基于變電站綜合自動化調試試驗系統的104規約一致性測試研究

李宣義，梁 賓，李均強，李鐵成

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

基于變電站綜合自動化調試試驗系統的104規約一致性測試研究

李宣義，梁 賓，李均強，李鐵成

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

針對不同廠家設備104規約的互操作性問題，依托河北省南部電網調度自動化實驗室基于D5000系統的變電站綜合自動化調試試驗系統，搭建了104規約一致性測試環境，對104規約一致性測試流程、測試內容及測試方法進行研究，制定了符合河北省南部電網實際的104規約一致性測試流程和方案。

D5000；調度自動化；104規約；一致性測試

0 引言

當前，104規約[1-2]在河北省南部電網(簡稱“河北南網”)調度自動化系統中廣泛運用，其改變了電網調度系統中僅利用傳統的串口通信機制進行實時數據傳輸的現狀，充分利用Intemet技術進行調度，相比于以前的遠動規約(如CDT規約)，其更加靈活、簡單、經濟、可靠[3]。但經過近些年的應用發現，由于協議本身可選項較多，再加上各生產廠家對標準的理解和實現也有所差異，造成不同廠家設備104規約在互操作性方面存在著一定的問題，嚴重影響廠站遠動信息的接入調試，因此對設備進行符合河北南網實際的104規約一致性測試就變得十分緊迫而必要。

該文依托河北南網調度自動化實驗室，結合河北南網D5000系統的實際運行情況，針對不同廠家設備104規約的互操作性問題，借助模擬D5000平臺搭建變電站綜合自動化調試試驗系統，對104規約一致性測試進行研究，制定符合河北南網實際的104規約一致性測試流程和方案，為今后開展河北南網綜合自動化(簡稱“綜自”)設備投運前評估及在運設備的定期巡視提供有力的技術支撐。

1 變電站綜合自動化調試試驗系統

1.1 變電站綜合自動化調試試驗系統原理

變電站綜合自動化調試試驗系統實際上是一個小型的電網調度自動化系統，其原理如圖1所示，該系統由模擬D5000主站系統和變電站綜自測試平臺2個子系統構成，能夠實時模擬測控/保護裝置、遠動通信裝置、時間同步裝置等自動化設備的各種實際運行情況，實現廠站端設備與主站的數據、信號傳輸，并能下發主站的遙控命令。

圖1 調試試驗系統原理

在進行綜自設備檢測和試驗時，將待檢設備進行地址設定，接入廠站端TCP/IP通信網絡，通過監控后臺數據庫組態工具添加相應設備的參數，再通過通道轉發表發送到模擬D5000系統，將其接入到調度自動化系統網絡，便可對其進行相應的功能和性能測試。若待測設備只具備采用串口方式通信，則需經協議轉換裝置進行信息交互，再經遠動通信裝置接入到廠站端TCP/IP通信網絡[4]。

1.2 模擬D5000主站系統

模擬D5000主站系統采用分層設計原則，共包括硬件平臺、操作系統平臺、統一應用支撐平臺、數據庫、基本應用平臺。

該系統是在D5000智能電網調度系統的基礎上，根據變電站綜自設備檢測的需要進行精簡，在系統功能上僅保留了數據庫組態工具、廠站接線圖、SCADA應用等基礎應用，具備畫面操作、告警直傳、信息采集、遙控操作、時鐘同步等功能，在硬件組成上保留操作員工作站、數據庫服務器、前置采集服務器等設備，操作系統采用Linux操作系統，也可兼容其他操作系統，數據庫采用Oracle數據庫。

1.3 變電站綜自檢測平臺

變電站綜自測試平臺通過構成一個典型的變電站綜自系統，能與模擬D5000主站系統通過以太網接口(RJ45)進行104規約通信，接收主站的遙控、遙調命令，與模擬省調主站D5000系統構成一個完整的調度自動化系統，能為變電站綜自設備測試和驗收提供平臺支持。

該平臺由遠動通信裝置、測控裝置、四合一保護測控裝置、模擬斷路器、監控主機、廠站交換機組成，并為自動化檢測設備的接入預留接口。

2 104規約介紹

2.1 一般體系結構

104規約定義了開放的TCP/IP接口的使用，包含一個由傳輸IEC 60870-5-101 ASDU的遠動設備構成的局域網的例子。包含不同廣域網類型(如：X.25，幀中繼；ISDN等等)的路由器可通過公共的TCP/IP-局域網接口互聯(見圖2)。圖2所示為一個冗余的主站配置與一個非冗余的主站配置，局域網接口a處為可能冗余位置。

圖2 一般體系結構

2.2 應用規約數據單元(APDU)

傳輸接口(TCP到用戶)是一個面向流的接口，它沒有為IEC60870-5-101中的ASDU定義任何啟動或者停止機制。為了檢出ASDU的啟動和結束，每個APCI包括下列的定界元素：一個啟動字符、ASDU的長度、控制域。

2.3 基本報文類型

104規約得報文類型有I格式報文、S格式報文、U格式報文3種。其中I格式報文用來傳輸遙測、遙信、遙控、遙調等信息；S格式報文只能用來給予對方報文序號確認；U格式報文只能用于傳輸規約的控制。

3 104規約一致性測試研究

3.1 104規約一致性測試環境

104規約一致性測試環境示意如圖3所示，主要由模擬D5000主站、廠站監控系統/RTU、間隔層裝置(測控裝置、保測一體裝置、模擬程序)、繼護測試儀等搭建而成。

圖3 104規約一致性測試環境

3.2 104規約一致性測試流程

為了提高測試效率，測試采用規約一致性測試與功能測試分階段進行的方式。

3.2.1 測試準備

廠家：設備郵寄(主備機)、說明書提供、測試環境搭建，設備調試。

測試機構：試驗環境搭建，測試軟件準備、試驗記錄準備，設備調試。

3.2.2 試驗流程

首先將所有廠家的待測試設備分為若干組，每組安排7個工作日進行一致性測試和功能測試。然后分別對各組待測設備進行規約一致性測試，如無問題則進行功能測試和性能測試，如有問題則記錄問題并進去問題處理流程。待廠家對問題設備整改完畢后重新申請測試，再次進入正常測試流程。

3.3 104規約一致性測試內容

測試內容包括ASDU格式、初始化過程、查詢方式獲取數據過程、事件的獲取過程、站召喚過程、遙控過程(單點、雙點)、遙調過程(歸一化、標度化、短浮點設定)等104遠動規約一致性測試要求的方面。基本測試項目如下。

3.3.1 復位進程測試

主站(104規約測試軟件)向子站(被測設備)發出復位進程命令，檢查子站的響應。正確響應是子站在收到復位進程命令之后回復復位進程確認報文，并主動斷開連接，初始化后主動打開服務端口，在與主站建立TCP/IP連接并啟動數據傳輸之后向主站發送初始化結束報文(初始化原因為遠方復位)。

3.3.2 總召喚功能測試

主站向子站發出總召喚命令，檢查子站的響應。正確響應是子站依次回復主站總召喚確認報文、單點遙信報文、雙點遙信報文、遙測報文和總召喚結束報文。

3.3.3 事件傳輸功能測試

使子站發生遙信變位，檢查子站遙信變位時是否主動向主站發送遙信變位報文和遙信SOE(事件記錄)報文。正確響應是在子站發生遙信變位時，主動向主站發送遙信變位幀(單點遙信類型標識為1，雙點遙信類型標識為3，傳輸原因為3)和遙信SOE幀(單點遙信類型標識為30，雙點遙信類型標識為31，傳輸原因為3)。

3.3.4 命令傳輸功能測試

命令有單/雙點命令、步調節命令和設點命令，但變電站綜合自動化調試試驗系統中只需要單/雙點命令功能。命令有2個標準的傳輸過程：選擇及執行命令和直接命令傳輸。單/雙點命令通常采用選擇及執行命令的傳輸過程。以單點命令的選擇及執行命令傳輸過程測試為例。主站先選上將要進行單點命令操作的點地址，然后向子站發出選擇命令，檢查子站的響應。子站應回復選擇確認報文或選擇否定應答報文。若子站回復的是選擇確認報文，主站發送執行命令或撤消命令，檢查子站的響應 。在主站發送執行命令時子站應回復執行確認報文，并在遙控操作執行完畢后，子站發送遙信變位報文、遙信SOE報文和執行結束報文，而在主站發送撤消命令時子站回復撤消確認報文。

3.3.5 時鐘同步功能測試

主站向子站發送時鐘同步命令，檢查子站的響應。正確響應是子站回復時鐘同步確認報文(報文中的時間應為同步前本地時間)。

3.3.6 否定測試

所有的應用功能測試都應包含否定測試，否定測試是指主站向子站發送的I格式報文出現未知類型標識、未知或不合適的傳輸原因、未知或不合適的信息對象地址時，子站以相應傳輸原因的否定確定報文予以回復。

4 試驗結果與分析

雖然基于河北南網變電站綜合自動化調試試驗系統的104規約一致性測試研究起步的時間不長，但由于其功能比較齊全，使用靈活，操作方便，可以較好地滿足運維人員對調度自動化系統中的主站系統、廠站系統、遠動通道、綜自設備等的規約測試要求，目前已被河北南網自動化專業技術人員應用于基建調試及日常運維中。對于新建廠站，在通道沒有具備的情況下，可在站端進行調試，待廠站通訊通道具備條件后，直接將經測試后的廠站模型導入主站系統，極大了縮短調試時間。對于改、擴建廠站，則可在站端模擬測試新設備的接入情況，待充分測試后接入調度主站，可有效降低新入網設備給調度系統的帶來的沖擊。

以新建保定110 kV王盤變電站接入為例，采用該文提出的測試方案及流程，引入移動式主站D5000測試系統進行調試，大大提高了調試效率，縮短了建模周期，使原來需要20天的調試周期，縮短到了10天，最終接入調度主站的新站模型參數、四遙信息(遙測、遙信、遙控、遙調)均正確無誤。

5 結論

依托河北南網調度自動化實驗室，結合河北南網D5000系統的實際運行情況，針對不同廠家設備104規約的互操作性問題，借助模擬D5000平臺搭建變電站綜合自動化調試試驗系統，對104規約一致性測試進行研究，制定了符合河北南網實際的104規約一致性測試流程和方案，可大大縮短設備的聯調周期，有效降低設備之間互聯互通風險，提高設備入網檢測的效率，為今后開展河北南網綜自設備投運前評估及在運設備的定期巡視提供有力的技術支撐。

[1] IEC 60870-5-104,Telecontrol equipment and systems-Part 5-104:Transmission protocols-network access for IEC 60870-5-101 using standard transport profiles[S].

[2] DL/T 634.5104-2009,遠動設備及系統第5-104部分：傳輸規約 采用標準傳輸協議集的IEC60870-5-101網絡訪問[S].

[3] 馬曉紅，管 荑，林祺蓉.104規約在調度自動化系統中的應用[J].山東電力技術，2011(6)：1-5,14.

[4] 劉煥志，胡劍鋒,李 楓,等.變電站自動化仿真測試系統的設計和實現[J].電力系統自動化，2012,36(9):109-112,115.

本文責任編輯：羅曉曉

Research on Conformance Test of 104 Protocol Based on Substation Integrated Automation Test System

Li Xuanyi,Liang Bin,Li Junqiang,Li Tiecheng

(State Grid HeBei Electric Power Research Institute ,Shijiazhuang 050021,China)

To solve the problem of 104 protocol's interoperability of different manufacturers equipment,this paper builds a conformance test environment of 104 protocol,which relying on the substation integrated automation test platform based on D5000 system in Hebei South Power Grid Dispatching Automation System Laboratory,researches on 104 protocol conformance testing process,test content and test methods,developes a processes and programs of 104 protocol conformance test,which in line with the actual of Hebei South Power Grid.

D5000;dispatching automation system;104 protocol;conformance test

2016-09-12

李宣義(1984-)男，工程師，主要從事電力系統及其自動化方面工作。

TP311

A

1001-9898(2016)06-0046-03