关于FT3

所谓FT3实际上指的是一种链路层的传输帧格式，是IEC60044-8电子式电

流互感器标准里规定使用的帧格式，所以描述FT3实际上要从IEC60044-8的标准说起。

对于数字输出部分，IEC60044-8规定的典型做法是将7个电流5个电压互

感器的二次变换器（共12路）组成一个合并单元，将所有的测量量转换为数字量串行输出。数字输出协议推荐采用单相的点对点联接。

? 标注对物理层的规定

合并单元到二次设备可以有数字电输出和数字光输出两种。

数字电输出是以铜线为基础的传输系统，系统必须与EIA RS- 485标准兼容。标准中建议使用D性9帧联接器，屏蔽双绞线电缆，长度为250ｍ。也可以使用带屏蔽的RJ-45联接器代替。

对于数字光输出只需将数字输出按一定要求进行电/光转换。数字光输出和数字电输出在链路层和应用层的规定上是完全一致的，不同的只是物理层的传输介质。光纤联接器可采用BFOC/2.5，近距离传输可采用塑料光线，远距离可使用玻璃光纤。

标准中规定无论是电输出还是光输出都要采用曼彻斯特码进行编码：高位先传送，数据帧的速率都为2.5 Mbit/s，即调制后的传输速率为5 Mbit/s。 （1）如果采用光纤通信，必须注意光驱动器和光接收器的性能。对数字光驱动器的规定为：①升降时间：信号幅值从10%变化到90%的时间应小于20 ns。②脉冲特性：超调量应低于光脉冲额定输出的30%，而其在第2个半波的纹波应限制在额定输出的10% 。③最大传输功率、最小传输功率分别为-15、-20dBm。

对测量和保护装臵应增添光接收单元电路，对光接收器的特性有以下规定：

①升降时间：信号幅值从10%变化到90%的时间应小于 20 ns。②脉冲畸变失真：小于25 ns。③光传输的时钟偏差：在半电压点测量, 应在标称时钟周期的±10 ns 以内。用于电力系统的传输光缆一般较长, 为此应选用玻璃光纤光缆,推荐光纤的尺寸为62.5 μm/125μm2，波长820～860nm，建议联接器为 BFOC/2.5。 （2）对于铜导线传输系统接收器性能有以下要求：①接收器输入阻抗：最小输入阻抗为12 kΩ。②最大输入信号：当接收器直接连到驱动器上，而且是工作在峰峰值的极端情况下，输入信号应该能使接收器正确传译信号。③最小输入信号：要求在1个随机输入信号产生了时间长达半个周期且幅值为 200 mV的干扰情况下，接收器应能正确接收解释信号。

? 标准对链路层帧格式的规定

标准中的链路层帧格式采用的是FT3帧格式，该格式在IEC870-5-1中有所规定。这种帧格式的优点是：数据具有完整性，而且在高速数据处理中能进行多点同步数据的链接。

链路层服务用语为发送/无应答。这意味着传感器连续不停的向二次设备发送采样值，而不需要二次设备的任何应答信号。这时如何保证一、二次设备间的数字化通讯系统的实时性、可靠性成为首要的问题，所以标准草案规定了下列传输规则：①两帧之间的空闲线使用曼彻斯特码传输二进制数1，这使得接收站方便的恢复时钟信号步，增加了通讯链路的可靠性。②每帧的前两个8位字节代表起始字符。③16个字节的数据码之后跟随着一个16位的校验序列。如果所分的字节数有空余，必须用填充字节把帧填满，填充字节为000 000 00。④校验序列的代码由生成多项式构成，然后由这个生成多项式所产生的16bits的校验码再进行转臵。⑤接收端检验起始字符、校验序列和帧长度。如果有误，该帧将被

拒收，否则传给用户。

FT3帧格式分为固定帧长度和可变帧长度两种格式，固定帧长度的格式如图1所示：

图1 固定帧长的FT3格式

具有可变帧长的FT3格式如图2所示：

图2 具有可变帧长的FT3格式

传输规定：

① 线路空闲状态为二进制1；

② 每一帧开始的两个8位字节组为启动字符，其定义为： 启动字符1：0000 0101 0110 0100 启动字符2：0001 0010 0011 1101

③ 多至16个8字节用户数据组跟随一个16位的校验序列；

④ 校验序列的生成多项式为：

G?x??x16?x13?x12?x11?x10?x8?x6?x5?x2?1

然后将此多项式生成的校验码按位取反即为真正使用的校验序列。 ⑤ 每帧的用户数据8字节位组的最大数目为L，如果L<48，则线路空闲间隔最小为L+6；如果L≥48，则线路空闲间隔最小为54。

⑥ 接收端校验信号质量、起动字符、校验序列和帧长度，如果检出错误，则校验线路空闲间隔。如果这些校验有一个失败，丢弃此帧，否则传输给用户。

另外，补充一下关于曼彻斯特编码的定义。

曼彻斯特编码（Manchester Encoding），也叫做相位编码(PE)，主要用在数据同步传输的一种编码方式。曼彻斯特编码，常用于局域网传输。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示\，从低到高跳变表示\。如图3所示。在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。但每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。

1二进制编码10100曼彻斯特编码

图3 曼彻斯特编码与二进制编码

? 标准对应用层帧格式的规定

在应用层规定中对模块数、模块长度、数据组数目、数据集识别符、额定电流、额定电压、额定延时、各相测量保护的数据以及状态值等各项参数都有明确规定，表1列出了数据帧内容，即将FT3的帧格式中的用户数据细化后所得到的，从表1中还可以看到每帧数据都包含有两个状态字，每个状态字占有两个2个字节，表3分别注释了状态字的每一位的意义。在应用层设计时必须按照标准的规定，将数据整理成规约所规定的帧格式，再经过链路层设计最后通过物理层送给二次设备。

表1 数据帧内容 字节 1 模块数（=01H） 2 3 模块的长度（=2CH） 4 5 6 7 源标识符 8 9 额定相电流 10 11 额定中性点电流 12 测量B相电流 状态字2 测量A相电流 状态字1 中性点电流 母线电压 数据组（=02） 保护C相电流 数据集识别符（=01） 中性点电压 保护B相电流 C相电压 保护A相电流 B相电压 数据集1 数据集2 数据集3 13 额定相电压 14 15 额定延时时间 16

由应用层对数据集的定义可知，该协议里使用的是固定长度的FT3帧格式，我们将上述数据集填到FT3帧格式里，并且约定长度是3个分组共48个字节的用户数据，完整的帧描述如表2所示。

表2 包含具体数据的FT3帧内容

字 节 1 启动字符05H 字2 启动字符64H 节 3 模块数（=01H） 4 5 模块的长度（=2CH） 6 7 8 9 源标识符 10 28 数据组（=02） 数据集识别符（=01） 24 25 保护C相电流 26 27 中性点电流 46 44 45 母线电压 22 23 保护B相电流 42 43 中性点电压 21 保护A相电流 40 41 C相电压 节 39 B相电压 字 A相电压 备用 测量C相电流 计数器 11 额定相电流 12 13 额定中性点电流 14 15 额定相电压 16 17 额定延时时间 18 19 CRC校验 20

29 测量A相电流 30 31 测量B相电流 32 33 测量C相电流 34 35 A相电压 36 37 CRC校验 38 47 状态字1 48 49 状态字2 50 51 计数器 52 53 备用 54 55 CRC校验 56 表2 状态字定义 位 状态字1定义 状态字1备注 0：无需维护 0 维护要求（MR） 1：需要维护 0：正常运行 1 维护要求（MR） 1：测试 启动期间的数据2 有效性 1：启动器件无效 0：无插入的数据计量单位的同步3 方法 1：有插入的数据1：无效 臵位法 中性点电压数据 0：正常 0：正常运行有效 C相电压数据 1：无效 B相电压数据 1：无效 0：正常 A相电压数据 1：无效 0：正常 状态字2定义 状态字2备注 0：正常 臵位法 0：时间同步 4 同步计量单元 1：同步丢失 0：正常 5～7 A-C相保护电流 1：无效 0：正常 8 中性点电流 1：无效 9～A-C相测量电流 11 1：无效 0：i（t） 12 TA输出类型 1：di/dt 13～备用 15

0：正常 备用 母线电压数据 1：无效 0：正常

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