趙志平

摘要：煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠運行，是安全與生產(chǎn)的基礎(chǔ)。通過應(yīng)用基于網(wǎng)絡(luò)訪問的IEC104規(guī)約及其擴展功能，實現(xiàn)了井下變電所供電設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全部采集、存儲。為變電所監(jiān)控、參數(shù)整定、故障分析等打下良好的基礎(chǔ)，為井下變電所無人值守提供了有力的保障。

關(guān)鍵詞：IEC104規(guī)約;功能擴展;生產(chǎn)數(shù)據(jù);變電所監(jiān)控系統(tǒng);無人值守

引言

電能是科學(xué)技術(shù)發(fā)展、人類經(jīng)濟飛躍的主要動力。它不僅為人類的生活帶來便捷，同時在生產(chǎn)、通信等領(lǐng)域有著深遠的影響。供電系統(tǒng)是電能傳輸?shù)幕A(chǔ)，它的可靠運行，是保證供電質(zhì)量、提升經(jīng)濟效益的重要保障。尤其在煤炭行業(yè)，供電系統(tǒng)的可靠運行，是安全與生產(chǎn)的基礎(chǔ)。因此，建設(shè)科學(xué)、全面、高效的煤礦供電系統(tǒng)監(jiān)控平臺，可及時發(fā)現(xiàn)供電系統(tǒng)運行存在的隱患，便于分析及處理系統(tǒng)運行發(fā)生的故障，從而有效提高供電系統(tǒng)運行的可靠性，保證煤礦生產(chǎn)的安全、高效。

通信技術(shù)是煤礦供電系統(tǒng)監(jiān)控平臺建立的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)為自動化領(lǐng)域的發(fā)展提供了強有力的保障，尤其是IEC等國際標準組織的成立，Modbus、IEC101、IEC104等標準通信協(xié)議的制定及廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了多機互聯(lián)，為遠程監(jiān)控奠定了基礎(chǔ)。通信協(xié)議按照物理鏈路分串行口通信及以太網(wǎng)通信。以太網(wǎng)通信，憑借其不斷提升的帶寬、開放式TCP/IP協(xié)議在互通互連、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺等方面的優(yōu)勢，得到大量的使用。

IEC104規(guī)約是基于IEC101規(guī)約的網(wǎng)絡(luò)訪問規(guī)范，其協(xié)議穩(wěn)定，便于維護，并在電力行業(yè)得到廣泛的使用。通過采用IEC104規(guī)約進行煤礦供電設(shè)備的訪問，可彌補IEC103規(guī)約通信時的不足，同時對IEC104規(guī)約規(guī)定的功能進行進一步擴展及數(shù)據(jù)格式的進一步定義，形成一套滿足煤礦井下供電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)訪問的傳輸規(guī)范并得以應(yīng)用，可實現(xiàn)供電設(shè)備的實時監(jiān)控、故障分析，為設(shè)備的參數(shù)整定提供便捷。

一、煤礦供電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問題

H煤礦三號變電所承擔著該礦綜采工作面、通風(fēng)設(shè)備、主運膠帶機、大巷排水、排水泵房等重要負荷的供電任務(wù)，它的穩(wěn)定運行關(guān)系到整個礦井的生產(chǎn)，因此對它進行實時監(jiān)控非常重要。

變電所高壓綜合保護裝置經(jīng)網(wǎng)口以103通信協(xié)議接入電力監(jiān)控分站的交換機，接入井下環(huán)網(wǎng)并到達地面三號變電所監(jiān)控主機，監(jiān)控主機以O(shè)PC DA的通信協(xié)議發(fā)布數(shù)據(jù)到華光及PSI系統(tǒng)（如圖一所示）。

三號變電所保護器與保護器之間或保護器與上位機之間通信使用電力103通信協(xié)議，不能跨網(wǎng)關(guān)、多端口訪問，對數(shù)據(jù)訪問帶來很大的限制;三號變電所監(jiān)控系統(tǒng)具備完整功能的數(shù)據(jù)監(jiān)測及控制功能，但不支持多機同時訪問，使用人員少且不方便;PSI系統(tǒng)僅實現(xiàn)了變電所電流、電壓監(jiān)測及分合閘控制，不能滿足供電系統(tǒng)的全面監(jiān)測、事故預(yù)防和故障分析要求;變電所監(jiān)控系統(tǒng)的搭建與維護完全由廠家完成，技術(shù)保留情況嚴重，礦內(nèi)嚴重依賴廠家，缺少專業(yè)的系統(tǒng)搭建及運維人員，不利于系統(tǒng)的應(yīng)用及推廣。

二、IEC104規(guī)約在煤礦供電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)訪問的應(yīng)用

IEC104規(guī)約是基于IEC101規(guī)約的網(wǎng)絡(luò)訪問規(guī)范。使用IEC104規(guī)約進行調(diào)度端與通信管理機的通信方式，可有效解決高壓綜合保護裝置103通信的不能跨網(wǎng)段、多端口訪問等問題。借助生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理平臺，創(chuàng)建功能齊全的、可多人訪問的、實時高效的變電所監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)變電所的遠程監(jiān)控、參數(shù)修改、故障分析等功能，為現(xiàn)場工作人員提供極大的便利。

（一）通信鏈路的改變

H煤礦三號變電所數(shù)據(jù)采集服務(wù)器以基于IEC104的煤礦供電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)訪問傳輸規(guī)范從變電所通信管理機集中采集高壓綜合保護裝置的數(shù)據(jù)（如圖二所示）。在不影響礦內(nèi)原監(jiān)控系統(tǒng)正常運行的原則下，實現(xiàn)了全部高壓綜合保護裝置的數(shù)據(jù)采集、存儲，實現(xiàn)了三號變電所全部高壓柜的運行監(jiān)控、遠程控制、參數(shù)修改、信息上傳、故障分析、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，實現(xiàn)了三號變電所的真正的無人值守。

（二）IEC104協(xié)議擴展

（1）協(xié)議介紹

IEC104規(guī)約是一個廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)，調(diào)度主站和變電站或者調(diào)度主站和RTU之間以以太網(wǎng)方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，是IEC60870-5系列標準的配套標準，協(xié)議穩(wěn)定，便于維護。IEC104規(guī)約數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分應(yīng)用規(guī)約控制信息（APCI）及應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU），IEC104規(guī)約把IEC101規(guī)約的應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元用網(wǎng)絡(luò)規(guī)約TCP/IP進行傳輸，為遠動信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了通信規(guī)約依據(jù)。采用104規(guī)約組合101規(guī)約的ASDU的方式后，可很好的保證規(guī)約的標準化和通信的可靠性。

（2）信息對象地址定義

IEC104規(guī)約的信息對象地址由三個字節(jié)數(shù)組成一個整體，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。為了在從通信管理機集中采集高壓綜合保護裝置數(shù)據(jù)時，能清晰反映高壓綜合保護裝置的序號、功能區(qū)域、數(shù)據(jù)名稱，將信息對象地址的三個字節(jié)分別對應(yīng)條目號、區(qū)域號、站內(nèi)號。

站內(nèi)號：代表高壓柜編號，由兩位十六進制數(shù)組成。以進線柜為基準，出線柜依次加1，獨立設(shè)計PT柜、母聯(lián)柜、母聯(lián)隔離柜等高壓柜的十六進制編號，如表1所示。

區(qū)域號：代表高壓綜合保護裝置上傳數(shù)據(jù)的種類，由兩位十六進制數(shù)組成。高壓綜合保護裝置的數(shù)據(jù)種類根據(jù)其電力行業(yè)的應(yīng)用劃分為遙測、遙信、電度、遙控、定值、軟壓板、告警、事件、錄波等，并用固定的十六進制數(shù)表示。

條目號：表示該測點在某數(shù)據(jù)區(qū)域的數(shù)據(jù)名稱序號，由兩位十六進制數(shù)組成。

（3）類型標識擴展

IEC104規(guī)約詳細的描述了遙測、遙信、遙控、電度等數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式，但是對其余功能僅指出了數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕ㄗh，未做詳細描述，需要在使用過程中自行定義，同時對可變結(jié)構(gòu)限定詞的最高位定義為連續(xù)與不連續(xù)兩種數(shù)據(jù)傳輸方式。擴展功能主要包含定值、軟壓板、事件、故障錄波等。

（三）日志及連接功能

基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)訪問的104協(xié)議實現(xiàn)供電設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)的跨網(wǎng)段、多端口上傳的同時，會受到來自網(wǎng)絡(luò)的惡意連接、病毒攻擊等，嚴重影響供電設(shè)備的安全、穩(wěn)定運行。因此，要求104數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置具備以下功能。

（1）設(shè)置允許連接的IP地址。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置具備設(shè)置裝置可被訪問的IP地址的功能，防止網(wǎng)絡(luò)中沒有被允許IP的惡意連接、惡意操作、病毒攻擊等，保證供電系統(tǒng)的安全可高運行。

（2）生成連接日志。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置自動生成連接日志，用于記錄連接該裝置的全部IP地址，詳細記錄IP地址的連接時間，斷開時間;記錄對裝置操作的項目。

三、結(jié)論

煤礦供電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)訪問傳輸規(guī)范的應(yīng)用的首次應(yīng)用，為后期的協(xié)議推廣提供了實踐經(jīng)驗。實現(xiàn)了神東自主研發(fā)的變電所監(jiān)控系統(tǒng)的搭建;實現(xiàn)了供電系統(tǒng)的實時監(jiān)控、準確的獲取故障信息、遠程分析故障原因;實現(xiàn)了變電所生產(chǎn)數(shù)據(jù)的直接采集，擺脫長期以來對廠家的依賴及技術(shù)保留的現(xiàn)狀。

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