东北电力技术 2005年第2期 EC60870-5-103规约的分析和应用 Analysis and Application for IEC 60870-5-103 Stipulations 孟祥萍，李颖2，孟祥印3 (1.长春工程学院，吉林长春130012,2.东北电力学院，吉林吉林132010；3.吉林大学，吉林长春130012) 摘要：介绍了EC60870-5·103继电保护设备信息接口配套标准，概述了帧格式、物理层、链路层、应用层和用户进程。 结合实例，着重分析了几个常用的基本应用功能。 关键词：EC60870-5·103规约，传输规约；远动技术 [中图分类号]M714M774[文献标识码]B[文章编号]1004,7913(2005)02.0020,03 传输规约EC60870-5-103继电保护设备信 启动字符(68) 息接口配套标准由国际电工委员会TC57技术委员 L 会（电力系统控制和通信技术委员会）出版，我国将 L重复) 启动字符(68型) 其等同采用作为电力行业标准：DL/T667H999id 启动字符(68H》 控制某心) IEC60870-5-103:1997,己于1999年10月1日正 控制城（心） 链略地址域认) 链路地址城) 式实施。EC60870-5-103规约（以下简称103规 慎校验和(GS) 链路用户敦据 结束字符(160 约)是用于控制系统与继电保护设备信息交换中的 情校脸和(CS) 继电保护设备的信息接口配套标准，传送的信息主 结束字符(16D 要为继电保护的相关信息。此标准未必一定适用于 a (6) 将继电保护功能和测量、控制功能组合在同一个装 图1Fm.2帧格式 置内并共用一个通信口的设备。标准的推出，在实 (a)可变帧长帧格式；(b)固定帧长帧格式 现变电站自动化的过程中，使得变电站内一个控制 系统的不同继电保护设备和各种装置达到互换，提 (Enhanced Performance Architecture)),仅用到ISO-OSI 基本参考模型的全七层结构中的三层，即物理层、链 高了继电保护设备的安全性，有利于变电站自动化 系统内不同继电保护设备和控制系统之间互联。 路层及应用层。根据远动系统的特点，考虑到传输 速率，这种结构在出现故障时可以响应迅速。 1103规约的分析 1.2.1物理层 103规约是在EC60870-5系列标准的基础 在变电站自动化系统中，物理层采用光纤传输 上，采用FT1.2帧格式，对物理层、链路层、应用 系统和基于铜线的RS485总线系统，它提供一个二 层、用户进程作了大量的具体的规定和定义。 进制对称和无记忆传输。 1.1FT1.2异步式字节传输的帧格式 标准的传输速率为9600bit/s或19200bit/s。 FT.2帧格式有可变帧长和固定帧长两种，如 1.2.2链路层 图1所示。 103规约所有的传输过程均由主站启动，即轮 固定帧长帧格式用于继电保护设备（或间隔单 询问答过程：由启动站向从动站触发一次传输服 元)向控制系统传输的确认帧，或控制系统向继电 务，或者成功完成，或者报告差错，之后才能开始 保护设备（或间隔单元）传输的询问帧。 下一轮的传输服务。103规约采用的链路服务级别 可变帧长帧格式用于同控制系统向继电保护设 为三级，其链路服务级别及功能如表1所示。 备（或间隔单元）传输数据，或由继电保护设备 表1链路服务级别及功能 (或间隔单元)向控制系统传输数据。 链路服务级别 帧类型 功能 1.2网络模型 S1 发送无回答 发送广播命令 S2 发送/确认 设置参数等 103规约使用的网络模型是增强性能结构EPA S3 请求/响应 召唤数据或事件 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
IEC 60870 - 5 - 103 规约的分析和应用 Analysis and Application for IEC 60870 - 5 - 103 Stipulations 孟祥萍1 , 李 颖2 , 孟祥印3 (1. 长春工程学院 , 吉林 长春 130012 ; 2. 东北电力学院 , 吉林 吉林 132010 ; 3. 吉林大学 , 吉林 长春 130012) 摘要 : 介绍了 IEC 60870 - 5 - 103 继电保护设备信息接口配套标准 , 概述了帧格式、物理层、链路层、应用层和用户进程。 结合实例 , 着重分析了几个常用的基本应用功能。 关键词 : IEC 60870 - 5 - 103 规约 ; 传输规约 ; 远动技术 [中图分类号]TM714 TM774[文献标识码]B[文章编号]1004 - 7913 (2005) 02 - 0020 - 03 传输规约 IEC 60870 - 5 - 103 继电保护设备信 息接口配套标准由国际电工委员会 TC57 技术委员 会(电力系统控制和通信技术委员会) 出版 ,我国将 其等同采用作为电力行业标准 :DL/ T667 —1999 idt IEC 60870 - 5 - 103 :1997 ,已于 1999 年 10 月 1 日正 式实施。IEC 60870 - 5 - 103 规约 (以下简称 103 规 约) 是用于控制系统与继电保护设备信息交换中的 继电保护设备的信息接口配套标准 ,传送的信息主 要为继电保护的相关信息。此标准未必一定适用于 将继电保护功能和测量、控制功能组合在同一个装 置内并共用一个通信口的设备。标准的推出 , 在实 现变电站自动化的过程中 , 使得变电站内一个控制 系统的不同继电保护设备和各种装置达到互换 , 提 高了继电保护设备的安全性 , 有利于变电站自动化 系统内不同继电保护设备和控制系统之间互联。 1 103 规约的分析 103 规约是在 IEC 60870 - 5 系列标准的基础 上 , 采用 FT112 帧格式 , 对物理层、链路层、应用 层、用户进程作了大量的具体的规定和定义。 111 FT112 异步式字节传输的帧格式 FT112 帧格式有可变帧长和固定帧长两种 , 如 图 1 所示。 固定帧长帧格式用于继电保护设备 (或间隔单 元) 向控制系统传输的确认帧 , 或控制系统向继电 保护设备 (或间隔单元) 传输的询问帧。 可变帧长帧格式用于同控制系统向继电保护设 备 (或间隔单元) 传输数据 , 或由继电保护设备 (或间隔单元) 向控制系统传输数据。 112 网络模型 103 规约使用的网络模型是增强性能结构 EPA 图 1 FT112 帧格式 (a) ———可变帧长帧格式 ; (b) ———固定帧长帧格式 (Enhanced Performance Architecture) ,仅用到 ISO - OSI 基本参考模型的全七层结构中的三层 ,即物理层、链 路层及应用层。根据远动系统的特点 ,考虑到传输 速率 ,这种结构在出现故障时可以响应迅速。 11211 物理层 在变电站自动化系统中 , 物理层采用光纤传输 系统和基于铜线的 RS485 总线系统 , 它提供一个二 进制对称和无记忆传输。 标准的传输速率为9 600 bit/ s 或19 200 bit/ s。 11212 链路层 103 规约所有的传输过程均由主站启动 , 即轮 询问答过程 : 由启动站向从动站触发一次传输服 务 , 或者成功完成 , 或者报告差错 , 之后才能开始 下一轮的传输服务。103 规约采用的链路服务级别 为三级 , 其链路服务级别及功能如表 1 所示。 表 1 链路服务级别及功能 链路服务级别 帧类型 功能 S1 发送/ 无回答 发送广播命令 S2 发送/ 确认 设置参数等 S3 请求/ 响应 召唤数据或事件 02 东北电力技术 2005 年第 2 期 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2005年第2期 东北电力技术 21 链路层由一系列采用明确的链路规约控制信息 地综合保护设备R日525的监控为例，探讨103规 LPCI的传输过程所组成。 约的应用。 1.2.3应用层 2.1初始化 应用层为用户提供服务，是用户的窗口，它的 当控制系统启动以后，主站（即控制系统）发 服务直接提供给应用进程。应用层包含一系列应用 送初始化命令给子站（保护设备R日525），子站复 功能，它包含在源和目的之间应用服务数据单元 位后发送确认帧给主站；主站接收到确认帧后用轮 ASDU的传送中。 询方式发送请求1级用户数据或2级用户数据帧， 规约数据单元由规约控制信息和服务数据单元 子站先回标明ABB设备的标识报文，然后按照系 组成，由于103规约未采用应用规约控制信息 统要求回相应的1级用户数据或2级用户数据，初 ACPI,所以在应用层中的应用规约数据单元APDU始化过程结束。 和应用服务数据单元ASD及链路服务数据单元 2.2时钟同步 LSDU是一样的。因此在103规约中可将应用服务 主站定时向子站发送时钟同步命令，可以采用 数据单元ASDU当作链路用户数据。用户数据结构 广播方式向所有的子站发送时钟，也可以采用一对 组成如图2所示。 一的方式向某一个确定的模块发送时钟。时钟同步 目的是为了在设备之间规定一个共同的时间参考。 类型标识 敏据 数据 可变结构 2.3总查询（总召唤） 单元类型 单元 限定词 主站定时向每个子站发送总查询（总召唤）命 应 标识符 传送原因 令，子站将子站内含有的一张属于总查询（总召 应用服务数据单元 唤)的表的内容依次传送给主站。如果在传送过程 服 公共地址 功能类型 信息体 中出现优先级高于总查询（总召唤）的报文（如状 步 信息序号 标识符 态变位)，则优先传送，然后再继续传送总查询 信息元餐集 (总召唤)表的内容，表中所有内容都传送完后， 信息体 时标3 信息体 子站传送总查询（总召唤）结束报文给主站。总查 时标min 时标 询（总召唤）过程结束。 时标h (任选) 2.41级或2级用户数据 1级用户数据传送的优先级高于2级用户数 图2用户数据结构组成 据。同时出现1级用户数据时，优先级别高的优先 103规约描述了2种信息交换方法：兼容范围 传送。例如SOE(事件顺序记录)的优先级高于遥 和通用分类服务。兼容范围基于严格规定应用服务 信的优先级，当出现遥信变位时，子站马上通知主 数据单元(ASDUs)和为传输“标准化”报文的应 站有1级用户数据，主站同意接收后，子站传送 用过程。通用分类服务采用各间隔层单元自我描述 SOE的报文；只有在主站发送总查询（总召唤）命 和自我定义的方法对要求传输的信息进行定义，它 令时，子站才将遥信量上传给主站。 可以传输任何类型数据。除国内已经生产的继电保 103规约中2级用户数据是一些遥测量， 护设备可以在一段时间内使用专用范围外，新开发 R日525的遥测量只有B相电流。当没有1级用户 的产品必须采用兼容范围和通用分类服务。 数据时，主站不断向子站请求2级用户数据，子站 1.3用户进程 实时传送B相电流值给主站。 103规约中定义了下述基本功能：站启动、总 2.5相关报文 查询（总召唤）、时钟同步、命令传送、测试模式、 2.5.1初始化： 监视方向的闭锁、扰动数据传输、通用分类服务。 主站：1040036316 但在兼容范围中并不包括保护定值的远方读取和修 子站：1020032316 改，如有需要的话，可采用通用分类服务来完成。 主站：107a037d16 2应用实例 子站：68151568280305810403a0030241 424220202020200b42050b1f16 本文以控制系统对芬兰ABB公司的过流和接 主站：105a035d16 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
链路层由一系列采用明确的链路规约控制信息 LPCI 的传输过程所组成。 11213 应用层 应用层为用户提供服务 , 是用户的窗口 , 它的 服务直接提供给应用进程。应用层包含一系列应用 功能 , 它包含在源和目的之间应用服务数据单元 ASDU 的传送中。 规约数据单元由规约控制信息和服务数据单元 组成 , 由于 103 规约未采用应用规约控制信息 ACPI , 所以在应用层中的应用规约数据单元 APDU 和应用服务数据单元 ASDU 及链路服务数据单元 LSDU 是一样的。因此在 103 规约中可将应用服务 数据单元 ASDU 当作链路用户数据。用户数据结构 组成如图 2 所示。 图 2 用户数据结构组成 103 规约描述了 2 种信息交换方法 : 兼容范围 和通用分类服务。兼容范围基于严格规定应用服务 数据单元 (ASDUs) 和为传输“标准化”报文的应 用过程。通用分类服务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 可以传输任何类型数据。除国内已经生产的继电保 护设备可以在一段时间内使用专用范围外 , 新开发 的产品必须采用兼容范围和通用分类服务。 113 用户进程 103 规约中定义了下述基本功能: 站启动、总 查询 (总召唤) 、时钟同步、命令传送、测试模式、 监视方向的闭锁、扰动数据传输、通用分类服务。 但在兼容范围中并不包括保护定值的远方读取和修 改 , 如有需要的话 , 可采用通用分类服务来完成。 2 应用实例 本文以控制系统对芬兰 ABB 公司的过流和接 地综合保护设备 REJ525 的监控为例 , 探讨 103 规 约的应用。 211 初始化 当控制系统启动以后 , 主站 (即控制系统) 发 送初始化命令给子站 (保护设备 REJ525) , 子站复 位后发送确认帧给主站 ; 主站接收到确认帧后用轮 询方式发送请求 1 级用户数据或 2 级用户数据帧 , 子站先回标明 ABB 设备的标识报文 , 然后按照系 统要求回相应的 1 级用户数据或 2 级用户数据 , 初 始化过程结束。 212 时钟同步 主站定时向子站发送时钟同步命令 , 可以采用 广播方式向所有的子站发送时钟 , 也可以采用一对 一的方式向某一个确定的模块发送时钟。时钟同步 目的是为了在设备之间规定一个共同的时间参考。 213 总查询 (总召唤) 主站定时向每个子站发送总查询 (总召唤) 命 令 , 子站将子站内含有的一张属于总查询 (总召 唤) 的表的内容依次传送给主站。如果在传送过程 中出现优先级高于总查询 (总召唤) 的报文 (如状 态变位) , 则优先传送 , 然后再继续传送总查询 (总召唤) 表的内容 , 表中所有内容都传送完后 , 子站传送总查询 (总召唤) 结束报文给主站。总查 询 (总召唤) 过程结束。 214 1 级或 2 级用户数据 1 级用户数据传送的优先级高于 2 级用户数 据。同时出现 1 级用户数据时 , 优先级别高的优先 传送。例如 SOE (事件顺序记录) 的优先级高于遥 信的优先级 , 当出现遥信变位时 , 子站马上通知主 站有 1 级用户数据 , 主站同意接收后 , 子站传送 SOE的报文 ; 只有在主站发送总查询 (总召唤) 命 令时 , 子站才将遥信量上传给主站。 103 规 约 中 2 级 用 户 数 据 是 一 些 遥 测 量 , REJ525 的遥测量只有 B 相电流。当没有 1 级用户 数据时 , 主站不断向子站请求 2 级用户数据 , 子站 实时传送 B 相电流值给主站。 215 相关报文 21511 初始化: 主站 : 10 40 03 63 16 子站 : 10 20 03 23 16 主站 : 10 7a 03 7d 16 子站 : 68 15 15 68 28 03 05 81 04 03 a0 03 02 41 42 42 20 20 20 20 20 0b 42 05 0b 1f 16 主站 : 10 5a 03 5d 16 2005 年第 2 期 东北电力技术 12 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
22 东北电力技术 2005年第2期 子站：68151568080305810503a0040241 主站：107b037e16 424220202020200b42050b0116 子站：68121268280302810103a05a0100 2.5.2时钟同步 000d00ab74220200fd16 主站：680f0f68730306110803f000f3904 召唤2级用户数据： 02ac0c670416 主站：105b035e16 子站：1020032316 子站：680a0a68080303010203a0907017 主站：105a035d16 cb 16 子站：680f0f68080306810803ff002639 2.6出现的问题及改进措施 0402ac0c00b916 由于R日525通讯方式既可以采用103规约， 2.5.3总查询（总召唤） 也可以采用ABB公司自己的SPA规约，导致用 主站：68090968733078109300060fSPA规约可以实现的功能，而用103规约时一些功 16 能受到限制，比如读取参数、远方整定、扰动记录 子站：1020032316 的传递等。由此也看出一些问题，各设备厂商采用 主站：105a035d16 自定义的规约，不同厂家之间的设备无法互联，虽 子站：68121268280302810903a0540100 然越来越多的厂家采用了103规约，但仍只是在一 00000075e9a60606bf16 定范围内使用，对于新产品的开发，不仅浪费了大 主站：107a037d16 量的软硬件人力开发资源，而且给用户的设备选 子站：68121268280302810903a0430100 型、运行维护等带来诸多不便，不能满足系统的开 000000e506a706063c16 放性和维护的方便性要求。 主站：105a035d16 只有越来越多的设备厂商意识到国际标准规约 子站：680e0e68280301810903a01b01ba EC60870-5-103的地位和重要性，并积极主动 0ea70606f016 地采用国际标准规约，才能更好地实现设备之间的 主站：107a037d16 互联互通。 子站：680e0e68280301810903a01c018f 3结束语 16a70606ce16 主站：105a035d16 国际标准规约EC60870-5-103兼容性好， 子站：680e0e68280301810903a01d015f 功能强大，具有很好的应用和推广价值。正确、有 1ea70606a716 效地使用103规约，对于我国变电站、厂站自动化 主站：107a037d16 事业的进一步发展将起到推动和指导作用。 子站：680e0e68280301810903a01e012f 参考文献： 26a706068016 主站：105a035d16 [1)徐立子.变电站自动化系统EC60870.5.103和IEC60870. 子站：68090968080308810a03ff0006a6 5-104协议的分析和实施].电网技术，2002.26(4)：62 -65. 16 [2]DL/T667H999 id IEC60870-5-103.1997. 2.5.41级或2级用户数据 [3】柏嵩.C870-5-103规约的应用经验U].电力系统自 召唤1级用户数据： 动化，2000.7：68-70. 主站：105b035e16 作者简介： 子站：68121268280302810103a0540100 孟祥萍(19%1→，女，博士，教授，主要从事电力系统优化 000d00ab74220200f716 运行、电力系统远动技术及控制等方面的教学和研究工作。 (收稿日期2004.09.20) 欢迎投稿欢迎 订 阅 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
子站 : 68 15 15 68 08 03 05 81 05 03 a0 04 02 41 42 42 20 20 20 20 20 0b 42 05 0b 01 16 21512 时钟同步 主站 : 68 0f 0f 68 73 03 06 11 08 03 ff 00 0f 39 04 02 ac 0c 67 04 16 子站 : 10 20 03 23 16 主站 : 10 5a 03 5d 16 子站 : 68 0f 0f 68 08 03 06 81 08 03 ff 00 26 39 04 02 ac 0c 00 b9 16 21513 总查询 (总召唤) 主站 : 68 09 09 68 73 03 07 81 09 03 ff 00 06 0f 16 子站 : 10 20 03 23 16 主站 : 10 5a 03 5d 16 子站 : 68 12 12 68 28 03 02 81 09 03 a0 54 01 00 00 00 00 75 e9 a6 06 06 bf 16 主站 : 10 7a 03 7d 16 子站 : 68 12 12 68 28 03 02 81 09 03 a0 43 01 00 00 00 00 e5 06 a7 06 06 3c 16 主站 : 10 5a 03 5d 16 子站 : 68 0e 0e 68 28 03 01 81 09 03 a0 1b 01 ba 0e a7 06 06 f0 16 主站 : 10 7a 03 7d 16 子站 : 68 0e 0e 68 28 03 01 81 09 03 a0 1c 01 8f 16 a7 06 06 ce 16 主站 : 10 5a 03 5d 16 子站 : 68 0e 0e 68 28 03 01 81 09 03 a0 1d 01 5f 1e a7 06 06 a7 16 主站 : 10 7a 03 7d 16 子站 : 68 0e 0e 68 28 03 01 81 09 03 a0 1e 01 2f 26 a7 06 06 80 16 主站 : 10 5a 03 5d 16 子站 : 68 09 09 68 08 03 08 81 0a 03 ff 00 06 a6 16 21514 1 级或 2 级用户数据 召唤 1 级用户数据 : 主站 : 10 5b 03 5e 16 子站 : 68 12 12 68 28 03 02 81 01 03 a0 54 01 00 00 0d 00 ab 74 22 02 00 f7 16 主站 : 10 7b 03 7e 16 子站 : 68 12 12 68 28 03 02 81 01 03 a0 5a 01 00 00 0d 00 ab 74 22 02 00 fd 16 召唤 2 级用户数据 : 主站 : 10 5b 03 5e 16 子站 : 68 0a 0a 68 08 03 03 01 02 03 a0 90 70 17 cb 16 216 出现的问题及改进措施 由于 REJ525 通讯方式既可以采用 103 规约 , 也可以采用 ABB 公司自己的 SPA 规约 , 导致用 SPA 规约可以实现的功能 , 而用 103 规约时一些功 能受到限制 , 比如读取参数、远方整定、扰动记录 的传递等。由此也看出一些问题 , 各设备厂商采用 自定义的规约 , 不同厂家之间的设备无法互联 , 虽 然越来越多的厂家采用了 103 规约 , 但仍只是在一 定范围内使用 , 对于新产品的开发 , 不仅浪费了大 量的软硬件人力开发资源 , 而且给用户的设备选 型、运行维护等带来诸多不便 , 不能满足系统的开 放性和维护的方便性要求。 只有越来越多的设备厂商意识到国际标准规约 IEC 60870 - 5 - 103 的地位和重要性 , 并积极主动 地采用国际标准规约 , 才能更好地实现设备之间的 互联互通。 3 结束语 国际标准规约 IEC 60870 - 5 - 103 兼容性好 , 功能强大 , 具有很好的应用和推广价值。正确、有 效地使用 103 规约 , 对于我国变电站、厂站自动化 事业的进一步发展将起到推动和指导作用。 参考文献 : [1 ] 徐立子. 变电站自动化系统 IEC 60870 - 5 - 103 和 IEC60870 - 5 - 104 协议的分析和实施 [J ] . 电网技术 , 2002. 26 (4) : 62 - 65. [2 ] DL/ T 667 —1999 idt IEC 60870 - 5 - 103. 1997. [3 ] 柏 嵩. IEC 870 - 5 - 103 规约的应用经验 [J ] . 电力系统自 动化 , 2000. 7 : 68 - 70. 作者简介 : 孟祥萍 (1961 —) , 女 , 博士 , 教授 , 主要从事电力系统优化 运行、电力系统远动技术及控制等方面的教学和研究工作。 (收稿日期 2004 - 09 - 20) 欢 迎 投 稿 欢 迎 订 阅 22 东北电力技术 2005 年第 2 期 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net