IEC104規約在煤礦供電設備網絡訪問的應用

趙志平

摘要：煤礦井下供電系統的可靠運行，是安全與生產的基礎。通過應用基于網絡訪問的IEC104規約及其擴展功能，實現了井下變電所供電設備生產數據的全部采集、存儲。為變電所監控、參數整定、故障分析等打下良好的基礎，為井下變電所無人值守提供了有力的保障。

關鍵詞：IEC104規約;功能擴展;生產數據;變電所監控系統;無人值守

引言

電能是科學技術發展、人類經濟飛躍的主要動力。它不僅為人類的生活帶來便捷，同時在生產、通信等領域有著深遠的影響。供電系統是電能傳輸的基礎，它的可靠運行，是保證供電質量、提升經濟效益的重要保障。尤其在煤炭行業，供電系統的可靠運行，是安全與生產的基礎。因此，建設科學、全面、高效的煤礦供電系統監控平臺，可及時發現供電系統運行存在的隱患，便于分析及處理系統運行發生的故障，從而有效提高供電系統運行的可靠性，保證煤礦生產的安全、高效。

通信技術是煤礦供電系統監控平臺建立的基礎。隨著科學技術的發展，通信技術為自動化領域的發展提供了強有力的保障，尤其是IEC等國際標準組織的成立，Modbus、IEC101、IEC104等標準通信協議的制定及廣泛應用，實現了多機互聯，為遠程監控奠定了基礎。通信協議按照物理鏈路分串行口通信及以太網通信。以太網通信，憑借其不斷提升的帶寬、開放式TCP/IP協議在互通互連、構建網絡平臺等方面的優勢，得到大量的使用。

IEC104規約是基于IEC101規約的網絡訪問規范，其協議穩定，便于維護，并在電力行業得到廣泛的使用。通過采用IEC104規約進行煤礦供電設備的訪問，可彌補IEC103規約通信時的不足，同時對IEC104規約規定的功能進行進一步擴展及數據格式的進一步定義，形成一套滿足煤礦井下供電設備網絡訪問的傳輸規范并得以應用，可實現供電設備的實時監控、故障分析，為設備的參數整定提供便捷。

一、煤礦供電設備監控系統現狀及存在問題

H煤礦三號變電所承擔著該礦綜采工作面、通風設備、主運膠帶機、大巷排水、排水泵房等重要負荷的供電任務，它的穩定運行關系到整個礦井的生產，因此對它進行實時監控非常重要。

變電所高壓綜合保護裝置經網口以103通信協議接入電力監控分站的交換機，接入井下環網并到達地面三號變電所監控主機，監控主機以OPC DA的通信協議發布數據到華光及PSI系統（如圖一所示）。

三號變電所保護器與保護器之間或保護器與上位機之間通信使用電力103通信協議，不能跨網關、多端口訪問，對數據訪問帶來很大的限制;三號變電所監控系統具備完整功能的數據監測及控制功能，但不支持多機同時訪問，使用人員少且不方便;PSI系統僅實現了變電所電流、電壓監測及分合閘控制，不能滿足供電系統的全面監測、事故預防和故障分析要求;變電所監控系統的搭建與維護完全由廠家完成，技術保留情況嚴重，礦內嚴重依賴廠家，缺少專業的系統搭建及運維人員，不利于系統的應用及推廣。

二、IEC104規約在煤礦供電設備網絡訪問的應用

IEC104規約是基于IEC101規約的網絡訪問規范。使用IEC104規約進行調度端與通信管理機的通信方式，可有效解決高壓綜合保護裝置103通信的不能跨網段、多端口訪問等問題。借助生產數據管理平臺，創建功能齊全的、可多人訪問的、實時高效的變電所監控系統，實現變電所的遠程監控、參數修改、故障分析等功能，為現場工作人員提供極大的便利。

（一）通信鏈路的改變

H煤礦三號變電所數據采集服務器以基于IEC104的煤礦供電設備網絡訪問傳輸規范從變電所通信管理機集中采集高壓綜合保護裝置的數據（如圖二所示）。在不影響礦內原監控系統正常運行的原則下，實現了全部高壓綜合保護裝置的數據采集、存儲，實現了三號變電所全部高壓柜的運行監控、遠程控制、參數修改、信息上傳、故障分析、歷史數據查詢等功能，實現了三號變電所的真正的無人值守。

（二）IEC104協議擴展

（1）協議介紹

IEC104規約是一個廣泛應用于電力行業，調度主站和變電站或者調度主站和RTU之間以以太網方式進行數據傳輸的協議，是IEC60870-5系列標準的配套標準，協議穩定，便于維護。IEC104規約數據結構分應用規約控制信息（APCI）及應用服務數據單元（ASDU），IEC104規約把IEC101規約的應用服務數據單元用網絡規約TCP/IP進行傳輸，為遠動信息的網絡傳輸提供了通信規約依據。采用104規約組合101規約的ASDU的方式后，可很好的保證規約的標準化和通信的可靠性。

（2）信息對象地址定義

IEC104規約的信息對象地址由三個字節數組成一個整體，低字節在前，高字節在后。為了在從通信管理機集中采集高壓綜合保護裝置數據時，能清晰反映高壓綜合保護裝置的序號、功能區域、數據名稱，將信息對象地址的三個字節分別對應條目號、區域號、站內號。

站內號：代表高壓柜編號，由兩位十六進制數組成。以進線柜為基準，出線柜依次加1，獨立設計PT柜、母聯柜、母聯隔離柜等高壓柜的十六進制編號，如表1所示。

區域號：代表高壓綜合保護裝置上傳數據的種類，由兩位十六進制數組成。高壓綜合保護裝置的數據種類根據其電力行業的應用劃分為遙測、遙信、電度、遙控、定值、軟壓板、告警、事件、錄波等，并用固定的十六進制數表示。

條目號：表示該測點在某數據區域的數據名稱序號，由兩位十六進制數組成。

（3）類型標識擴展

IEC104規約詳細的描述了遙測、遙信、遙控、電度等數據傳輸的數據格式，但是對其余功能僅指出了數據傳輸的建議，未做詳細描述，需要在使用過程中自行定義，同時對可變結構限定詞的最高位定義為連續與不連續兩種數據傳輸方式。擴展功能主要包含定值、軟壓板、事件、故障錄波等。

（三）日志及連接功能

基于TCP/IP網絡訪問的104協議實現供電設備生產數據的跨網段、多端口上傳的同時，會受到來自網絡的惡意連接、病毒攻擊等，嚴重影響供電設備的安全、穩定運行。因此，要求104數據轉發裝置具備以下功能。

（1）設置允許連接的IP地址。

數據轉發裝置具備設置裝置可被訪問的IP地址的功能，防止網絡中沒有被允許IP的惡意連接、惡意操作、病毒攻擊等，保證供電系統的安全可高運行。

（2）生成連接日志。

數據轉發裝置自動生成連接日志，用于記錄連接該裝置的全部IP地址，詳細記錄IP地址的連接時間，斷開時間;記錄對裝置操作的項目。

三、結論

煤礦供電設備網絡訪問傳輸規范的應用的首次應用，為后期的協議推廣提供了實踐經驗。實現了神東自主研發的變電所監控系統的搭建;實現了供電系統的實時監控、準確的獲取故障信息、遠程分析故障原因;實現了變電所生產數據的直接采集，擺脫長期以來對廠家的依賴及技術保留的現狀。

參考文獻：

[1]中華人民共和國電力行業標準DL/T634.5101-2002遠動設備及系統第5-101部分：傳輸規約基本遠動任務配套標準[S] .

[2]中華人民共和國電力行業標準DL/T634.5104-2002遠動設備及系統第5-104部分：傳輸規約采用標準傳輸協議子集的IEC60870-5-101網絡訪問[S] .

[3]趙淵，沈智健.基于TCP/IP的IEC60870-5-104遠動規約在電力系統中的應用[J].電網技術，2003，27（10）：56-60.