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摘要：根据当前国内IEC60870-5-104远动规约不良应用状况，再结合湖南500kV电网集控自动化系统中IEC60870-5-104远动规约一次通讯异常案例，剖析了出现该远动规约通讯异常的内在原因，并针对上述原因进行具体整改。经实际测试表明，规约通讯恢复正常。
关键词：远动规约 IEC60870-5-104 数据传输电网集控
Abstract: Based on the current domestic IEC60870-5-104 remote Statute the bad application status, combined Hunan 500kV power grid centralized control automation systems IEC60870-5-104 remote Statute time communications abnormal cases, analyzed the emergence of the telecontrol protocol communication errorunderlying reasons, and for these reasons specific rectification. Actual tests show that the Statute of communication back to normal.
Keyworks: Telecontrol protocolIEC60870-5-104Data transmission Grid centralized control
中图分类号：N37文献标识码： A 文章编号：
前言
随着电力通信网的发展，大容量、高质量的光纤通信环网己基本覆盖到变电站 [1]，为数字网络通道在变电站自动化系统，以及在变电站到调度自动化系统应用提供了技术基础。IEC60870-5-104协议作为一种国际标准协议，具有实时性好、可靠性高、数据流量大、便于信息量扩充、支持网络传输等优点，非常适合500kV及以上电压等级变电站集控自动化系统。目前，虽然国内许多电力设备厂家支持IEC60870-5-104协议，但由于部分开发人员对IEC104规约中部分参数理解上存在偏差，造成没有正确使用APCI（应用规约控制信息）[2]。另外，一些参数在工程方面考虑(或经验)上仍有所欠缺，难免造成应用过程中出现一些异常，尤其在不同厂家设备间通信时，可能出现问题更明显。
2．IEC60870-5-104应用中存在的问题
从各种IEC60870-5-104应用中存在的问题主要如下：①总召期间的传输规则不妥，没有将遥信变位、遥控返校等优先上传，造成该期间遥信不能正常上传到主站；②变化遥测未采用及时上传，而是采用定时全部（如5s）上送一次；③网络正常，大量并发数据上传时，仍出现大量数据丢失；④出现发送报文序号不一致（跳帧）时，程序没有自动中断链路，再重新链接；⑤子站上传数据时，不管是否收到主站的确认帧，一有数据就不停地上传，主站侧根本有时无法完全接收到数据，造成数据丢失；⑥主站侧未在接收到一定数量（如：8帧）I格式报文后，立即给子站发送S格式确认帧，而是定时（如：1s）给子站发生确认帧，这样子站即使有数据也不能及时上送，影响了数据的实时性；⑦总召数据组织策略不妥，帧与帧之间的延时间过长，如延时180ms等等。
IEC60870-5-104相关知识[3][4]
IEC60870-5-104规约中的三种类型的控制域格式是用于编号的信息传输（I格式）、编号的监视功能(S格式)和未编号的控制功能（U格式）。控制域第一个八位位组的第一位比特二。定义了I格式，I格式的APDU（应用规约数据单元）常常包含一个ASDU（应用服务数据单元）。控制域第一个八位位组的第一位比特=1，且第二位比特=0定义了S格式，S格式的APDU只包括APCI（应用规约控制信息），S格式只包括接收序列号而无发送序列号。
在主站端和子站RTU端进行通信时，接收方可以使用S格式报文（当有应用服务单元需要发送给对方时，可使用I格式报文）对已接收到的I格式报文进行确认，以免发送方超时收不到确认信息而重新建立TCP连接。这就存在一个接收方收到多少个I格式报文进行一次确认的问题，以及发送方应在多少个I格式报文未得到确认时停止发送数据。IEC60870-5-104规定了两个参数k和w，其中k表示发送方在有k个I格式报文未得到对方的确认时，将停止数据传送，w表示接收方最迟在接收了w个I格式报文后应发出认可；IEC60870-5-104规定k和w的默认值分别为12个APDU和8个APDU。
4．原因分析及其整改措施
4.1報文序号出现不连续后，未重新建立链路
（1）原因分析
IEC104规约通讯双方出现I格式报文序号批量不连续（跳帧）时，主站和子站发现有跳帧的现象都应该有出错处理机制，双方没有立即主动中断链路，这样可能造成数据进一步丢失，尤其当通讯双方参数未匹配时，情况将更加严重。如：未被确认的I 格式APDU 的最大数目k （发送状态变量和接收序号的最大差值）和最迟确认APDU 的最大数w（最迟接受到w 个 I 格式的APDU 后给出确认）值未设置时，在大量数据传输时，丢失数据现象将更严重。2008年8月，笔者单位曾出现过上述问题，导致变电站的异常信号未能及时发现，在主站集控系统定期执行总召命令后才发现。
（2）整改措施
IEC104规约中规定当报文序号发生不连续后（跳帧）时，通讯双方发现有跳帧的现象都应该有出错处理机制，立即主动中断链路，此时发送方或接收方应关闭现在的TCP连接，然后再重新建立新的TCP连接，并在新的TCP连接上重新开始会话过程，采用这种措施对于通道状况良好下的通讯，有助于提高传输数据的可靠性，但对于通道状况的环境，容易造成链接频繁中断与建立。
4.2发送和接收之间不同步，双方缺乏传输协调机制
（1）原因分析
通讯双方未缺乏传输协调机制，发送方和接收方各自为政，没有严格参照IEC104中的相关规定，造成传输大量数据时，出现大量数据丢失现象。如：通讯双方均不符合规约规定，未被确认的I 格式APDU 的最大数目k=12 （发送状态变量和接收序号的最大差值）和最迟确认APDU 的最大数w=8（最迟接受到w 个 I 格式的APDU 后给出确认）值不匹配，子站一旦有上传数据就往主站上传，而主站侧不关注子站发送多少数据过来，均定期1s向子站发生S格式确认帧，通讯双方缺乏恰当的传输协调机制，没有实现发送和接收之间的同步，这样在在大量并发数据需上传时，可能造成主站接收缓冲区数据溢出，存在出现丢失数据的隐患。2008年8月，笔者单位曾出现过上述问题，造成大量二次保护动作信号丢失。
（2）整改措施
通讯双方根据工程实际情况，探索出适合本工程的最佳k、w值，或参照IEC104默认值进行设置。
4.3平衡传输方式和非平衡方式混淆
IEC60870-5-104规约是支持平衡传输的，即主站、从站都可以处于主动地位。与此对应的是非平衡传输，即永远是主站问，从站答，只有主站居于主动地位。但有的厂家并没有严格按照这种传输方式，部分数据采用了平衡传输方式，另一部分采用了非平衡方式传输。如：子站远动管理机中的变化遥测主动上送后，但仍定期（非总召）5s再将整个遥测上送到主站，这种传输模式
4.4信息体启始地址不一致，造成远动信息不正常
（1）原因分析
通讯双方104规约信息体地址不一致，尤其是程序默认起始地址中“四遥”地址不一致（或部分，如遥测），用户稍不注意，就造成两端相关数据不对应，相关数据显示不正确，主站不能正常远程监控子站的运行设备工况。
笔者曾遇过一案例，主站集控自动化系统中IEC104的遥控缺省起始为B01H，子站侧采用了标准的6001H，这样在新增加一个通道相关IEC104规约设置时，很容易造成通讯两端遥控起始地址不一致，尤其对于已运行的主站集控自动化系统，在增加一个104通道操作时，更应提防信息体起始不一致情形发生。因为，在刚设置完通道后，若系统仍工作原来正常通道上，所有远动信息仍正常，一旦系统切换到新增通道时，规约信息体起始地址不一致，引起的错误就会发生，如遥控误动或拒动异常，主站侧动作遥信名称和现场不一致，遥测数据明显不对等现象，给运行、维护人员均带来不必要的麻烦。
（2）整改措施
通讯双方在应采用同一版本IEC104规约，且默认起始地址按照规约中要求执行，另外调试期间也应该检查IEC104缺省设置，确保通讯双方一致，避免遥控误出口。
4.5网络负荷高峰期时，104通讯出现中断
（1）原因分析
子站中在综合自动化网络上运行的各种保护测控装置共有73台，并且均为A、B双网配置，间隔层、站控层网络上平时的数据包括UDP广播、TCP心跳、变化数据、全数据等，流量比较大，并且由于部分数据的定时周期缘故，存在某时刻出现数据包数量高峰的可能性，对远动机网络口的压力比较大，此时可能造成 104通讯中断。
（2）整改措施
修改子站间隔层测控装置的周期遥测上送时间。该修改主要是为了错开周期遥测上送的启动时间，避免在同一个时刻同时发送，对遥测的刷新速度没有影响；对远动机网络104通信程序的优化，改进数据包的组织，减少网络数据包流量。
4.6 IEC104规约出现异常后，系统不能自动恢复系统正常
（1）原因分析
进程监视程序不够健全，只对主程序的运行工况进行了监视，但对线程（如不同规约线程）没有进行监视，这样当某个104线程出现异常时，因监视程序不能捕捉到，因此系统中IEC104线程死机后，在无人干预情况下不能自动恢复系统正常工作状态。
（2）整改措施
修改远动管理机系统复归逻辑，使之当系统线程出现异常后，系统能够自动化能够复归远动管理机。
（7）缺乏标准的测试软件
要顺利的推广并应用104规约，主站规约应该具有标准性和完整性，应具有与多种版本规约相配套的功能；同时能有一套规约的标准测试软件，进行主站与子站设备规约联合调试，各个厂家也可以通过测试软件规范规约程序理解和设计。
（8）没有正确应用传输及链路建立和关闭机制。
有时无法建立链接，或链接后容易中断，或双机切换后链接不上
（9）双机在线功能不健全
主/备模式的双远动管理机，主机进行数据收发处理与传输，被
结论
IEC60870-5-104 远动规约支持TCP/IP网络传输，且传输容量等特点，非常适合作为 500kV及以上电网集控自动化系统的远动规约，但目前国内各变电站综自系统和调度自动化系统，其开发人员对部分参数理解不一致，未完全按照规约的标准内容来编程实现，结果实际应用起来出现各种异常。为此，一方面各设备厂家应该严格遵守标准，并向用户公布其相关技术参数，另一方面用户在技术标书中应明确技术参数，且在调度自动化系统、变电站综自系統工程验收时，应该做严格雪崩试验，变电站综自系统做雪崩试验应包括远动管理机，来具体验证其正确性与可靠性。
参考文献：
[1] 开圣武，夏友斌，胡金双，远动数字通道网络化的三种实现方法[J]，电网技术，2006， 30（增）：480～484
KAI Sheng-wu XIA You-bin HU Jin-shuang, Three Practical Methods for Digital Telecontrol Channel Networking[J], Power System Technofogy,2006, 30（Supplment）：480～484
[2] 金坤，基于以太网和TCP/IP的IEC60870-5-104协议的性能分析[D]，上海交通大学，2007，上海
[3] 鞠阳,张惠刚，IEC60870-5-104远动规约的设计及其应用[J]，继电器，34（17）：55~58
JU Yang, ZHANG Hui-gang，Design and application of IEC60870-5-104telecontrol protocol[J]，RELAY，34（17）：55~58
[4] IEC60870-5-104远动设备及系统 （第5-104部分 传输规约采用标准传输文件集的IEC60870-5-101网络访问）[S]
IEC60870-5-104, Telecontrol equipment and systems (Part 5-104:Transmission protocols-Network access for IEC 60870-5-101 using standard transport profiles)
作者简介：
1.卿正东（1969-），男，湖南邵阳人，本科，工程师，从事电力项目建设管理和电网运行管理工作。
2.梁运华（1974-），男，湖南株洲人，硕士，工程师，从事电力系统调度自动化和变电站自动化管理工作。
关键词：远动规约 IEC60870-5-104 数据传输电网集控
Abstract: Based on the current domestic IEC60870-5-104 remote Statute the bad application status, combined Hunan 500kV power grid centralized control automation systems IEC60870-5-104 remote Statute time communications abnormal cases, analyzed the emergence of the telecontrol protocol communication errorunderlying reasons, and for these reasons specific rectification. Actual tests show that the Statute of communication back to normal.
Keyworks: Telecontrol protocolIEC60870-5-104Data transmission Grid centralized control
中图分类号：N37文献标识码： A 文章编号：
前言
随着电力通信网的发展，大容量、高质量的光纤通信环网己基本覆盖到变电站 [1]，为数字网络通道在变电站自动化系统，以及在变电站到调度自动化系统应用提供了技术基础。IEC60870-5-104协议作为一种国际标准协议，具有实时性好、可靠性高、数据流量大、便于信息量扩充、支持网络传输等优点，非常适合500kV及以上电压等级变电站集控自动化系统。目前，虽然国内许多电力设备厂家支持IEC60870-5-104协议，但由于部分开发人员对IEC104规约中部分参数理解上存在偏差，造成没有正确使用APCI（应用规约控制信息）[2]。另外，一些参数在工程方面考虑(或经验)上仍有所欠缺，难免造成应用过程中出现一些异常，尤其在不同厂家设备间通信时，可能出现问题更明显。
2．IEC60870-5-104应用中存在的问题
从各种IEC60870-5-104应用中存在的问题主要如下：①总召期间的传输规则不妥，没有将遥信变位、遥控返校等优先上传，造成该期间遥信不能正常上传到主站；②变化遥测未采用及时上传，而是采用定时全部（如5s）上送一次；③网络正常，大量并发数据上传时，仍出现大量数据丢失；④出现发送报文序号不一致（跳帧）时，程序没有自动中断链路，再重新链接；⑤子站上传数据时，不管是否收到主站的确认帧，一有数据就不停地上传，主站侧根本有时无法完全接收到数据，造成数据丢失；⑥主站侧未在接收到一定数量（如：8帧）I格式报文后，立即给子站发送S格式确认帧，而是定时（如：1s）给子站发生确认帧，这样子站即使有数据也不能及时上送，影响了数据的实时性；⑦总召数据组织策略不妥，帧与帧之间的延时间过长，如延时180ms等等。
IEC60870-5-104相关知识[3][4]
IEC60870-5-104规约中的三种类型的控制域格式是用于编号的信息传输（I格式）、编号的监视功能(S格式)和未编号的控制功能（U格式）。控制域第一个八位位组的第一位比特二。定义了I格式，I格式的APDU（应用规约数据单元）常常包含一个ASDU（应用服务数据单元）。控制域第一个八位位组的第一位比特=1，且第二位比特=0定义了S格式，S格式的APDU只包括APCI（应用规约控制信息），S格式只包括接收序列号而无发送序列号。
在主站端和子站RTU端进行通信时，接收方可以使用S格式报文（当有应用服务单元需要发送给对方时，可使用I格式报文）对已接收到的I格式报文进行确认，以免发送方超时收不到确认信息而重新建立TCP连接。这就存在一个接收方收到多少个I格式报文进行一次确认的问题，以及发送方应在多少个I格式报文未得到确认时停止发送数据。IEC60870-5-104规定了两个参数k和w，其中k表示发送方在有k个I格式报文未得到对方的确认时，将停止数据传送，w表示接收方最迟在接收了w个I格式报文后应发出认可；IEC60870-5-104规定k和w的默认值分别为12个APDU和8个APDU。
4．原因分析及其整改措施
4.1報文序号出现不连续后，未重新建立链路
（1）原因分析
IEC104规约通讯双方出现I格式报文序号批量不连续（跳帧）时，主站和子站发现有跳帧的现象都应该有出错处理机制，双方没有立即主动中断链路，这样可能造成数据进一步丢失，尤其当通讯双方参数未匹配时，情况将更加严重。如：未被确认的I 格式APDU 的最大数目k （发送状态变量和接收序号的最大差值）和最迟确认APDU 的最大数w（最迟接受到w 个 I 格式的APDU 后给出确认）值未设置时，在大量数据传输时，丢失数据现象将更严重。2008年8月，笔者单位曾出现过上述问题，导致变电站的异常信号未能及时发现，在主站集控系统定期执行总召命令后才发现。
（2）整改措施
IEC104规约中规定当报文序号发生不连续后（跳帧）时，通讯双方发现有跳帧的现象都应该有出错处理机制，立即主动中断链路，此时发送方或接收方应关闭现在的TCP连接，然后再重新建立新的TCP连接，并在新的TCP连接上重新开始会话过程，采用这种措施对于通道状况良好下的通讯，有助于提高传输数据的可靠性，但对于通道状况的环境，容易造成链接频繁中断与建立。
4.2发送和接收之间不同步，双方缺乏传输协调机制
（1）原因分析
通讯双方未缺乏传输协调机制，发送方和接收方各自为政，没有严格参照IEC104中的相关规定，造成传输大量数据时，出现大量数据丢失现象。如：通讯双方均不符合规约规定，未被确认的I 格式APDU 的最大数目k=12 （发送状态变量和接收序号的最大差值）和最迟确认APDU 的最大数w=8（最迟接受到w 个 I 格式的APDU 后给出确认）值不匹配，子站一旦有上传数据就往主站上传，而主站侧不关注子站发送多少数据过来，均定期1s向子站发生S格式确认帧，通讯双方缺乏恰当的传输协调机制，没有实现发送和接收之间的同步，这样在在大量并发数据需上传时，可能造成主站接收缓冲区数据溢出，存在出现丢失数据的隐患。2008年8月，笔者单位曾出现过上述问题，造成大量二次保护动作信号丢失。
（2）整改措施
通讯双方根据工程实际情况，探索出适合本工程的最佳k、w值，或参照IEC104默认值进行设置。
4.3平衡传输方式和非平衡方式混淆
IEC60870-5-104规约是支持平衡传输的，即主站、从站都可以处于主动地位。与此对应的是非平衡传输，即永远是主站问，从站答，只有主站居于主动地位。但有的厂家并没有严格按照这种传输方式，部分数据采用了平衡传输方式，另一部分采用了非平衡方式传输。如：子站远动管理机中的变化遥测主动上送后，但仍定期（非总召）5s再将整个遥测上送到主站，这种传输模式
4.4信息体启始地址不一致，造成远动信息不正常
（1）原因分析
通讯双方104规约信息体地址不一致，尤其是程序默认起始地址中“四遥”地址不一致（或部分，如遥测），用户稍不注意，就造成两端相关数据不对应，相关数据显示不正确，主站不能正常远程监控子站的运行设备工况。
笔者曾遇过一案例，主站集控自动化系统中IEC104的遥控缺省起始为B01H，子站侧采用了标准的6001H，这样在新增加一个通道相关IEC104规约设置时，很容易造成通讯两端遥控起始地址不一致，尤其对于已运行的主站集控自动化系统，在增加一个104通道操作时，更应提防信息体起始不一致情形发生。因为，在刚设置完通道后，若系统仍工作原来正常通道上，所有远动信息仍正常，一旦系统切换到新增通道时，规约信息体起始地址不一致，引起的错误就会发生，如遥控误动或拒动异常，主站侧动作遥信名称和现场不一致，遥测数据明显不对等现象，给运行、维护人员均带来不必要的麻烦。
（2）整改措施
通讯双方在应采用同一版本IEC104规约，且默认起始地址按照规约中要求执行，另外调试期间也应该检查IEC104缺省设置，确保通讯双方一致，避免遥控误出口。
4.5网络负荷高峰期时，104通讯出现中断
（1）原因分析
子站中在综合自动化网络上运行的各种保护测控装置共有73台，并且均为A、B双网配置，间隔层、站控层网络上平时的数据包括UDP广播、TCP心跳、变化数据、全数据等，流量比较大，并且由于部分数据的定时周期缘故，存在某时刻出现数据包数量高峰的可能性，对远动机网络口的压力比较大，此时可能造成 104通讯中断。
（2）整改措施
修改子站间隔层测控装置的周期遥测上送时间。该修改主要是为了错开周期遥测上送的启动时间，避免在同一个时刻同时发送，对遥测的刷新速度没有影响；对远动机网络104通信程序的优化，改进数据包的组织，减少网络数据包流量。
4.6 IEC104规约出现异常后，系统不能自动恢复系统正常
（1）原因分析
进程监视程序不够健全，只对主程序的运行工况进行了监视，但对线程（如不同规约线程）没有进行监视，这样当某个104线程出现异常时，因监视程序不能捕捉到，因此系统中IEC104线程死机后，在无人干预情况下不能自动恢复系统正常工作状态。
（2）整改措施
修改远动管理机系统复归逻辑，使之当系统线程出现异常后，系统能够自动化能够复归远动管理机。
（7）缺乏标准的测试软件
要顺利的推广并应用104规约，主站规约应该具有标准性和完整性，应具有与多种版本规约相配套的功能；同时能有一套规约的标准测试软件，进行主站与子站设备规约联合调试，各个厂家也可以通过测试软件规范规约程序理解和设计。
（8）没有正确应用传输及链路建立和关闭机制。
有时无法建立链接，或链接后容易中断，或双机切换后链接不上
（9）双机在线功能不健全
主/备模式的双远动管理机，主机进行数据收发处理与传输，被
结论
IEC60870-5-104 远动规约支持TCP/IP网络传输，且传输容量等特点，非常适合作为 500kV及以上电网集控自动化系统的远动规约，但目前国内各变电站综自系统和调度自动化系统，其开发人员对部分参数理解不一致，未完全按照规约的标准内容来编程实现，结果实际应用起来出现各种异常。为此，一方面各设备厂家应该严格遵守标准，并向用户公布其相关技术参数，另一方面用户在技术标书中应明确技术参数，且在调度自动化系统、变电站综自系統工程验收时，应该做严格雪崩试验，变电站综自系统做雪崩试验应包括远动管理机，来具体验证其正确性与可靠性。
参考文献：
[1] 开圣武，夏友斌，胡金双，远动数字通道网络化的三种实现方法[J]，电网技术，2006， 30（增）：480～484
KAI Sheng-wu XIA You-bin HU Jin-shuang, Three Practical Methods for Digital Telecontrol Channel Networking[J], Power System Technofogy,2006, 30（Supplment）：480～484
[2] 金坤，基于以太网和TCP/IP的IEC60870-5-104协议的性能分析[D]，上海交通大学，2007，上海
[3] 鞠阳,张惠刚，IEC60870-5-104远动规约的设计及其应用[J]，继电器，34（17）：55~58
JU Yang, ZHANG Hui-gang，Design and application of IEC60870-5-104telecontrol protocol[J]，RELAY，34（17）：55~58
[4] IEC60870-5-104远动设备及系统 （第5-104部分 传输规约采用标准传输文件集的IEC60870-5-101网络访问）[S]
IEC60870-5-104, Telecontrol equipment and systems (Part 5-104:Transmission protocols-Network access for IEC 60870-5-101 using standard transport profiles)
作者简介：
1.卿正东（1969-），男，湖南邵阳人，本科，工程师，从事电力项目建设管理和电网运行管理工作。
2.梁运华（1974-），男，湖南株洲人，硕士，工程师，从事电力系统调度自动化和变电站自动化管理工作。