浅析工业交换机在电力行业的应用

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市场需求
“十二五”和“十三五”期间全国110kV～ 750kV 电压等级变电站新建和改造数量将达到 34233 座（基本上是智能变电站），其中110kV 约26652 座、220kV 约6547 座、500kV 约736 座、750kV 约55 座。传统变电站中交换机用量 较少，智能变电站用量非常大：110kV 约需20 台，220kV 需40～50 台，500kV 需70～80 台， 750kV约需100台.
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过程Hale Waihona Puke Baidu网络
1.传统站无此类设备。 2.主要连接合并单元、智能操作箱和间隔层设备。 3.需要使用工业级光纤以太网交换机 4.过程层网络流量控制原则需规范化，包括流量 控制及虚拟局域网划分策略等； 5.已经实现SMV与GOOSE共网，将来可尝试过程层 与站控层网络合并。
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市场需求
光口宜采用ST型 站控层交换机： 规格1：百兆，22电2光 规格2：百兆，6电16光 规格3：22电（百兆20，千兆2）2光（百兆） 间隔层交换机： 规格4：百兆，22电2光
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星型组网
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冗余星型
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单环
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IEC62351标准
《电力系统管理和相关信息交换数据与通信安全》
IEC 62351-1: 数据和通信安全 IEC 62351-2: 数据和通信安全 IEC 62351-3: 数据和通信安全 协议集。 IEC 62351-4: 数据和通信安全 IEC 62351-5: 数据和通信安全 IEC 62351-6: 数据和通信安全 IEC 62351-7: 数据和通信安全 模型。 IEC 62351-8：数据和通信安全
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多环
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IEDs 参与组环
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组网实例
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IEEE1613
IEEE1613定义了变电站内通讯互联设备 的标准环境和测试需求.
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国内制定的标准
根据IEC61850-3修改制定 工业以太网交换机产品至少要满足其中的功能性要求、 电磁兼容设计要求、宽温环境要求和机械结构验证等 四大类要求 功能性方面，最重要的至少有两点，一是要求工业 以太网交换机能够支持快速转发和QoS服务质量以保证 IEC61850标准中重要的GSE/GOOSE数据包得到实时的传 输，并且能够支持组播通信管理IGMPsnooping。二是 工业以太网交换机必须能够支持构建冗余的网络拓扑 例如环网架构以提高拓扑的可靠性，并且同时能够提 供极短的网络故障恢复时间。此外还包括像VLAN、优 先级和快速生成树等技术功能测试要求
工业交换机在电力行业的应用
邹欢 2013.04
主要应用行业
目前工业以太网交换机主要应用于电力、交 通、冶金三个行业，许多行业未来潜力巨大. 其中电力行业主要应用于智能电网（即数字 化变电站）和风力发电。
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过程层
间隔层
站控层
站控层功能 1.程序化操作与视频监控技术结合的智能操作应用； 2.结合智能一次设备和在线监测技术，开展智能预警及变电站综合分 析决策功能的研究及应用。
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间隔层
主要包括测控、保护等设备。 与传统装置相比，对站控层仍然是以太网接口， 但模拟量（SV）和状态量（GOOSE）均通过以 太网传输。
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在电磁兼容设计方面，工业以太网交换机要 能够通过包含电击、雷击和其他电磁干扰测试； 在宽温环境要求方面，交换机设备必须在40℃～85℃的极端温度环境下可以正常工作； 在机械结构要求方面，交换机设备还要通过专 业第三方的振动和冲击耐受度测试。 详见《数字化变电站技术规范.doc》
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组网方式
一般是星型和环型组网 包括星型、冗余星型、单环、双环甚至IED智 能设备参与组网。
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站控层网络
1.拓扑结构与传统站相同，可以使用同类型交换 机（没有规定必须是工业交换机）。 2.主要传输站控层MMS报文，同时也传输测控装 置间隔联锁的GOOSE报文。
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信易达工业交换机
1. 2. 3. 4.
环网自愈时间 环网自愈时间小于 5ms，有效地解决 了丢包和大延时包 的问题。提高了系 统的实时性！！
工作温度 -40℃-+75℃的工 作温度解决了我国 大部分地区的温度 要求，有效的降低 了成本。-40℃+85℃的工作温度 满足了更为严寒地 区的使用！！
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时钟同步系统
IEEE1588
B码/秒脉冲 SNTP 卫星时钟
电子式互感器
合并单元
SMV GOOSE 共网
保护测控 一体化装置
站 控 层 网 络
IEEE1588 V2.0
监控系统
实现区域/广域对时
调度 系统
远动 保信子站 智能断路器
电能表
报文监视分析
智能变压器 站用电源
过程层
间隔层
站控层
时钟同步系统 1.对时网络与站内网络的统一； 2.时钟同步系统和采样同步系统的融合； 3.电网统一时间同步系统研究及应用。
7-4 兼容逻辑节点类和数据类 7-3 公用数据类
抽象通信服务 7-2 7-1 抽象通信服务接口(ACSI) 原理和模型
映射到实际通信网络 8-1 映射到MMS和ISO/IEC8802-3 9-1 通过单向多路点对点串行通信链路采样值 9-2 ISO8802-3之上的采样值
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时钟同步系统
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行业标准
变电站自动化系统在实现控制、监视和保护功 能的同时，为了实现不同厂家的设备达到信息 共享，使变电站自动化系统成为开放系统，还 应具有互操作性。为此，国际电工委员会(IEC) 制定了变电站内通信网络和系统标准体系— IEC-61850
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过程层网络
网络流量控制 虚拟局域网划分
SNTP 卫星时钟 B码/秒脉冲
SMV
电子式互感器 合并单元
网 SMV
GOOSE
GOOSE 网
保护测控 一体化装置
共网
站 控 层 网 络
监控系统
调度 系统
远动 保信子站
智能断路器
电能表
报文监视分析
智能变压器 站用电源
过程层
间隔层
站控层
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数字化变电站介绍
数字化变电站是由智能化一次设备（电子式互感 器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程 层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850通信规 范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共 享和互操作的现代化变电站.
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防护等级 EMC等级 四级， 更好地抗电磁干扰。 IEC 61850-3全标 准设计，满足了更 高防护等级的需 求！！
网管软件 图形化的网管软件， 可以更直观的查看 网络的运行状态和 故障的具体原因。 通过各类报警，保 证系统无故障运 行！！
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过程层交换机： 规格5：百兆，8光 规格6：百兆，16光 规格7：22光（百兆20，千兆2） 规格8：22光（百兆18，千兆4）
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深圳市信易达技术有限公司 邹欢
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通信网络和系统安全 安全问题介绍。 术语。 通信网络和系统安全 包含TCP/IP的 包含MMS的协议集。 IEC 60870-5及其衍生标准的安全。 IEC 61850协议集安全。 网络和系统管理（NSM）的数据对象
电力系统管理的基于角色访问控
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站控层功能
IEEE1588
数字化变电站智能化
卫星时钟
程序化操作
电子式互感器 合并单元
SMV
GOOSE 共网
保护测控 一体化装置
站 视频监控 控 层 智能巡检 网 络 一体化五防
智能预警
监控系统
变电站 信息模型
调度 系统
远动 保信子站
智能断路器
电能表
综合分析决策
报文监视分析
区域应用
智能变压器 站用电源
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三层设备＋两层网络
站控层设备：监控系统 间隔层设备：保护、测控、录波、PMU等 过程层设备：合并单元、智能终端 站控层网络：连接上两层 过程层网络：连接下两层
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站控层设备 CSC 2000（V2） 站控层网络
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过程层
主要包括合并单元和智能操作箱。 传统站中无这类设备，主要功能是将一次设备 接入过程层网络
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四方继保 四方继保
CSC-101
四方继保
CSI-200E
四方继保
间隔层设备
过程层网络
四方继保
四方继保
JFZ-600
四方继保
CSN-15B
四方继保
过程层设备
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站控层
主要包括监控系统。 硬件组成、连接关系同传统变电站。 采用IEC61850归约（MMS）同间隔层设备通信。
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IEC61850 的内容
系统概貌 1 介绍和概述 2 术语 3 总体要求 4 系统和项目管理 5 功能的通信要求和设备 模型 配置 6 变电站自动化系统配置 描述 语言 测试 10 一致性测试 数据模型