变电站自动化系统IEC608705103和IEC608705104协议的分析和实施.doc

变电站自动化系统IEC60870-5-103和IEC60870-5-104协议的分析和实施徐立子 ( 中国电力科学研究院，北京100085 ) 摘要： 阐述了国际电工委员会（IEC）制定的用于变电站自动化系统的国际标准IEC 60870－5－101、IEC 60870－5－104和IEC60870－5－103。（我国行标DL／T 667－1999）分析了这些标准对变电站自动化系统所提出的要求和实现。关键词： 变电站自动化系统；传输规约；智能电子设备；RS485总线；光纤传输系统；以太网1　IEC60870-5-103标准 1．1　为互换性和互操作性对物理层的规范要求IEC60870－5－103标准为继电保护设备（智能电子设备（IED）或间隔单元）信息接口配套标准。此标准规定，在变电站自动化系统中物理层应采用光纤传输系统和／或RS485总线系统。（1）光纤传输系统为了提高抗电磁干扰能力和传输距离，应采用光纤传输系统，继电保护设备（或间隔单元或IEDs）的接口必须是光纤连接器。光纤连接器应为：BFOC／2．5（IEC60874－10说明）或F－SMA（IEC60874－2说明）。对玻璃光纤：渐变型（graded－index），纤芯直径和包层直径分别为62．5和125μm，光波长为820～860 nm，传输功率最小为－16 dBm，最小接收功率最小为－24 dBm，系统储备最小为＋3 dBm，典型距离为1000 m，温度范围为－5～＋55。对塑料光纤：阶跃型（step－index），纤芯直径和包层直径分别为980和1000μm，光波长为660nm，传输功率最小为－7 dBm，最小接收功率最小为－20 dBm，系统储备最小为＋3 dBm，典型距离为40 m，温度范围为－5～＋55。（2）EIARS485接口作为上述光纤传输的一种变通，在控制系统和继电保护设备或间隔单元之间可以采用基于双绞线的传输系统。此种传输系统应符合EIARS485标准。1999年10月国际电工委员会（IEC）在日本京都召开的第63届年会上，将RS485总线和／或光纤传输系统定为变电站自动化系统（SAS）中和智能电子设备（IED）及变电站三层（变电站层、间隔层／单元层、过程层）间通信总线网的国际标准，并将其它现场总线排斥在国际标准之外。（3）传输速率为9 600 bit／s或19 200 bit／s1．2　EIARS485总线网技术性能EIA RS485总线是世界上广泛使用的用于双向和平衡传输的电气接口通信标准。此标准是工业多站系统需要的，为长距离传输数据而开发的总线网络。它抗干扰能力强，数据传输速率快，价格低廉，维护成本低，能实现多站、远距离通信。目前已广泛用于工业控制系统。（1）抗干扰能力强。RS485总线是采用差分平衡电气接口，RS485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰和电磁干扰的能力。RS485总线采用双绞线作为传输线，对电磁感应噪声亦有较强的抑制能力。若采用屏蔽双绞线，则还具有较强的抑制由静电感应引起的噪声的能力。（2）传输线采用双绞线。在差分平衡系统中，一般用双绞线作为信号传输线。由于双绞线在长度、方向上完全对称，因而它们所受的外界干扰程度也完全相同。干扰信号以共模方式出现。在接收器的输入端由于共模干扰受到抑制，所以能实现信号的可靠传送。（3）传输距离远。RS485收发器具有高的灵敏度，能检测低到200 mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。所以使用RS485总线，通信距离可达1200 m。（4）能连接32个单元设备。根据RS485标准，每个单元收发器的输入阻抗大于等于12 kΩ（称为单位负荷），总线上最多能连接32个收发器。如果希望单元数多于32个，则应选用输入阻抗更高的单元收发器。（5）数据传输率。RS485的通信距离主要受到传输线的欧姆阻抗、集肤效应等损耗引起的信号畸变的制约。由于损耗与频率有关，因而通信距离与数据传输率有关。最高数据传输率为10 Mb／s。在此速率下，传输距离为10 m。若数据传输率在105 b／s以下，传输距离则可达1200 m。可见，通信距离随着数据传输率的降低而增加。1．3　编制IEC60870-5-103协议要求（1）IEC60870－5－103标准未必一定适用于将继电保护和测量控制功能电路组合在同一个装置内并共用一通信口的设备［5］。（2）2种信息交换方法。·兼容范围。严格规定应用服务数据单元（AS－DUs）和为传输“标准化”报文的应用过程。·通用分类服务（generic service）。采用各间隔层单元自我描述和自我定义的方法对要求传输的信息进行定义。它具有传送任何类型数据的能力。数据可通过通用分类服务按同一种方式进行访问。所有数据可在所有设备上按相同方法构成，这样就解决了各厂家所要传