智能變電站過程層交換機測試技術研究

胡軍 車治兵

【摘 要】現階段，隨著社會的發展，我國的智能化建設的發展也突飛猛進。隨著“十三五”智能電網規劃的逐步實施，未來區域新建或改建的變電站原則上都需按照“三層兩網”的智能變電站模式進行建設，為了確保電網基建、調試、檢修和運維能夠適應智能變電站技術，有必要對智能變電站相關關鍵設備的測試技術進行研究，而過程層網絡交換機作為智能變電站連接過程層和間隔層的核心設備，對其測試技術進行研究有著重要的意義。

【關鍵詞】智能變電站；過程層；交換機測試技術；研究

引言

作為智能變電站的核心設備之一，過程層網絡交換機直接關系到全站的可靠穩定運行，因此需要對其測試技術進行研究。本文基于實驗室測試環境及現場工程調試經驗，對智能變電站過程層交換機功能性能的測試技術進行了研究，提出了一套完整的測試方法。

1過程層交換機概述

智能變電站的典型網絡結構為“三層兩網”，其中“三層”是指站控層、間隔層和過程層，“兩網”是指站控層網絡和過程層網絡。站控層主要包括后臺監控系統、遠動系統、五防系統、保信子站等，間隔層主要包括保護裝置、測控裝置、計量裝置、在線監測裝置、網絡分析裝置等，過程層主要包括智能終端和合并單元。站控層網絡由站控層交換機組網，并負責站控層系統與間隔層裝置的數據傳輸和通信，過程層網絡由過程層交換機組網，并負責間隔層裝置與過程層設備的數據傳輸和通信。智能變電站的數據類型大致有MMS（ManufacturingMessageSpecification，制造業報文規范）、GOOSE（GenericObject-OrientedSubstationEvent，面向通用對象的變電站事件）和SV（SampleValue，采樣值）三種，其中MMS用于站控層網絡的通信，GOOSE和SV用于過程層的數據傳輸。由于GOOSE和SV分別涉及到控制命令、跳閘命令、變位信號、聯閉鎖信號和電流電壓采樣值，這些信號都關系到智能變電站的安全可靠穩定運行，所以這對傳輸GOOSE和SV報文的過程層交換機傳輸數據時的可靠性就有了非常嚴格的要求，因此有必要在調試和定檢時對過程層交換機開展一系列的功能性能測試，以確保交換機的工作狀態滿足智能變電站穩定可靠安全運行的要求。

2過程層交換機測試技術

2.1吞吐量測試

吞吐量是指過程層交換機在不丟幀情況所能達到的最大傳輸速率，要求交換機所有端口的吞吐量為100%。測試接線為：交換機所有端口接入網絡測試儀進行吞吐量測試，一組接8個端口進行分組測試，直到所有端口都測試一遍。測試參數設置如：測試時間60s、常規標準幀長、步長遞變搜索法、每組配置8個端口雙向互發數據。

2.2存儲轉發及抖動時延測試

存儲轉發時延是指從輸入幀的最后一個比特到達輸入端口開始至在輸出端口上檢測到該幀的第一個比特為止的時間間隔，抖動時延是指存儲轉發時延的變化值，要求不同幀長下交換機的平均存儲轉發時延小于10us、時延抖動小于1us。測試接線為：交換機與網絡測試儀接線8個端口相連，任意選擇2個同類型端口進行測試。測試參數設置如：測試時間60s、常規標準幀長、測試速率為常規（10%、95%、100%）、配置2個端口雙向互發數據。

2.3幀丟失率測試

幀丟失率是指過程層交換機端口以特定頻率轉發特定數量數據幀情況下幀丟失的比率，要求幀丟失率為0。測試接線為：網絡測試儀與交換機接線8個端口相連，任意選擇2個同類型端口進行測試。測試參數設置如：測試時間120s、常規標準幀長、測試速率為100%、配置2個端口雙向互發數據。

2.4MAC地址學習速率測試

MAC地址學習速率是指過程層交換機在無洪泛和丟幀情況下能夠學習新的MAC地址的最大速率，要求交換機MAC地址學習速率應大于1000FPS。測試接線為：網絡測試儀與交換機接線8個端口相連，任意選擇3個同類型端口進行測試。測試參數設置如：測試模式定點驗證、驗證值1001FPS、地址個數4096、老化時間300s，并分別配置學習端口、測試端口、監控端口。

2.5MAC地址緩存能力測試

MAC地址緩存能力是指過程層交換機能夠緩存的不同MAC地址的數量，要求交換機MAC地址緩存能力不小于4096個。測試接線為：網絡測試儀與交換機接線8個端口相連，任意選擇3個同類型端口進行測試。測試參數設置如：測試模式定點驗證、驗證值4096、學習速率1001FPS、老化時間300s，并分別配置學習端口、測試端口、監控端口。

2.6網絡風暴抑制測試

網絡風暴是指由于網絡拓撲設計和連接問題，導致廣播、組播或未知單播在網絡中大量復制傳播數據幀，使通信網絡性能下降，造成網絡癱瘓的現象。過程層交換機應具備抑制網絡風暴的功能，要求其實際抑制結果不應超過抑制設定值的110%。測試接線為：網絡測試儀與交換機接線8個端口相連，任意選擇2個同類型端口進行測試。測試參數設置如：測試時間30s、加載流量100000Kbps（100%）、測試幀長64Byte、評估誤差（抑制偏差比偏差）10%、配置兩個端口一發一收，進入交換機Web配置界面，開啟“廣播風暴抑制”、“組播風暴抑制”和“未知單播抑制”功能，設置抑制流量值為1000Kbps（1%）。

2.7端口鏡像測試

多端口鏡像指鏡像端口同時復制（監視）一個或幾個端口數據。鏡像數據速率不大于端口轉發速率時，不應出現幀丟失、亂序、復制現象，過程層交換機應支持多端口鏡像功能，當鏡像數據速率不大于端口轉發速率時，不應出現幀丟失、亂序、復制現象。測試接線為：網絡測試儀與交換機接線8個端口相連，任意選擇5個同類型端口進行測試。測試參數設置如：測試時間30s、測試幀長64Byte，配置2個被鏡像端口和1個鏡像端口，除鏡像端口外其余4個端口目的MAC地址讓測試端口兩兩互發數據且轉發速率均為25%，進入交換機Web配置界面，按照網絡測試儀的端口設置配置被鏡像端口和鏡像端口。

2.8優先級測試

過程層交換機應支持IEEE802.1p流量優先級控制標準，提供流量優先級和動態組播過濾服務，應至少支持4個優先級隊列，具有絕對優先級功能，應能夠確保關鍵應用和時間要求高的信息流優先進行傳輸。不應使帶有序列標簽的數據如：SV、GOOSE等報文產生亂序現象。測試接線為：網絡測試儀與交換機接線8個端口相連，任意選擇3個同類型端口進行測試。測試參數設置為：測試時間30s、測試幀類型單播、吞吐率100%、測試幀長64Byte，配置1個接收端口、2個發送端口，發送端口分別設置優先級為4和7、加載流量分別為80%和50%，進入交換機Web配置界面，開啟CoS優先級功能，確認優先級類型為絕對優先級，其中7優先級最高、0優先級最低。

結語

由于過程層交換機對于智能變電站的安全穩定可靠運行有著舉足輕重的影響，故有必要對其功能性能的測試技術進行研究。本文基于實驗室測試環境和現場工程調試經驗研究了吞吐量、存儲轉發及抖動時延、幀丟失率、MAC地址學習速率、MAC地址緩存能力、錯誤幀過濾、網絡風暴抑制、端口鏡像、優先級等過程層交換機關鍵性能和功能的測試技術，對于電網企業相關技術人員開展過程層交換機調試、檢修和運維有著可借鑒的經驗和意義。

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（作者單位：國網河南省電力公司信陽供電公司）