IEC61850-3

变电站通信网络和系统 第3部分：总体要求 Communication networks and systems in substations Part 3：General requirements 目次 前言 l 范围和目的 59 2 引用 59 3 定义和缩略语 60 3.l 定义 60 32 缩略语 60 质量要求 60 41 概述 60 4.2 可靠性 61 4.3 系统的可用性 61 4.4 可维护性 62 4.5 安全性 62 4.6 数据的完整性 62 4.7 总的网络要求 62 环境条件 62 5.l 概述 62 5.2 温度 63 5.3 湿度 63 5.4 大气压力 63 5.5 机械和震动 63 5.6 污染和腐蚀 63 5.7 抗电磁干扰 63 5.8 辐射电磁干扰 66 供电要求 66 6.1 概述 66 6.2 电压范围 66 6.3 电压容限 66 6.4 电压中断 67 6.5 电压质量 ............................... 1范围和目的 本标准适用于变电站自动化系统（SAS）。它定义了站内智能电子设备（IED）之间的通信及相关的系统要求。 本标准属于通信网络的总体要求，重点是质量要求。它也叙述了环境条件和供电要求的指导方针，根据其它标准和规范，对相关的特定要求提出了建议。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而构成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 IEC60654-4:1987, IEC60694:1996, GB/T15153.l-1998 币分 )1 GB/T 15153.2-2000 IEC60870-4:1990, GB/T I7626.3-1998 GB/T 17626.4-1998 GB/T 17626.5-1999 GB/T17626.6 一 1998 GB/T l7626.8-1998 工业过程测量和控制设备的操作条件 第 4 部分 : 腐蚀性和侵蚀性影响 高压开关装置和控制装置标准的通用描述远动设备和系统 第 2 部分 : 操作条件 第 1 篇 -电源和电磁兼容性能 (IDT.GB/T IEC60870-2-121995) 远动设备和系统 第 2 部分 : 操作条件 第 2 篇 -环境条件 ( 气象、机械和其它非电气影响 )(IDT.GB/T IEC60870 一 2-2:1996)远动设备和系统 第 4 部分 : 性能要求 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 (IDT.IEC61000-4 一 3t 1995) 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 (IDT.IEC61000-4-4:1995) 电磁兼容试验和测量技术琅涌 ( 冲击 ) 抗扰度试验 (IDT.IEC61000-4-5:1995) 电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚抗扰度试验 (IDT.IEC 61000-4-6:1996) 电磁兼容试验和测量技术工频磁场的抗扰度试验 (IDT.IEC61000-4-8:1993) 电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验 (IDT.IEC61000-4-lOzl993) DIJT XXX-20OX GB/T 17626.10-1998电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰度试验 (IDT.IEC61000-4-12:1995) GBfT17626.12-1998电磁兼容 (EMC) 第4部分：试验和测量技术 第16篇：0-150KHz频率范围内的传导共模抗扰度试验 IEC61000-4-16:1998,电磁兼容 (EMC) 第6部分：通用标准 第5篇：发电厂和变电站环境的抗干扰 IEC TS6moo-6.5:2001, 如信息技术设备的无线电骚扰限值和测量 (IDT.CISPR2221997) 继电保护系统抵抗收发讯机的辐射干扰能力 GB9254 · 1998 的供营 IEEE C3790221995, 3定义和缩略语 为满足本标准的需要，应用了如下定义和缩略语： 3.1 定义 见 EC61850-2。 3.2 缩略语 交流 空气绝缘开关 直流 气体绝缘开关 人机接口 智能电子设备 网际协议 平均无故障时间 变电站自动化系统 数据采集和监视控制 六氟化硫 传输控制协议 4 质量要求 4.l 概述 本条款描述了用于站内监视、配置和控制过程中的通信系统的可靠性、可用性、可维护性、安全性、数据完整性以及其他性能要求。 本条款包含了大量对其他IEC标准的引用，频繁地引用了IEC60870-4。IEC60870-4规定了远动系统的性能要求，并根据那些影响系统性能的内容对这些要求进行分类。这些内容包括诸如可靠性、可用性、可维护性、安全性、完整性之类的标题。对每一项内容，IEC60870-4 又列出了大量的级别，从而，站内系统才有望满足全部范围的要求。制造厂商在实际应用时必须按照 IEC60870-4中的定义来声明其产品符合这些级别中的某一特定等级。 4.2 可靠性 4.2.1概述 按照"故障弱化"的原则，当SAS的任一通信元件发生故障时，变电站仍应是持续可操作的。应当不存在这样一个故障点，由于它而使整个站不可操作，应当保持足够的当地监视和控制功能。任何元件的故障不应导致不可检出的功能失效，也不应导致多个和级联的元件故障。 在某些应用场合，特定的预防措施对于SAS的实施是必须的，通信系统也必须采取预防措施，比如：变电站主站系统可以是冗余的，使其具备故障自恢复功能。 如果SAS的通信元件是冗余的，则不应存在一种故障形式使得冗余元件同时失效。只要存在分离的相互独立的电源，SAS的冗余通信元件就应该分别由这样的电源来进行供电 （例如独立的电池或站内供电线路）。冗余不是强制性的，它取决于站的重要程度，换言之，取决于该变电站的停电的后果和经营者的理念。 故障安全应当是必不可少的。不应该存在任何可能导致SAS产生非预期的控制行为的故障形式，例如：导致跳开或合上一个线路开关。另外，SAS的故障应当不会使变电站任何可用的就地计量和就地控制功能失效。 可靠性要求在IEC60870-4的第3.1条中加以描述。制造商和用户应当就IEC60870-4的第3.1.2条所定义的可靠性等级（R1、R2或R3）达成一致。 4.2.2 MTTF 制造商应明确地表述所提供设备的MTTF，包括所采用的计算的标准方法。 4.2.3 站内关键性功能及其对SAS的依赖 关键性功能（保护、主要的控制功能、计量等等）不应因某个单一故障而失效。为满足这一要求，SAS应具备以下性能： ·保护功能应当是自治（独立工作）的。 ·SAS可以执行诸如变压器故障时的故障自动恢复这样一些没有严格时间要求的控制逻辑行 为，如果运用了这些逻辑行为，厂家应明确表明完成故障恢复的时间（以毫秒计）。 ·SAS的HMI应具有与系统控制中心的远动通信无关的操作能力。 4.3 系统的可用性 4.3.1概述 可维护性、安全正如 IEC60870 斗的第 3.2 条所定义的 , 可用性应为 SAS 正常运行时间与总的时间的比值 c 正常 运行时间是 SAS 能够执行其重要功能的时间。例如 , 当存在后备保护时 , 主保护故障应不能归到故障时 间。再比如 , 如果存在另外的控制点 ,HMI 的故障也不能归到故障时间。 可用性要求应符合 IEC608704 的第 3.2.l 条的描述。制造商和用户应就 IEC608704 第 3.2.2条定义的可用性等级 (AL A2 或 A3) 达成一致。 变电站自动化系统 (SAS) 的可用性的规范不属本标准的范围。 4.3.2 自动恢复 可以为 SAS 提供系统和数据备份。当有备份时 ,SAS 单个元件的故障不应导致数据的丢失或妨碍统的正常运行。修复后 , 可以由人工干预切回正常配置方式。 SAS 功能性的关键通信链路应当是冗余的或者具有替代路径以防止由于信息传输的底层中断而成系统停用。 4.3.3 故障弱化 (graceful degradation) 和差错恢复/备份 差错率的增加不应导致系统突然崩溃而只是引起性能下降。应当有差错恢复功能以恢复 SAS 的 1 靠的操作。 4.4可维护性 参见 IEC608704 的第 3.3 条。可维护性要求应符合 IEC608704 的第 3.3.1 条的描述。制造1和用户应就 IEC60870-4 第 3.3.2 条定义的可维护性等级 (ML M2 、 M3 或 M4) 达成一致。 4.5安全性 参见 IEC60870-4 的第 3.4 条。 4.6 数据的完整性 SAS通信系统在出现传输和过程错误、传输延迟变化和的通信环节设备故障时应能传输可靠的据。它必须提供： ·在存在干扰的变电站环境下检测出传输错误。 ·链路拥塞的恢复。 ·可选的链路、媒介和设备的冗余支持。 SAS 传输数据的完整性和一致性应符合完整性级别 II 、 I2 或 I3(IEC608704 的第 3.5 条 ) 。别采用的完整性级别取决于使用所传输数据的应用场合。 4.7 总的网络要求 4.7.1 地理要求 变电站内通信网络应有覆盖到2公里的能力。 4.7.2 装置数量 变电站内通信网络应有能力应用到所有高压开关的典型配置中，包括1%断路器接线方式和环刑线接线方式（变电站配置的详细内容参见 IEC61850-11 和 IEC61850 一 51）。 5环境条件 5.1概述 本章描述了与用于变电站内监视和控制过程的通信媒介和接口有关的气象、机械和电气影响。通信设备是变电站内另外一个装置的一部分时，对装置本身的环境要求应同样适用于该通信设备。 本章包含了对其它 IEC 标准文件的一系列引用一频繁地引用了 IEC608704 和 IEC60694 60870 一 2 本身列举了许多环境气象条件类别 , 并且每个类别都考虑了一种或一组针对不同环境气象参数 的严酷等级。期望安装在变电站的设备必须真正满足环境类别的全部范围一包括通常在户外的过程层设 备 , 户外或户内的间隔层设备、户内 / 封闭的变电站层设备。在应用时 , 制造商应当按照 GB/T 15l53.2-2000 所述的环境气象条件的类别和严酷等级加以陈述。那些与高压开关装置和控制装置一体 化的设备 ( 例如过程总线设备 ) 则应符合IEC60694。 5.2温度 通信设备应能在 GB/T 15153.2-2000 的表 l 所推荐的温度范围内正常工作。 灰复 SAS 的可在存储和运输过程中 , 设备应能承受 GB/T l5153.T2000 表 2 所推荐的大气温度范围。 注意，大气温度在 GB/T15153.2-2000 的 3.3.1 中定义。 那些与高压开关装置和控制装置一体化的设备应符合 IEC60694 第 2 条的要求。 描述。制造商 5.3 温度 通信设备应能在 GB/T l5153.2-2000 表 l 所推荐的相对湿度下正常工作。 那些与高压开关装置和控制装置一体化的设备应符合 IEC60694 第 2 条的要求。 5.4 大气压力 通信设备应能在 GB/T 15153.r2000 第 3.3.2 条所推荐的大气压力下正常工作。 那些与高压开关装置和控制装置一体化的设备应符合 IEC60694 第 2 条的要求。 5.5 机械和震动 通信设备的机械和震动性能应根据其安装地点及服务要求符合国家和国际标准。在应用时，制造商应当按照GB/T15153.2-2000的第4条所定义的机械条件和震动应力的等级加以陈述。 那些与高压开关装置和控制装置一体化的设备应符合 IEC60694 第 2 条的要求。 5.6 污染和腐蚀 IEC出版物606544(1987) 被认为是在腐蚀和侵蚀影响方面的应用准则。应特别注意固体性物质(例如沙或灰尘)和腐蚀性因素(如盐)的影响，因为前者可能对通信设备的热性能产生影响，后者会影响设备的连通性。 i 方式和环形母 那些与高压开关装置和控制装置一体化的设备应符合IEC60694第2条的要求。 5.7 抗电磁干扰 通信设备必须能够抵抗变电站内的各种类型的传导和辐射电磁骚扰，这一点在设计和测试时必须做到。 骚扰源有，例如： 闪电和开关浪涌。 象通常使用的SF。气态绝缘媒质的放电和和冲击，产生快速瞬变。 GI S内的行波，产生快地瞬变。 工业环境的一般抗骚扰要求对变电站来说并不够，因此，专用的要求在IEC61000-6-5中定义，这些要求和测试过程的具体内容在IEC61000系列的部分标准中给出。最重要的标准文档将在下面引用。 标准的遵从必须通过型式试验加以证明，验收的准则在5.7.4中有概述。 5.7.1传导骚扰 5.7.1.1感应骚扰 变电站的射频场会产生骚扰，并通过电线进行传导。设备必须满足IEC61000-4-6的3级或IEC37.90.2有关感应骚扰的部分。制造商和用户应当就这个问题达成明确的要求 EIEC 标准或IEEE标准)。 5.7.1.2 浪涌 符合IEC610004-5( 测试级别为 4 级 ) 的每个带有 1.2/50 微秒和 10/700 微秒 , 峰值最高到4 刊的浪涌。 5.7.1.3振荡波 符合IEC61000-4-12标准3级的每个振荡波和IEC61000-4-16标准4级的每个最高到 15OKHd模骚扰，除非数据通讯和信号电路只能进行共模测试，但是应有与横模测试同样的浪涌幅度。 5.7.1.4 快速瞬变 符合IEC61000-4-4标准4级和上述标准的每个快速瞬变，并且，电源和输出回路必须在横模叫下测试。 5.7.2辐射电磁骚扰 设备必须符合IEC61000-4-3的3级或IEEEC37.90.2有关辐射射频电磁场的部分。制造商和用户应当就这个问题达成明确的要求 (IEC 标准或 IEEE 标准 ) 。验收的准则在 5.7.4 中有概述。 5.7.3工频骚扰 通信设备可能会面临各种各样的电磁骚扰，这些骚扰通过电源线、信号线传导或者直接来自环睛射。骚扰的种类和水平取决于通信设备必须运行的特定环境。应参照的标准是 IEC61000-4-16部分则参照IEC6100044和IEC61000-4-l0。 除此之外，现在也认识到在变电站内铜导线中会产生一定程度的50Hz的感应电压，特别是当故障电流流入变电站及其周围的情况。这将是一种共模干扰，由磁通辑合引起，并在每根导线中产生几乎相同的感应电压。在串行数据通信时，需要进行回路测试以保证设备有能力经受典型的感应电压会妨碍设备的正常运行。 表1 工频电压等级 级 通信线路长度 非平衡式通信 平衡式通信 平衡式通信 别 米 (伏特〉 (l%非平衡) /(0.l%非平衡) 1~10 (伏特) (伏特) 2 10~loo 5 0.05 0.005 3 100~l000 5O a 0.5 0.05 4 大于1000 500a 5 0.5 8非平衡式通信电路包括象RS232这样的电路。实际上,这样的通信系统被认为仅仅是在站内很短距离的通信或者是与便携机这样的智能测试设备的连接。当站内通信实际距离超过20IIl时建议不要使用。标准的平衡式电路是采用PTO电路相关类型,高达50OV的共模电压仅引起不到1%的不平衡,此外采用象变压器糯合这样的技术可以进一步获得0.1%以内的阻抗平衡。 5 中定义 , 这 在下面引用。 工频感应横向电压（transverse voltage）是变电站环境的基准值，表明设备设计可以允许的操作耐受水平。 设备应当采用一个将所要求的通信信号和工频干扰信号混合的注入式网络来测试。随着干扰的适当注入，通信信号级别的大小应降低到制造厂说明的接收级别，并且通信设备应保持正常工作。 5.7.4 验收的准则 5.7.4.1 应用的准则 下面列出的准则适用于直接被测试的设备和任何与该设备直接或远方连接的装置。连接的例子有电流环和电压回路（直流、音频、载波或微波），串行、并行、光纤、无线电频率的连接也包括在内。 5.7.4.2 必须满足的条件 对于设备和与其相连的装置，如果在测试时或测试的结果满足以下条件的要求，则可认为设备通过了测试： 没有硬件损坏。 没有因测试引起的超过正常公差的定标变化。 没有已存储的内存或数据损坏或丢失，包括激活的或已存储的设置。 没有发生系统自复位，并且无需人工复位。 己建立的通信不会一直丢失。 已建立的通信如果中断应在允许的时间范围内自动恢复。 如果发生通信错误，不应危害保护或控制的功能。 没有电气、机械、或通信信号输出状态的变化。 没有视觉的、听觉的、或信息输出状态的错误或永久的改变。测试时这些输出的瞬间改变是允许的。 没有超出数据通信信号 (SCADA 模拟 ) 正常容限的错误发生。 5.7.4.3 设备功能 在测试时或测试后，设备和与其相连的装置仍然具有与设计相同的完整和准确的功能，除非制造商另行说明。 5.7.4.4 例外 制造商应在设备说明目中对设备中不符合验收准则的例外事项加以陈述。 5.7.4.5 测试点 测试点应包括： 每个装置的电源输入； 报警和辅助 I/0 连接； 永久连接的站内计算机； 间隔设备和远程通信接口设备之间的键控和输出连接； 到任何以太网集线器、包括电源输入、报警、使用平衡双绞线的端口的金属性的连接。 测试不包括： 非金属性的连接，例如光纤； 维护计算机的临时连接； 制造商声明的长度必须小于2米的连接。 5.8 辐射电磁干扰 通信设备也可能是在宽频范围内的多种电磁干扰源，干扰可能会通过电源线、控制线传导，或直接通过通信设备辐射。 通信设备应当满足CISPR22A级和B级（欧洲标准 EN55022A 和 EN55022B）或FCC条例第四部分数字装置A级和B级（美国标准）的要求1。 6 供电要求 6.1 概述 本章规范了本标准所描述的通信设备的电源性能。通信设备运行所需的电源可能由以下几种方式提供： 直接连接到电源。 连接到放在电源和设备之间的供电设备。 主电源维修或故障时为设备运行提供的备用电源或后备电源。 6.2 电压范围 本节仅涉及公共供电网络提供的具有同样的基本性能的50Hz或60Hz交流电源和直流电源。 交流电源的电压范围应符合GB/T 15153.1-1998表1的规定。 1联邦规范条例，47条-远程通信，第15部分：射频装置，由联邦通信委员会（FCC）2000年出版。 6.3 电压容限 交流电源的电压容限等级应符合GB/T 15153.1-1998表2的定义。 直流电源的电压容限等级应符合GB/T 15153.1-l998表6的定义。 制造商和用户应当就IEC60870-2-l的相关等级达成一致。 直流操作设备在输入电压降到规定的下限以下或者输入电压极性颠倒，应不会遭受损坏。 6.4 电压中断 直流电源10ms以内的中断应不会影响通信设备运行。不管多长时间的电源中断都不应对设备造成损坏，不管什么方式的中断也都不应对其他设备和人员造成危险。 6.5 电压质量 a) 交流电源 交流电源的标称频率应符合GBfT151511"1998 表3所规定的允许范围。 交流电源的谐波分量应符合GBfT151511-1998 表4所规定的允许范围。 b) 直流电源 直流电源的接地布置应符合 GBfT 151511"1998 表 7 的规定。 纹波电压（GB 厅 151531 · 1998 第 433 定义）应符合 GBfT15F511"1998 表 8 所规定的允许范围。 附录A （提示的附录） 访问安全 在一定的使用者范围内且在成本的约束以内，SAS应该能对抵制下列威胁提供安全性能： 服务拒绝一一这种威胁试图故意阻止合法访问。 为了应对这种服务拒绝的攻击，应当采用通信链路和通信连接和目标的联合保护。尽管通信链路保护取决于所采用的通信媒介或数据连接，但是至少通信联接的保护方法能够详细地加以说明。 有两种服务拒绝的主要形式需要应对： 1、链路层拒绝一这种攻击中，攻击者试图阻塞对使用物理通信路径的合法访问。 例如：攻击者对连接于SAS的拨号调制解调器进行拨号，电话和调制解调器之间建立严连接，然后攻击者让电话占线。这就阻止了受攻击的调制解调器的远端与SAS系统的通信。 l 对于链路层服务拒绝的正确的应对方法很大程度上依赖于SAS的物理媒介和通信的拓叶结构，通常，远程访问SAS的例子也只是一个重点考虑的方面。因此，正确的应对方法叫于系统的基础部分并且也不属于本标准的标准化范围。 2、连接拒绝（资源耗尽）：在这种攻击中，攻击者试图通过攻击锁定许多或者所有的系统叶 信资源。面向连接的通信协议集特别容易受到这类攻击。 例如：基于TCP/IP的系统的套接宇耗尽。TCP是一种面向连接的传输层协议，特别容易受到这类攻击。攻击者一直不停地与TCP端口进行连接，但并不进行任何应用层的合法操作，每个TCP连接都消耗一定的通信资源（套接字），那些套接字在攻击者释放它们或者远方系统咱开与攻击者的连接之前一直被占用着。 这类攻击可以通过时在一定时间内强制进行应用层的连接来检测。超时时间从队信协议集的任意层的面向连接的资源 ( 如 : 套接字 ) 被占用开始。 SAS 在超时时间到期以后 14 须收回通信资源。 E i 主 : 这也是保护拔号调制解调器免受攻击的一种有效机制。 非法使用一一攻击者试图通过一种非法的途径来使用 SAL SAS 应当提供防止非法使用的保护手段。至少在连接建立过程中对 SAS 的访问应当现 授权批准的限制。这种批准应当出现在 SAS 通信协议集的应用层 , 并且支持连接访问权叫 概念。 至少应当支持以下几种级别的权限： 1、若tEAF(NO PRIVILEGEj：这种权限表示连接，哪怕是SAS的最基本的访问也不能被批准允许的。这种权限实际上是无权限，并且可能导致连接不恰当地被叫当然，连接中杜绝了 SAS系统被攻击事件的发生。 为了让监视系统能识别这样一种侵入 , 系统应当对因 JE 灰府NO PRIVILEGE 而被中止连接的次数的轨迹保持跟踪。 为了能对攻击者进行揭露或拒绝 (prosecution/repudiation),SAS 系统应最大可能地记 录任何一个攻击者的相应的通信寻址信息 , 如果 SAS 资源允许作这样的记录 , 系统 也应允许对这些信息进行检索。 2、监视MONITOR：这种权限表示连接仅被批准具有对SAS系统的属性或数值进行监视（例如：读取）。但是，连接并没有被批准能够执行任何会影响SAS操作的行为（例如：控制CONTROL或者改变配置）。 3、控制CONTROL一一这种权限表示连接被批准允许控制SAS系统的操作。这种权限总是连同监视MONITOR一起被批准，但是这种权限不允许连接进行配置修改。 4、配置CONFIG：这种权限表示连接被批准允许对SAS的系统配置进行修改。这种权限总是连同监视MONITOR一起被批准。 5、安全管理SECURITY ADMIN：这种权限表示连接被批准允许对与安全有关的属性、数值或配置信息进行修改或检索。 也可能允许有其他的权限，这不属本标准的范围。 权限级别的执行及执行的粒度属于应用问题，不属本标准的范围。 在SAS工作过程中，还有其他一些威胁需要考虑，这些都不属于本标准的范围。