智能变电站通信网络的现场测试

ＩＥＣ １６１３ ｃｌａｓｓ４和ＩＥＣ
行单体测试，主要测试单台设备的功能、性能、稳定 性和故障快速恢复能力。在智能变电站中，二层交 换机（简称Ｌ２）应用于过层程与间隔层网络，三层交 换机（简称Ｌ３）应用于间隔层与站控层网络。由于 二层交换机设备对变电站影响较大，本文主要对交 换机的二层功能及性能测试进行详细说明。测试 拓扑结构如图２所示。
一３０一
的报文，复制到镜像端口。配置交换机端口ａ镜像 到端口ｃ，镜像方向为双向。测试仪端口１和２分 别连接端口ａ、ｂ互发报文，发送速率２０ Ｍｂ／ｓ。要求 端口Ｃ正确获取端口ａ、ｂ的通信报文。 （２）ＶＬＡＮ划分功能 可解决以太网的全网广 播和安全性问题，且通过ＶＬＡＮ的划分，可减少交换 机数量。拟在下文结合ＶＬＡＮ数量和范同性能测试 进行详细介绍。
１ ０２４、１ ２８０、１ ５１８
转发速率为设置的抑制值。
（６）Ｆｒａｍｅ
Ｅｒｒｏｒ
Ｆｉｌｔｅｒ测试用于测试交换机
能否正确处理非标准数据帧。测试仪端口分别与 交换机的所有端口连接。发送的异常数据包类型 为ＲＦＣ ２８８９定义的Ｕｎｄｅｒｓｉｚｅｄ
ｆｒａｍｅｓ、ＣＲＣ ｄｒｉｂｂｌｅ ｆｒａｍｅｓ、ｏｖｅｒｓｉｚｅ
换机的所有端口连接，端口１作为仿真组播源发送 线速的组播报文到交换机，检查其它端口作为仿真 组播的接收者能否收到该报文。测试帧长分别为
６４、５１２和１５１８Ｂ，组播组数目为１００，测试时间３０ ｓ。 要求组播报文被线速转发到ＶＬＡＮ内的所有端口。
一３１—
Ｂ等ＲＦＣ２５４４标准推荐的字节长
ｓ。
度，双向测试，发送速率为线速，每项测试时间３０ 丢包，无乱序帧。
靠运行提供依据。
１
智能变电站通信网络的特点
目前，受计算机技术和网络通信技术的制约，
智能变电站的采样值一般不组网，全站只采用三层 两网结构，如图１所示。且独立于两网结构设计了 直采直跳，实现了保护装置的采样和跳闸信息传 输，但这种通信网络过渡方式未充分体现智能变电 站的共享性、集约性、一致性的优点。
图１
引言
随着智能变电站建设的稳步推进，非常规互感 器和网络化智能电子设备逐步实用化，智能变电站 的过程层、间隔层和站控层实现了网络化，通信网 络逐步成为智能变电站自动化系统的命脉。不同 于一般的工业现场，智能变电站的信号和数据传输 对变电站通信网络的稳定性、可靠性、实时性和安 全性要求非常高，需对以太网交换机、通信网络进 行功能和性能等方面的验证测试，为智能变电站可
Ｂ等ＲＦＣ２５４４标准
推荐的字节长度，双向测试，发送速率为线速，每项 测试时间３０ ｓ。要求丢包率为零。 （４）ＭＡＣ地址表容量测试用于测试交换机支 持的ＭＡＣ地址最大数量。首先由地址学习端口 （端口２）发送地址学习帧，然后测试流量发送端口 （端口１）发送测试流量到所有端口２的ＭＡＣ地址。 如果所有地址被正确学习，变化端口２发送的地址 数目，搜索最大ＭＡＣ地址容量。发送速率为端口速 率的５０％，应选择两个以上的不同端口加以验证。 要求ＭＡＣ地址表容量大于４Ｋ。 （５）最大广播包转发速率测试测试仪端口分
具备权限管理、日志、对用户名和密码进行认证等
功能。在硬件方面，电源模块、交换模块、端口等应
别与交换机的所有端口连接，端口１为广播测试帧 源端口，其余端口为接收端口。发送速率为１００％
端口速率。要求达到线速，当设置广播包抑制时，
具备冗余，应采用无风扇散热设计等。
（８）告警功能 当与端口相连的设备发生重 启、通信中断等异常时，交换机能正常告警。 （９）ＩＥＣ６１５８８功能检查交换机所支持的ＩＥＣ ６１５８８协议版本与实际时钟源是否一致。当交换机 处于点到点透明时钟模式时，与主时钟的同步精度 要求在１００ ｎｓ以内。 ３．２交换机的性能测试项目 除了进行基本的性能测试外，还应重点评估交 换机的性能、快速故障恢复和收敛能力以及稳定 性。性能测试主要包括： （１）双向线速转发能力（吞吐量）测试用于测 试交换机的转发性能。测试仪端口分别与交换机 的所有端口连接，分别使用帧长６４、１２８、２５６、５１２、
站通信网络技术开展了测试和认证业务，测试内容 和特点各有侧重，如表ｌ所示。
表１
各认证机构智能变电站通信网络测试特点对比 测试内容和特点 权威性高；依据ＩＥＥＥ
１６１３
认证机构
ｃｌａｓｓ４和
ＫＥＭＡ
ＩＥＣ
６１８５０—３／－１０标准；型式试验；侧
重电磁兼容和一致性测试
誓糟朦蒌一冀
！ｉ『＝昙妻篓鼍：翌凳志淼篇苫萼篆篇
前者布线采用固定线槽，按双星型
和环网方式组网；后者布线较为灵活，采用单星型
６１８５０—３的要求。
图２
丁业以太网交换机单体测试拓扑
２
智能变电站通信网络测试综述
目前，大量的科研机构和实验室针对智能变电
（２）完成交换机单体测试后，根据设计图纸或 现场实际，模拟构建智能变电站通信网络，对网络 的功能、性能以及稳定性等进行测试。测试拓扑如 图３所示。
ｅｒｒｏｒｓ
ｅｒｒｏｒｓ、ｆｒａｇｍｅｎｔｓ、ａｌｉｇｎｍｅｎｔ
ａｎｄ
ｅｒｒｏｒｓ。其中，ｕｎｄｅｒｓｉ５２６
Ｂ，ｏｖｅｒｓｉｚｅ
Ｂ。要求交换机能区分
并丢弃所有非法数据包（特殊的，目前某些交换芯 片具备超长帧的转发功能，所以转发超长帧亦可作 为交换机的新特性）。 （７）组播转发性能测试测试仪端口分别与交
ＩＤ
Ｂ的吞吐量。以６４ Ｂ的数据
流为例，测试步骤：①流量按线速的１０％发送，测试
时间３０ Ｓ，在两个测试节点之间双向发送数据包。
②如果未发生丢包，则增加线速的１０％流量；重复 操作，直到出现丢包。③取最大的未丢包的流量值
和最小出现丢包的流量值的平均值作为新的流量， 再次进行测试（即采用二分搜索法重复操作），直到 最大未丢包流量和最小出现丢包的流量值的差值 小于１％，此时最大未丢包流量即为测试帧为６４ 平均值作为６４ Ｂ测试帧的最终吞吐量值。 （２）网络传输延时测试与交换机传输延时测 试类似，用于测试网络转发数据包的传输时间。智 能变电站通信网络存在某些对延时敏感的应用（如 ＧＯＯＳＥ跳闸、实时联闭锁信号等），要求转发数据时 具备较短和稳定的延时，以保证应用的正常、实时 运行。根据ＲＦＣ ２５４４建议，分别测试数据包帧长
Ｂ等ＲＦＣ ２５４４标准推荐的字节长度，双向测
试，发送速率为线速，每项测试时间３０ Ｓ。要求最大 时延在５０ｍｓ之内。
（３）双向丢包率测试
用于测试交换机在
１００％端口速率下的丢包率，该指标反映交换机在超 载情况下（特别是广播风暴）的性能。测试仪端口 分别与交换机的所有端口连接，分别使用帧长６４、
１２８、２５６、５１２、１ ０２４、１ ２８０、１５１８
管理口，尝试创建ＶＬＡＮ ＩＤ最小值和最大值。例
如，ＶＩＤ咖＝１，ＶＩＤ…＝４０９４，保存配置，重启交换 机，检查设置的ＶＩＤ是否保存成功。要求ＶＬＡＮ 数量大于４Ｋ。 （９）ＲＳＴＰ收敛时间测试用于测试交换机在 网络拓扑变化（一般为环网）情况下，启用ＲＳＴＰ协 议的收敛时间。当网络发生环路或故障时，交换机 可使用快速生成树确保任两个节点之问只有唯一
第３２卷第２期
２０１２年６月
电力易宅置
智能变电站通信网络的现场测试
Ｆｉｅｌｄ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｏｒ Ｓｍａｒｔ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ
ＩＳＳＮ １６７４－６１０４ ＣＮ ３５－１２９６／ＴＭ
林国新１，唐志军２，朱维钧２，冯学敏２
（１．福建和盛Ｔ程管理有限责任公司，福建福州３５０００３；２．福建省电力有限公司电力科学研究院，福建福州３５０００７）
摘要：对智能变电站通信网络测试技术进行研究，根据智能变电站现场实际配置，搭建了模拟测试平台，提 出了智能变电站通信网络功能和性能现场测试方案，并对性能指标提出了具体要求。
关键词：智能变电站；通信网络；现场测试；测试方案；性能指标
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ ｓｍａｒｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ．ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
其他省级电科院 侧重联调性能和现场测试
图３
通信网络整体测试拓扑
３智能变电站交换机现场测试的内容
３．１
交换机的功能测试项目 （１）端口镜像功能将被镜像端口输入／输出
智能变电站通信网络测试分为交换机型式试
验和网络现场测试。型式试验是在实验室环境下 对交换机进行的单体测试，可进行现场条件所不具 备的测试（如电磁兼容等），而现场测试是根据现场 实际配置和运行情况搭建测试平台，通过构造数据 流、采样数据流和分析数据流进行功能与性能测 试，是对型式试验的验证和补充。本文只针对现场 测试进行阐述。其中，工业以太网交换机的测试将 作为智能变电站通信网络现场测试的研究重点。 这是因为它是智能变电站二次系统信息交换的枢 纽，承载着重要数据信息的流通，是各智能电子装 置正确、高效运行的基础。 智能变电站通信网络现场测试主要分为： （１）对工业以太网交换机（以下简称交换机）进
（６）ＩＥＥＥ ８０２．１Ｑ优先级转发功能用于验证
（２）双向转发时延测试用于测试交换机在最 大转发情况下的时延，包括交换机固有时延和数据 转发时延。由于固有时延小于Ｊ０¨ｓ，相对于转发时 延可忽略。测试仪端口分别与交换机的所有端口
连接，分别使用帧长６４、１２８、２５６、５１２、１
１ ５１８
０２４、１ ２８０、
（３）报文优先级ＱｏＳ功能验证交换机能否根
据ＩＥＥＥ
８０２．１
Ｑ进行优先级数据转发。测试仪从交
换机端口ａ、ｂ分别发送２条不同ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ优先 级（１和７）的数据流到交换机端口Ｃ，速率均为８０ Ｍｂ／ｓ，观察发生拥塞的情况下每条数据流的延时以