远动规约信号试验端子排的设计与实现

石文江，李高海，徐福彬

(国网大连供电公司，辽宁 大连 116011)

开 发 与 设 计

远动规约信号试验端子排的设计与实现

石文江，李高海，徐福彬

(国网大连供电公司，辽宁 大连 116011)

为提高新建变电站遥信双边表的对试效率，设计了一种串口报文信号试验端子排。该装置采用LED灯显示当前接收到的串口报文信号的状态，并能同步播放该信号内容的提示语音；能够模拟调度主站的基本通信功能，满足新建变电站在远动通道不具备条件时的离线调试要求，即全部信号被正确试验至本装置上的LED灯后，该站与调度主站间的遥信对试可通过操作本装置上的信号重现按键触发串口检修报文来完成。

IEC60870-5-101；试验端子排；遥信双边表；检修报文；离线调试

Abstract: To improve the test efficiency of teleindication between a new substation and master stations, a new type serial protocol test terminal board is designed.Firstly,LED is used to show the status of the received signal and a prompt voice of the signal content can be simultaneously played. Secondly, basic communication function of the master station can be simulated, so simulation test of a new substation without telecontrol channel can be carried out. Thirdly, the device can be used in teleindication test between a new substation and many master stations by operating the buttons on it to generate signal’s maintenance message after all signals are correctly tested to the LEDs on it.

Keywords：IEC60870-5-101;test terminal board ;teleindication’s bi-table;maintenance message;offline debugging

由于受OPGW施工进度的影响，新建变电站至调度主站的远动通道形成时间往往临近变电站的送电时间，且220 kV及以上电压等级的变电站需要与多个调度主站通信，1个调度主站甚至有多套调度自动化系统需要进行人工设置遥信双边表的校核，由于信号量大且调试时间不充分，运维人员在变电站现场验收时只能抽检部分信号进行对试，这种做法给变电站的安全运行留下隐患。如何提高新建变电站与调度主站间遥信双边表的对试效率，缩短在线调试时间成为当下急需解决的问题。文献 [1]谈到了开发仿真设备进行自动化设备对点调试的迫切性和重要性，文献[2]提到了检修人员利用对点软件完成与各监控端全部对点工作的设想，文献[3-5]总结了IEC 60870-5-101规约(以下简称101规约)的技术特点和应用经验 ，文献[6-9]总结了IEC 60870-5-104规约(以下简称104规约)的应用经验。本文在上述文献的基础上进一步提出了采用远动规约信号试验端子排来提高遥信对试效率的设想，并给出了一种具体实现方案。

1 装置设计

1.1目标信息源的选择

遥信是变电站一、二次设备的运行状态信息远传到调度端的信号，数字化变电站的二次设备和一次设备通过GOOSE报文向过程总线(光纤交换机)发送其运行状态信息，如开关刀闸位置等， 测控装置接收这些GOOSE报文，解析后再通过MMS报文发送到站控总线(电口交换机)，远动机接收这些MMS报文后通过串口通道(E1转串口)的101规约和采用网络通道(电力调度数据专网)的104规约将这些信息上送到调度主站，既双源通信，2个规约通信程序通常采用1张双边表，因此只需要对1个数据源的信号进行全对试。由于串口通信较易于被单片机处理，本文选择101规约作为全对试的信息源，104规约只需要进行信号的抽检验证，一般采取在104规约遥控传动试验过程中确认开关位置正确变位即可。

1.2总体设计

首先，串口报文信号试验端子排应能模拟调度主站的基本通信功能，并能根据远动机发出的101规约报文显示信号；其次，运维人员可通过操作端子排上的按键向调度端重传信号；最后，该端子排能够满足新建变电站在远动通道提供之前即能完成全部遥信的101规约报文模拟对试工作，远动通道提供之后即可利用该端子排与各调度主站进行遥信双边表的对点工作。

1.3101规约报文的处理方法

1.3.1 下行101规约报文

由于101规约是非平衡式的问答式规约，主站询问厂站才能应答，为满足离线调试要求，装置需要在远动通道形成前能够模仿调度主站向厂站远动机下发询问报文。调度主站的101规约询问报文主要是链路初始化、链路复位、询问一级用户数据和二级用户数据的固定帧长报文，当厂站地址确定后，这些报文也就固定下来，模板报文可通过主站的实录报文得到，报文样例见表1。

表1 厂站地址为2时的主站询问报文样例(十六进制)

1.3.2 上行101规约报文

101规约上传的遥信报文有3类：响应总召或分组召的带变位检出的32位比特串，一级数据上传的1字节单点变位遥信，二级数据上传的8字节SOE。其中总召和分组召用于变电站的全数据扫描(主站画面的全数据刷新)，SOE用于提供事件发生时的确切时间，变位遥信用于主站的实时报警。由于现场进行的遥信试验，要求信号随做随出，而总召和分组召由主站在通信初始化、背景数据周期扫描、手动召唤时启动的，所以远动规约信号试验端子排需要处理的只是单点变位遥信，它的信息体结构如表2所示。在表2中，IN：0有效值，1无效值；NT：0当前值，1非当前值；SB：0未被取代，1被取代；BL：0未被闭锁，1被闭锁；SPI：0开，1合；RES为保留字节。正常单点遥信的信息体为0x01(合)，SB置1后的信息体就变成了0x21。

表2 单点遥信信息体结构

1.4装置原理图设计

远动规约信号试验端子排的一种设计方案如图1所示，装置有2种工作方式，由SW1的分合状态确定，工作方式1是模拟调度主站通信工作模式(SW1合)，工作方式2是信号101规约报文按键触发模式(SW1分)，图1中的单片机有2个串口，串口1和串口2，它们经串口电平转换芯片采用电缆搭接的方式同时接入变电站远动机与主站前置机间的串口通道上。串口1的收发接线与主站前置机同向，串口2的收发接线与厂站远动机同向，“同向”是指“发/TxD”连接“发/TxD”和“收/RxD”连接“收/RxD”。当装置需要进入调试状态时需要断开串口1的通道电缆，这时单片机可通过IC2和USB2向调试电脑上传调试信息或下载工作程序。另外图1中的单片机还通过一线串口控制语音芯片，语音文件事前由调试电脑通过USB1接口录入。装置正常工作时USB1和USB2只用于取用5 V电源，即所用USB电缆中的D+和D-数据线不接。

图1 远动规约信号试验端子排工作原理

1.5信号序号的计算方法

信号序号为某一信号在遥信双边表中的位置，信号序号=组序号(0…255)×10+组内序号(0…9)，其中组序号由LED10—LED17共同以8位二进制的形式表示，LED10为高位，LED17为低位，如：只有LED12、LED16亮时(即只有I/O13和I/O17为低电平)的组序号为二进制00100010，对应十进制34。组内序号以LED0—LED9的自然序号表示，如LED1和LED8同时亮代表组内第2和第9信号同时出现，常亮代表动作(合)，闪烁代表复归(分)，这时信号序号为34×10+2=342，和34×10+9=349，若从0数还需要减1，既第341和348的2个信号同时动作。

2 装置说明与试验分析

2.1装置说明

装置实物如图2所示，其重要部件说明如表3所示。

表3 装置重要部件说明

2.2装置用于信号显示

图2 装置实物图

图3 工作方式1程序流程

图4 工作方式2程序流程

如图3所示，SW1开关在合位，装置一方面能够模拟主站前置机的通信功能，另一方面能够接收厂站远动机的101遥信报文并通过装置上的LED灯进行信号显示，记录信号在遥信双边表中的序号，但装置不能与前置机一起工作，既只能用于远动机的离线调试。其中，信号显示由组序号LED(LED10—LED17)和组内序号LED(LED0—LED9)共同完成，组序号是由人工操作SW2按键触发单片机的中断步进设置的，组序号和组内序号由单片机周期扫描I/O1—I/O18的状态得到，装置将自动根据当前设置的组序号进行信号过滤，即只有该组内的10个信号能够进行LED显示。工作方式1的程序流程见图3。

2.3装置用于信号重现

当某一信号的报文触发按键(K0—K9)被按下时，装置在点亮相应LED灯的同时根据双边表里该信号的试验成功标记，将该信号的101规约报文插入传输至调度主站前置机，当调度主站前置机不兼容1问2答的通信情况时，装置将暂时断开远动机的“发/TxD”通道。其程序流程详见图4。

3 结束语

本装置在大连66 kV东老滩智能变电站的SHR5000 UDD-501远动通信装置上进行了现场应用测试，结果证明了串口规约报文信号试验端子排可有效提高新建变电站与调度主站的信号调试效率，当远动通道尚不具备条件时，本装置通过模拟调度主站前置机的通信功能与变电站自动化系统进行101规约信号对试，直到所有信号在本装置上的LED灯均正确显示为止，保证了调试时间和信号传递的正确性。当远动通道形成后，新建变电站与多套调度主站系统进行信号对点测试时，就可以利用本装置来重现信号的101规约报文，大大缩短了厂站与主站间的在线联调时间，保障了新建变电站按时保质送电。

[1] 严浩军.变电站自动化设备对点调试方法探讨[J].浙江电力,2009，28(4): 28-34.

[2] 王均华.高效自动化信号对点调试方法的探讨[C].第十九届输配电研讨会论文集,2011.

[3] 张惠刚.浅析DL/T 634.5101—2002的超时时间及一级数据实时性[J].电力系统自动化,2004, 28(24):79-82.

[4] 岑宗浩.IEC 60870-5-101的应用与实践[J].电力系统自动化,2004, 28(18):80-82.

[5] 张 胜.提高IEC 60870-5-101协议互操作性的应用经验[J].电力系统自动化,2006,30(23):104-107.

[6] 廖泽友,蔡运清.IEC 60870-5-103和IEC 60870-5-104协议应用经验[J].电力系统自动化,2003, 27(4):66-68.

[7] 张建设,马维青,郭晋洋.IEC 60870-5-104协议在远动通信中的应用[J].电力系统自动化,2003,27(11): 91-93.

[8] 刘 念,段 斌.IEC 60870-5-104远动协议的一种安全报文探讨[J].电力系统自动化,2005,29(2):93-96.

[9] 关鸿耀,刘 榕.IEC 60870-5-104协议在水电厂集控通信中的应用[J].电力系统自动化,2011,35(2):5-7.

Design and Implementation of A Serial Protocol Test Terminal Board

SHI Wenjiang, LI Gaohai, XU Fubin

(State Grid Dalian Power Supply Company, Dalian，Liaoning 116011, China)

TM76

A

1004-7913(2017)07-0010-04

2017-04-28)

石文江(1970)，男，硕士，高级工程师，从事调度自动化系统运维管理工作。