摘要：本文结合某500kV变电站综合自动化系统的通信隐患，提出了提高其通信可靠性的措施，开启站控层交换机的IGMP功能，同时将在数字化变电站广泛应用的VLAN应用到常规综合自动化变电站中，大大减小了网络中无用的广播流量，减小了网络负荷，提高了综自系统的通信可靠性，实际应用效果良好。该方法可在其他有相似问题的变电站中应用，提高监控系统网络通信的可靠性。
关键词：提高；500kV变电站；综合自动化系统通信；可靠性；措施
500kV变电站往往是一个区域内的核心变电站，在系统中的地位和重要性比较到，需要对站内的所有设备进行实时监控，其监控系统及其重要，500kV变电站自动化系统失灵8h以上即为3级事件，而500kV变电站一般规模较大，通信负荷较大，对通信可靠性的要求较高。本文结合某500kV变电站在技改工作中发现的一起通信缺陷，提出了提高综合自动化变电站通信可靠性的解决措施。
1 案列
2014年底某500kV变电站综自后台更换调试期间，当远动装置、交换机或综自后台重启时，部分测控装置通信中断，且通信不能自动恢复。只有通过人工复位或重启测控装置，才能重新恢复通信，有时还需要多次复位、重启操作。该现象在每次重启站控层设备或交换机时都会发生，且每次发生通信中断的测控装置不确定。该现象暴露了站内监控系统通信的隐患，通信可靠性不高，正常运行时对监控系统没有影响，但如果站控层装置重启或损坏，或一个网的交换机，如A网交换机损坏，会造成部分测控装置对站控层的A、B网同时通信中断，对站内设备的监控造成影响。我们对该现象的原因进行了分析，并制定了整个措施。
2 原因分析
现场网络如图1所示（此图为A网结构，B网结构相同），站控层交换机为A公司的交换机，其余为B公司交换机。站控层交换机接入后台、远动、直流屏、GPS；B公司的交换机接入500kV、220kV、35kV、公用测控等共84台测控装置，保护装置单独组网（与测控装置从物理上隔离）接入保信子站，不接入后台和远动。全站交换机全部采用RJ-45接口，无光纤接口，全站监控系统采用网络103规约通信。
重启后台主机时，抓取了监控网络中的报文，对报文分析，发现影响测控通信的报文类型主要有三种：
①ARP报文：正常运行后台已做arp绑定，大部分由测控发出。后台、远动重启时，会出现短时间大量arp报文，平均13.681字节/s。
虽然arp报文平均流量不大，但是通过统计图可以看出，每隔一段时间在短时间内报文会集中出现。这种情况下往往会对测控通信有较大影响，如图2所示。
②UDP广播报文：大部分由测控发出，根据网络103规约，这些报文为装置心跳报文或遥测周期上送报文，平均873.327字节/s。
③后台主备机同步组播报文：用于主备机间数据同步。由于交换机没有报文隔离设置，这些本应在后台间传输的组播报文也被当做广播报文转发到全网，平均5103.963字节/s。站内所有交换机均未设置报文隔离，因此，除TCP报文外，其余报文都被当做广播报文转发，导致整个网络的数据量大增，当后台、远动重启时，网络上会出现大量的广播、组播报文，对测控装置形成冲击。
此外该变电站只有16台测控为近期新增，其余68台测控装置都在2005年投运，早期版本的测控装置在处理大数据量时机制不完善。如果此类测控装置在短时间内收到大量广播数据，CPU处理速度跟不上，导致后台、远动不能正常与测控装置建立TCP连接，从而出现重启后台、远动后，部分测控装置通信中断，且不能自动恢复的现象。
当测控被复位后，此时后台、远动又可重新与之建立TCP连接。但是，测控复位时，网络上仍有大量数据存在，也可能导致后台、远动建立TCP连接失败，从而出现测控装置需要复位多次才能与后台、远动恢复通信的现象。
3 整改措施
根据以上分析，可发现导致测控通信中断主要有两方面的原因：①网络广播流量过多；②早期测控程序处理大量数据时机制不完善。因此为解决该站的通信问题，可以从这两方面着手。考虑实际运行情况，可以采用以下三个方案。
3.1方案一
站控层交换机开启“IGMP”功能。说明：IGMP功能用于组播报文管理，可以将后台的主备机同步数据报文限制在后台机之间传输，而不被当做广播报文发送到测控装置。
优点：无需更改现场任何设备，仅重新设置站控层交换机参数。
缺点：ARP、UDP等广播报文仍然不能被隔离，网络数据流量得不到根本控制。没有彻底改善测控装置处理大量数据的不足。
3.2方案二
将A公司交换机更换为B公司的交换机，划分VLAN。在交换机上划分VLAN，将少量测控装置划入一个VLANID、限制不同测控之间的通信，减少报文量。说明：①通过在交换机上划分VLAN，能将90%的ARP、UDP广播报文、100%的主备机同步报文隔离，从而减少测控装置数据流量；②要到达交换机划分VLAN又不影响后台、远动与测控正常通信的目的，就需要主交换机支持一个网口同时划入多个VLANID，且不改变网络数据。而A公司交换机虽然支持一个网口同时划入多个VLANID，但只能保证一个VLANID的网络数据不被改变，其他VLANID的数据将会被加上VLAN标签，这会使得后台、远动无法识别这些数据，从而导致与大部分测控出现通信中断现象。
优点：①完全隔离不同虚拟网络中的所有报文，彻底解决网络流量问题，一定程度上提升测控装置处理数据量的能力。②不影响目前测控装置运行。
缺点：①没有彻底改善测控装置处理大量数据的不足。②需更换站控层交换机，更改全部监控交换机设置。
3.3方案三
①将早期投运的测控装置程序升级到最新版本。②将A公司交换机更换为B公司的交换机，且划分VLAN。说明：①升级程序能提高测控装置的通信能力，从根本上解决通信不可靠的隐患；②划分VLAN能将90%的广播报文、100%的主备机同步报文隔离，从而减少网络中的数据流量，减轻测控装置通信压力。
优点：提高测控装置的通信能力、减轻网络负荷。
缺点：已投运的测控装置不便于升级程序，升级后测控装置需重新调试，周期长、危险性高。
根据以上三个方案的优缺点和现场的实际情况，我们采用了方案一和方案二，开启交换机的IGMP功能，同时将A公司交换机更换为B公司的交换机，划分VLAN，之后多次重启站控层设备，均未出现测控装置通信中断的情况，运行二年多以来也未出现测控装置通信中断的情况。
4 总结
由于500kV变电站设备多、通信负荷较重，在测控装置投运较早的变电站可能存在通信不可靠、一台设备故障即可造成多个间隔失去监控的风险。本文从通信流量和测控装置两个方面对通信存在的问题进行了分析，并提出切实可行的解决方案，开启交换机的IGMP功能，同时将数字化变电站广泛应用的VLAN应用到常规综合自动化变电站中，大大减小了网络中无用的广播流量，减小了网络负荷，大大提高了综自系统通信的可靠性，实际应用效果良好。该方法可在其他有相似问题的变电站中应，提高监控系统网络通信的可靠性。
参考文献
[1]金芬兰,王昊,范广民,余建明,米为民.智能电网调度控制系统的变电站集中监控功能设计[J].电力系统自动化,2015,01:241-247.
[2]黄振兴,李俊堂.500kV变电站监控系统在线改造调试新方法[J].电气工程应用,2015,01:11-14.
[3]张新林.某小区10kV变电站自动化系统的设计[J].机械工程与自动化,2015,06:203-204.
论文作者:李小飞,田飞,邓庆民,魏岩岩,李世民
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/7
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