ISA300扩展IEC103通信规约

ISA-300·004·001·TG

ISA300变电站综合自动化系统

扩展IEC－103通信规约

V1.00

国家电力公司电力自动化研究院

深圳南京自动化研究所 深圳南瑞科技有限公司

二〇〇三年五月

ISA300变电站综合自动化系统

扩展IEC－103通信规约

V1.00

国家电力公司电力自动化研究院

深圳南京自动化研究所 深圳南瑞科技有限公司

二〇〇三年五月

目 录

前言................................................................................................................................1 第一章 ISA300扩展IEC-103通信规约功能说明 ...................................................3 第二章 ISA300扩展IEC-103通信规约结构 ...........................................................4 第三章 ISA300扩展IEC-103通信规约物理层说明 ...............................................6 第四章 ISA300扩展IEC-103通信规约链路层说明 ...............................................7

4.1 传输方式 .........................................................................................................7 4.2 传输规定和重复帧传输的超时时间间隔 .....................................................7 4.3 帧格式 .............................................................................................................7

4.3.1 固定帧长帧格式...................................................................................7 4.3.2 可变帧长帧格式...................................................................................8 4.3.3 控制系统向继电保护设备传输的报文中控制域的定义...................8 4.3.4 继电保护设备向控制系统传输的报文中控制域的定义...................9 4.3.5 链路传输规则.................................................................................... 10

4.3.6本规约中应用的固定帧长的链路规约数据单元..............................11

第五章 ISA300扩展IEC-103通信规约应用层说明 ............................................ 13

5.1 用户数据分类 .............................................................................................. 13

5.1.1 1级用户数据： ................................................................................. 13 5.1.2 2级用户数据： ................................................................................. 13 5.2 应用层传输规则 ........................................................................................ 14 5.3 应用服务数据单元的一般结构 ................................................................ 15 5.4 应用服务数据单元的定义和表示法 ........................................................ 16

5.4.1在监视方向上的应用服务数据单元................................................. 16 5.4.2在控制方向上的应用服务数据单元................................................. 27 5.5 应用功能 .................................................................................................... 31

5.5.1 初始化................................................................................................ 31 5.5.2 时间同步............................................................................................ 32 5.5.3 总查询................................................................................................ 33 5.5.4一般命令传输过程............................................................................. 34 5.5.5通用分类服务..................................................................................... 35 5.5.6扰动数据传输（录波数据传输）..................................................... 40 5.5.7遥控遥调............................................................................................. 44

5.5.8电能脉冲计数量召唤......................................................................... 45

附录A BP-2B母线差动保护信息序号表 ............................................................... 47 附录B BP-2B母线差动保护定值通用分类数据表 ............................................... 49 附录C BP-2B母线差动保护测量值通用分类数据表 ........................................... 57 附录D BP-2B母线差动保护功能投退通用分类数据表 ....................................... 62 附录E BP-2B母线差动保护故障录波实际通道序号表 ....................................... 63

IS300扩展IEC103通信规约

前言

IEC 60870-5-103传输规约是1999年10月1日实施的电力行业标准（国内称为DL/T 667－1999继电保护设备信息接口配套标准），适用于具有编码的位串行数据传输的继电保护设备和控制系统交换信息。IEC 60870-5-103传输规约是在IEC 60870-5系列标准的基础上，采用FT1.2异步式字节传输的帧格式，对物理层、链路层、应用层和用户进程作了大量的具体的规定和定义，详细说明了继电保护设备的信息接口。规约要求使用已定义的兼容范围的应用服务数据单元（ASDU）和应用过程是强制性的，对于所要求传输的继电保护信息，如果兼容范围还不能完全满足要求，可采用通用分类服务来实现，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可以达到互换的目的。

IEC 60870-5-103传输规约作为新的变电站内通信规约，在以后的大量应用是必然趋势。它理论上可以传送站内保护所有通讯数据，但同时灵活性较大，使得各个继电保护厂家理解和做法不同，造成在IEC 60870-5-103传输规约上通信联调困难。同时IEC 60870-5-103传输规约的兼容范围是纯保护通信规约，不能满足现有保护测控一体化装置的通信需要。为明确深圳南瑞科技有限公司继电保护装置、通信管理单元和其它合作兄弟厂家在IEC-103通信规约的调试上有一个可依据的参考和规范，特制定ISA300扩展IEC-103通信规约。

ISA300扩展IEC-103通信规约是IEC 60870-5-103传输规约的一个子集扩展。子集部分满足IEC 60870-5-103传输规约兼容范围内的所有强制性定义，如果该子集与IEC 60870-5-103传输规约兼容范围内的强制性应用服务数据单元（ASDU）和应用过程相冲突，则以IEC 60870-5-103传输规约为准。扩展部分则采用与IEC 60870-5-101基本远动任务配套标准相协调的专用范围的类型标识、功能类型、信息序号和应用服务数据单元，以满足保护测控一体化装置四遥功能的需要。本规约一经审核商定，深圳南瑞科技有限公司以后新开发的系列保护装置、测控装置、保护测控一体化装置和通信管理单元必须严格遵守，以保证该规约的完整性。

本文档重点在于明确应用层功能，主要包括应用服务数据单元（ASDU）和应用过程，而较少涉及具体报文和信息元素细节，相应内容可以参考国标规约。

深圳南瑞科技有限公司保留在满足IEC 60870-5-103传输规约强制性应用服务数据单元（ASDU）和应用过程的条件下修改该规约的权利，如有修改会尽快通知合作兄弟厂家。

深圳南瑞科技有限公司拥有本规约的最终解释权。

深圳南京自动核研究所 深圳南瑞科技有限公司 第1页 IS300扩展IEC103通信规约

由于时间﹑文件长度和编写者水平所限，本文档难免存在错误和不足之处，敬请读者及时指出。

注：下文中

IEC 60870-5-103传输规约指国家标准。

ISA300扩展IEC-103通信规约指深圳南瑞科技有限公司定义的IEC 60870-5-103国标子集的扩展。

控制方向指从控制系统到继电保护设备的传输方向。 监视方向指从继电保护设备到控制系统的传输方向。 控制系统指通信链路的主站。

深圳南京自动核研究所 深圳南瑞科技有限公司 第2页

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第一章 ISA300扩展IEC-103通信规约功

能说明

IEC 60870-5-103传输规约兼容范围描述了两种信息交换的方法：第一种方法是基于严格规定的应用服务数据单元（ASDU）和为传输“标准化”报文的应用过程，第二种方法使用了通用分类服务，以传输几乎所有可能的信息。

ISA300扩展IEC-103通信规约以上两种方法都采用，此外还采用了与IEC 60870-5-101基本远动任务配套标准相协调的专用范围的类型标识、功能类型、信息序号和应用服务数据单元，以满足保护测控一体化装置四遥功能的需要。利用第一种方法来实现校时、信号复归、传输保护事件、保护告警、保护状态量和故障录波数据；利用第二种方法来实现定值（包括修改定值）、测量值、软压板（控制字）（包括修改软压板（控制字））的传输，利用与IEC 60870-5-101基本远动任务配套标准相协调的专用范围的类型标识、功能类型、信息序号和应用服务数据单元来实现四遥量（遥测、遥信、遥控遥调、遥脉）的传输。下面是其详细列表(括号中是涉及到的为长帧报文)： 1. 保护动作事件 (“标准化”服务，ASDU2) 2. 保护告警信息 (“标准化”服务，ASDU1) 3. 保护状态信息 (“标准化”服务，ASDU1)

4. 故障录波(“标准化”服务，ASDU23/ASDU24/ASDU25/ASDU26/

ASDU27/ASDU28/ASDU29/ASDU30/ASDU31) 5. 读取定值(通用分类服务，ASDU10,ASDU21) 6. 修改定值(通用分类服务，ASDU10)

7. 读取测量值(通用分类服务， ASDU10,ASDU21)

8. 读取软压板（控制字）(通用分类服务， ASDU10,ASDU21) 9. 修改软压板（控制字）(通用分类服务，ASDU10) 10. 校时(“标准化”服务，ASDU6)

11. 信号复归(“标准化”服务，ASDU20/ASDU1)

12. SOE（专用范围服务，ASDU41（单点信息）/ASDU43(双点信息)）

13. 遥信变位（专用范围服务，ASDU45（单点信息）/ASDU47(双点信息)） 14. 遥控遥调（专用范围服务，ASDU64(遥控)/ASDU65(遥调)）

15. 遥信（专用范围服务，ASDU40(单点信息)/ASDU42(双点信息)） 16. 遥测（专用范围服务，ASDU50）

17. 遥脉（专用范围服务，ASDU88，ASDU36） 18. 初始化（标准化服务，ASDU5）

19. 总查询（ASDU7/ASDU1(保护状态信息)/ASDU40(单点信息)/ASDU42(双

点信息)/ASDU50/ASDU23/ASDU8）

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第二章 ISA300扩展IEC-103通信规约结

构

ISA300扩展IEC-103通信规约中使用的参考模型源出于开放式互联的ISO-OSI参考模型。

ISO参考模型示于图1的模型1。

应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层

图1 参考模型

由于远动系统在有限的传输带宽下要求特别短的反应时间，故ISA300扩展IEC-103通信规约采用增强性能结构（EPA），即模型2，这种模型仅用三层即物理层、链路层、应用层。

模型2的应用数据结构中规约数据单元由规约控制信息和服务数据单元组成。参考模型2的数据单元之间关系如图2所示。

由于ISA300扩展IEC-103通信规约未采用应用规约控制信息APCI，所以在应用层中的应用规约数据单元和应用服务数据单元是一样的，也和链路层中的链路服务数据单元是一致的。链路规约数据单元（即报文）由两部分组成即链路规约控制信息和应用服务数据单元（即应用规约数据单元或链路服务数据单元）所组成。

一个链路规约数据单元只包含一个应用服务数据单元。

深圳南京自动核研究所 深圳南瑞科技有限公司 第4页 应用层 链路层 物理层 模型1：ISO参考模型 模型2：增强性能模型

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应用用户过程

应用用户数据（报文）

APCI：应用规约 控制信息

APCI ASDU ASDU：应用服务 数据单元 APDU：应用规约 数据单元 LPCI：链路规约

LPCI LSDU 链路层 第2层 物理层 图2 各种数据单元层结构关系

控制信息 LSDU：链路服务 数据单元 LPDU：链路规约 数据单元

APCI 本标准中未 使用APCI 应用层 第7层 LPCI APDU LPDU 深圳南京自动核研究所 深圳南瑞科技有限公司 第5页 IS300扩展IEC103通信规约

第三章 ISA300扩展IEC-103通信规约物

理层说明

ISA300扩展IEC-103通信规约既可以支持光纤系统，也可以是基于铜线的传输系统。

采用光纤传输系统，在继电保护设备上须提供光纤连接器兼容接口，在监视方向上和控制方向上需采用两条光纤电缆。

作为光纤传输的一种变通，在控制系统和继电保护设备之间可以采用基于铜线的传输系统。此种传输系统应符合EIA RS-485标准。由于RS-485标准的特性，在一个物理线路上最多能连接32个单元，实际应用中由于部分继电保护设备使用了转换头和现场电磁干扰的影响，最多所能接的单元数要少于32。

为了兼容的目的，控制系统在接入兄弟单位保护设备时，应询问对方保护装置是否提供必须的接口和保护设备的负载单位。

深圳南京自动核研究所 深圳南瑞科技有限公司 第6页 IS300扩展IEC103通信规约

第四章 ISA300扩展IEC-103通信规约链

路层说明

4.1 传输方式

ISA300扩展IEC-103通信规约采用非平衡传输。控制系统组成主站，继电保护设备为从站（子站）；即控制系统常常是始发站（启动站），继电保护设备常常是从动站。按照严格的Polling方式进行通信。

4.2 传输规定和重复帧传输的超时时间间隔

传输速率为9600Kbit/s或19.2Kbit/s(可调)。每一位字符一个启动位，八位数据位，一位停止位，一位偶校验位。每个字符间无需线路空闲间隔，两帧之间的线路空闲间隔最少需33位。报文各字节在线路上传输顺序为低字节低位先发送。

当确认帧或响应帧受到干扰或超时没收到，则不改变帧计数位的状态重发原报文，重复帧传输的超时时间间隔为50ms，最大重传次数为3次，控制系统中这两个值应当可以调节。

4.3 帧格式

ISA300扩展IEC-103通信规约采用两种帧格式：固定帧长帧格式和可变帧长帧格式，本规约规定深圳南瑞科技有限公司的继电保护设备不支持单字符E5H，但控制系统(301a/b)应该具备支持单字符E5确认帧的能力，以支持其它公司使用单字符E5H的继电保护设备。

4.3.1 固定帧长帧格式

10H(启动字符) 控制域(C) 地址域(A) 帧校验和(CS) 16H(结束字符) 图3 固定帧长帧格式

固定帧长帧格式用于控制系统向继电保护设备传输询问帧或命令帧（复位通信单元或复位帧计数位），或继电保护设备向控制系统传输确认帧或响应帧（无所要求的数据帧）。

帧校验和是控制字、地址的算术和（不考虑溢出位即256模和）

子站和主站接收报文时，校验启动字符、帧校验和、结束字符，若检出任何

深圳南京自动核研究所 深圳南瑞科技有限公司 第7页

IS300扩展IEC103通信规约

一个差错，该数据帧无效，舍弃此数据帧。

4.3.2 可变帧长帧格式

68H(启动字符1) L(报文长度) L(重复) 68H(启动字符2) 控制域(C) 地址域(A) 链路用户数据(可变长度) 帧校验和(CS) 16H(结束字符) 图4 可变帧长帧格式 可变帧长帧格式用于控制系统向继电保护设备传输数据，或由继电保护设备向控制系统传输数据之用。

长度L包括控制域、地址域、链路用户数据长度的总和，L最大值为255,子站和主站在组织报文时，要控制链路用户数据的长度，注意使控制域、地址域、链路用户数据长度之和不要超出255。如果超出，则要考虑分包传送。

帧校验和是控制、地址、链路用户数据的算术和，（不考虑溢出位即256模和）。

子站和主站接收报文时，应校验两个启动字符、两个L值应一致、接收字符数为L+6、帧校验和、结束字符，若检出任何一个差错，该数据帧无效，舍弃此帧数据。

4.3.3 控制系统向继电保护设备传输的报文中控制域的定义

0（备用） PRM(启动报文位) FCB(帧计数位) FCV(帧计数有效位) 功能码 D7 D6 D5 D4 D3—D0

图5 控制方向控制域的定义

a. 备用位：

始终为0。

b. 启动报文位PRM：(下发)

PRM=1，表示是由控制系统向继电保护设备传输，控制系统为启动站。 c. FCB(帧计数位)：

控制系统向同一个继电保护设备传输新一轮的发送/确认(SEND/CONFIRM)或请求/响应(REQUEST/RESPOND)传输服务时，将帧计数位FCB取反值。控制系统应为每一个继电保护设备保留一个帧计数位(FCB)的拷贝，若超时未从继电保护设备收到报文，或接收出现差错，则控制系统不改变帧计数位(FCB)的状态，

深圳南京自动核研究所 深圳南瑞科技有限公司 第8页 IS300扩展IEC103通信规约

重传原报文，重传次数大于等于3次，如果控制系统正确接收到继电保护设备报文，则该一轮的发送/确认(SEND/CONFIRM)或请求/响应(REQUEST/RESPOND)传输服务结束。

复位命令（复位通信单元或复位帧计数位）的帧计数位(FCB)为0,帧计数有效位(FCV)为0。

d. FCV(帧计数有效位)：

FCV=0:表示帧计数位(FCB)的变化无效。 FCV=1:表示帧计数位(FCB)的变化有效。

发送/无回答服务、广播报文是不需要考虑报文丢失和重复重传，无需改变帧计数位(FCB)的状态，故这些帧的帧计数有效位(FCV)常为0。 e. 功能码

表1 控制系统向继电保护设备传输的帧中功能码的定义 功能码序号 0 1－2 3 4 5－6 7 8 9 10 11 12－13 14－15 帧类型 发送/确认帧 —— 发送/确认帧 发送/无回答帧 —— 发送/确认帧 —— —— 请求/响应帧 请求/响应帧 —— —— 功能 复位通信单元(CU) 备用 传送数据 传送数据 备用 复位帧计数位（FCB） 备用 备用 召唤1级用户数据 召唤2级用户数据 备用 备用 FCV(帧计数有效位) 0 — 1 0 — 0 — — 1 1 — — 4.3.4 继电保护设备向控制系统传输的报文中控制域的定义

0（备用） PRM(启动报文位) ACD(要求访问位) DFC(数据流控制位) 功能码 D7 D6 D5 D4 D3—D0

图6 监视方向控制域的定义

a. 备用位：

始终为0。 b. 启动报文位PRM：

PRM=0，表示是由继电保护设备向控制系统传输。 c. ACD(要求访问位)：

ACD=1表示继电保护设备希望向控制系统传输1级用户用户数据。

深圳南京自动核研究所 深圳南瑞科技有限公司 第9页 IS300扩展IEC103通信规约

d. DFC(数据流控制位)：

DFC=0 表示继电保护设备可以接受数据。

DFC=1 表示继电保护设备的缓冲区已满，无法接受新数据。

本规约规定深圳南瑞科技有限公司的继电保护设备上送报文中DFC始终为0，即可以接受新数据，控制系统应能够处理DFC=1的报文。 e. 功能码：

表2 继电保护设备向控制系统传输的帧中功能码的定义 功能码序号 0 1 2－5 6－7 8 9 10－15 帧类型 确认帧 确认帧 —— —— 响应帧 响应帧 —— 功能 确认 链路忙，未收到报文 备用 备用 以数据响应请求帧 无所召唤的数据 备用 4.3.5 链路传输规则

本规约采用非平衡式传输的链路传输规则，即由控制系统向继电保护设备触发一次传输服务，或者成功的完成，或者报告产生差错，之后才能开始下一轮的传输服务，对于发送/确认(SEND/CONFIRM)、请求/响应(REQUEST/RESPOND)传输服务在传输过程中受到干扰，用等待－超时－重发的方式发送下一帧，发送/确认(SEND/CONFIRM)和请求/响应(REQUEST/RESPOND)这两种服务由一系列在请求站和响应站之间的不可分割的对话要素所组成。本规约采用的链路服务级别为3级：发送/无回答(SEND/NO REPLY)、发送/确认(SEND/CONFIRM)和请求/响应(REQUEST/RESPOND)。发送/无回答(SEND/NO REPLY)由控制系统向继电保护设备发送广播命令；发送/确认(SEND/CONFIRM)由控制系统向保护设备设置参数等；请求/响应(REQUEST/RESPOND)由控制系统向继电保护设备召唤数据或事件。

4.3.5.1 发送/无回答(SEND/NO REPLY)

只有在前一轮服务结束之后，才能开始新的一轮服务。 4.3.5.2 发送/确认(SEND/CONFIRM)

1．只有在前一轮传输结束之后，才能开始新的一轮传输。

2．当继电保护设备正确收到控制系统传送的发送报文后，继电保护设备向控

制系统发送一个确认帧。

3．若继电保护设备由于过载等原因不能接受控制系统的发送报文，继电保护

设备则应传送一个忙帧给控制系统。

深圳南京自动核研究所 深圳南瑞科技有限公司 第10页 IS300扩展IEC103通信规约

4．控制系统在开始新的一轮发送/确认(SEND/CONFIRM)服务时，帧计数位

（FCB）改变状态，并从继电保护设备收到无差错的确认帧，则这一轮的发送/确认(SEND/CONFIRM)服务即告结束。若确认帧受到干扰或超时未收到确认帧，则不改变帧计数位的状态重发原发送报文，最大重传次数为3次。在继电保护设备收到控制系统的发送帧，并向控制系统发送确认帧，此时在继电保护设备将此确认帧保存起来，在前后两次接收到的帧中的帧计数位的值不同，此时将保存的确认帧清除，并形成新的回答帧，否则不管收到的帧内容是什么，将原保存的确认帧重发，当收到一个复位命令（复位通信单元或复位帧计数位），此帧的帧计数位为零，则继电保护设备将其保存的帧计数位置成零，并期待下一帧的帧计数位和帧有效位都为1。 4.3.5.3 请求/响应(REQUEST/RESPOND)

1．只有在前一轮传输结束之后，才能开始新的一轮传输。

2．当继电保护设备正确收到控制系统传送的请求报文后，若继电保护设备有

所请求的数据，继电保护设备向控制系统发送一个相应响应帧。若继电保护设备无所请求的数据，继电保护设备向控制系统发送一个无所请求数据的响应帧。

3．若继电保护设备由于过载等原因不能接受控制系统的请求报文，继电保护

设备则应传送一个无所请求数据的响应帧给控制系统。

4．控制系统在开始新的一轮请求/响应(REQUEST/RESPOND)服务时，帧计数

位（FCB）改变状态，并从继电保护设备收到无差错的响应帧，则这一轮的请求/响应(REQUEST/RESPOND)服务即告结束。若响应帧受到干扰或超时未收到响应帧，则不改变帧计数位的状态重发原请求报文，最大重传次数为3次。在继电保护设备收到控制系统的请求帧，并向控制系统发送响应帧，此时在继电保护设备将此响应帧保存起来，在前后两次接收到的帧中的帧计数位的值不同，此时将保存的响应帧清除，并形成新的回答帧，否则不管收到的帧内容是什么，将原保存的响应帧重发，当收到一个复位命令（复位通信单元复位帧计数位），此帧的帧计数位为零，则继电保护设备将其保存的帧计数位置成零，并期待下一帧的帧计数位和帧有效位都为1。

4.3.6本规约中应用的固定帧长的链路规约数据单元

4.3.6.1在控制方向上固定帧长的链路规约数据单元

复位帧计数位、复位通信单元、召唤1级用户数据和召唤2级用户数据的链路规约数据单元格式分别如图7、图8、图9和图10所示。

深圳南京自动核研究所 深圳南瑞科技有限公司 第11页 IS300扩展IEC103通信规约

10H 0 1 0 0 0 1 链路地址域 帧校验和(CS) 16H 1 1

0 1 10H 0 0 0 0 链路地址域 帧校验和(CS) 16H 0 0 图7 复位帧计数位 图8 复位通信单元 10H 0 1 FCB FCV 1 链路地址域 帧校验和(CS) 16H 0 1 0

0 10H 1 FCB FCV 1 0 链路地址域 帧校验和(CS) 16H 1 1 图9 召唤1级用户数据 图10 召唤2级用户数据 4.3.6.2在监视方向上固定帧长的链路规约数据单元

正确收到控制系统的发送帧，继电保护设备以确认帧回答，如图11所示。 如果链路忙，未接收到报文，以忙帧回答控制系统的发送帧，如图12所示。

10H 0 0 ACD DFC 0 链路地址域 帧校验和(CS) 16H 0 0 0

0 10H 0 ACD DFC 0 链路地址域 帧校验和(CS) 16H 0 0 1 图11 确认帧 图12 忙帧

如果继电保护设备无控制系统所请求的数据，以此帧回答，如图13所示。

10H 0 0 ACD DFC 1 链路地址域 帧校验和(CS) 16H 0 0 1 图13 无所要求的数据响应帧 深圳南京自动核研究所 深圳南瑞科技有限公司 第12页

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