华中电网故障信息系统主站子站通信规范V1.docx
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华中电网故障信息系统主站子站通信规范V1
华中电网继电保护故障信息系统
通信与接口规范
V1.1
华中电网有限责任公司
2008年6月
目次
前言
继电保护故障信息系统对继电保护及安全自动装置提供了统一的分析平台,有利于调度部门迅速掌握电网实际故障状况以及继电保护动作行为,及时分析电网事故、迅速做出正确判断并快速恢复系统,同时有助于掌握继电保护设备状况,有效地分析继电保护动作行为,提高调度管理及运行管理水平。
随着计算机网络技术和数据通信技术的飞速发展和普及,以及电力光纤数据网的建立和继电保护、故障录波等新技术的发展,建立继电保护故障信息系统已经具备了必要的条件和基础。
为了规范华中电网继电保护故障信息系统主站-子站之间的通信接口,加快继电保护故障信息系统的组织和实施,华中电网电力调度通信中心组织相关单位,总结了工程中的经验、教训,在对主站与子站之间的通信接口进行分析研究的基础上,征求了科研、设计、运行等单位的意见,参照IEC60870-5-103的标准并结合华中电网的实际情况编写了《华中电网继电保护故障信息系统通信与接口规范》。
本规范主要起草人:
本规范由华中电网电力调度通信中心负责解释。
继电保护故障信息系统通信与接口规范
1范围
本规范规定了华中电网继电保护故障信息系统子站接入主站时对通信环境的要求、通信接口的规范以及主站与子站通信时的报文规范。
本规范适用于华中电网继电保护故障信息系统。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。
凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本规范。
✧IEC60870-5-1:
远动设备及系统第5部分:
传输规约第1篇:
传输帧格式
✧
✧IEC60870-5-2:
远动设备及系统第5部分:
传输规约第2篇:
链路传输规则
✧
✧IEC60870-5-3:
远动设备及系统第5部分:
传输规约第3篇:
应用数据的一般结构
✧
✧IEC60870-5-4:
远动设备及系统第5部分:
传输规约第4篇:
应用信息元素的定义和编码
✧
✧IEC60870-5-5:
远动设备及系统第5部分:
传输规约第5篇:
基本应用功能
✧
✧DL/T634-1997:
远动设备及系统第5部分:
传输规约第101篇:
基本远动任务配套标准(以下简称101标准)
✧
✧DL/T667-1999:
远动设备及系统第5部分:
传输规约第103篇:
继电保护设备信息接口配套标准(以下简称103标准)
✧
✧DL/T634.5104-2002:
远动设备及系统第5部分:
传输规约第104篇:
采用标准传输文件集的IEC60870-5-101网络访问(以下简称104标准)
✧
✧ANSI/IEEEC37.111-1999COMTRADE 暂态数据交换通用格式(以下简称COMTRADE标准)
✧
✧全国电力二次系统安全防护总体方案
✧
✧IEC61970能量管理系统应用程序接口系列标准
✧
✧IEC61850变电站通信网络和系统系列标准
✧
3主站与子站通信的接口要求
一般而言,继电保护及故障信息系统(以下简称故障信息系统)包括主站、子站两部分。
在厂站端,故障信息系统的子站与继电保护、故障录波器、安全自动装置等智能电子设备(IED)通信,收集这些装置的正常运行、异常告警及故障信息,经过初步处理之后上送到位于调度端的主站。
子站提供的信息应符合《华中电网继电保护故障信息系统通信与接口规范》的要求。
为保证信息传输的实时性,信息传输的目标方案为:
数据网络传输。
鉴于统一远动信息和继电保护信息传输的新规约颁布还有较长时间,目前尚没有明确规定故障信息系统主站子站之间通信的国际、国家或电力行业标准,因此,本规范参考103标准,并结合故障信息系统的实际需要,提出主站-子站间的通信接口要求和具体规定。
103标准适用于传输继电保护设备信息,但该标准只说明是用于继电保护设备与控制系统间交换信息,并规定采用RS485串行通信方式,而没有规定采用网络通信方式时如何处理。
考虑到网络方式和串行方式下通信的差异、故障信息系统对通信实时性的要求,并考虑到实现的方便,本规范规定:
在网络方式时采用TCP/IP,主站与子站的通信链路采用104标准,其应用层报文包含APCI,参见下图示意。
图表1一般体系结构
说明:
本图仅为示意说明,不代表实际的网络配置或主、子站软件实现。
本规范主要引用了103标准,并做了部分修改和扩充。
在以下内容中,对于没有特别说明的地方,以103标准规定为准。
3.1物理接口
本规范规定主站、子站负责通信的设备应具备支持TCP/IP的网络接口,一般建议采用10M/100M以太网接口。
本规范不规定主、子站间的网络构成,如网络结构、数据网物理信道等,因此也不规定主、子站设备到数据网之间的具体设备配置。
3.2链路层/网络层说明
故障信息系统中,主站与子站之间的通信应遵循以下约定:
●链路层说明
●
网络方式下,链路层传输由底层网络TCP/IP协议子集(RFC2200)实现,不在本规范范围内。
●网络通信规则
●
采用电力数据网(TCP/IP)通信时:
①主站与子站之间使用TCP协议交换信息;
②主站作为连接的客户端,子站作为连接的服务器端(监听者);
③使用TCP连接的端口号应是可配置的,一个子站仅使用一个端口号。
在缺省情况下使用IEC60870-5-104标准中经IANA确认的端口号2404。
④所有子站设备的IP地址由调度统一分配,子站设备到不同调度的路由应由数据网管理单位/部门提供。
3.3应用层说明
应用层是故障信息系统中主站与子站之间数据通信的核心。
在网络方式下,本规范参照104标准,规定应用层结构采用FT1.2格式中的APDU,如下图所示。
图表2APDU结构示意图
APCI的定义与104标准相同,其控制域定义及相关内容参见附录A。
启动字符68H定义了数据流内的起始点。
应用规约数据单元的长度定义了应用规约数据单元主体的长度,它由应用规约控制信息的四个控制域八位位组和应用服务数据单元所组成。
笫一个被计数的八位位组为控制域的笫一个八位位组,最后一个被计数的八位位组为应用服务数据单元的最后一个八位位组,如下图:
APDU长度
(由低13位表示)
扩展字节
高5位
低3位
0
0
0
0
0
APDU长度低3位
APDU长度低8位
图表3APDU长度域
应用服务数据单元的最大帧长为2041,而控制域的长度是4个八位位组,应用规约数据单元的最大长度为2045(APDUMAX=2048减-启动-长度域(两个八位位组))。
控制域定义抗报文丢失和重复传送的控制信息、报文传输的启动和停止、传输连接的监视。
控制域的计数器机构是按照X.25建议的2.3.2.2.1至2.3.2.2.5节。
ASDU中各部分含义与103标准的对照如下表所示。
具体说明请参见103标准。
图表4ASDU在103标准中的位置
数据单元
标识符
103标准
对应章节
信息体
103标准
对应章节
类型标识(TYP)
7.2.1
功能类型(FUN)
7.2.5.1
可变结构限定词(VSQ)
7.2.2
信息序号(INF)
7.2.5.2
传送原因(COT)
7.2.3
信息元素集
7.2.6
ASDU公共地址
3.3.1应用服务数据单元公共地址
应用服务数据单元公共地址(简称ASDU地址)使用两个字节。
高字节表示设备地址,用于区分应用层内容是与子站本身相关还是与站内某台装置相关,规定:
1)0H表示子站本身;
2)1H~FEH表示变电站内装置编号;规定一台装置只使用一个编号;
3)FFH用于对子站内所有装置广播。
ASDU地址的低字节为扩展字节,其低3位用来表示CPU号(缺省为0)。
当进行定值处理时,该字节的高5位表示定值区号(缺省为0),定值区号0表示当前定值区。
如下图所示:
图表5ASDU在103标准中的位置ASDU公共地址
ASDU
公共地址
低8位(扩展字节)
高5位定值区号
低3位CPU号
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
高8位
设备地址
3.3.2功能类型FUN及信息序号INF
功能类型FUN:
由子站根据装置情况确定,子站自身应单独视为一个装置。
信息序号INF:
由子站根据装置情况确定。
说明:
1)信息表一般应由子站提前提交给主站,如有自定义或定义冲突等情况由双方协商。
2)各接入的二次设备的“通信状态”可以视为子站的一组遥信量,使用103协议中的专用部分功能类型FUN(定为253),信息序号INF代表装置地址。
在总查询时,使用ASDU42上送子站遥信时上送全部设备的“通信状态”;运行过程中的装置“通信状态”变化使用ASDU1立即上送。
3)为了能够在主站及时地反应出装置定值变化情况,本系统子站定时读取装置定值,每次取到定值后与前一次对比,如果发生变化的话应上送相应的告警信息通知主站;具体定时周期由子站设置;定值的变化可视为子站的一组遥信量,使用103协议中专用部分功能类型FUN(定为252),信息序号代表装置地址,运行过程中发现装置定值变化时使用ASDU1立即上送。
4)为了能够在主站及时地反应出子站配置变化情况,本系统子站检查到子站配置变化应及时上送遥信信息;规定使用103协议中专用部分功能类型FUN(定为251),信息序号代表装置地址,运行过程中发现变化时使用ASDU1立即上送。
配置变化检查的作法由子站自定。
5)为了能够在主站及时地反应出装置是否处于维修调试状态,本系统子站检查到装置进入或退出维修调试状态时应上送相应的告警信息通知主站;维修调试状态的变化可视为子站的一组遥信量,使用103协议中专用部分功能类型FUN(定为250),信息序号代表装置地址,运行过程中发现维修调试状态的变化时使用ASDU1立即上送。
维修调试状态变化的确定方法由子站自定。
6)为了能够在主站及时地反应出装置是投入运行还是退出运行状态,本系统子站检查到装置投入运行还是退出运行时应上送相应的告警信息通知主站;投入/退出运行的变化可视为子站的一组遥信量,使用103协议中专用部分功能类型FUN(定为249),信息序号代表装置地址,运行过程中发现投入/退出运行状态的变化时使用ASDU1立即上送。
投入/退出运行状态变化的确定方法由子站自定。
图表6专用功能类型定义
功能类型
用途
备注
253
装置通信状态
252
装置定值变化
251
装置配置变化
250
装置进入/退出维修调试态
249
装置投入/退出运行状态
3.3.3关于配置信息
本规范规定,子站配置由子站完成,然后主站系统通过主站-子站通信获得。
1)二次设备相关配置信息采用通用服务传递,具体作法参见『附录B』;
2)一次设备相关配置信息采用通用文件传输服务传输,文件名称、文件内容及格式的规定参见《华中电网继电保护故障信息系统子站建模规范》;通用文件传输服务传输过程及报文参见4.12“通用文件传输”;
3)子站保护配置图等图形信息采用通用文件传输服务传输,文件名称、文件内容及格式的规定参见《华中电网继电保护故障信息系统子站建模规范》;通用文件传输服务传输过程及报文参见4.12“通用文件传输”;
4)采用专门定义的FUN/INF反映子站配置变化,参见3.3.2。
4主站与子站通信报文规范
4.1概述
在103标准中,对于各种信息的传送方式和格式都有规定。
但由于103标准同时提供常规方式和通用分类服务方式,如模拟量(被测值)信息既可以采用兼容方式,也可以采用通用分类服务,其他一些信息也类似。
这样做非常灵活,但也给主-子站之间带来了一些不确定因素,需要通信双方协商和适应的东西较多。
因此,本规范力图对各种信息的传送方式和格式做出明确的、唯一的规定。
故障信息系统主-子站通信的主要功能是收集子站装置的配置/参数信息、正常运行状态信息、异常告警信息、故障信息及故障相关数据,概而言之,这些信息可以分为状态量、模拟量、数据文件和其它信息四大类。
4.1.1状态量信息
状态量主要有装置动作信息(包括元件启动、出口等)、装置开入量信息以及装置(包括子站)内部产生的异常告警信息等。
状态量信息可能是突发的、暂态性的,如动作信号,也可能是持续性的,如开入量所对应的触点位置。
从主站端来说,对暂态性的状态量一般只要求其在从OFF→ON变化时上送,其它时间则不要求上送,而对于持续性状态量,不但要求信号的两种变化(从OFF→ON和ON→OFF)都要送,而且定时通过总召唤来获得其当前状态,因此,103标准要求子站对状态量要加以区分。
遵循103标准的精神,本规范明确要求子站对状态量加以区分。
本规范规定装置动作信息、异常告警信息、自检告警信息等为暂态性状态量;装置开关量、压板状态、通信状态等为持续性状态量。
持续性状态量在总召唤时要求上送当前值,当持续性状态量从OFF→ON和ON→OFF变化、暂态性状态量从OFF→ON变化时,以ASDU1报文(含状态变化信息)上送。
状态量一般还分为SPI和DPI两种,为简单起见,本规范要求统一采用DPI。
如状态量实际是SPI,则由子站负责转换为DPI。
4.1.2模拟量信息
模拟量主要是装置量测的电压、电流、功率、频率、故障点距离等信息。
由于各种装置所量测的信息不统一,很难用一两个ASDU来适应各种情况,因此,本规范规定模拟量信息全部采用通用服务上送。
考虑到采用电话拨号时的效率问题,而且故障信息系统中对模拟量的实时变化要求并不太高,故本规范规定:
主站通过定时召唤“一个组全部条目的值”来获得模拟量,召唤时间间隔根据实际需要设置。
在103标准中,模拟量可以有很多种编码格式,为简单统一起见,本规范规定,所有模拟量都上送以IEEE标准754短实数R32.23编码的工程值,即对电气量U、I等,上送的是二次工程值(如5.0A、100.0V)。
模拟量的量程、格式转换等工作应由子站完成。
4.1.3故障录波数据及文件传输
故障记录数据是事故分析的主要依据,是故障信息系统中非常重要的一种信息。
故障录波数据由子站从录波装置收集,格式化为符合COMTRADE99版标准的数据文件并保存到子站历史数据库。
当电网发生故障时,子站收集故障录波数据并形成简要分析报告,并首先将简要分析报告上送到主站,主站通过召唤命令可以直接获取所需的录波文件。
此外,主站也可以先通过召唤获得某段时间内的故障录波文件列表,再选择召唤所需要的录波文件供事故分析处理使用。
故障录波文件包括故障录波器的录波文件、带录波功能的微机保护的分散录波文件、微机保护采样值记录等,对不同类型文件的收集及格式化由子站负责完成。
录波的过滤原则:
对分散录波,保护没有动作出口信息的,相应录波不上送录波简报;对于集中录波,如果录波器支持对是否发生故障进行判断,则不上送无故障的录波简报,否则无条件上送录波简报。
对没有故障的录波数据,也在子站进行保存,主站通过手动召唤某段时间内的录波文件列表方式来发现该录波文件,也可以通过手工召唤方式上送该录波文件。
此外,在实际应用中,可能还有其它一些文件类型的数据需要传输,因此本规范还增加了用于“文件传输”的报文。
4.1.4软压板/硬压板
软压板是可控的状态量,与单纯的状态量有一定区别,同时,压板状态也是用户很关心的一种信息,因此,规定软压板按单独的通用服务组配置。
软压板的操作按103规约通用服务写操作处理。
有的保护把软压板视为定值的一部分,如控制字的某位,对于这种情形,软压板视同定值。
如果工程需要单独处理,由子站区分。
硬压板由于无法控制,在子站主站上实际都是单纯的状态量,但由于用户一般对压板单独对待,因此,规定硬压板也按单独的通用服务组配置。
4.1.5故障量、启动变位、动作定值、故障测距等故障相关数据
故障量一般指的是保护装置动作时产生的量测量信息,例如:
最大电流、零序电流、故障时各相电压等具体值。
故障量是保护事件的重要参数,一般总是与某个具体的保护事件相关联。
但有的保护单独发送故障量,不指明与之关联的事件,为此需要规约特殊区别(见故障量报文)。
故障量的定义与保护类型相关,本规范规定故障量按单独的通用服务组配置。
与故障相关的数据还有保护启动时刻的开入量位置及启动后的状态变位。
这些信息一般需要保护配合送出,本规范规定相应的通信报文,但子站能否获得及如何获得相关数据由子站确定。
保护动作时的定值也是故障分析的重要参考依据,有的保护能够主动送出,为此,本规范也规定了保护主动发送时子站上送的具体通信报文。
103规约规定用ASDU4上送短路故障位置即测距值,但在工程实践中也有的采用通用服务报文上送测距值,此时测距值就是一个普通参数。
本规范推荐采用ASDU4送测距值。
4.1.6其它信息
其它信息主要有定值、带参数的保护动作报告、操作过程及结果记录、行波测距结果以及其它带有状态量、测量值、字符串等的信息。
由于这些信息内容复杂、格式不一、很难规范,本规范建议一般采用通用服务来传输。
对于定值的操作有比较明确的模式,请参见后文描述。
其它信息根据需要由通信双方协商。
4.1.7总召唤
本规范原则遵循103标准的精神,并根据实际需要考虑做出如下规定:
总召唤在初始化完成后进行,并在正常运行过程中定时进行总召唤;子站回答总召唤时仅回答持续性状态量(参见4.1.1)。
4.1.8通信异常处理
主站-子站之间的通信异常主要有以下几种情况:
1)主站出现异常。
此时,不管子站是否回答,均认为通信异常。
需要等待主站恢复后重新经过初始化过程方可认为通信正常。
2)链路或者子站出现异常。
此时,TCP连接已断开。
主站不断去连接(connect)子站,直至重新建立TCP连接。
在TCP连接建立后,重新初始化过程。
3)子站无请求数据响应
当采用通用分类召唤信息时,子站若没有对应信息回应需回复无请求数据报文,传输原因COT=43,数据类型取22。
例如:
启动字符
68H
长度L
控制域
类型标识(TYP)
0AH
可变结构限定词(VSQ)
81H
传送原因(COT)
2BH
ASDU地址(2个字节)
功能类型(FUN)
FEH
信息序号(INF)
F1H
返回信息标识符(RII)
与主站下发的一致
通用分类数据集数目(NGD)
1
通用分类标识序号GIN
组号
条目号
描述类别KOD
与主站下发的一致
通用分类数据描述GDD(DataType)
22通用分类失败回答码
通用分类数据描述GDD(DataSize)
1
通用分类数据描述GDD(Number)
1
通用分类标识数据GID
2无所请求的数据
4.2通信流程示意
综上所述,一个示意性的主-子站通信流程如图表6所示。
图中所示的是主站对一个子站的通信处理主循环,一个子站的主循环结束应转入对下一个子站的处理。
图中用虚框表示的“读取子站配置”和“对时”是根据需要可配置的功能模块;下发命令及命令处理过程包括手工/智能产生的操作性命令;“总召唤”、“命令处理”等仅为示意,具体过程请参见后续章节的具体描述。
图表7通信流程示意图
4.3通信报文
本规范对主站和子站之间的通信过程加以描述。
为方便使用,列出其中绝大部分帧的完整格式供参考,未列出帧的定义请参见103标准。
图表7所示为主站-子站传输配置信息过程用到的通信报文。
图表8主站-子站传输配置信息过程
信息方向
信息内容
标识
报文
备注
主站下发命令
读子站配置各组标题
C_GC_NA_3
ASDU21
读一组信息的全部条目
C_GC_NA_3
ASDU21
读子站通用文件
ASDU101
扩展报文
下传子站配置
C_GD_NA_3
ASDU10
下传子站配置文件信息
ASDU105
扩展报文
下传子站配置文件内容
ASDU107
扩展报文
子站上送信息
子站上送各组标题
M_GD_NA_3
ASDU10
子站上送一组信息的全部条目
M_GD_NA_3
ASDU10
子站上送通用文件
ASDU102
扩展报文
子站对下装配置的确认
M_GD_NA_3
ASDU10
子站对下传配置文件的确认
ASDU106
扩展报文
子站对下传配置内容的确认
ASDU108
扩展报文
图表8所示为主站-子站正常通信时用到的通信报文。
图表9主站-子站正常通信用报文
信息方向
信息内容
标识
报文
说明
主站下发命令
广播对时
C_SYN_TA_3
ASDU6
查询装置模拟量
C_GC_NA_3
ASDU21
查询装置定值
C_GC_NA_3
ASDU21
修改保护定值
C_GD_NA_3
ASDU10
总召唤
C_IGI_NA_3
ASDU7
召唤装置通信工况
ASDU21
召唤录波文件
ASDU13
扩展报文
召唤录波文件列表
ASDU15
扩展报文
召唤一次设备录波文件列表
ASDU115
扩展报文
召唤一般文件
ASDU103
扩展报文
召唤一般文件列表
ASDU101
扩展报文
下传一般文件的信息
ASDU105
扩展报文
下传一般文件的内容
ASDU107
扩展报文
召唤装置故障历史信息
ASDU17
扩展报文
子站上送报文
突发数据
保护事件
M_TM_TA_3
ASDU1
ASDU2
自检信息
M_TM_TA_3
ASDU1
开关量变位
M_TM_TA_3
ASDU1
简要录波报告
ASDU12
扩展报文
故障测距值
M_TME_TA_3
ASDU4
装置通信工况
M_GD_NA_3
ASDU1
装置的模拟量
M_GD_NA_3
ASDU10
装置的定值
M_GD_NA_3
ASDU10
修改保护定值
M_GD_NA_3
ASDU10
装置工况
M_GD_NA_3
ASDU1
总召唤
回答
上送双点信息状态
M_DP_NA_3
ASDU42
总召唤结束
M_TGI_NA_3
ASDU8
上送录波文件
ASDU14
扩展报文
上送录波文件列表
ASDU16
扩展报文
上送一次设备录波文件列表
ASDU116
扩展报文
上送一般文件
ASDU104
扩展报文
上送一般文件列表
ASDU102
扩展报文
下传文件信息的确认
ASDU106
扩展报文
下传文件内容的确认
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