一种多功能便携式交换机的研制及应用

引言

目前,智能变电站的建设步伐逐渐加快,今后新建站大部分也将是智能站,随着过程层网络的出现,过程层交换机和光纤大量增加,而在现场二次设备的调试与消缺过程中,常常需要接收相关报文进行分析,往往会出现端口不够,不能同时监测二次设备或光纤回路中发送和接收的报文信息等问题。同时,在缺陷处理过程中,往往要多次往返不同的工作地点,现有的交换机体积大、功能单一,且需要外接电源供电,严重影响现场的调试与消缺工作效率。此外,现场工作时需要携带光功率计等多个设备才能满足工作需求,不便于简化现场工作,且工作前和工作后容易出现遗漏。如何有效解决以上问题,是能否有效提高工作效率,做好智能变电站运维的关键。

因此,很有必要研制一种新型的便携式交换机,既便于携带和移动使用,又能适用于多变的现场网络测试环境,具有一定的多样化功能,以解决现有交换机使用过程中出现的问题,并能同时处理其他问题,实现一套设备多种用途,有效提高工作效率。

1便携式交换机结构

如图1所示,便携式交换机结构包括:光电端口、交换机芯片、电源系统、充电管理系统、锂电池和电量指示灯。基于现场使用需求与便于携带考虑,为减小体积,只设计了8个对外端口,其中5个为SFP光模块端口,3个为PRJ5电网口,与交换机芯片模块相连。本装置通过充电管理系统为装置供电,同时也能实现对蓄电池的充电。

为实现移动使用,避免使用场景的限制,设计了充电管理模块,如图2所示,由电池充电管理芯片、充电回路、控制4MS、船型开关等组成,具有充电指示、适配器插入检测、充满自动断电保护等功能,电源系统、锂电池和电量指示,采用oD12C的充电电源。通过充电模块可实现在无外接电源情况下的使用,增加了设备的可移动性,提高了现场工作效率。

2装置的功能特性

如图3所示,本文所研制的便携式交换机具有以下特点:

(1）通用性。根据智能变电站不同的光口类型,开发出相应的转换配件,满足各种光口使用。

(2）体积小。装置尺寸小、重量轻,携带方便,可单手手持。

(3）易操作。装置使用时操作简单,即连即用,不需另外设置。

(4）多光口。可实现多路数据传输,解决端口不足问题。

(5）多功能。具有收、发光功能,可实现测试光纤回路或装置光口的光功率,一套装置多种用途。

(6）可移动。带有内置电源,可开展移动作业,不受限于工作环境能否提供外接电源。

此外,本文研发的便携式交换机具有转发延时低、电池容量大、输出稳定性好的特点,正常工作时间大于8h,能满足现场使用需求,确保工作顺利完成。

为了便于使用人员现场控制工作进度,装置还设计有电量监控和告警功能,避免作业中途出现因电量不足而不能使用的问题。通过实验测试,考虑到电池电量和电压大小成一定的关系,电池在8w左右输出功率时,430min后,在20%左右额定容量时电压为6.87V,所以可以通过电压大致判断电量。重复性实验结果证明,采用电压比较器（电阻分压阈值为6.996V左右）来实现对电量状况的实时监测,既准确又简单:

（1）当装置监测的电压高于阈值、电量大于20%时,红色电量指示灯灭:

（2）当装置监测的电压小于阈值、电量小于20%时,红色电量指示灯亮,便于使用人员及时发现电量不足,及时充电。

同时,装置也可采用外接电源接入使用,工作过程中,工作人员可根据电量情况,适时选择充电时机,确保当次工作的持续性。

3应用范围及注意事项

在智能站二次设备调试过程中,可利用本装置辅助进行逻辑和回路测试,例如文献[1]中提出的测试方法,使用本文设计的装置就可以实现实时监控保护动作过程与动作报文,并且安全隔离运行中的设备:文献提出由于各厂设备接口和协议仍存在差别,新型保护测试仪、光万用表仍然只能符合一部分厂家装置的规约,对不同的装置要使用不同的配置和接口,配置项目繁多复杂,没有通用性,本文的设计出发点也是为了简化流程和解决通用性问题。

便携式交换机可应用于新建智能站的二次设备调试验收、传统站的技术改造以及在运智能站二次设备的定检、消缺等工作,主要包括以下场景:

（1）无电源情况下网络测试:

（2）现场光网络/电网络信号报文转发测试:

（3）具备光纤接口和电网口的二次设备调试:

（4）特殊情况也可充当临时交换机使用。

在日常工作中,使用装置进行现场调试时还应注意:

（1）接入运行中交换机时,注意不要误拔运行中间隔光纤,只能接收相关报文信息进行监听,禁止加入任何报文,防止误跳运行中间隔:

（2）接入差动保护等对多方数据同时性要求高的设备进行测试时,应充分考虑便携式交换机时延的影响:

（3）涉及需要断开运行中光纤回路的,应提前与调控部门沟通,许可后方可实施作业:

（4）作业开始前,应充分做好工作前安全措施,对于可能出现的异常信号和问题应提前预判,提前谋划应对措施:

（5）使用后应及时充电,保持电池电量充足,避免作业过程中因电量低而影响正常使用。

4结语

本文介绍了一款便携式交换机的研制,该装置配有大容量充电电池,集成了多种实用性功能,具有体积小、工作时间长、易于携带的特点,不仅能够适用于现场灵活多变的变电站网络测试环境,而且无需外接电源就可长时间工作,可广泛满足智能变电站二次设备各类测试场景需求。在变电站现场运维过程中的实际使用证明,该装置具有较高的实用性,能大大简化工作流程,提高工作效率,同时确保作业过程安全性和可靠性。