构建适应变电站环境的以太网络
2008-04-16 11:36:27 来源：
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电力18讯：
积成电子股份有限公司 许振峰 郝庆水 于恒样
在变电站环境下构建以太网，应该充分考虑变电站的工作环境。通常，大家对变电站使用以太网的了解，往往来自对商业以太网的认识。因此变电站网络系统工程的实施也直接参考商业以太网的技术经验来实施。这些经验局限于商业以太网的实施经验，因而可能导致构建的以太网的简单化，不能真正理解以太网在变电站现场的意义，也无法真正利用以太网内在的强大功能，常常造成以太网现场实施的不彻底，给整个变电站自动化系统留下不稳定因素。
对于变电站这种特殊的环境，应该从两个方面考虑影响网络的因素：一是安装环境，二是互联环境。
安装环境主要有：需要能在高温、潮湿、震动的环境中稳定工作；需要能方便地安装在现场控制柜内；需要适应机柜内提供的低压交流或直流电源；需要适应电磁兼容性（EMC）的要求。基于以上的因素，对于变电站这种干扰比较大的环境，构建以太网要考虑到如下几个方面：电源、安装方式、设备外壳散热和防尘、高温潮湿环境、抗震动能力、电磁兼容性。
从互联环境上讲，目前变电站还有大量的旧设备需要互联，这些设备从物理接口到应用协议上都可能是不一样的。所以要兼容旧设备，还要和不同的物理接口互联，适应不同的网络协议，以及和不同的子网互联等。因此从互联的应用环境上要考虑以下的方面：以太网通信协议、通信速率、电口或光口，除了简单通信功能外还可能需要较复杂的通信管理功能。这些都是需要了解的最基本的产品设计因素。
如果对以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的高级功能如：信号强弱、端口设置、出错报警、主干冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等以太网管理交换机中可以提供的功能。不同的规模的变电站自动化系统对网络的管理功能要求不同，自然对网络管理也有不同要求。由于环境对以太网络可靠性的超高要求，以太网的冗余功能是要重点考虑应用的。从快速生成树冗余、环网冗余到主干冗余，都有各自不同的优势和特点，系统工程师们可以根据自己的要求进行选择。
在设计一个变电站的以太网方案时，需要对变电站环境，从安装环境到应用互联环境都要有清晰的认识，才能对网络的构架设计有充分的准备，在组网的设备选择上有针对性。进行网络工程实施时还要考虑网络互联设备的安装位置和线缆的铺设位置以及应用上的设置，主要有以下的一些方面。
1 网络通信线缆的选择和使用
以太网使用的电缆有屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP）、多模或单模光缆。10 Mbit/s的速率对双绞线没有过高的要求，而在100 Mbit/s速率下，推荐使用五类或超五类线。
光纤链接时需要一对，多模光纤波长为62.5/125 μm或50/125μm；单模光纤的内芯只有10μm左右。通常，10 Mbit/s使用多模光纤，100 Mbit/s下，单模、多模光纤都适用。光纤接头有两种，ST接头用于10 Mbit/s或100 Mbit/s；SC接头专用于100 Mbit/s。单模光纤通常使用SC接头。DTE与DCE之间的连接只需依照端口的TX、RX标识即可。
当使用屏蔽的双绞线时，尤其要注意屏蔽的效果，如果屏蔽不严密，反而会大大影响屏蔽效果，甚至不如不屏蔽。在一般的机柜安装情况下，基本上不需要使用屏蔽的电缆或光缆，这是由于机柜内的环境影响较小，实践经验证实是可行的。另外，变电站层的各个工作站之间的互联也不需要特殊考虑，一般的五类线即可。需特别考虑的是变电站层和间隔层之间的互联，以及机柜之间需要通过线缆沟铺设的，需要考虑使用屏蔽线缆或光纤。此外安装于一次设备上，比如开关柜，也需要采用光纤或屏蔽线互联，安装于开关柜的还要特别考虑抗震性能。
目前的变电站内以太网，10 Mbit/s和100 Mbit/s是最常用的。在10 Mbit/s全部采用双绞线的以太网中，要考虑连接两个互联设备的距离(即网段)。以及网络中两个最远端设备之间的距离（即网络范围）。不管是10 Mbit/s或100 Mbit/s的网络，网段的最远距离不能超过100 m。考虑网络延伸，按5-4-3规则（仅仅针对10 Mbit/s中继器），即一个网络最多有五个网段，四个中继器，不多于三个的混合网段。混合网段指的是同轴总线网段（已淘汰）。由于双绞线网段的最远距离是100 m，最大网络（网络范围）就是500 m。
光纤网段的最远距离可达2 km，但IEEE802.3标准规定，使用光纤级联数最多不能超过3个，且网络末端需使用双绞线，中间的两个为光纤网段并保证每个网段不超过1 km。这样，整个光纤网段长度限制在2 km。
5-4-3规则对100 Mbit/s是不适用的。建议使用100 Mbit/s交换机。
2 网络连接设备的选择和使用
目前在变电站较常用的互联设备有接口转换器、集线器、交换机等。
接口转接器将一种媒介转为另一种媒介，主要是双绞线至光纤的转换。由于很多网络设备没有光纤端口，接口转接器就是用来支持网络中光纤的
积成电子股份有限公司 许振峰 郝庆水 于恒样
在变电站环境下构建以太网，应该充分考虑变电站的工作环境。通常，大家对变电站使用以太网的了解，往往来自对商业以太网的认识。因此变电站网络系统工程的实施也直接参考商业以太网的技术经验来实施。这些经验局限于商业以太网的实施经验，因而可能导致构建的以太网的简单化，不能真正理解以太网在变电站现场的意义，也无法真正利用以太网内在的强大功能，常常造成以太网现场实施的不彻底，给整个变电站自动化系统留下不稳定因素。
对于变电站这种特殊的环境，应该从两个方面考虑影响网络的因素：一是安装环境，二是互联环境。
安装环境主要有：需要能在高温、潮湿、震动的环境中稳定工作；需要能方便地安装在现场控制柜内；需要适应机柜内提供的低压交流或直流电源；需要适应电磁兼容性（EMC）的要求。基于以上的因素，对于变电站这种干扰比较大的环境，构建以太网要考虑到如下几个方面：电源、安装方式、设备外壳散热和防尘、高温潮湿环境、抗震动能力、电磁兼容性。
从互联环境上讲，目前变电站还有大量的旧设备需要互联，这些设备从物理接口到应用协议上都可能是不一样的。所以要兼容旧设备，还要和不同的物理接口互联，适应不同的网络协议，以及和不同的子网互联等。因此从互联的应用环境上要考虑以下的方面：以太网通信协议、通信速率、电口或光口，除了简单通信功能外还可能需要较复杂的通信管理功能。这些都是需要了解的最基本的产品设计因素。
如果对以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的高级功能如：信号强弱、端口设置、出错报警、主干冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等以太网管理交换机中可以提供的功能。不同的规模的变电站自动化系统对网络的管理功能要求不同，自然对网络管理也有不同要求。由于环境对以太网络可靠性的超高要求，以太网的冗余功能是要重点考虑应用的。从快速生成树冗余、环网冗余到主干冗余，都有各自不同的优势和特点，系统工程师们可以根据自己的要求进行选择。
在设计一个变电站的以太网方案时，需要对变电站环境，从安装环境到应用互联环境都要有清晰的认识，才能对网络的构架设计有充分的准备，在组网的设备选择上有针对性。进行网络工程实施时还要考虑网络互联设备的安装位置和线缆的铺设位置以及应用上的设置，主要有以下的一些方面。
1 网络通信线缆的选择和使用
以太网使用的电缆有屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP）、多模或单模光缆。10 Mbit/s的速率对双绞线没有过高的要求，而在100 Mbit/s速率下，推荐使用五类或超五类线。
光纤链接时需要一对，多模光纤波长为62.5/125 μm或50/125μm；单模光纤的内芯只有10μm左右。通常，10 Mbit/s使用多模光纤，100 Mbit/s下，单模、多模光纤都适用。光纤接头有两种，ST接头用于10 Mbit/s或100 Mbit/s；SC接头专用于100 Mbit/s。单模光纤通常使用SC接头。DTE与DCE之间的连接只需依照端口的TX、RX标识即可。
当使用屏蔽的双绞线时，尤其要注意屏蔽的效果，如果屏蔽不严密，反而会大大影响屏蔽效果，甚至不如不屏蔽。在一般的机柜安装情况下，基本上不需要使用屏蔽的电缆或光缆，这是由于机柜内的环境影响较小，实践经验证实是可行的。另外，变电站层的各个工作站之间的互联也不需要特殊考虑，一般的五类线即可。需特别考虑的是变电站层和间隔层之间的互联，以及机柜之间需要通过线缆沟铺设的，需要考虑使用屏蔽线缆或光纤。此外安装于一次设备上，比如开关柜，也需要采用光纤或屏蔽线互联，安装于开关柜的还要特别考虑抗震性能。
目前的变电站内以太网，10 Mbit/s和100 Mbit/s是最常用的。在10 Mbit/s全部采用双绞线的以太网中，要考虑连接两个互联设备的距离(即网段)。以及网络中两个最远端设备之间的距离（即网络范围）。不管是10 Mbit/s或100 Mbit/s的网络，网段的最远距离不能超过100 m。考虑网络延伸，按5-4-3规则（仅仅针对10 Mbit/s中继器），即一个网络最多有五个网段，四个中继器，不多于三个的混合网段。混合网段指的是同轴总线网段（已淘汰）。由于双绞线网段的最远距离是100 m，最大网络（网络范围）就是500 m。
光纤网段的最远距离可达2 km，但IEEE802.3标准规定，使用光纤级联数最多不能超过3个，且网络末端需使用双绞线，中间的两个为光纤网段并保证每个网段不超过1 km。这样，整个光纤网段长度限制在2 km。
5-4-3规则对100 Mbit/s是不适用的。建议使用100 Mbit/s交换机。
2 网络连接设备的选择和使用
目前在变电站较常用的互联设备有接口转换器、集线器、交换机等。
接口转接器将一种媒介转为另一种媒介，主要是双绞线至光纤的转换。由于很多网络设备没有光纤端口，接口转接器就是用来支持网络中光纤的
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