Тестирование оборудования цифровых подстанций с архитектурой II типа (GOOSE)

Введение

В настоящее время на территории Российской Федерации реализуются проекты новых цифровых подстанций (ЦПС), а также осуществляется модернизация действующих подстанций с применением цифровых интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ). ЦПС представляет собой подстанцию, оснащенную комплексом цифровых устройств, обеспечивающих функционирование систем релейной защиты и автоматики, учета электроэнергии, АСУ ТП, регистрации аварийных событий, использующих протокол МЭК 61850. Внедрение данного протокола дает возможность связать всё технологическое оборудование подстанции единой информационной сетью, по которой передаются не только данные от измерительных устройств к терминалам РЗА, но и сигналы управления, аналоговые сигналы, GOOSE-сообщения и потоки выборок аналоговых сигналов Sampled Values. Данные нововведения значительно влияют на процесс эксплуатации вторичного оборудования на подстанциях и, в первое время, могут вызвать определенные сложности при его тестировании.

Особенности тестирования при различных архитектурах подстанций

На данный момент определены три типа архитектуры построения ПС:

• Архитектура I типа, в которой обмен всей информации между ИЭУ РЗА осуществляется дискретными и аналоговыми электрическими сигналами, передаваемыми по контрольному кабелю; информационный обмен с верхним уровнем (SCADA) осуществляется по цифровому протоколу MMS; токи и напряжения передаются в аналоговом виде [1].

Тестирование оборудования данной архитектуры не вызывает сложностей, так как в данном случае для выполнения проверок применяются распространенные на практике испытательные устройства, которые выдают и принимают аналоговые и дискретные сигналы, токи и напряжения.

• Архитектура II типа, в которой взаимодействие между ИЭУ РЗА выполняется при помощи объектно-ориентированных сообщений (протокол GOOSE), согласно стандарту МЭК 61850-8-1; информационный обмен с верхним уровнем (SCADA) осуществляется по цифровому протоколу MMS; измерения тока и напряжения передаются в виде электрических аналоговых сигналов с использованием контрольных кабелей [1].

Проверка оборудования на подстанции данной архитектуры традиционными аналоговыми приборами, аналогично архитектуре I типа, уже не представляется возможной, поскольку они не способны принимать информационные сообщения в цифровом виде посредством GOOSE-сообщений. Для данных подстанций целесообразно применение гибридных проверочных устройств, обладающих аналоговыми выходами тока и напряжения и цифровыми приемниками дискретных сигналов в виде GOOSE-сообщений.

• Архитектура III типа, в которой взаимодействие между ИЭУ РЗА выполняется при помощи объектно-ориентированных сообщений (протокол GOOSE), согласно стандарту МЭК 61850-8-1; информация от измерительных устройств тока и напряжения передается с использованием протокола передачи мгновенных значений (SV) согласно стандарту МЭК 61850-9-2; информационный обмен с верхним уровнем (SCADA) осуществляется по цифровому протоколу MMS [2]. На подстанциях с данной архитектурой предполагается установка цифровых измерительных трансформаторов тока и напряжения.

При тестировании оборудования таких подстанций требуется полноценное цифровое устройство, позволяющее выдавать и принимать как GOOSE-сообщения, так и потоки выборочных данных SV. При проверке преобразователей аналоговых сигналов (ПАС) также необходимо применить гибридное устройство или комплекс устройств, позволяющий выдавать аналоговые токи и напряжения, принимать SV-потоки с возможностью их сравнения для оценки работоспособности ПАС.

Тестирование оборудования подстанций архитектуры I и II типа НПП «Динамика» предлагает осуществлять с помощью комплексов РЕТОМ-71, а также РЕТОМ-61 и РЕТОМ-51 (с 2015 года выпуска). Данные приборы позволяют проверять устройства РЗА, работающие по стандарту МЭК-61850, а именно: выдавать, принимать, анализировать логические сигналы GOOSE-сообщений (16 сообщений), замерять временные характеристики, осуществлять проверки характеристик устройств релейной защиты в режимах реальных повреждений [3]. При проверке на терминал подаются аналоговые величины токов и напряжений, а срабатывание защит фиксируется посредством логических сигналов в виде GOOSE-сообщений по Ethernet-каналам в цифровом виде. Схема подключения представлена на рис. 1, при этом РЕТОМ-51/61/71 (далее РЕТОМ) предварительно необходимо настроить на прием и выдачу GOOSE-сообщений.

Рисунок 1. Схема подключения РЕТОМ

Настройка РЕТОМ

Для активации функции приема/передачи GOOSE-сообщений в главном окне программного обеспечения во вкладке «РЕТОМ» необходимо выбрать «Обновление для GOOSE» и далее, следуя всплывающим подсказкам программы, произвести обновление (все необходимые файлы присутствуют в корневом каталоге ПО). По завершении обновления, запустить программу настройки GOOSE. Основные настройки дискретных сигналов производятся через пункты «Исходящие» и «Входящие» (рис. 2) [4].

Рис. 2. Окно программы управления GOOSE

В настоящее время для удобства пользователей существует 3 варианта настройки входящих GOOSE-сообщений:

1. Добавление GOOSE из файла, например, экспортируемого из терминала. (*.icd или *.scd).
2. Импорт GOOSE из захваченного трафика (*.pcap).
3. Поиск GOOSE в сети через интерфейс РЕТОМ.

Рассмотрим каждый из них более подробно.

1. Добавление GOOSE из файла CID (SCD)

В программе настройки GOOSE выбрать «Дискретные сигналы. Входящие». В открывшемся окне указать путь к файлу с описанием конфигурации соответствующего терминала или всей подстанции с расширением *.CID или *.SCD. (рис. 3). Если в этом файле содержится несколько устройств, то откроется дополнительное окно для выбора терминалов, например, 6МD613 и 6МD664 (рис. 4). Далее добавить необходимые GOOSE-сообщения (рис. 5).

Рис. 3. Выбор файла SCD

Рис. 4 Выбор необходимого терминала

Рис. 5. Окно входящих GOOSE-сообщений

Максимальное количество входящих GOOSE-сообщений составляет 16 и варьируется в зависимости от количества содержащихся в сообщении логических сигналов (до 16).

В открывшемся окне в ручном или автоматическом режимах каждому сообщению необходимо присвоить номер контакта, поставить галочку в поле «Control_ DataSet» и запустить прием GOOSE-сообщений. Далее можно перейти к тестированию ИЭУ с применением программ стандартного ПО.

2. Настройка GOOSE из файла PCAP

Данный вариант применим в тех случаях, когда отсутствует файл CID. Для создания файла PCAP можно использовать программу «Сетевой анализатор» разработки НПП «Динамика», позволяющую производить мониторинг и анализ SV-потоков и GOOSE-сообщений (рис.6).

Рис. 6. Внешний вид программы «Сетевой анализатор»

Прежде чем перейти к созданию файла PCAP, необходимо проверить наличие GOOSE-сообщений в сети, перейдя в режим «Ethernet» в главном окне программы «Сетевой анализатор». При наличии GOOSE можно приступать к созданию файла: открыть вкладку «Инструменты», выбрать «Запись PCAP», в открывшемся окне выбрать интерфейс захвата (сетевая карта, на которую приходят GOOSE-сообщения), после чего запустить процесс записи (рис. 7).

Рис. 7. Выбор интерфейс захвата

По завершении записи в списке файлов отобразятся захваченные файлы PCAP (рис. 8). С помощью программы настройки GOOSE можно посмотреть содержимое данных файлов и выбрать необходимые GOOSE-сообщения. Дальнейшие действия аналогичны описанным в п.1.

Рис. 8. Окно с отображением захваченных файлов PCAP

3. Поиск GOOSE через интерфейс РЕТОМ

Поиск GOOSE-сообщений выполняется путем нажатия на соответствующую иконку в программе настройки GOOSE. По окончании поиска в открывшемся окне отображаются имеющиеся в сети сообщения (рис. 9), среди которых выбираются необходимые, а затем загружаются в программу настройки. Дальнейшие действия аналогичны описанным выше.

Рис. 9. Окно с отображением найденного GOOSE

Проверка терминала РЗА с поддержкой протокола GOOSE с помощью программы автоматической проверки

Рассмотрим пример проверки 3-х ступеней МТЗ в автоматическом режиме с использованием программного модуля «Реле тока» ПО РЕТОМ. При настройке модуля в поле «Уставки» заполняются значения для каждой проверяемой ступени: в полях «Номер входа» и «Тип контакта» указываются входящие GOOSE-сообщения, соответствующие ступеням МТЗ, т.е. в нашем случае – это +1, +2, +3  (рис. 10). Также для каждой проверяемой ступени производится настройка условий проверки: указываются ток и время срабатывания, виды КЗ, интервалы, шаг, с которым будет осуществлять поиск выбранных параметров, количество пусков для каждой проверки, а также выбирается алгоритм изменения тока. Далее запускается процесс проверки.

По окончании тестирования программа предоставляет результаты проведенных испытаний и отклонения от заданных пользователем значений (рис. 11).

Рис. 10. Задание уставок и условий проверки в программе «Реле тока»

Рис. 11. Результаты проведенных испытаний в программе «Реле тока»

Выводы

В данной статье рассмотрены особенности проверки вторичного оборудования цифровых подстанций с архитектурой II типа и приведено подробное описание процедуры настройки и использования программного обеспечения испытательных комплексов РЕТОМ-71/61/51 с поддержкой протокола IEC 61850-8-1 (GOOSE). Следуя приведенным рекомендациям настройки GOOSE-сообщений, специалисты служб РЗА смогут осуществлять автоматические проверки ИЭУ аналогично проверкам микропроцессорных защит.

Список литературы:

1. Типовые технические требования к КРУ классов напряжения 6-35 кВ. Стандарт организации ОАО "ФСК ЕЭС". Дата введения: 14.10.2011. Дата введения изменений: 23.04.2013.
2. Шеметов А.С. Разработка и внедрение ЦПС на вновь строящихся и реконструируемых объектах энергетики [Электронный ресурс] // http://digitalsubstation.com, Апрель 2018. URL: http://digitalsubstation.com/wp-content/uploads/2018/04/4.-FSK.pdf
3. Руководство по эксплуатации «Комплекс программно-технический измерительный РЕТОМ^тм-61(51)-GOOSE» RU.БРГА.441323.028-01
4. Руководство пользователя «Комплексы программно-технические измерительные РЕТОМ^тм-71/61/51» RU.БРГА.71000-02 90

Михайлов Е.В.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Июль 2019