论文部分内容阅读
摘要：煤矿井下供电系统的可靠运行，是安全与生产的基础。通过应用基于网络访问的IEC104规约及其扩展功能，实现了井下变电所供电设备生产数据的全部采集、存储。为变电所监控、参数整定、故障分析等打下良好的基础，为井下变电所无人值守提供了有力的保障。
关键词：IEC104规约;功能扩展;生产数据;变电所监控系统;无人值守
引言
电能是科学技术发展、人类经济飞跃的主要动力。它不仅为人类的生活带来便捷，同时在生产、通信等领域有着深远的影响。供电系统是电能传输的基础，它的可靠运行，是保证供电质量、提升经济效益的重要保障。尤其在煤炭行业，供电系统的可靠运行，是安全与生产的基础。因此，建设科学、全面、高效的煤矿供电系统监控平台，可及时发现供电系统运行存在的隐患，便于分析及处理系统运行发生的故障，从而有效提高供电系统运行的可靠性，保证煤矿生产的安全、高效。
通信技术是煤矿供电系统监控平台建立的基础。随着科学技术的发展，通信技术为自动化领域的发展提供了强有力的保障，尤其是IEC等国际标准组织的成立，Modbus、IEC101、IEC104等标准通信协议的制定及广泛应用，实现了多机互联，为远程监控奠定了基础。通信协议按照物理链路分串行口通信及以太网通信。以太网通信，凭借其不断提升的带宽、开放式TCP/IP协议在互通互连、构建网络平台等方面的优势，得到大量的使用。
IEC104规约是基于IEC101规约的网络访问规范，其协议稳定，便于维护，并在电力行业得到广泛的使用。通过采用IEC104规约进行煤矿供电设备的访问，可弥补IEC103规约通信时的不足，同时对IEC104规约规定的功能进行进一步扩展及数据格式的进一步定义，形成一套满足煤矿井下供电设备网络访问的传输规范并得以应用，可实现供电设备的实时监控、故障分析，为设备的参数整定提供便捷。
一、煤矿供电设备监控系统现状及存在问题
H煤矿三号变电所承担着该矿综采工作面、通风设备、主运胶带机、大巷排水、排水泵房等重要负荷的供电任务，它的稳定运行关系到整个矿井的生产，因此对它进行实时监控非常重要。
变电所高压综合保护装置经网口以103通信协议接入电力监控分站的交换机，接入井下环网并到达地面三号变电所监控主机，监控主机以OPC DA的通信协议发布数据到华光及PSI系统（如图一所示）。
三号变电所保护器与保护器之间或保护器与上位机之间通信使用电力103通信协议，不能跨网关、多端口访问，对数据访问带来很大的限制;三号变电所监控系统具备完整功能的数据监测及控制功能，但不支持多机同时访问，使用人员少且不方便;PSI系统仅实现了变电所电流、电压监测及分合闸控制，不能满足供电系统的全面监测、事故预防和故障分析要求;变电所监控系统的搭建与维护完全由厂家完成，技术保留情况严重，矿内严重依赖厂家，缺少专业的系统搭建及运维人员，不利于系统的应用及推广。
二、IEC104规约在煤矿供电设备网络访问的应用
IEC104规约是基于IEC101规约的网络访问规范。使用IEC104规约进行调度端与通信管理机的通信方式，可有效解决高压综合保护装置103通信的不能跨网段、多端口访问等问题。借助生产数据管理平台，创建功能齐全的、可多人访问的、实时高效的变电所监控系统，实现变电所的远程监控、参数修改、故障分析等功能，为现场工作人员提供极大的便利。
（一）通信链路的改变
H煤矿三号变电所数据采集服务器以基于IEC104的煤矿供电设备网络访问传输规范从变电所通信管理机集中采集高压综合保护装置的数据（如图二所示）。在不影响矿内原监控系统正常运行的原则下，实现了全部高压综合保护装置的数据采集、存储，实现了三号变电所全部高压柜的运行监控、远程控制、参数修改、信息上传、故障分析、历史数据查询等功能，实现了三号变电所的真正的无人值守。
（二）IEC104协议扩展
（1）协议介绍
IEC104规约是一个广泛应用于电力行业，调度主站和变电站或者调度主站和RTU之间以以太网方式进行数据传输的协议，是IEC60870-5系列标准的配套标准，协议稳定，便于维护。IEC104规约数据结构分应用规约控制信息（APCI）及应用服务数据单元（ASDU），IEC104規约把IEC101规约的应用服务数据单元用网络规约TCP/IP进行传输，为远动信息的网络传输提供了通信规约依据。采用104规约组合101规约的ASDU的方式后，可很好的保证规约的标准化和通信的可靠性。
（2）信息对象地址定义
IEC104规约的信息对象地址由三个字节数组成一个整体，低字节在前，高字节在后。为了在从通信管理机集中采集高压综合保护装置数据时，能清晰反映高压综合保护装置的序号、功能区域、数据名称，将信息对象地址的三个字节分别对应条目号、区域号、站内号。
站内号：代表高压柜编号，由两位十六进制数组成。以进线柜为基准，出线柜依次加1，独立设计PT柜、母联柜、母联隔离柜等高压柜的十六进制编号，如表1所示。
区域号：代表高压综合保护装置上传数据的种类，由两位十六进制数组成。高压综合保护装置的数据种类根据其电力行业的应用划分为遥测、遥信、电度、遥控、定值、软压板、告警、事件、录波等，并用固定的十六进制数表示。
条目号：表示该测点在某数据区域的数据名称序号，由两位十六进制数组成。
（3）类型标识扩展
IEC104规约详细的描述了遥测、遥信、遥控、电度等数据传输的数据格式，但是对其余功能仅指出了数据传输的建议，未做详细描述，需要在使用过程中自行定义，同时对可变结构限定词的最高位定义为连续与不连续两种数据传输方式。扩展功能主要包含定值、软压板、事件、故障录波等。
（三）日志及连接功能
基于TCP/IP网络访问的104协议实现供电设备生产数据的跨网段、多端口上传的同时，会受到来自网络的恶意连接、病毒攻击等，严重影响供电设备的安全、稳定运行。因此，要求104数据转发装置具备以下功能。
（1）设置允许连接的IP地址。
数据转发装置具备设置装置可被访问的IP地址的功能，防止网络中没有被允许IP的恶意连接、恶意操作、病毒攻击等，保证供电系统的安全可高运行。
（2）生成连接日志。
数据转发装置自动生成连接日志，用于记录连接该装置的全部IP地址，详细记录IP地址的连接时间，断开时间;记录对装置操作的项目。
三、结论
煤矿供电设备网络访问传输规范的应用的首次应用，为后期的协议推广提供了实践经验。实现了神东自主研发的变电所监控系统的搭建;实现了供电系统的实时监控、准确的获取故障信息、远程分析故障原因;实现了变电所生产数据的直接采集，摆脱长期以来对厂家的依赖及技术保留的现状。
参考文献：
[1]中华人民共和国电力行业标准DL/T634.5101-2002远动设备及系统第5-101部分：传输规约基本远动任务配套标准[S] .
[2]中华人民共和国电力行业标准DL/T634.5104-2002远动设备及系统第5-104部分：传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101网络访问[S] .
[3]赵渊，沈智健.基于TCP/IP的IEC60870-5-104远动规约在电力系统中的应用[J].电网技术，2003，27（10）：56-60.
关键词：IEC104规约;功能扩展;生产数据;变电所监控系统;无人值守
引言
电能是科学技术发展、人类经济飞跃的主要动力。它不仅为人类的生活带来便捷，同时在生产、通信等领域有着深远的影响。供电系统是电能传输的基础，它的可靠运行，是保证供电质量、提升经济效益的重要保障。尤其在煤炭行业，供电系统的可靠运行，是安全与生产的基础。因此，建设科学、全面、高效的煤矿供电系统监控平台，可及时发现供电系统运行存在的隐患，便于分析及处理系统运行发生的故障，从而有效提高供电系统运行的可靠性，保证煤矿生产的安全、高效。
通信技术是煤矿供电系统监控平台建立的基础。随着科学技术的发展，通信技术为自动化领域的发展提供了强有力的保障，尤其是IEC等国际标准组织的成立，Modbus、IEC101、IEC104等标准通信协议的制定及广泛应用，实现了多机互联，为远程监控奠定了基础。通信协议按照物理链路分串行口通信及以太网通信。以太网通信，凭借其不断提升的带宽、开放式TCP/IP协议在互通互连、构建网络平台等方面的优势，得到大量的使用。
IEC104规约是基于IEC101规约的网络访问规范，其协议稳定，便于维护，并在电力行业得到广泛的使用。通过采用IEC104规约进行煤矿供电设备的访问，可弥补IEC103规约通信时的不足，同时对IEC104规约规定的功能进行进一步扩展及数据格式的进一步定义，形成一套满足煤矿井下供电设备网络访问的传输规范并得以应用，可实现供电设备的实时监控、故障分析，为设备的参数整定提供便捷。
一、煤矿供电设备监控系统现状及存在问题
H煤矿三号变电所承担着该矿综采工作面、通风设备、主运胶带机、大巷排水、排水泵房等重要负荷的供电任务，它的稳定运行关系到整个矿井的生产，因此对它进行实时监控非常重要。
变电所高压综合保护装置经网口以103通信协议接入电力监控分站的交换机，接入井下环网并到达地面三号变电所监控主机，监控主机以OPC DA的通信协议发布数据到华光及PSI系统（如图一所示）。
三号变电所保护器与保护器之间或保护器与上位机之间通信使用电力103通信协议，不能跨网关、多端口访问，对数据访问带来很大的限制;三号变电所监控系统具备完整功能的数据监测及控制功能，但不支持多机同时访问，使用人员少且不方便;PSI系统仅实现了变电所电流、电压监测及分合闸控制，不能满足供电系统的全面监测、事故预防和故障分析要求;变电所监控系统的搭建与维护完全由厂家完成，技术保留情况严重，矿内严重依赖厂家，缺少专业的系统搭建及运维人员，不利于系统的应用及推广。
二、IEC104规约在煤矿供电设备网络访问的应用
IEC104规约是基于IEC101规约的网络访问规范。使用IEC104规约进行调度端与通信管理机的通信方式，可有效解决高压综合保护装置103通信的不能跨网段、多端口访问等问题。借助生产数据管理平台，创建功能齐全的、可多人访问的、实时高效的变电所监控系统，实现变电所的远程监控、参数修改、故障分析等功能，为现场工作人员提供极大的便利。
（一）通信链路的改变
H煤矿三号变电所数据采集服务器以基于IEC104的煤矿供电设备网络访问传输规范从变电所通信管理机集中采集高压综合保护装置的数据（如图二所示）。在不影响矿内原监控系统正常运行的原则下，实现了全部高压综合保护装置的数据采集、存储，实现了三号变电所全部高压柜的运行监控、远程控制、参数修改、信息上传、故障分析、历史数据查询等功能，实现了三号变电所的真正的无人值守。
（二）IEC104协议扩展
（1）协议介绍
IEC104规约是一个广泛应用于电力行业，调度主站和变电站或者调度主站和RTU之间以以太网方式进行数据传输的协议，是IEC60870-5系列标准的配套标准，协议稳定，便于维护。IEC104规约数据结构分应用规约控制信息（APCI）及应用服务数据单元（ASDU），IEC104規约把IEC101规约的应用服务数据单元用网络规约TCP/IP进行传输，为远动信息的网络传输提供了通信规约依据。采用104规约组合101规约的ASDU的方式后，可很好的保证规约的标准化和通信的可靠性。
（2）信息对象地址定义
IEC104规约的信息对象地址由三个字节数组成一个整体，低字节在前，高字节在后。为了在从通信管理机集中采集高压综合保护装置数据时，能清晰反映高压综合保护装置的序号、功能区域、数据名称，将信息对象地址的三个字节分别对应条目号、区域号、站内号。
站内号：代表高压柜编号，由两位十六进制数组成。以进线柜为基准，出线柜依次加1，独立设计PT柜、母联柜、母联隔离柜等高压柜的十六进制编号，如表1所示。
区域号：代表高压综合保护装置上传数据的种类，由两位十六进制数组成。高压综合保护装置的数据种类根据其电力行业的应用划分为遥测、遥信、电度、遥控、定值、软压板、告警、事件、录波等，并用固定的十六进制数表示。
条目号：表示该测点在某数据区域的数据名称序号，由两位十六进制数组成。
（3）类型标识扩展
IEC104规约详细的描述了遥测、遥信、遥控、电度等数据传输的数据格式，但是对其余功能仅指出了数据传输的建议，未做详细描述，需要在使用过程中自行定义，同时对可变结构限定词的最高位定义为连续与不连续两种数据传输方式。扩展功能主要包含定值、软压板、事件、故障录波等。
（三）日志及连接功能
基于TCP/IP网络访问的104协议实现供电设备生产数据的跨网段、多端口上传的同时，会受到来自网络的恶意连接、病毒攻击等，严重影响供电设备的安全、稳定运行。因此，要求104数据转发装置具备以下功能。
（1）设置允许连接的IP地址。
数据转发装置具备设置装置可被访问的IP地址的功能，防止网络中没有被允许IP的恶意连接、恶意操作、病毒攻击等，保证供电系统的安全可高运行。
（2）生成连接日志。
数据转发装置自动生成连接日志，用于记录连接该装置的全部IP地址，详细记录IP地址的连接时间，断开时间;记录对装置操作的项目。
三、结论
煤矿供电设备网络访问传输规范的应用的首次应用，为后期的协议推广提供了实践经验。实现了神东自主研发的变电所监控系统的搭建;实现了供电系统的实时监控、准确的获取故障信息、远程分析故障原因;实现了变电所生产数据的直接采集，摆脱长期以来对厂家的依赖及技术保留的现状。
参考文献：
[1]中华人民共和国电力行业标准DL/T634.5101-2002远动设备及系统第5-101部分：传输规约基本远动任务配套标准[S] .
[2]中华人民共和国电力行业标准DL/T634.5104-2002远动设备及系统第5-104部分：传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101网络访问[S] .
[3]赵渊，沈智健.基于TCP/IP的IEC60870-5-104远动规约在电力系统中的应用[J].电网技术，2003，27（10）：56-60.