录波装置采用双重化配置，66kV相关间隔为单套配置。

1. 2站内网络简介

该站网络在结构上可以分为站控层网络和过程层网络。站控层网络采用星型结构，实现站控层、间隔层间数据交互及通讯，过程层网络亦采用星型结构，主要完成间隔层、过程层间设备通讯及数据交互。

在具体实现上，站控层网络分为站控层A网、站控层B网；过程层网络分为220kV-SV-A网、220kV-SV-B网、220kV-GOOSE-A网、220kV-GOOSE-B网、66kV-SV网、66kV-GOOSE网，各网络之间相互独立。即220kV及66kV过程层网络均采用采样值(sampled value SV)、面向通用对象的变电站事件(generic objectoriented substation eventGOOSE)分网传输，其中220kV过程层网络为双网配置。兼顾保护可靠性和技术先进性，站内所有保护均采用直接采样，直接跳闸(点对点方式)。

2、网络的组建

智能变电站网络的组建是将一个个孤立的二次智能设备与网络交换机利用光纤(缆)或者网线，按照设计单位提供的图纸组成一个有机的整体，是站内网络系统正常运转的前提与基础。由于智能变电站内大量采用了光纤(缆)及光配架，导致光纤(缆)数量众多，光回路复杂，给施工与调试人员带来了较大困难。在首山智能变电站施工与调试过程中，就出现过光纤接头与装置虚连接导致通讯时断时通，光纤弯曲弧度过小导致纤芯折断，装置与装置之间收、发通道接反导致通讯不通等诸多问题，极大地影响了工程调试进度。因此，网络组建这一步看似简单，却极为繁琐和重要，需要施工和调试人员高度重视、细心施工与调试。结合首山智能变的调试经验，建议如下:

1)组网前，设计单位应仔细核查图纸，明确各装置及网络交换机的端口功能定义和连接，尽量避免在组网过程中出现因设计失误导致需增敷新光缆或更改装置与装置之间连接线等问题。

2)光纤(缆)应可靠固定，使之不承受较大的外力挤压或牵引;光纤绑扎固定处宜使用软塑料进行包裹保护，确保光纤表皮完好无损。

3)在用及备用光纤(缆)均应注意弯曲弧度，防止过度弯折导致纤芯折断。

4)施工与调试人员在作业过程中应注意保持光纤头的保护与清洁。光纤配线架中备用的光纤头及未使用的光纤、尾纤端口应带防尘帽。

5)应确保光纤接头与装置或网络交换机之间可靠连接，严禁出现虚连接。

6)如有条件，每条光纤芯(包含备用芯)都宜进行光衰耗测试并记录。

7)为了调试与日常运维方便，光纤(缆)、尾纤、网线都应有明确、唯一的名称，应注明用途、走向、两端设备及端口名称等详细信息。

3、交换机功能测试方法

1) VLAN划分正确性验证。首山智能变电站采用了VLAN技术来减少网络上不必要的流量，降低交换机的负载率，避免丢包。在VLAN划分完成后，可借助抓包工具抓取被测网络交换机通讯端口的实时报文来分析VLAN划分是否正确有效。当检测到通讯端口收、发送报文均与端口VLAN配置一致，没有与该端口配置无关的报文时，则可证明该通讯端口的VLAN划分正确有效。

2)端口镜像功能测试《智能变电站网络交换机技术规范》要求以太网交换机应支持一对一及多对一端口镜像功能。使用该功能可以将交换机某一端口或某几个端口的数据拷贝到一个指定的镜像端口，以便于端口监视及数据分析。测试时可利用抓包工具抓取镜像端口的实时报文，看报文中是否有被镜像端口的数据报文来验证端口镜像功能是否配置正确。

3)网络风暴抑制功能测试。网络风暴，尤其是广播风暴将消耗大量的网络带宽，导致正常的数据包无法在网络中正常传送。因此《智能变电站网络交换机技术规范》要求网络交换机应具备网络风暴抑制功能。测试时可利用网络分析仪模拟发送大量的广播报文，看交换机的端口速率限制功能能否对其进行有效限制。

4、通常，数据包在传输过程中会在每个包前面加上64bit的前导符，在包与包之间会有96bit的帧间隙。以64字节的测试帧长为例，其每个数据包的实际长度为64x8+64+96=672(bit)，故网络交换机每秒钟的吞吐量为672x148810 = 100( Mbit)与网络交换机的端口容量相同。传输时延测试。传输时延是指数据包从发送端口到目的端口所需经历的时间，一般由帧收发时延、交换时延、线路传输时延和排队时延4个部分组成。现场测试时要结合现场网络拓扑结构(是否存在级联)确定测试方案，看是否需要进行交换机级联测试及需进行几级级联测试。

限于篇幅，交换机级联测试数据未再给出。可以看出，时延在相同负荷条件下，测试帧长越长，其传输时延越大(这是由交换机的帧收发时延特险所决定，测试帧长越长，交换机的帧收发时延越长)。交换机单机时延为微秒级，可以满足智能变电站GOOSE报文高速性和实时性的要求。丢帧率测试。根据《智能变电站网络交换机技术规范》要求，单台交换机在全线速转发条件下，丢包(帧)率应为0。利用网络测试仪以满线速分别发送64字节、128字节、256字节、512字节、1024字节、1280字节、1 518字节等帧长的数据包，测试其是否有丢包。跳闸报文在各种网络负载条件下的延时测试。保护对实时性要求很高，该测试主要是验证网络负载对跳闸报文的影响。具体测试方法如下:利用网络测试仪向网络注入一定流量的数据包来模拟各种网络负载，测试跳闸报文在各种网络负载条件下的延时。根据首山变现场实测数据及实际运行情况，网络流量在不超过交换机端口传输带宽时，对跳闸报文的传输性能影响不大。

总之，220 kV首山智能变电站在建设过程中对站内网络进行了较为全面的现场测试。其测试方法为后续智能变电站网络测试提供了有益参考。可以预见，随着智能变电站网络现场测试技术的不断完善和发展，智能变电站网络的可靠性将得到进一步提升。

参考文献：

[1]Q/GDW 383-2009智能变电站技术.[J].北京:国家电网公司.2011.

[2]朱国防.陆于平.数字化变电站级联网络时延上界计算方法.[J].国家电网.2011.

作者简介：

汪文熙，男，1985年11月生，助理工程师,学士，从事变电站综合自动化系统现场服务和技术支持工作。

王素慧，女，1986年4月生，助理工程师,学士，从事自动化设备专业型式测试及实验工作。