摘 要：本文首先分析介绍了继电庇护及故障录波器信息处置系统的组成、使命和信息传输的特点和要求、相关的尺度；提出了故障信息系统的主站和子站的通讯协议采用IEC60870-5-103和FTP组合的协议方案，分析了该通讯协议知足所传送信息的需要、与现有的电力数据通讯网络中分歧类型通道的连系方式；接着分析介绍了子站系统内部采用以太网，接进分歧类型装配和录波器的方案，提出了协议转换采用尽下放到接近装配，涣散处置的原则；也介绍了与现有的厂、站自动化系统的通讯协调；后分析了故障信息系统兼容或采用IEC61850尺度的问题。文中介绍了本文所提的通讯协议方案在湖南电网的运用情况。
关头词：通讯协议，继电庇护及故障录波器信息处置系统，TCP/IP，FTP，IEC60870-5-103，COMTRADE，以太网，电力数据网
0．引言
微机型的庇护、平安自动装配和故障录波器在电力系统中的普遍运用，为经由过程数据通讯方式传送庇护及故障录波器信息提供了可能；另外，随着以光纤为前言的新的通讯产物的普遍运用，这几年来，电力系统的数据通讯网获得了的快速建设和成长，数据通讯网的规模和容年夜年夜增强；这些有益条件终究促使了电力部门为提高电网平安运行的信息化水平，实现快速有用地处置电网故障、恢复系统正常运行，而正在抓紧建设电网继电庇护及故障录波器信息处置系统。
电网继电庇护及故障录波器信息处置系统凡是由设在网（省、市）调剂中心的主站或设在地域调剂（或装备直管单元）的主站和若干个设在其所管辖的变电站、发电厂的子站，经由过程电力系统的数据通讯网络（或线）毗连而成（见图1）。故障信息系统的使命是收集经管电网中各运行厂、站中的庇护装配、平安自动装配等触及电网异常时动作的装配的动作旌旗灯号、断路器的分合旌旗灯号和装配的运行异常旌旗灯号；微机庇护装配和故障录波器的故障录波数据和故障陈述、庇护的定值等；和对这些数据、旌旗灯号的综合、统计、计较和分析等处置与经管，实现继电庇护运行、经管和电网故障处置的网络信息化、自动智能化，到达为调剂员平安、准确、迅速处置电网事故提供信息支持与决议计划顾问；为继保人员对庇护、平安自动装配及故障录波器的动作行为分析和现代化运行经管提供需要的支持，这两个目的。 鉴于故障信息系统的信息传输使命的重要性和必需面临分歧厂家、分歧类型的装备、各类分歧的通讯条件，故障信息系统的建设计划和产物研发中的一个很是焦点的研究，应是该系统的通讯协议的研究；若何使通讯协议充实知足所传送的分歧类型的数据信息的需要，若何更好地与现有的电力通讯网络中分歧类型的通讯通道连系，与现有的厂、站自动化系统协调；另外，通讯协议应尽采用相关的尺度，制定现有现实情况下的较为合理的协议和未来的电力系统通讯协议尺度的成长标的目的的斟酌。本文在这几个方面连系许继的继电庇护故障信息系统产物与工程运用，介绍我们在这方面所作的一些探讨。
1．故障信息系统的信息传输要求
故障信息系统的信息的来历为安装在电网中各运行厂、站的庇护装配、平安自动装配和故障录波器。信息中包括有状态（动作、告警）信息和年夜数据的故障录波数据，和数据较年夜的庇护故障陈述、庇护的定值等；从信息要求的传送速度，有要求快速自动上送的，也有速度要求不高的理睬呼唤挪用的。是以，要求可预先设定自动上送到主站的电力系统故障时的跳闸信息及二次装备的异常报警信息，及以先级别有序上送的传送方式和先顺序。对于庇护的具体故障陈述、庇护的定值、年夜数据的故障录波数据等，采用级别较低的，理睬呼唤挪用上送；为了提高其通讯效率，下降网络通道的干扰的影响，要求能支持断点续传功能。
通讯协议应当使用尺度协议，以利于系统的互操作性和实现无缝通讯的要求。为此，文献[3]要求“在知足功能要求的条件下，先选用IEC870-5-103规约”，“应向61850规约为方针，以实现真实的无缝通讯”。
鉴于今朝分歧厂家、分歧时期生产的分歧类型的装配的通讯协议、信息内容和花式均不不异，要求子站系统将收集到的厂站的分歧类型的装配的信息，由子站完成花式转换后，采用统一的通讯协议和数据花式送给主站。此外，子站对年夜来自装配的数据信息经规约转换后，还要具有过滤处置能力，遵照预先设定自动上送到主站的先顺序传输原则，保进分歧类型数据间的先有序上送。
2．相关尺度介绍
由于故障信息系统的所传送的信息为庇护装配、平安自动装配的动作旌旗灯号、断路器的分合旌旗灯号和它们的运行异常旌旗灯号；微机庇护装配和故障录波器的故障录波数据和故障陈述、庇护的定值等。今朝与这些信息相关的，运用已较多尺度主要有IEC60870-5-103继电庇护装备信息接口配套尺度[1][2]、IEC60255-24电力系统暂态数据交换（COMTRADE）公用花式[6]（即同等ANSI/IEEEC37.111-1991COMTRADE暂态数据交换通用花式）。以后，IEC61850变电站通讯网络系统尺度，也会慢慢在变电站自动化系统中运用，不外，今朝其现实运用还很少。
3．故障信息系统的主站和子站系统的通讯协议
3.1故障录波数据的通讯协议
故障信息系统的故障录波数据主要是数字式故障录波器记实的电网故障前后的模拟和开关数据，和记实高频庇护通道的直流和开关数据。由于微机庇护装配泛起和其内存容的日益增年夜，许多庇护装配也具有记实庇护动作前后的有关模拟和开关数据，这些数据对于分析电网故障时，该庇护装配的动作行为的准确性，一样具有很是重要的价值。所以，故障信息系统的故障录波数据还应包括微机庇护装配所记实的电网故障前后的模拟和开关数据。
这部门数据的特点是信息年夜，和为了利便数据分析时的交换利便，要求依照COMTRADE暂态数据交换通用花式，以文件方式存储[3，4]；因而故障信息系统主站和子站的故障录波数据存储花式经常均采用COMTRADE暂态数据交换通用文件花式；是以，故障信息系统的故障录波数据部门的通讯协议，原则上可采用传送COMTRADE花式文件的方式。为了更好地实现通讯尺度化，提高通讯的靠得住性和互操作性，同时便于实现和使用，在数据网络毗连方式下提供虚电路的主站和子站之间，建议采用FTP文件传输协议（FileTransferProtocol）。
FTP文件传输协议的使命是从一台计较机将文件传送到另外一台计较机，它与这两台计较机所处的位置、联系的方式、和所使用的操作系统无关。FTP已经是一个普遍用于INTERNET的文件传输协议尺度。它属于TCP/IP协议族，是一种稳定、靠得住、成熟的文件传输协议；既可以自动发送（上传）单/多个文件，也可下载单/多个文件，很容易支持断点续传、文件目录服务等；它完全适合于故障信息系统的故障录波数据文件的传送。另外，现已有丰硕的FTP软件支持这一协议，它能给故障信息系统的研发者和使用者带来很多利便。现有的操作系统如：Window，UNIX和年夜部门阅读器，如IE、Netscape也均支持FTP协议。支持FTP协议的工具软件也在不竭更新，功能不竭增强，界面更为友好。
由于故障录波数据的信息年夜，主站经常采用理睬呼唤故障录波数据的方式[3，4]。主站可凭据此录波数据的文件列表中的文件名，采用FTP下载方式，理睬呼唤子站中故障录波文件。FTP文件传输协议支持的文件断点续传也能使故障录波文件传输的效率提高。
3.2非故障录波数据的通讯协议
鉴于越来越多的庇护装配已采用了IEC60870-5-103继电庇护装备信息接口配套尺度，此尺度也是继电庇护装备信息通讯协议的成长标的目的，因而我们认为故障信息系统的主站和子站系统的通讯协议的主体，采用IEC60870-5-103通讯协议尺度比力合适：它能很是利便地传送除故障录波数据之外的庇护装配、平安自动装配的动作旌旗灯号、断路器的分合旌旗灯号和它们的运行异常旌旗灯号和故障陈述、庇护的定值等；能知足向主站自动传送及挪用故障信息的要求，能够知足按用户需要设定分歧类型数据，采用分歧先级有序传送的要求；而且由于子站系统中的继电庇护工程师站（或庇护经管机）年夜限度地将庇护装配的IEC60870-5-103通讯协议与故障信息系统的主站、子站系统间的通讯协议协调一致，简化了子站系统中的继电庇护工程师站将庇护装配的数据转送给故障信息系统主站的处置。从上述不难看出，它也能与FTP文件传输协议有机地连系起来。
采用IEC60870-5-103通讯协议尺度也是文献[3]先推荐采用的尺度。
3.3分歧通讯通道、网络类型和通讯协议网络层的斟酌
在现实的故障信息系统中，由于有分歧地域的子站，各自的通讯通道有可能会纷歧样。文献[3]提到了通讯通道可所以采用线方式或数据网方式。现实中的通讯通道物理层可能为微波、载波、光纤、线、无线等多种数据通讯通道，在通讯接口的毗连中必需按现实中的通道进行设置装备摆设。
IEC60870-5-103通讯协议尺度的链路层协议所采用FT1.2帧花式和其链路传输划定规矩，只能适合于无毗连方式、具有毗连电路的RS-485（光纤）线数据通道，凡是其速度为9.6Kbps或19.2Kbps。它对于提供虚电路的数据网络、拨号电话网和高速的、支持TCP/IP接口的线数据通道不太适合。
TCP/IP协议尺度除用在日益普遍运用的以太网和INTERNET外，可以看到，在TCP/IP框架内，还可以运用分歧的数据网络类型，包括X.25，FR（帧中继），ATM（异步传输模式）和ISDN（综合服务数据网络）；也包括光纤（OPGW，ADSS）、微波、电话网络中的MODEM、无线卫星通道；包括波分复用（WDM，DWDM）、数字系统（PDH，SDH）；也可包括可以面向毗连的（租用）线。在今朝我国的电力数据网络SPDnet中的分歧类型的网络，几近都在以上所列的网络类型之中，年夜部门路由器为X.25或X.25DDN型路由器，通讯线路的速度也从384K~2M、8M、16x2M、155M不等。是以，可以不难看出采用TCP/IP协议尺度适合于我国的电力数据网络SPDnet。
鉴于数据网络的快速成长，IEC60870-5-104尺度已为远动装备经由过程网络会见IEC60870-5-101协议数据集，制定了将IEC60870-5-101协议所界说的ASDU与TCP/IP相连系的网络会见尺度[7]。这为我们在故障信息系统的主站和子站间采用的IEC60870-5-103通讯协议尺度提供了很好的支持和借鉴。IEC60870-5-104尺度中ASDU与TCP/IP相连系的方式，不局限于IEC60870-5-101协议所界说的ASDU。凭据不异的界说，分歧的ASDU，包括IEC60870-5全数配套尺度（例如IEC60870-5-102、103）所界说的ASDU，都可以与TCP/IP相连系。
由于故障信息系统要传送象故障录波数据这样信息年夜的数据文件，加上现在的电力数据网络成长的水平的不竭提高，故障信息系统的数据通道虽然在物理形式上还会存在有线或拨号电话网、数据网方式之分，但在数据网络传输上都应可作到支持TCP/IP接谈锋行。斟酌到电力数据网建设现状，很多省的故障信息系统的数据网络都采用数据网为主、拨号为辅的数据传输方式。例如湖南省电网[4]的故障信息系统的数据网络采用数据网为主，在暂时没有实现数据网毗连的地方（或是数据网失败时的备用通道），采用拨号电话网，并慢慢过渡到完全采用数据网。浙江省电网[8]的故障信息系统的数据网络采用数据网为主、拨号为辅的数据传输方式，行政交换网拨号方式为下降需求的后备方式。
在这类情况下，故障信息系统的主站和子站间的IEC60870-5-103通讯协议，只采用IEC60870-5-103尺度所界说的ASDU，而采用IEC60870-5-104尺度中ASDU与TCP/IP相连系的方式，来取代IEC60870-5-103通讯协议尺度的链路层协议。
另外可以看出，采用TCP/IP方式后，IEC60870-5-103所界说的ASDU和故障录波数据部门的COMTRADE花式文件，在通讯协议上也做到了有机地组合。 4．故障信息系统的子站系统的通讯协议
4.1子站系统内部的通讯协议
位于厂站的子站系统的结构如图2所示。子站是子站系统中的庇护工程师站，经由过程以太网与厂站中的各个庇护装配（平安自动化装配）、故障录波器和接口装配毗连。斟酌到厂站内经常存在有分歧厂家、分歧安装时期、分歧型号的装配，其通讯协议和接口方式纷歧样的现实情况，在系统中有新设计的、可直接上以太网的装配，也有已由庇护经管机集中转换后，接进以太网的装配，和有经协议转换器接进以太网的装配和故障录波器。协议转换的方式采用尽下放到接近装配，涣散处置的原则。这样，在以太网上就已统一为IEC60870-5-103/TCP/IP协议，避免规约转换集中到庇护工程师站处置，以充实哄骗散布式处置的灵活性和简化单个协议转换中的复杂度和处置，更好地知足系统的开放性和提高协议尺度化水平的要求。在装配条理，仍可保留各自分歧的通讯协议。协议转换器可设计各类装配的通讯接口和协议。
庇护工程师站收集处置子系统内各装配的信息，同时负责与远方调剂真个主站通讯，转发经过过滤，整理后的庇护、故障录波数据。由于子站系统的IEC60870-5-103/TCP/IP协议和远方协议很是接近，转换工作年夜年夜削减。
子站系统的IEC60870-5-103/TCP/IP协议中的故障录波数据采用IEC60870-5-103尺度中的扰动数据通讯花式。庇护工程师站收集负责转化成COMTRADE花式文件。这样做更合适庇护装配使用的IEC60870-5-103通讯接口尺度的要求，也很好地知足了庇护工程师站的故障录波数据存储和数据分析交换时的复制要求。
4.2子站系统与厂、站自动化系统的通讯
子站系统与厂、站自动化系统的通讯网彼此各自自力，各自自力地与下属的相关装配收集数据信息，是以，也不需要工程师站转发庇护等装配的监视信息数据给厂、站自动化系统的监控、远动主站，到达了减轻工程师站的处置，同时提高厂、站自动化系统的通讯靠得住性的目的。即使是在子站系统与厂、站自动化系统公用统一个以太网时，它们也仅仅是网络物理层公用，子站系统与厂、站自动化系统的通讯也仍连结逻辑上的彼此各自自力。厂、站自动化系统的通讯协议采用与IEC60870-5-103/TCP/IP协议无关的IEC60870-5-104协议。
5．故障信息系统使用IEC61850尺度的看法
斟酌到IEC61850尺度只是一个变电站内协议，和故障信息系统仅是处置与庇护有关的信息，是以，设计故障信息系统的主站与子站间的通讯协议，采用IEC60870-5-103尺度较为合理和便于运用。而站内子系统在今朝采用IEC60870-5-103尺度较为合理，未来斟酌连系IEC61850尺度则比力合理（今朝采用IEC61850尺度的变电站还很少）。未来变电站内一定会推行IEC61850尺度。
6．现实运用情况介绍
本节简要介绍一下许继电气公司的故障信息系统在湖南省电网的一些现实运用情况。
湖南省电网为故障信息系统门提供的通讯通道总共有3类：①2M通讯通道；②64K通讯通道；③4路电话通道。
①②类信道中，主站和多个子站经由过程2M或64K通道网络互连，这两类通道采用光纤/微波网络，为系统的主（高速）通道。③类信道为系统的（低速）备用通道（前期建设中也是子站M 1~子站N的通道），系统的主站端共设有4路电话的拨号服务器，经由过程电话交换网与若干个子站相连，每一个子站可拨号4路电话中的任何一部电话与主站通讯，多时为4个子站划分经由过程4路电话与主站同时通讯。主站也可经由过程拨号4路电话中的任何一部电话与子站通讯。当子站有数据或主站有饬令（数据）时，子站或主站自动拨号。未来通讯网络建设全数完成后，所有的子站全数连在主（高速）通道上，在主通道失败时，都可以自动切换到（低速）备用通道上。不论是光纤网络的高速通道，仍是备用低速通道，子站与主站间的通讯均采用TCP/IP协议。通讯进程中报文错或丢失机的TCP毗连控制方式，严酷按IEC60870-5-104协议尺度执行。
我们的故障信息系统的结构和通讯协议方案，就是采用本文以上介绍的方案，在子站系统中有多家厂家、分歧时期生产的多种型号的庇护装配和故障录波器，实践证实现实效果到达了预先设计的要求。
7．竣事语
故障信息系统的通讯协议是故障信息系统的研发设计和现实运用中的焦点，也是主要的工作，具有很年夜的意义。由于故障信息系统的现实运用刚起头不久，不象变电站自动化系统的运用那末多和早，今朝，故障信息系统的通讯协议的研究工作展开还不够，堆集的经验也还不多。
由于故障录波数据在子站和主站的存储和交换的需要，子站与主站之间的故障录波数据的传送，采用COMTRADE花式文件传送，较为利便。
由于故障信息系统所传送的信息数据都是与电网异常时动作的装配的信息，可回结到庇护信息和故障录波数据/文件，故障信息系统的通讯协议整体采用IEC60870-5-103尺度协议较为合理。也容易与越来越多地采用了IEC60870-5-103协议尺度庇护装配相协调。从此的录波器也能够采用IEC60870-5-103协议尺度中扰动数据花式传送方式，这比现有的录波器的通讯协议，更容易与庇护装配集成到一个故障信息系统中。
面临数据通道的形式多样，采用TCP/IP协议作为网络层协议，较为容易统一和实现，在实现IEC60870-5-103/TCP/IP协议时，采用IEC60870-5-104尺度中的连系方式，是一种很好的方式。
采用TCP/IP协议族中的FTP协议，传送COMTRADE花式文件具有较多的利便。
采用尺度实现的通讯协议具有通讯靠得住、易于实现互操作性等点，所以，本文提出的方案中所采用的所有的协议部门都来自于相关的尺度。
故障信息系统的主站与子站间的通讯协议，采用IEC60870-5-103尺度较为合理和便于运用。而站内子系统在今朝采用IEC60870-5-103尺度较为合理，未来斟酌连系IEC61850尺度则比力合理。
子站系统中的协议转换的方式采用尽下放到接近装配，涣散处置的原则，有益于充实哄骗散布式处置的灵活性和简化单个协议转换中的复杂度和处置，更好地知足系统的开放性和提高整个系统的通讯协议的尺度化水平的要求。
经过现实运用检验，故障信息系统的通讯协议整体采用IEC60870-5-103/TCP/IP协议尺度，组合FTP协议，传送COMTRADE花式的故障录波数据文件较为合理。
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