工业以太网已经成为变电站通讯网络的首选
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人物访谈
工业以太网已经成为变电站通讯网络的首选
2009-3-1 | 刘冬冬

      刘冬冬:MOXA技术支持工程师
 
       

    传统变电站系统中不同厂家之间的设备使用不同的现场总线和不同的规约进行通讯,它们之间的互联非常的麻烦,而且成不昂贵。国际电工委员会为了解决这个问题.制定了IEC 61850 标准,目的在解决不同厂家之间设备之间的互通问题,实现同一世界、同一技术和同一标准。IEC 61850 选择了以太网作为其通讯网络的标准技术。

 

      目前以太网己经进入变电站自动化领域,首先在变电站层上应用并逐渐向间隔层和过程层的深入。但以太网在进入变电站自动化应用也必须要克服一些桃战,其中最大的一个挑战就是要解决如何保证数据传输的实时一生难题。

 

      传统上观点认为,现场总线适合工业场合使用而以太网则适合办公室环境使用。以太网采用载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA / CD )技术,对数据传输的延迟性无法做出预测,不适合在工业上要求实时通讯的场合使用。事实上,随着以太网技术的发展以太网已经从传统的们闻逐渐演化为现在常用的快速以太网和千兆以太网其数据碰撞的几率已经大为减少。

 

      为了定陛性说明这一问题,美国电力研究院(EPRI)对此进行了研究,在特定的最恶劣情形下对比了以太网和 12M 令牌传递Profibus网络的性能。研究结果表明,通过交换机连接的10M 以太网完全能够满足变电站自动化系统网络通信实时性的要求,并且以太网快于12M令牌传递 Profibus网络。实验证明以太网的实时性已经能够满足工业的应用。

 

      而对变电站自动化的通讯网络的实时性定义如下要求必须要在一定的时间内完成一定的任务,如测量、控制、保护等。为了解决这个问题,IEC 61850 将根据变电站的数据分为了7种快速报文、中速报文、低速报文、原始数据报文文件传输报文、时间同步报文和具有访问控制的命令报文。

 

      而以太网技术的发展,以太网已经有两种技术可以提供优先级的应用。第一种是IEEE802.1p ,在数据链路层上实现TAG 的优先级。另一种是利用网络层的IP报文头中的服务类型下TOSType of  service),映射到链路层中来识别报文的优先级。
 
通过赋予这些报文不同的优先等级而实现数据传输的确定性,另外,实时以太网的技术也逐渐的成熟。因此以大网已经可以应用到变电站的间隔层和过程层,这也是IEC 61850 将以太网作为其传输主要媒介的最根本的原因。
 

以太网在传输性能上已经完全能够满足变电站自动化系统的要求,但变电站恶劣环境会对设备造成一定的影响,进而影响到自动化通讯网络的稳定性,变电站中对设备造成影响的因素包括:

1.强电磁干扰 变电站网络设备工作的环境是电磁干扰非常严重的强电环境,一旦受到电磁干扰的影响,会对自动化通讯系统的可靠性、稳定性造成影响。

2.温度的要求 变电站的范围都比较大,部分变电站的网络设备可能需要放置在室外的环境中,可能会受到极热极冷环境的影响,因此网络设备也需要有抵抗极端温度的能力。

3.其它恶劣环境的影响 另外,变电站的环境存在灰尘、湿度、震动等,这也是选择网络设备时必须要考虑的问题。
 
IEC 61850-3 部分也特别针对这方面做了定义,定义了应用在变电站场合的设备需要满足的条件,主要是质量方面的要求。对通讯网络的可靠性、可用性、可维护性、安全性和数据完整性做出了要求。
 
专注于工业通讯的 MOXA,顺应了技术发展的潮流,及时推出相应的产品来支持国内数宇化变电站的推广。Moxa 最近推出的PowerTrans 系列工业以太网交换机,是专门针对电力行业而设计,并在KEMA通过了IEC61850 -3 的测试。目前,由 UCA 组织(IEC61850 的起草组织)授权的 Level A 级测试证书必须由第三方独立实验室颁发,而KEMA 公司是目前全球唯一具有颁发此证书资质的权威实验室。
 
PowerTrans 系列工业以太网交换机,模块化设计,最大可支持 4 个千兆和 24 个百兆的以太网端口。交换机采用无风扇设计,19英寸机架式安装方式,支援 2 4 /48VDC 110/220VDC/ AC 等供电方式,工作温度范围可以达到 -40 - 75 ,并且通过了IEC61850 要求的电磁认证,非常适合组建变电站自动化系统的通信网络。
 

除了在硬件设计上符合IEC61850 的要求外, Moxa PowerTrans 系列交换机在软件设计上也特别适合IEC61850应用。 PowerTrans系列交换机支持 Moxa 的快速环网冗余协议-Turbo Ring,能够在整个环网上的交换机数目为 250 台,全负载状况下实现自愈时间小于 20ms ,保持数据传输的不间断。

 



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