一种多功能便携式交换机的研制及应用

0 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RJ45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MOS、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DC 12 V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。

图1 便携式交换机结构图

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。

图2 充电管理系统

图3 功能特性

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8 h，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8 W左右输出功率时，430 min后，在20%左右额定容量时电压为6.87 V，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6.996 V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[2]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。