（CS07 瑞斯康达科技发展股份有限公司）

1.概述

电力系统是通过电力线路将发电厂、输电杆塔、变电站和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。整个配电系统位于电力输电系统与电力消费者的最后降压接入环节，其作用至关重要，直接决定着电力消费者对于电能质量的体验。目前，电力系统自动化技术发生了深刻的变化，正逐步地从局部的、单一功能的自动化，向整体系统综合自动化发展。而配电网系统的通信建设好与坏直接关系到智能电网建设与发展。

配电网的技术的发展与进步经历了传统配电网、数字配电网和智能配电网3个阶段，这3个阶段发展的主要特征体现在如图1所示的配电网技术的能量流、信息流和业务流3个方面的流向与组合关系。

配电网的技术发展从传统配电网到数字配电网再到智能配电网，其能量流、信息流以及业务流在不同阶段的主要特点如图2所示。

我国目前已建成先进可靠的电力通信网络，形成了以光纤通信为主，微波、载波、卫星等多种通信方式并存，分层分级自愈环网为主要特征的电力专用通信网络体系结构，而工业级交换作为一种更为可靠的通信技术载体，可以实现对配网中的所有节点（控制中心、变电站、开闭所、环网柜、分段开关、用户端口等）的基于IP的实时通信网，是配电自动化智能通信的良好的解决方案。

图1 配电网的3个方面技术

图2 配电网的技术发展

2.数据流系统结构及实现的功能

数据流系统结构如图3所示。

图3 数据流系统结构

实现的功能如下：

① 数据采集与监控：远动四遥（遥测、遥信、遥控、遥调）；

② 故障自动隔离及恢复供电；

③ 有功及无功管理；

④ 负载管理；

⑤ 自动读表：通过通信网络，读取远方用户电能表的有关数据，对数据进行存储、统计及分析，生成所需报表与曲线。

3.工业以太网交换机在配电网自动化应用的解决方案

智能配电网的通信网络是一个覆盖所有节点的基于IP的实时通信网，支持各种配电终端与系统“上网”它将彻底解决配电网的通信瓶颈问题，实现实时通信，给配电网保护、监测与自动化技术带来革命性的变化，并影响一次系统技术的发展。考虑到配电网设备运行环境恶劣、通信节点数量大、网络拓扑负责、未来持续扩容等情况，本方案基于瑞斯康达工业以太网交换机性价比及网络可靠性的综合考虑，针对整体网络通信建议如下：对于配电通信系统网络，采用分层的网络结构：主站层、变电站通信层、终端设备接入层。

对于主站层由两台三层工业以太网交换机构成，通过VRRP协议形成互为冗余的模式，为主站层与变电站层网络之间提供两条互为冗余的通道。

变电站通信层由设置在各变电站的三层工业以太网交换机通过千兆光纤接口组成环网。变电站层部分承担着数据汇聚任务，并承担着变电站内的综合业务的传输工作，采用环网结构，能够为业务传输提供冗余通道，提高网络的可靠性。

对于配电接入通信层，主要用于负责承载负载分散或重要性较低的线路或配变检测数据，以及开闭所、小区电量集抄数据，对于此类情况下的FTU或DTU，可采用光纤、屏蔽双绞线实现通信接入，终端接入层网络根据各变电站所属区域划分相应的子网，每个子网内设置的二层工业以太网交换机和本变电站设置的三层工业以太网交换机通过百兆光口组成环网。每个环网通过高性能冗余协议进行控制，保证在网络出现故障时，通信在50ms内恢复，提高网络数据传输的安全性、可靠性。瑞斯康达配电网通信系统拓扑图如4所示。

图4 工业交换机组网（一）

当然上述是全网交换机的组网模式，对于变电站层以上传输网络已经存在的情况或规划为MSTP环网的情况，在终端设备接入层同样是使用工业交换机作为接入设备采集环网柜、开闭所等节点的信息，形成环形结构，做冗余保护，倒换时间同样是50ms以内，如图5所示。(www.daowen.com)

这种解决方案就是在各个变电站放置高性能的工业交换机，而在开闭所、环网柜、柱上开关等开关节点放置二层工业交换机，从而形成一个个环形的接入结构。而在变电站侧，由工业交换机直接将采集的数据上传给MSTP环网上的各个传输设备，从而完成整个的数据交互。这种组网适应于现存绝大部分的应用，此组网方案已经成功地应用于贵州电网公司贵阳供电局技改配网自动化二期工程。

4.工业以太网交换机在配电网应用的可行性分析

在配网自动化建设的中，所有技术必须满足以下要求：

1）功能需求

① 通信网络的根本任务是解决配电自动化系统内部以及与其他系统之间的实时信息交换，而网络是不可或缺的功能载体，那么构建一个可靠、实时、高效的网络体系是通信系的关键之一。

② 通信网络是连接站内各种智能电子设备的纽带，因此它必须能支持各种通信接口，满足通信网络标准化。

③ 分界室、开闭所、环网柜的无人化及自动化信息量的不断增加，通信网络必须有足够的空间和速度来存储和传送事件、电量、操作、故障等数据。另外自诊断、自恢复以及远方诊断，在线状态检测是针对运行维护提出的几项功能要求。

2）性能需求

a）高可靠性：配电通信系统中的各种通信介质和通信设备要能够适应各种运行条件，具有很好的防潮、防雨、防晒措施。布置在电力线杆上或配电柜内的各种通信介质和通信设备还要承受高电压、大电流、雷击等干扰。

b）线路故障时保证正常通信：配电自动化系统在线路故障或网络结构发生变化时不允许中断对配电系统中的配电设备的监测，要完成故障定位、故障隔离及恢复供电能力。这就要求配电通信系统不能受线路故障和网络结构发生变化的影响。充分考虑故障情况下的气象条件和线路故障电流产生的干扰。

c）要具有双向的和实时的通信能力：监测配电系统设备的配电自动化装置要求配电通信系统支持双向通信能力，完成对监测数据的实时上传和控制命令的下传。

d）操作维护方便：配电自动化通信终端数量多，设计时要充分考虑设备的通用性，设备种类要少。设备维护简单、操作方便。

针对以上要求本公司工业以太网交换机具有如下优势：

① 可靠的带宽保障，终端接入层采用百兆以太环网，变电站层采用千兆冗余环网，可以充分承载配网自动化中涉及各种的数据流量。

② 安装方式灵活，可支持卡轨、壁挂、机架式安装，卡轨壁挂可以形成二合一的模式。

③ 高可靠性：

图5 工业交换机组网（二）

ⅰ）优良的工业特性：设备采用低功耗的设计理念，全部使用工业级芯片制造；它对环境有着极强的适应能力，工作温度（-40～+85℃）、存储温度（-40～+85℃）、相对湿度（0～95％无凝结），在严酷的环境中，工业以太网交换机依然能稳定的工作；采用无风扇的设计，这不仅将风扇这种易损部件从设备中排除，还增加了设备的防护等级（IP40），较高的防护等级可以防止灰尘及空气中的其他有害物质进入到交换机内部，保护了设备内部的元器件；良好的电磁兼容性，符合国内外各种电磁兼容性的标准，已经通过KEMA认证，可以保障系统工作在各种强电磁环境中，并能可靠的完成任务；平均无故障时间（MTBF）达到35年，为整个网络提供了坚强的可靠性保障。

ⅱ）完善的以太环网技术：为了保证整个网络的可靠性，仅仅依靠设备的可靠性是不能完全满足需求的，还要为网络提供链路的冗余。在网络的接入层通信采用二层工业以太网交换机组成环形的网络结构，这种网络结构排除单点故障带来的危害，当网络中出现任何的单点故障时，对于整个网络来说，不会出现任何节点通信的中断。对于环形网络，启用以太环网冗余协议，在网络中出现故障时，系统可以在50ms内进行倒换，以保证业务数据的正常传输，增加了网络的可靠性。

④ 完善的以太网二层特性，支持QOS、风暴抑制、安全机制、VLAN等交换机的特性。

⑤ 统一的网管平台，支持丰富的告警类型，包括断电断纤告警、高低温告警等。

⑥ 高扩展性，可以根据用户的需求，配电自动化数据通信网络在网络的接入层有新的节点加入时，可以直接将其加入到此环网络中，网络的整体结构不会产生变化，增加新节点时，网络通信可保证不出现中断情况。