Q GDW 11413-2015 配电自动化无线公网通信模块技术规范

1配电自动化无线公网通信模块技术规范2016-03-31发布2016-03-31实施国家电网公司发布I Ⅱ 2规范性引用文件 2 2 35.1一般要求 35.2工作模式及功能 35.3网络管理 35.4安全要求 35.5状态指示 35.6维护与升级 3 46.1环境条件 46.2工作电源及功耗要求 46.3传输特性 56.4接口要求 56.5设计要求 6 67.1外壳及其防护性能 67.2电气安全性能 67.3电磁兼容性 77.4电磁发射试验 87.5机械性能 87.6连续通电试验 87.7可靠性 8 88.1检验条件 88.2功率消耗 88.3工作温度极限 88.4机械性能 88.5绝缘性能 88.6耐湿热性能 88.7连续通电的稳定性 88.8抗扰度 8编制说明 1配电自动化无线公网通信模块技术规范本标准适用于国家电网公司配电自动化系统无线公网通信模块的生产、采购、建设、运维、验收和检测工作。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T4208外壳防护等级(IP代码)GB/T7261—2008继电保护和安全自动装置基本试验方法GB/T11287—2000电气继电器第21部分：量度继电器和保护装置的振动、冲击、碰撞和地震试验GB/T13729—2002远动终端设备GB/T14598.16—2002电气继电器第25部分：量度继电器的保护装置的电磁发射试验GB/T15153.1远动设备及系统电源和电磁兼容性GB/T17626.4电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T17626.5电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验GB/T17626.8电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验GB/T17626.9电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验GB/T17626.10电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验GB/T17626.12电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰度试验DL/T634.5101远动设备及系统第5-101部分：传输规约基本远动任务配套标准DL/T634.5104远动设备及系统5-104部分：传输规约采用标准传输协议集的IEC60870-5-101网络访问DL/T721—2013配电自动化系统远方终端DL/T860.3变电站通信网络和系统Q/GDW1382—2013配电自动化技术导则中华人民共和国国家发展和改革委员会令第14号电力监控系统安全防护规定GSM11.11全球移动通信系统数字蜂窝电信系统(PHASE2+)个人身份鉴别模块——移动设备(SIM—ME)接口规范(GSM11.11DigitalCellularTelecommunicationSystem(Phase2+);SpecificationoftheSubscriberIdentityModule-MobileEquipment(SIM-ME)interface)GSM11.14全球移动通信系统数字蜂窝电信系统(PHASE2+)个人身份鉴别模块的SIM卡应用技术规范——移动设备(SIM—ME)(GSM11.14DigitalCellularTelecommunicationSystem(Phase2+);SpecificationoftheSIMApplicationToolkitfortheSubscriberIdentityModule-MobileEquipment(SIM-ME)interface)3GPPTS45.005无线电发射与接收(3GPPTS45.005Radiotransmissionandreception)3GPPTS25.101用户设备无线电发射与接收(FDD)(3GPPTS25.101UserEquipment(UE)radiotransmissionandreception(FDD))23GPPTS25.102用户设备无线电发射与接收(TDD)(3GPPTS25.102UserEquipment(UE)radiotransmissionandreception(TDD))3GPPTS36.101E-UTRA用户设备无线电发射与接收(3GPPTS36.101E-UTRAUserEquipment(UE)radiotransmissionandreception)3GPPTS31.102全球用户模块应用特性(CharacteristicsoftheUniversalSubscriberIdentityModule(USIM)application)3GPPTS31.111全球用户模块应用工具套件(UniversalSubscriberIdentityModule(USIM)ApplicationToolkit(USAT))3GPP2C.S0023-DCDMA2000扩频系统可移动用户识别模块(RemovableUserIdentityModule(R-UIM)forcdma2000SpreadSpectrumSystems))3GPP2C.S0035-BCDMA卡应用工具套件(CDMACardApplicationToolkit(CCAT))3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。无线公网通信模块wirelesspublicnetworkcommunicationmodule安装在配电自动化终端侧，利用公网无线网络实现配电自动化终端与主站之间数据远程传输的通信单元，简称为通信模块。其应用主要有两种类型：无线公网独立通信模块，无线公网嵌入式通信模块。无线公网独立通信模块wirelesspublicnetworkindependentcommunicationmodule独立安装在配电终端外，与配电终端数据接口相连，包含机壳的无线公网通信模块，简称为独立通信模块。无线公网嵌入式通信模块wirelesspublicnetworkembeddedcommunicationmodule嵌入在配电终端内部，与配电终端数据接口相连的无线公网通信模块，简称为嵌入式通信模块。4缩略语下列缩略语适用于本文件。3G:第三代移动通信技术(The3thGenerationCommunicationTechnology)4G:第四代移动通信技术(The4thGenerationMobileCommunicationTechnology)APN:接入点(AccessPointName)CDMA:码分多址(CodeDivisionMultipleAccess)DTX:非连续发信(DiscontinuousTransmission)GPRS:通用分组无线服务技术(GeneralPacketRadioService)GSM:全球移动通信(GlobalSystemForMobileCommunication)IMEI:移动设备国际身份码(InternationalMobileEquipmentIdentity)IMSI:国际移动用户识别码(InternationalMobileSubscriberIdentificationNumber)RMS:均方根值(RootMeanSquare)SIM:用户身份识别模块(SubscriberIdentityModule)SMS:短信息服务(ShortMessageService)SNTP:简单网络时间协议(SimpleNetworkTimeprotocol)3TD-SCDMA:时分同步码分多址(TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess)R-UIM:可移动用户识别模块(RemovableUserIdentityModule)UDP:用户数据包协议(UserDaUSIM:全球用户识别模块(UniversalSubscriberIdentityModule)VPDN:虚拟专用拨号网(VirtualPrivateDial-upNetwork)VPN:虚拟专用网络(VirtualPrivateNetwork)WCDMA:宽带码分多址(WidebandCodeDivisionMultipleAccess)5功能要求5.1一般要求通信模块应能通过公网获取IP地址，并能透明、双向、对等地传输符合DL/T634.5101、DL/T634.5104通信规约或满足DL/T860.3标准协议的数据。5.2工作模式及功能5.2.1通信模块应支持UDP客户端、TCP客户端、TCP服务器等模式，可远程配置。5.2.2通信模块应支持永久在线模式、按需在线模式以及定时在线模式：a)永久在线模式：应具备防掉线机制，设备加电后可自动建立并保持数据传输通道，并在掉线后b)按需在线模式：应支持主站远程唤醒和终端数据端口触发上线，可通过SMS或振铃方式激活终端，进行登录与连接。c)定时在线模式：应支持终端侧按照设定的时间周期与主站登录与连接。5.2.3通信模块应提供上位机读取其国际移动设备识别码(IMEI)以及所安装的SIM/R-UIM/USIM卡的国际移动用户识别码(IMSI)功能。5.2.4通信模块应提供包括但不限于网络状态、信号质量、自检信息等日志的输出。该输出功能用户5.2.5通信模块应支持根据域名和IP地址访问主站。5.2.6通信模块应支持从SNTP授时服务器获取时间，获取时间精度在秒级以上。5.2.7通信模块应支持为各类终端提供对时服务。5.3网络管理通信模块应支持由电力公司执行远程网络管理。远程网络管理宜包括配置管理、安全管理、故障管理以及性能管理等功能。5.4.1接入安全通信模块应支持安全接入方式，如APN、VPDN等。5.4.2传输安全通信模块应支持虚拟专用网络(VPN)或采用配电终端专用安全模块实现的安全传输。5.4.3管理安全5.4.3.1通信模块的本地维护和远程维护功能应支持用户名、密码保护。5.4.3.2通信模块的SMS管理功能应支持白名单设置，对未在白名单中列出的号码应拒绝管理。5.5状态指示通信模块应具有状态指示灯，能指示上电、在线、数据收发等状态。5.6维护与升级5.6.1远程维护与升级5.6.1.1通信模块应支持远程升级，远程导入、导出配置文件等功能。45.6.1.2通信模块应支持SMS管理功能，可通过SMS支持关键参数设置、状态查询、故障诊断功能。5.6.1.3通信模块应支持软件完整性校验，在升级失败等异常情况下，应能自动恢复原来的系统，保证通信模块安全运行。5.6.2本地维护与升级5.6.2.1通信模块应具备本地升级的能力。5.6.2.2通信模块应支持本地维护功能，可通过本地维护接口实现关键参数设置、状态查询、故障诊5.6.2.3通信模块应支持软件完整性校验，在升级失败等异常情况下，应能自动恢复原来的系统，保证通信模块安全运行。6技术要求6.1环境条件通信模块正常运行的工作环境应符合表1所示的环境温、湿度、气压分级要求。表1工作场所环境温、湿度和气压分级场所类型级别环境温度相对大气压范围℃最大变化率相对湿度%最大绝对湿度g/m³相对大气压86kPa～106kPa室内-25～+55遮蔽场所、户外-40～+701协议特定注：CX级别根据用户需要由用户和制造商协商确定。6.2工作电源及功耗要求6.2.1独立通信模块6.2.1.1电源输入和输出应实现电气隔离。6.2.1.2直流电源技术参数指标：a)电压标称值应为48V或24V;b)电压容差应为+15%～-20%;c)电压纹波不应大于5%。6.2.1.3独立通信模块在待机(保持在线，无数据通信)状态下功耗宜小于1W,最高不应大于3W。6.2.1.4独立通信模块在数据通信状态下平均功耗宜小于2W,最高不应大于5W。6.2.1.5独立通信模块在启动及通信过程中瞬时最大功耗不应大于5W。6.2.1.6独立通信模块内置电源反相保护和过压保护，当电源超出范围，设备能自行保护，不造成设6.2.2嵌入式通信模块6.2.2.1嵌入式通信模块应支持直流电源供电，电压标称值应为+5V、+12V或+24V。6.2.2.2标称电压容差为+5%～-5%。6.2.2.3嵌入式通信模块在待机(保持在线，无数据通信)状态下功耗宜小于1W,最高不应大于3W。在特定的低功耗应用场景下，模块宜支持DTX的休眠唤醒，功耗宜小于0.5W。6.2.2.4嵌入式通信模块在数据通信状态下平均功耗宜小于2W,最高不应大于5W。56.2.2.5嵌入式通信模块在启动及通信过程中瞬时最大功耗应小于5W。6.3传输特性采用国家无线电管理机构对用于某种业务的相应设备所规定的工作频率范围，通信模块的工作频率与射频性能要求见表2-表4。表2GSM/CDMA工作频率与射频性能要求GSM900GSM1800CDMA频率范围Tx:890MHz～915MHzRx:935MHz～960MHzTx:1710MHz～1785MHzRx:1805MHz～1880MHzTx:825MHz～835MHzRx:870MHz～880MHz参考灵敏度-102dBm(4级和5级)-102dBm(4级和5级)-105dBm/1.23MHz输出功率误差±6dB(最大功率控制级)±6dB(最大功率控制级)+2/-4dB载波频率误差±1×10-¹-300Hz～+300HzRMS相位误差RMSEVM(误差矢量幅度)RMS相位误差≤5°@GMSKRMSEVM≤9.0%@8PSKRMS相位误差≤5°@GMSKRMSEVM≤9.0%@8PSK表33G工作频率与射频性能要求TD-SCDMAWCDMACDMA2000频率范围1880～1900MHz/2010~2015MHzTx:1940MHz～1955MHzRx:2130MHz～2145MHzTx:1920MHz～1935MHzRx:2110MHz～2125MHz参考灵敏度-108dBm-107dBm-105.5dBm/1.23MHz输出功率误差24dBm-3/+1dB24dBm-3/+1dB+2/-4dB载波频率误差-150Hz-+150HzRMSEVM(误差矢量幅度)RMSEVM≤14%@16QAMRMSEVM≤17.5%@其他RMSEVM≤14%@16QAMRMSEVM≤17.5%@其他表44G工作频率与射频性能要求TDD-LTEFDD-LTE频率范围B38(2570～2620MHz)/B39(1880~1920MHz)/B40(2300～2400MHz)/B41(2496～2690MHz)B1(Tx:1920～1980MHz/Rx:2110～2170MHz)/B3(Tx:1710～1785MHz/Rx:1805～1880MHz)参考灵敏度B38/39/40:-97dBm@10MHz/QPSKB41:-95dBm@10MHz/QPSKB1:-97dBm@10MHz/QPSKB3:-94dBm@10MHz/QPSK输出功率误差23dBm+2/-3dB23dBm+2/-3dB载波频率误差RMSEVM(误差矢量幅度)RMSEVM≤12.5%@16QAMRMSEVM≤17.5%@QPSK/BPSKRMSEVM≤12.5%@16QAMRMSEVM≤17.5%@QPSK/BPSK6.4接口要求6.4.1通信模块与配电终端通信接口6.4.1.1独立通信模块与配电自动化终端之间的通信接口应提供至少2路串行接口，其中一路为RS232,6另一路为RS232或RS485;同时应具备至少1路以太网接口，以太网接口应能工作在全双工模式，可支6.4.1.2嵌入式通信模块与配电自动化终端之间的通信接口应提供至少2路串行接口，其中一路为RS232,另一路为RS232或RS485或UART。6.4.1.3通信接口的插拔寿命应≥500次。6.4.2通信模块的本地和远程维护接口6.4.2.1通信模块应至少具备1路(如：UART、RS232串口、以太网口、USB等接口)有线维护接口。6.4.2.2接口插拔寿命应≥500次。6.4.3无线通信模块与SIM卡的接口通信模块与SIM卡的接口应符合GSM11.11的要求，与SIM卡交互数据应符合GSM11.14要求。通信模块与R-UIM卡的接口应符合3GPP2C.S0023-D的要求，与R-UIM卡交互数据应符合3GPP2通信模块与USIM卡的接口应符合3GPPTS31.102的要求，与USIM卡交互数据应符合3GPPTS31.111要求。6.5设计要求6.5.1嵌入式通信模块采用模块化、可插拔部件，支持带电热插拔。6.5.2通信模块的电子芯片器件及零部件应采用工业级器件，工作温度指标应满足表1所示的通信模块的工作温度分级要求。6.5.3通信模块应采用工业级SIM/R-UIM/USIM卡，在高温等特殊工作环境下，推荐使用嵌入式SIM7.1外壳及其防护性能通信模块的外壳应具有阻燃、密封、防尘、防潮性能，并有一定的强度，由能抗变形、腐蚀、老化的阻燃、环保材料制成。安装在户外(含遮蔽场所)的通信模块防护等级不应低于GB/T4208规定的IP55的要求；安装在户内的通信模块防护等级不应低于GB/T4208规定的IP20的要求。外壳及其防护性能的性能要求仅适用于独立通信模块，嵌入式通信模块作为配电自动化终端整机的一部分，应符合DL/T721—2013的有关要求。7.2电气安全性能7.2.1绝缘电阻通信模块各输出电气回路对地和电气隔离的各回路之间的绝缘电阻要求如表5所示。额定绝缘电压V绝缘电阻要求MQ测试电压V正常条件湿热条件U≤6060≤U≤250U>250注：与二次设备及外部回路直接连接的接口回路采用U>250V的要求。7通信模块输出回路各自对地和电气隔离的各回路之间，应耐受表6中规定的50Hz的交流电压，历时1min的绝缘强度试验。试验时不得出现击穿、闪络，泄漏电流不应大于5mA。额定绝缘电压试验电压有效值额定绝缘电压试验电压有效值U≤60125<U≤25060<U≤125250<U≤4007.2.3冲击耐压通信模块输出回路各自对地和无电气联系的各回路之间，应耐受表7中规定的冲击电压峰值，正负极性各10次。试验时无破坏性放电(击穿跳火、闪络或绝缘击穿)。额定绝缘电压试验电压有效值额定绝缘电压试验电压有效值7.3电磁兼容性7.3.1电源端口的电压暂降、短时中断、电压变化和纹波通信模块的电源端口的电压暂降、短时中断、电压变化和纹波试验按照GB/T15153.1的规定进行，其中电源中断持续时间为500ms,电压突降为100%时应能正常工作，设备各项性能指标均应符合本章的有关要求。7.3.2静电放电抗扰度通信模块的外壳端口应能承受GB/T15153.1中规定的严酷等级为4级的静电放电抗扰度试验。在正常工作条件下，在操作人员通常可接触到的外壳和操作点上，按规定施加静电放电电压，正负极性放电各10次，每次放电间隔至少为1s。在静电放电情况下设备各项性能指标均应符合本标准的要求。独立通信模块的外壳端口应能承受GB/T15153.1规定的严酷等级为4级的辐射电磁场骚扰试验，试验场强为10V/m(有效值)。7.3.4振荡波抗扰度通信模块应能承受GB/T17626.12中规定的严酷等级为4级的干扰试验。7.3.5电快速瞬变/脉冲群抗扰度通信模块应能承受GB/T17626.4规定的严酷等级为4级的电快速瞬变干扰。7.3.6浪涌抗扰度通信模块应能承受GB/T17626.5中规定的严酷等级为4级的浪涌骚扰。7.3.7工频磁场抗扰度通信模块的外壳端口应能承受GB/T17626.8规定的严酷等级为4级的工频磁场抗扰度试验。7.3.8脉冲磁场抗扰度通信模块应能承受GB/T17626.9规定的严酷等级为4级的脉冲磁场抗扰度试验。87.3.9阻尼振荡磁场抗扰度通信模块应能承受GB/T17626.10规定的严酷等级为4级的阻尼振荡磁场抗扰度试验。7.4电磁发射试验产品的电源端口应符合GB/T14598.16—2002中4.1规定的传导发射限值，外壳端口应符合GB/T14598.16—2002中4.2规定的辐射发射限值。7.5机械性能7.5.1振动响应通信模块应具有承受GB/T11287-2000中3.2.1规定的严酷等级为I级的振动响应能力。7.5.2耐湿热性能通信模块在最高温度为40℃,试验周期为两周期(48h)的条件下，经交变湿热试验，在试验结束前2h内，用电压等级为500V的测试仪器，测试7.2.1规定部位的绝缘电阻，不应小于2MΩ,测试7.2.2规定部位的介质强度，试验电压为规定值的75%。7.6连续通电试验通信模块完成调试后，在出厂前，应进行常温(+25℃)100h或高温(+40℃)72h的连续通电试验。7.7可靠性通信模块本体平均无故障工作时间(MTBF)不应小于50000h(+25℃);通信模块使用寿命应为8~10年。8检验方法8.1检验条件根据6.1的要求进行检验。8.2功率消耗根据6.2的要求，电源输入回路中用伏安法进行测量。8.3工作温度极限根据6.1的要求，按照GB/T13729—2002的4.4和4.5规定的方法进行。8.4机械性能根据7.5.1的要求，按GB/T11287—2000中3.2.1规定的方法进行。8.5绝缘性能根据7.2.1的要求，按GB/T13729—2002中4.7.1规定的方法进行。8.5.2介质强度根据7.2.2的要求，按GB/T13729—2002中4.7.2规定的方法进行。8.5.3冲击电压根据7.2.3的要求，按GB/T13729—2002中4.7.3规定的方法进行。8.6耐湿热性能根据7.5.2的要求，按GB/T7261—2008中9.4规定的方法进行。8.7连续通电的稳定性根据7.6的要求进行。8.8.1电源端口的电压暂降、短时中断、电压变化和纹波根据7.3.1的要求，按GB/T15153.1中的有关规定执行。8.8.2静电放电抗扰度根据7.3.2的要求，按GB/T15153.1中的有关规定执行。98.8.3辐射电磁场骚扰根据7.3.3的要求，按GB/T15153.1中的有关规定执行。8.8.4振荡波抗扰度根据7.3.4的要求，按GB/T17626.12中的有关规定执行。根据7.3.5的要求，按GB/T17626.4中的有关规定执行。8.8.6浪涌抗扰度根据7.3.6的要求，按GB/T17626.5中的有关规定执行。8.8.7工频磁场抗扰度根据7.3.7的要求，按GB/T17626.8中的有关规定执行。8.8.8脉冲磁场抗扰度根据7.3.8的要求，按GB/T17626.9中的有关规定执行。8.8.9阻尼振荡磁场抗扰度根据7.3.9的要求，按GB/T17626.10中的有关规定执行。8.8.10电磁发射试验根据7.4的要求，按GB/T14598.16中的有关规定执行配电自动化无线公网通信模块技术规范1编制背景 2编制主要原则 3与其他标准文件的关系 4主要工作过程 5标准结构及内容 6条文说明 本标准依据《关于下达2014年度国家电网公司技术标准制(修)订计划的通知》(国家电网科〔2014〕64号文)的要求编写。无线公网通信模块在国家电网公司配电自动化系统中得到普遍应用，使用规模较大。由于相关标准的缺乏，各配电自动化终端厂家一直按照客户的需求定制无线通信模块，各厂家模块的功能、性能、质量、安全性均有较大差别，为配电自动化系统运维管理带来较大难度。通过编制《配电自动化无线公网通信模块技术规范》标准，对公司在配电自动化通信系统建设中无线公网通信模块的设备功能、技术要求、性能要求、检验方法等要求进行了规范。提升了公司配电自动化通信系统的规范化、标准化水平。2编制主要原则1)实用性和先进性相结合，规范配电自动化无线公网通信模块功能要求、技术要求、性能指标等，为试验检测提供科学方法，服务公司生产。2)采用集中讨论会及发函的形式，充分了解目前配电自动化无线公网通信模块应用现状，发现存在的主要问题，明确模块的功能、技术、性能需求，研究运维管理要求以及不同地域与环境对终端的使用要求，体现研究的实用性和先进性。3)继承先进标准，完善标准体系，认真研究国内外现行相关的无线公网通信模块标准、行业标准、企业标准。4)集中公司内外人才资源优势，吸收公司内外各单位先进的技术经验。本标准项目计划名称为“配电自动化无线通信模块技术规范”,因标准主要对配电自动化中无线公网通信模块进行规范，经编写组与专家商定，更名为“配电自动化无线公网通信模块技术规范”。3与其他标准文件的关系本标准与相关技术领域的国家现行法律、法规和政策保持一致。本标准不涉及专利、软件著作权等知识产权使用问题。4主要工作过程2014年2月，公司下发《关于下达2014年度国家电网公司技术标准制(修)订计划的通知》。2014年2月底，确立编研工作总体目标，构建编写团队，确定参编人员，开展课题前期研究工作。2014年3月初开始全面开展调研，与设备生产厂家、运行单位开展技术交流。2014年3月中旬，开展第一次集中编研。在广泛收集资料和技术交流的基础上，拟定了标准框架，对编研课题内容和标准大纲进行了深化和完善，并且完成了