С внедрением оборудования с поддержкой стандарта МЭК 61850, который предусматривает передачу токов и напряжений в цифровом формате в виде мгновенных значений (SV-поток), а дискретных сигналов – в виде GOOSE-сообщений, возникает необходимость в надежном и удобном инструменте для мониторинга, просмотра и анализа информации, передаваемой по локально-вычислительной сети (ЛВС) цифровой подстанции.

Для этих целей можно применять бесплатные программы-анализаторы трафика компьютерных сетей, например, программу «Wireshark», которые позволяют разобраться в сетевом трафике и просмотреть содержимое пакетов протоколов стандарта МЭК 61850 (рис. 1). Однако практика применения показала, что они являются неудобными для специалистов РЗА и АСУ, поэтому целесообразнее использовать специализированное программное обеспечение (ПО).

Для решения задач персонала служб РЗА и АСУТП цифровых подстанций (ЦПС), научно-производственным предприятием «Динамика» разработано программное обеспечение «Сетевой анализатор» [1], которое, в сравнении с бесплатными программами, обладает более расширенным функционалом, позволяя дополнительно получать информацию о протоколах МЭК 61850-8-1 (GOOSE) и МЭК 61850-9-2 (SV) в ЛВС в удобной для анализа и тестирования оборудования РЗА и АСУТП форме (рис. 2), что повышает эффективность испытаний.

Рис. 1. Пример отображения SV-потока в программе «Wireshark»

Рис. 2. Пример отображения SV-потока в программе "Сетевой анализатор"

 

Кроме этого, «Сетевой анализатор» позволяет оценить качество передаваемых данных информационных потоков, произвести анализ загруженности ЛВС, посмотреть структуру пакетов, осциллограмму сигналов, выполнить автоматический анализ ошибок SV-потоков и GOOSE-сообщений. Программа автоматически рассчитывает электроэнергетические параметры: активную (P), реактивную (Q) и полную (S) мощность, а также коэффициент мощности (cosφ), используя данные тока и напряжения из одного или из двух SV-потоков, что часто необходимо при работе со стандартом МЭК-61850-9-2LE [2] (например, когда в проекте ЦПС данные токов измерительных трансформаторов тока и напряжения разделены по разным SV-потокам).

Возможности программы «Сетевой анализатор»

Программа имеет два режима работы: «PCAP» и «Ethernet». В первом режиме в качестве источника данных выступает захваченный трафик – файл в формате PCAP (записанный данной программой, либо полученный другими средствами), во втором – анализ трафика ЛВС происходит в реальном времени.

В обоих режимах программы предусмотрены следующие возможности:

  • просмотр общей информации о SV-потоках и GOOSE-сообщениях: количество SV и GOOSE в сети или PCAP-файле, их текущее состояние, количество пакетов, длительность выдачи потоков, ID, флаг синхронизации, частоту выборок SV на период и т.д.;
  • анализ структуры пакетов SV-потоков и GOOSE-сообщений;
  • автоматический анализ ошибок SV-потоков и GOOSE-сообщений;
  • осциллографирование SV-потоков и GOOSE-сообщений;
  • осциллографирование битов качества (quality bits) SV-потоков;
  • построение векторной диаграммы токов и напряжений SV-потоков;
  • расчет симметричных составляющих и мощностей аналоговых сигналов SV-потоков;
  • анализ времен и расчет статистики для пакетов SV-потоков и GOOSE-сообщений;
  • просмотр информации о переключениях дискретных сигналов GOOSE-сообщений;
  • анализ трафика PTPv2 (PTP-снифер);
  • запись трафика из сети Ethernet в файл формата PCAP;
  • воспроизведение записанного файла PCAP в сеть Ethernet;
  • построение графика загрузки сети пакетами SV и GOOSE в режиме мониторинга и при анализе PCAP-файла;
  • расчет мощностей из аналоговых сигналов, взятых из двух любых SV-потоков.

Практическое применение программы «Сетевой анализатор»

ПО «Сетевой анализатор» может применяться на всех этапах жизненного цикла оборудования ЦПС: при разработке, пуско-наладке, при эксплуатации на действующем объекте, разборе аварий и послеаварийных проверках. Программа работает как совместно с испытательными комплексами ЦПС типа РЕТОМ-61850 и РЕТОМ-51/61/71, так и независимо на компьютере.

Рассмотрим некоторые примеры применения «Сетевого анализатора» при испытаниях оборудования ЦПС.

1. Проверка преобразователя аналоговых сигналов (ПАС) МЭК 61850

Схема проверки приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема подключения при проверке ПАС

 

С испытательного комплекса РЕТОМ-71 подаются токи и напряжения на ПАС. Далее при помощи программы «Сетевой анализатор» оценивается точность аналого-цифрового тракта путем сравнения векторной диаграммы и осциллограммы каналов исходящего SV-потока с выданным на ПАС током и напряжением. При этом пользователь получает всю необходимую информацию в удобной и доступной форме (рис. 2).

Помимо электроэнергетических параметров можно посмотреть качество переданных данных и сетевые параметры потока: какому стандарту соответствует SV-поток, количество выборок на период, наличие резервирования (PRP и HSR) и синхронизации, а также находится ли SV-поток в режиме моделирования (Simulation) (рис. 4).

Рис. 4. Описание пакета SV-потока

 

В режиме Ethernet программа автоматически находит в ЛВС сетевые пакеты протоколов SV и GOOSE, анализирует ошибки сетевых данных, которые затем отображаются в журнале событий (рис. 5).

Рис. 5. Отображение ошибок сетевых данных

 

Основные ошибки, которые может выявить программа:

  • «Неверный адрес» – если Destination MAC (адрес места назначения) SV-потока или GOOSE-сообщения находится вне допустимого диапазона адресов, прописанных в стандарте МЭК 61850 [3] .
  • «Нарушение последовательности» – нарушение порядка следования пакетов SV-потока или GOOSE-сообщения (в столбце «Описание» указывается ожидаемый порядок следования пакетов).
  • «Дублирование пакета» – дублирование пакетов SV-потока или GOOSE-сообщения (в столбце «Описание» указывается smpCnt или sqNum дублированного пакета).
  • «Неверный пакет» – ошибка в структуре пакета, неправильно сформированный пакет.
  • «Нарушение качества» – изменение флагов качества для аналоговых сигналов SV потока (в столбце «Описание» при этом указывается, какой флаг изменился и для какого аналогового сигнала).

Структура принимаемого пакета SV-потока отображается в отдельном окне (рис. 6).

Рис. 6. Структура SV потока

 

Также программа «Сетевой анализатор» позволяет выполнить временной анализ передачи пакетов SV-потока: наглядно оценить стабильность и отклонения времен между пакетами, определить частоту дискретизации. На рис. 7 в виде гистограммы отображены временные интервалы между пакетами и представлена статистика задержек по времени (минимальная, максимальная, средняя) и по PPS (PPS – задержка smpCnt = 0 от начала секунды).

Рис. 7. Функция анализа временных характеристик SV-потока

 

2. Проверка преобразователя дискретных сигналов (ПДС)

Путем замыкания выходных реле и изменения состояния логических сигналов исходящих GOOSE-сообщений прибора РЕТОМ-71 подаются сигналы на ПДС (рис. 8). Реакция преобразователя на воздействия от испытательного прибора контролируется при помощи выходных реле ПДС, заведенных на дискретные входы РЕТОМ-71, а также с помощью программы «Сетевой Анализатор», в которой отображаются выдаваемые преобразователем GOOSE-сообщения.

Рис. 8. Упрощенная схема проверки ПДС

 

Из рис.9 видно, что в сети присутствуют 2 GOOSE-сообщения. Первое сообщение содержит 5 дискретных сигналов. В окне «Входы дискретные» отображается их состояние в текущий момент (разомкнутое – зеленым, замкнутое – красным), а также количество изменений их состояния.

Рис. 9. Отображение GOOSE-сообщений

 

В таблице пакетов (рис.10) показаны времена изменений состояний логических сигналов в GOOSE-сообщениях (помечены серым цветом), а также приведена временная статистика задержек между пакетами.

Рис. 10. Временной анализ GOOSE-сообщений

 

3. Анализ аналоговых и логических сигналов соответственно SV-потоков и GOOSE-сообщений во время тестирования функций РЗА интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ).

Схема проверки с применением испытательного комплекса РЕТОМ-61850 представлена на рис.11.

Рис. 11. Схема подключения при проверке ИЭУ

 

РЕТОМ-61850 производит проверку ИЭУ (пофазной токовой отсечки) с поддержкой протоколов SV и GOOSE. Текущие процессы записываются в PCAP-файл, который в последующем можно открыть и проанализировать (рис.12).

Рис. 12. Просмотр PCAP-файла

 

В данном случае на осциллограмме видно, что при подаче трехфазного КЗ происходит срабатывание защиты, и дискретные контакты (GOOSE) меняют свое состояние через 25 мс. Дискретные сигналы (1, 2, 3) соответствуют срабатыванию токовой отсечки по фазам А, В, С.

4. Анализ сетевой нагрузки ЛВС

Кроме анализа процессов при проверке устройств РЗА, ПО «Сетевой анализатор» содержит функцию мониторинга загрузки ЛВС (рис.13), которая позволяет оценить загруженность сети и сравнить данные с расчетными значениями. Так, с помощью данной функции была проведена сравнительная оценка загрузки ЛВС SV-потоками в зависимости от применяемого протокола, результаты приведены в таблице 1.

Рис. 13. Оценка загруженности сети одним SV-потоком 3I 0U 288 выборок на период (Корпоративный профиль МЭК 61850)

 

Таблица 1. Загрузка ЛВС SV-потоками в зависимости от протокола

Протокол Количество токов и напряжений в SV потоке Частота дискретизации Загрузка сети (мбит/с) Количество пакетов в секунду
МЭК 61850 9.2LE 4I 4U 80 4.150 4000
4I 4U 256 9.827 1600
МЭК 61869-9 и Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС» 1I 0U (1U 0I) 96 2.179 2400
1I 0U (1U 0I) 288 5.108 2400
3I 0U (3U 0I) 96 2.765 2400
3I 0U (3U 0I) 288 6.867 2400

 

5. Анализ протокола точного времени РТР

Еще одной дополнительной возможностью ПО «Сетевой анализатор» является инструмент анализа протокола синхронизации времени РТР оборудования ЦПС – РТР-обозреватель, который позволяет найти источники сигнала РТР, РТР-подписчиков, а также проанализировать структуру РТР-пакетов (рис.14).

Рис. 14. РТР-обозреватель

 

Заключение

  1. Анализ сетевого трафика локально-вычислительной сети цифровой подстанции является актуальной задачей на всех этапах жизненного цикла цифрового энергообъекта.
  2. Опыт участия в пилотных проектах ЦПС, а также сотрудничество с разработчиками интеллектуальных устройств релейной защиты и автоматики (ИЭУ РЗА) и эксплуатирующими организациями позволили НПП «Динамика» создать удобный и понятный для специалистов служб РЗА и АСУТП программный инструмент – «Сетевой анализатор». Два режима работы и широкие функциональные возможности нового ПО позволяют применять его для мониторинга и анализа поведения оборудования с поддержкой протоколов МЭК 61850-9-2LE, МЭК 61869-9 [3] (SV) и МЭК 61850-8-1 (GOOSE), МЭК 61850-9-3 (PTP), а также Корпоративного профиля ПАО «ФСК ЕЭС» [4].

Литература

  1. Программное обеспечение для анализа трафика ЦПС «Сетевой анализатор». Руководство пользователя. Редакция 06.05.20.
  2. IEC 61850-9-2 LE (Lite Edition). Implementation Guideline for Digital Interface to Instrument Transformers using IEC 61850-9-2. UCA International Users Group. 2004.
  3. IEC 61850-8-1 Communication networks and systems for power utility automation – Part 8-1: Specific communication service mapping (SCSM) – Mappings to MMS (ISO 9506-1 and ISO 9506-2) and to ISO/IEC 8802-3. 2011.
  4. IEC 61869-9 Instrument Transformers – Part 9: Digital Interface for Instrumental Transformers, 2016
  5. СТО 56947007-25.040.30.309-2020 Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС». Дата введения: 05.10.2020

Семенов К.Г., Михайлов Е.В.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Декабрь 2020

вверх

Вход в личный кабинет

Восстановление доступа

Заказать звонок

Новое сообщение