基于变电站综合自动化调试试验系统的104规约一致性测试研究

李宣义，梁 宾，李均强，李铁成

(国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021)

基于变电站综合自动化调试试验系统的104规约一致性测试研究

李宣义，梁 宾，李均强，李铁成

(国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021)

针对不同厂家设备104规约的互操作性问题，依托河北省南部电网调度自动化实验室基于D5000系统的变电站综合自动化调试试验系统，搭建了104规约一致性测试环境，对104规约一致性测试流程、测试内容及测试方法进行研究，制定了符合河北省南部电网实际的104规约一致性测试流程和方案。

D5000；调度自动化；104规约；一致性测试

0 引言

当前，104规约[1-2]在河北省南部电网(简称“河北南网”)调度自动化系统中广泛运用，其改变了电网调度系统中仅利用传统的串口通信机制进行实时数据传输的现状，充分利用Intemet技术进行调度，相比于以前的远动规约(如CDT规约)，其更加灵活、简单、经济、可靠[3]。但经过近些年的应用发现，由于协议本身可选项较多，再加上各生产厂家对标准的理解和实现也有所差异，造成不同厂家设备104规约在互操作性方面存在着一定的问题，严重影响厂站远动信息的接入调试，因此对设备进行符合河北南网实际的104规约一致性测试就变得十分紧迫而必要。

该文依托河北南网调度自动化实验室，结合河北南网D5000系统的实际运行情况，针对不同厂家设备104规约的互操作性问题，借助模拟D5000平台搭建变电站综合自动化调试试验系统，对104规约一致性测试进行研究，制定符合河北南网实际的104规约一致性测试流程和方案，为今后开展河北南网综合自动化(简称“综自”)设备投运前评估及在运设备的定期巡视提供有力的技术支撑。

1 变电站综合自动化调试试验系统

1.1 变电站综合自动化调试试验系统原理

变电站综合自动化调试试验系统实际上是一个小型的电网调度自动化系统，其原理如图1所示，该系统由模拟D5000主站系统和变电站综自测试平台2个子系统构成，能够实时模拟测控/保护装置、远动通信装置、时间同步装置等自动化设备的各种实际运行情况，实现厂站端设备与主站的数据、信号传输，并能下发主站的遥控命令。

图1 调试试验系统原理

在进行综自设备检测和试验时，将待检设备进行地址设定，接入厂站端TCP/IP通信网络，通过监控后台数据库组态工具添加相应设备的参数，再通过通道转发表发送到模拟D5000系统，将其接入到调度自动化系统网络，便可对其进行相应的功能和性能测试。若待测设备只具备采用串口方式通信，则需经协议转换装置进行信息交互，再经远动通信装置接入到厂站端TCP/IP通信网络[4]。

1.2 模拟D5000主站系统

模拟D5000主站系统采用分层设计原则，共包括硬件平台、操作系统平台、统一应用支撑平台、数据库、基本应用平台。

该系统是在D5000智能电网调度系统的基础上，根据变电站综自设备检测的需要进行精简，在系统功能上仅保留了数据库组态工具、厂站接线图、SCADA应用等基础应用，具备画面操作、告警直传、信息采集、遥控操作、时钟同步等功能，在硬件组成上保留操作员工作站、数据库服务器、前置采集服务器等设备，操作系统采用Linux操作系统，也可兼容其他操作系统，数据库采用Oracle数据库。

1.3 变电站综自检测平台

变电站综自测试平台通过构成一个典型的变电站综自系统，能与模拟D5000主站系统通过以太网接口(RJ45)进行104规约通信，接收主站的遥控、遥调命令，与模拟省调主站D5000系统构成一个完整的调度自动化系统，能为变电站综自设备测试和验收提供平台支持。

该平台由远动通信装置、测控装置、四合一保护测控装置、模拟断路器、监控主机、厂站交换机组成，并为自动化检测设备的接入预留接口。

2 104规约介绍

2.1 一般体系结构

104规约定义了开放的TCP/IP接口的使用，包含一个由传输IEC 60870-5-101 ASDU的远动设备构成的局域网的例子。包含不同广域网类型(如：X.25，帧中继；ISDN等等)的路由器可通过公共的TCP/IP-局域网接口互联(见图2)。图2所示为一个冗余的主站配置与一个非冗余的主站配置，局域网接口a处为可能冗余位置。

图2 一般体系结构

2.2 应用规约数据单元(APDU)

传输接口(TCP到用户)是一个面向流的接口，它没有为IEC60870-5-101中的ASDU定义任何启动或者停止机制。为了检出ASDU的启动和结束，每个APCI包括下列的定界元素：一个启动字符、ASDU的长度、控制域。

2.3 基本报文类型

104规约得报文类型有I格式报文、S格式报文、U格式报文3种。其中I格式报文用来传输遥测、遥信、遥控、遥调等信息；S格式报文只能用来给予对方报文序号确认；U格式报文只能用于传输规约的控制。

3 104规约一致性测试研究

3.1 104规约一致性测试环境

104规约一致性测试环境示意如图3所示，主要由模拟D5000主站、厂站监控系统/RTU、间隔层装置(测控装置、保测一体装置、模拟程序)、继护测试仪等搭建而成。

图3 104规约一致性测试环境

3.2 104规约一致性测试流程

为了提高测试效率，测试采用规约一致性测试与功能测试分阶段进行的方式。

3.2.1 测试准备

厂家：设备邮寄(主备机)、说明书提供、测试环境搭建，设备调试。

测试机构：试验环境搭建，测试软件准备、试验记录准备，设备调试。

3.2.2 试验流程

首先将所有厂家的待测试设备分为若干组，每组安排7个工作日进行一致性测试和功能测试。然后分别对各组待测设备进行规约一致性测试，如无问题则进行功能测试和性能测试，如有问题则记录问题并进去问题处理流程。待厂家对问题设备整改完毕后重新申请测试，再次进入正常测试流程。

3.3 104规约一致性测试内容

测试内容包括ASDU格式、初始化过程、查询方式获取数据过程、事件的获取过程、站召唤过程、遥控过程(单点、双点)、遥调过程(归一化、标度化、短浮点设定)等104远动规约一致性测试要求的方面。基本测试项目如下。

3.3.1 复位进程测试

主站(104规约测试软件)向子站(被测设备)发出复位进程命令，检查子站的响应。正确响应是子站在收到复位进程命令之后回复复位进程确认报文，并主动断开连接，初始化后主动打开服务端口，在与主站建立TCP/IP连接并启动数据传输之后向主站发送初始化结束报文(初始化原因为远方复位)。

3.3.2 总召唤功能测试

主站向子站发出总召唤命令，检查子站的响应。正确响应是子站依次回复主站总召唤确认报文、单点遥信报文、双点遥信报文、遥测报文和总召唤结束报文。

3.3.3 事件传输功能测试

使子站发生遥信变位，检查子站遥信变位时是否主动向主站发送遥信变位报文和遥信SOE(事件记录)报文。正确响应是在子站发生遥信变位时，主动向主站发送遥信变位帧(单点遥信类型标识为1，双点遥信类型标识为3，传输原因为3)和遥信SOE帧(单点遥信类型标识为30，双点遥信类型标识为31，传输原因为3)。

3.3.4 命令传输功能测试

命令有单/双点命令、步调节命令和设点命令，但变电站综合自动化调试试验系统中只需要单/双点命令功能。命令有2个标准的传输过程：选择及执行命令和直接命令传输。单/双点命令通常采用选择及执行命令的传输过程。以单点命令的选择及执行命令传输过程测试为例。主站先选上将要进行单点命令操作的点地址，然后向子站发出选择命令，检查子站的响应。子站应回复选择确认报文或选择否定应答报文。若子站回复的是选择确认报文，主站发送执行命令或撤消命令，检查子站的响应 。在主站发送执行命令时子站应回复执行确认报文，并在遥控操作执行完毕后，子站发送遥信变位报文、遥信SOE报文和执行结束报文，而在主站发送撤消命令时子站回复撤消确认报文。

3.3.5 时钟同步功能测试

主站向子站发送时钟同步命令，检查子站的响应。正确响应是子站回复时钟同步确认报文(报文中的时间应为同步前本地时间)。

3.3.6 否定测试

所有的应用功能测试都应包含否定测试，否定测试是指主站向子站发送的I格式报文出现未知类型标识、未知或不合适的传输原因、未知或不合适的信息对象地址时，子站以相应传输原因的否定确定报文予以回复。

4 试验结果与分析

虽然基于河北南网变电站综合自动化调试试验系统的104规约一致性测试研究起步的时间不长，但由于其功能比较齐全，使用灵活，操作方便，可以较好地满足运维人员对调度自动化系统中的主站系统、厂站系统、远动通道、综自设备等的规约测试要求，目前已被河北南网自动化专业技术人员应用于基建调试及日常运维中。对于新建厂站，在通道没有具备的情况下，可在站端进行调试，待厂站通讯通道具备条件后，直接将经测试后的厂站模型导入主站系统，极大了缩短调试时间。对于改、扩建厂站，则可在站端模拟测试新设备的接入情况，待充分测试后接入调度主站，可有效降低新入网设备给调度系统的带来的冲击。

以新建保定110 kV王盘变电站接入为例，采用该文提出的测试方案及流程，引入移动式主站D5000测试系统进行调试，大大提高了调试效率，缩短了建模周期，使原来需要20天的调试周期，缩短到了10天，最终接入调度主站的新站模型参数、四遥信息(遥测、遥信、遥控、遥调)均正确无误。

5 结论

依托河北南网调度自动化实验室，结合河北南网D5000系统的实际运行情况，针对不同厂家设备104规约的互操作性问题，借助模拟D5000平台搭建变电站综合自动化调试试验系统，对104规约一致性测试进行研究，制定了符合河北南网实际的104规约一致性测试流程和方案，可大大缩短设备的联调周期，有效降低设备之间互联互通风险，提高设备入网检测的效率，为今后开展河北南网综自设备投运前评估及在运设备的定期巡视提供有力的技术支撑。

[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,远动设备及系统第5-104部分：传输规约 采用标准传输协议集的IEC60870-5-101网络访问[S].

[3] 马晓红，管 荑，林祺蓉.104规约在调度自动化系统中的应用[J].山东电力技术，2011(6)：1-5,14.

[4] 刘焕志，胡剑锋,李 枫,等.变电站自动化仿真测试系统的设计和实现[J].电力系统自动化，2012,36(9):109-112,115.

本文责任编辑：罗晓晓

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

李宣义(1984-)男，工程师，主要从事电力系统及其自动化方面工作。

TP311

A

1001-9898(2016)06-0046-03