交换机技术在智能变电站自动化系统中的应用

张茜+张阳+罗志乔+代焕利

摘 要 智能变电站信息的传输基于以太网实现，这样，交换机就成为实现信息传输的关键环节。文章对交换机技术在智能变电站自动化系统中的应用进行了研究，主要包括：主变交换机配置、交换机配置原则。

关键词 智能变电站；交换机；配置

中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）02-0130-01

智能变电站信息的传输基于以太网实现，这样，交换机就成为实现信息传输的关键环节，由于变电站自动化系统对于信息的实时性要求要高于一般通信意义上的应用，同时，信息交互又是基本局限在相当有限的物理空间，或者说智能变电站对于交换机应用具有比较明显的应用特征。因此，研究交换机的基本原理、智能变电对于交换机技术的基本要求，对于智能变电站的技术实现方案具有十分重要的意义。

本文对交换机技术在智能变电站自动化系统中的应用进行了研究，主要包括：主变交换机配置、交换机配置原则。具体涉及工程配置处，按典型220 kV变电站3台变压器，220 kV 6回线，110 kV 12回线的规模统计。

1 主变交换机配置

1.1 不同配置方案

智能变电站过程层网络的网段划分一般有两种形式，主要区别在于主变间隔是否配置总交换机。以一个典型的220 kV变电站为例，第一种模式是每套单网包括220 kV、110 kV、主变三个网段，在这三个网段之上设置中心交换机，如图1。220 kV子网、110 kV子网中均不包含主变进线间隔，设置独立的主变总交换机，连接主变保护及主变三侧的合并单元、智能终端。全站设总交换机，连接主变、220 kV和110 kV三个网段。

图1 主变设立独立网段

第二种模式是每套单网包括220 kV、110 kV两个网段，通过主变保护连接这两个网段，如图2。这种模式下高、中、低压侧主变进线作为220 kV、110 kV的一个间隔配置交换机，连接在本网段中，主变保护通过各自独立独立的端口连接在不同网段上。

图2 通过主变保护连接网段，不设主变交换机

《110 kV～220 kV智能变电站设计规范》推荐主变各侧可独立配置2台交换机，即主变不配置总交换机，配置分属不同电压等级的各侧交换机。在实际工程中，两种方式均有采用。

1.2 方案对比分析

从经济性上考虑，两种组网方式交换机数量基本一致。从技术角度考虑，两种方案均是可行的，目前国内投运的智能变电站两种方式都有采用。早期一般采用独立配置主变交换机的方案，其优点在于：1）主变保护的所有相关设备均连接在同1台交换机上；2）全站所有网络信息可以汇集在1台中心交换机上；3）主变各侧联闭锁信息可以通过过程层网络传输。

目前保护装置一般要求采用直采直跳，主变保护相关设备是否连接在一个交换机上对信息传输影响不大；故障录波等设备一般采用多个网口直采或网采，全站信息不需要集中汇集，按电压等级设置公用交换机即可；大部分厂家也已经实现了GOOSE联闭锁信息通过站控层网络传输，220 kV和110 kV网段不需要直接相连。由此看来，独立配置交换机的方案已无必要，反而其交换机层级较大，主变保护和母差保护的GOOSE启失灵信息要经过3台交换机转发，主变保护跳母联的GOOSE信息要经过4台交换机转发，而第二种模式分别为2台和3台，在快速性上更具备优势。

1.3 推荐方案

综上所述，只要能够保证主变保护各端口的独立性，建议采用通过主变保护连接各自独立的220 kV、110 kV网段。

2 交换机配置原则

2.1 不同配置方案

在过程层网络的双星形结构中，每个单网均由中心交换机和分支交换机组成。中心交换机连接母线保护、公用测控等公用设备，各分支交换机连接每个线路、母联、进线间隔的合并单元、智能终端和保护、测控等装置。中心交换机一般按需要级联的间隔交换机数量，配置为1～2台。分支交换机的数量则取决于间隔数，以及按几个间隔共用交换机。

《110 kV～220 kV智能变电站设计规范》中规定交换机采用多间隔共用方式。《智能变电站继电保护技术规范》规定：“根据间隔数量合理配置过程层交换机”，《2011年新建变电站设计补充规定》规定宜按间隔对象配置过程层交换机，两者含义都较为模糊。2011版《国家电网公司输变电工程通用设计：110（66）～750 kV智能变电站部分》中则推荐交换机按单间隔配置。

由此可见交换机可按单间隔配置，也可按多间隔配置。

2.2 方案对比分析

分支交换机的配置是多间隔还是单间隔，从经济角度，必然是多间隔配置投资更省。但同时还应综合考虑运行维护、组屏布置等问题。根据组屏方式，220 kV每个间隔的二次设备组1面柜，按单间隔配置交换机时，可将交换机也布置于本柜，这样本间隔设备到交换机的连接都可以通过柜内跳线完成，便于设备安装；同时间隔划分清晰，便于管理维护。110 kV间隔数较多，每两个间隔的二次设备组1面柜，可按两个间隔配置1台交换机，与组屏方式保持一致。

目前经过调研1台支持IEC 61588硬件对时功能的16口交换机价格为3.5万元左右，而在去年同一时期交换机价格约为6万元；可见随着交换机应用的不断深入，其价格已经大幅度下降。参照一般通信用交换机，未来随着交换机使用规模、数量的进一步扩大，其价格还将进一步降低。这种情况下，建议按间隔配置交换机，以运行维护、组屏安装为首先考虑。

2.3 推荐方案

在交换机价格大幅降低的情况下，对每套单网，推荐220 kV每个间隔配置1台交换机，110 kV每两个间隔配置1台交换机，与组屏方式保持一致。这样可以尽量减少屏间光缆，方便安装，间隔划分也较为清晰。同时可以按需考虑交换机端口数量，在220 kV采用8口交换机，在110 kV采用12口交换机，尽量减轻交换机投资。

3 结论

本文研究了交换机技术在智能变电站自动化系统中的应用，主要包括：主变交换机配置、交换机配置原则。

根据分析比较，得出了以下结论：1）只要能够保证主变保护各端口的独立性，建议采用主变保护连接各自独立的220 kV、110 kV网段；2）对每套单网，推荐220 kV每个间隔配置1台交换机，110 kV每两个间隔配置1台交换机，与组屏方式保持一致。

参考文献

[1]高翔. 智能变电站技术[M].北京：中国电力出版社，2012.

[2]国家电网公司.110 kV～220 kV智能变电站设计规范[S].2009.

[3]国家电网公司.智能变电站继电保护技术规范[S].2010.

[4]刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计：110（66）-750 kV智能变电站部分[M].北京：中国电力出版社，2011.endprint