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1、智能变电站中工业以太网交换机要求智能变电站中工业以太网交换机要求在智能变电站普遍采用合并单元进行过程层数字化采样值数据传输、依靠GOOSE报文传输一次设备状态和控制命令的背景下，工业以太网交换机除承载传统的站级通信服务外，开始逐渐替代传统电缆，成为维系一、二次设备关联的中枢设备。这样对工业以太网交换机的功能、性能和可靠性都提出了非常高的要求。在IEC 61850标准中，IEC 61850-3变电站通信网络和系统第3部分：总体要求，提出了针对工业以太网交换机的环境和电磁兼容要求，具体涉及环境及安全要求（温度、湿度、大气压力、机械和振动、污染和腐蚀），电磁兼容要求（振荡波、辐射电磁场骚扰、快速瞬变
2、、浪涌、工频磁场）和供电要求（电压范围、电压容差、电压中断、电压质量）。而对于工业以太网交换机的功能要求，IEC 61850并未对其给出相关的标准，因此，其功能测试通常以国内通信行业标准要求和IEEE相关标准为准。1 1 工业以太网交换机的功能要求工业以太网交换机的功能要求根据国家电网智能变电站技术导则的定义，智能变电站具有全站信息数字化、通信平台网络化等基本要求，而这些要求则对承载通信网络的工业以太网交换机提出了以下基本需求：高性能的信息传输，保证高优先级的用户数据优先传送；网络流量控制；冗余网络；网络工况监视和故障诊断；高精度网络对时协议。通过IEC61850-3及IEEE 1613变电站
3、通信网络装置的环境和测试要求的MOXA交换机（功能特点见附录1）均具有以下功能满足变电站自动化系统的需求：(1)支持IEEE8023x全双工以太网协议。全双工数据传输模式能同时支持两个方向的数据发送和接收，在交换机端口上不会发生信息“碰撞”，因此舍弃了半双工以太网的CSMACD机制，从而大大降低了数据传输时延。(2)根据IEEE 8021P标准，可通过以太网报文头部增加优先级序号进行QOS服务质量标识，由交换机按照流量分配原则或权重设置进行优先转发。(3)虚拟局域网(VLAN)技术和多播过滤技术可进行通信区域的划分，有效防止广播风暴并实现安全隔离。VLAN技术分别基于端口、基于MAC地址和基于
4、协议等，主流标准为IEEE8021q。通用的多播技术分静态和动态2种，静态多播主要基于多播MAC地址表；动态多播主要有GMRP和IGMP snooping 2种协议。(4)基于交换机的标准网络冗余技术主要是IEEE 8021D生成树STP协议和IEEE 8021W快速生成树RSTP协议。IEEE 8021D协议下生成树的收敛时间约为60 s，而IEEE 8021W对其进行了改进，收敛时间约为l一10 s(目前正普遍达到100 ms)。(5)目前较开放的SNMP协议能够支持监控交换机端口、划分VLAN、设置Trunk端口等管理功能。(6)PTP精确时钟协议(IEEE 1588)使用硬件和软件配合
5、的方式，能达到亚微秒级的时间同步精度。工业以太网交换机需特别支持E2E(End-to-End)和P2P(Peer-to-Peer)透明时钟技术。数字化变电站自动化系统组网采用变电站总线加过程总线的组网方案，并且变电站总线采用环网而过程总线采用面向间隔的星状网结构时，构成变电站总线的以太网交换机就需要选择支持IEEE8023x（全双工以太网协议）、IEEE8021p（QoS）、IEEE8021q（VLAN）、IEEE8021w（RSTP）和IGMP Snooping五种协议的交换机，而构成过程总线的以太网交换机则只需要支持IEEE8O23x（全双工以太网协议）即可。如果系统组网采用变电站总线与过
6、程总线合并为一个物理网的方案，则系统中的以太网交换机都应该支持IEEE8021p优先级排队协议，以确保对实时性要求高的信息流优先进行传输。如果这个合并的物理网络是一个环网或者安排有冗余路径，那么系统中的交换机还应该支持IEEE8021w快速生成树协议或者其他网络冗余协议。2 2 工业以太网交换机的环境及安全要求工业以太网交换机的环境及安全要求(1) 环境温湿度要求IEC61850-3规定，在变电站中运行的通信设备(如工业以太网交换机)应能满足IEC 60870-2-2推荐的环境温度要求。该标准将设备的工作场所分为以下4类：A类，空调场所；B类，封闭的加热或制冷场所；C类，遮蔽场所；D类，室外场
7、所。在变电站中运行的工业以太网交换机大多数都处于C类环境(遮蔽场所)。对环境类型c的工作和贮存环境温湿度，该标准又细分为4种：Cl，温度-5+45，湿度595；C2，温度-25+55，湿度10100；C3，温度-40+70，湿度10100；Cx，特定。对智能变电站中的工业以太网交换机应根据实际情况。要求其满足C2、C3或者Cx(如温度-25+85，湿度95)规定的工作环境温、湿度范围，如安装在变电站控制室内的交换机，可要求其满足C2标准；安装在开关场的交换机，可要求其满足C3或Cx标准。(2) 绝缘性能要求a）绝缘电阻在试验的标准大气条件下，装置的外引带电回路部分和外露非带电金属部分及外壳之间
8、，以及电气上无联系的各回路之间，用1000V 的直流兆欧表测量其绝缘电阻值，应不小于 20M。b）介质强度1）在试验的标准大气条件下，装置应能承受频率为 50Hz，历时 1min 的工频耐压试验而无击穿闪络及元器件损坏现象；2）工频试验电压值按表 1 选择。也可以采用直流试验电压，其值应为规定的工频试验电压值的 1.4 倍；3）试验过程中，任一被试回路施加电压时其余回路等电位互联接地。表 1 工频试验电压 值被测回路额定绝缘电压（V）试验电压 AC（V）整机引出端子和背板线地602502000直流输入回路地602502000信号输出触点地602502000无电气联系的各回路之间60250200
9、0以太网（电）接口地60500(3) 低气压要求需要测试交换机在低气压，特别是高温、低气压条件下的性能，主要包括绝缘性能和产品性能，如测试条件为70 kPa(对应于海拔3000 m)、环境温度为+55。(4) 机械性能要求一般变电站环境都有轻度的振动和冲击，其场所属于Bm级(见IEC 60870-2-2中的规定)，该级别也适用于良好的运输条件(如具有减震装置)。因此，在机械结构要求方面，工业以太网交换机需要通过振动和冲击耐久度检验，等级为Bm级。(5) 电源影响要求1）额定电压：DC 220/110V。为调试方便，交换机也应支持220V AC 交流供电2）允许偏差：20+153）纹波系数：不大
10、于 5采用交流电源供电时，进行交流电源谐波、交流电源电压和频率变化检验；采用直流电源供电时，进行电源电压中断直流电源电压变化、直流电源输入纹波检验。3 3 工业以太网交换机电磁兼容要求工业以太网交换机电磁兼容要求在IEC 61850-3标准中，较为全面地规定了通信设备需满足17626系列的电磁兼容要求，包括振荡波、辐射电磁场、快速瞬变、浪涌、射频场感应的传导骚扰、工频磁场、阻尼振荡磁场、共模传导干扰等项目。除此之外，该标准还规定了通信设备在正常运行时去消其电磁发射值不应超出规定的要求，以免干扰其他设备的正常运行。4 4 EPAEPA交换机测试结果对比交换机测试结果对比（1 1）功能对比）功能对
11、比EPA 工业以太网交换机全双工以太网协议支持IEEE8021p（QoS）不支持IEEE8021q（VLAN）不支持环网冗余协议DRPIGMP Snooping不支持IEEE 1588不支持端口镜像不支持（2 2）环境及安全要求测试对比）环境及安全要求测试对比1）温湿度测试EPA 工业以太网交换 机户内规定使用温湿度户外规定使用温湿度操作温度10 cc605+4525+55 相对湿度0%100%（无凝露）0%950%95工作状态正常测试结果：测试结果：EPA工业以太网交换机符合户内规定使用温度，但不符合户外规定使用温度。2）绝缘性能要求未测试3）低气压要求未测试4) 机械性能要求未测试5) 电
12、源影响要求未测试（3 3）电磁兼容测试对比）电磁兼容测试对比抗干扰性能要求和试验试 验参考标准严酷等级EPA 交换机达到等级静电放电抗扰度GB/T 17626.24 级未测试射频电磁场辐射抗扰 度GB/T 17626.33 级3 级电快速瞬变脉冲群抗 扰度GB/T 17626.44 级4 级浪涌（冲击）抗扰度GB/T 17626.53 级3 级射频场感应的传导骚 扰抗扰度GB/T 17626.63 级未测试工频磁场抗扰度GB/T 17626.85 级未测试脉冲磁场抗扰度GB/T 17626.95 级未测试阻尼振荡磁场抗扰度GB/T 17626-103 级未测试振荡波抗扰度GB/T 17626.
13、122 级未测试直流电源暂降、暂时 中断抗扰度GB/T 17626.2900%测试结果：测试结果：EPA交换机在射频电磁场辐射抗扰度，电快速瞬变脉冲群抗扰度，浪涌（冲击）抗扰度，直流电源暂降、暂时中断抗扰度测试中达到要求；工频磁场抗扰度，静电放电抗扰度，射频场感应的传导骚扰抗扰度，脉冲磁场抗扰度，阻尼振荡磁场抗扰度，振荡波抗扰度因无检测设备未检测附件附件1 1 符合符合IEC61850-3和和IEEE6163标准的标准的MOXA交换机介绍交换机介绍MOXA PT-7728是一款高性能的交换机。MOXA PT-7728 满足变电站自动化系统（IEC 61850-3，IEEE 1613） 、交通控
14、制系统（NEMA TS2）和轨道交通系统（EN50121-4）的需求。PT-7728可组建高性能的千兆以太网骨干网络、冗余环网，它 具备24/48 VDC或110/220 VDC/VAC冗余电源输入的功能，在提高网络通信稳定性的同时还可以节省布线。MOXA PT-7728 模块化的设计为用户提供更加轻松的组网方式，4个千兆端口 和24个以太网口让您在组建网络时更加灵活。MOXA PT-7728 还可 以选择前/后出线的方式，非常适合您的各种应用。特点：- 支持Turbo Ring和RSTP/STP（IEEE802.1W/D）- IGMP Snooping和GMRP过滤多播封包- 支持基于端口的
15、VLAN、IEEE 802.1Q VLAN和GVRP协议，轻松实现网络管理- 通过QoS-IEEE 802.1p/1Q和TOS/DiffServ提升决策机制- 采用802.3ad，LACP优化网络带宽- 支持IEEE 802.1X和https/SSL，增强网络安全性- SNMP V1/V2c/V3用于不同级别的网络管理- 采用RMON提升网络监控能力- ABC-01自动备份配置器- 带宽管理可以阻止不可预料的网络状态，端口锁定只允许授权的MAC地址访问- 端口镜像用于在线调试- 异常事件通过E-mail和继电器自动输出报警- 自动恢复连接设备的IP地址- Line-swap快速恢复- 可通过web浏览器、Telnet/Serial console，Windows Utility和ABC-01配置
