Практическое применение новых возможностей тестирования устройств РЗА на основе стандарта МЭК 61850

В настоящее время на объектах энергетики внедряется все больше устройств релейной защиты и автоматики (терминалов), обладающих возможностью обмена информацией между собой по цифровым каналам связи. Для расширения возможностей проектирования, конфигурирования, управления и обеспечения функциональной совместимости между устройствами разных фирм и различного назначения разработан стандарт МЭК 61850, который уже широко используется на объектах энергетики. Внедрение этого стандарта облегчает процесс монтажа, наладки и проверки  современных устройств РЗА, но при этом возникают специфические проблемы, связанные с необходимостью иметь соответствующие средства обработки информации, передаваемой по каналу связи Ethernet.

Процесс тестирования терминалов, передающих сигналы срабатывания и сигнализацию по каналам обмена информации на основе стандарта МЭК 61850, можно разделить на несколько этапов:

1. Проверка работы устройства по методике, применяемой для обычного устройства РЗА, имеющего на выходе реле с механическим контактом: подаются воздействия током, напряжением и контролируется работа измерительных органов по реакции выходного реле терминала. Отличие состоит лишь в способе получения информации о состоянии этого реле, она представляется в виде GOOSE-сообщения (GOOSE – Generic Object Oriented Substation Event - общее объектно-ориентированное событие на подстанции).
2. Оценка временных задержек между срабатыванием по реальному механическому контакту и виртуальному выходу в GOOSE-сообщении проверяемого терминала.
3. Комплексные проверки работоспособности всей системы на подстанции с имитацией загрузки каналов связи.

В данной статье мы рассмотрим некоторые вопросы тестирования при помощи поверочных устройств РЕТОМ-51 или РЕТОМ-61 (далее РЕТОМ) и блока РЕТ-61850. На рисунке 1 представлена структура испытательной системы, где IED (Intelligent Electronic Device) – имя электронного устройства.

Блок РЕТ-61850 предназначен для приема и передачи двоичных сигналов в GOOSE-сообщениях по сети Ethernet и позволяет имитировать до 64 входных и 32 выходных виртуальных контактов для РЕТОМ. Работа с виртуальными входами/выходами происходит аналогично обычным дискретным входам и выходам. Это значительно облегчает проведение испытаний, особенно, если учесть наличие простого способа подключения к терминалу при помощи кабеля Ethernet.

При совместной работе блока РЕТ-61850 с устройством РЕТОМ возможно перенаправление виртуальных входов, считывающих состояние сигналов в GOOSE-сообщениях, на реальные выходные реле РЕТОМа и реальные входные дискретные сигналы в виртуальные выходы в виде GOOSE-сообщений. Для работы с другими испытательными устройствами, не работающими с GOOSE-сообщениями, например, с устройством РЕТОМ-21, в блоке РЕТ-61850 имеются 2 быстродействующих транзисторных ключа, которые можно настроить на чтение состояний принимаемых виртуальных входов. Эти контакты можно использовать для запуска и останова секундомера или завести на другую аппаратуру РЗА.

Использование блока РЕТ-61850 достаточно простое. Перед проведением испытаний необходимо запустить программу управления блоком и сконфигурировать в ней принимаемые и передаваемые посредством GOOSE-сообщений сигналы.

Для анализа сигналов о состоянии виртуальных выходов проверяемого устройства необходимо произвести чтение параметров этого устройства, это можно сделать 2 способами:

• во-первых, из файла:
  • описания проверяемого устройства, с расширением *.CID (Configured IED Description);
  • описания всей подстанции, с расширением *.SCD (Substation Configuration Description).
• во-вторых, непосредственно из терминала, посредством MMS-сообщений (Manufacturing Message Specification). Спецификации этих сообщений определены в стандарте ISO 9506 для промышленных автоматизированных систем. Для этого достаточно знать IP-адрес этого терминала.

Программа позволяет комбинировать эти способы получения информации. В итоге формируются таблицы с перечнем всех необходимых для проверок входных GOOSE-сообщений.

Далее требуется назначить необходимые для работы сообщения на виртуальные входы РЕТОМа. И в последующем, при проведении любых тестов во всех программных модулях проверки эти виртуальные входы могут использоваться аналогично механическим реле терминала.

Во время работы постоянно анализируется наличие в Ethernet-сети необходимых GOOSE-сообщений, и, в случае его исчезновения, заголовок данного GOOSE-сообщения в окне настройки РЕТ-61850 будет подсвечиваться красным цветом, сигнализируя об ошибке (рис. 2).

Так реализуется первый, из описанных выше, этап проверки терминалов, например, проверка уставок, построение характеристики срабатывания измерительного органа дистанционной защиты или время-токовой характеристики токового органа, и т.д.

Особый интерес представляет оценка времени задержки или опережения GOOSE-сообщений в сравнении со временем, фиксируемым по выходному реле терминала. Это второй этап.

Данную оценку можно осуществить в программном модуле секундомер-регистратор, выбрав измерение разновременности срабатывания по 2 входам. При этом необходимо учесть, что это должен быть один и тот же выход терминала, выведенный на реальное выходное реле и виртуальный выход (через GOOSE). Далее задаются условия срабатывания терминала по этому выходу и запускаются несколько циклов измерения.  Результаты каждого измерения заносятся в таблицу, где фиксируется величина срабатывания. Кроме того, в отдельных полях фиксируются минимальная, максимальная и средняя величины разновременности срабатывания между механическим контактом и состоянием в GOOSE-сообщении. При фиксации разновременности (Т_{результат}) исключается время срабатывания измерительного органа терминала, измеряется промежуток времени, включающий в себя только время передачи информации и собственное время работы выходного реле терминала.

Т_{результат}= Т_ср - Т_{ср GOOSE};

Где, полное время срабатывания по механическому реле терминала составляет:

Т_ср= Т_{терминал} +Т_реле+Т_прием   ,

где:

Т_{терминал} – время срабатывания измерительного органа терминала;

Т_реле    – время срабатывания выходного реле терминала;

Т_прием  – время обработки РЕТОМом изменения состояния дискретного входа.

А полное время срабатывания по виртуальному выходу (GOOSE-сообщению) терминала составляет:

Т_{ср GOOSE} = Т_{терминал} + Т_{передача GOOSE} + Т_{прием GOOSE};

Т_{передача GOOSE} = Т₁ + Т₂ + Т₃;

где:

Т_{терминал} – время срабатывания измерительного органа терминала;

Т₁ – время формирования GOOSE-сообщения терминалом;

Т₂ – время передачи сообщения через соответствующий интерфейс терминала;

Т₃ – время передачи сообщения по сети Ethernet, включая время его пересылки сетевым оборудованием;

Т_{прием GOOSE} – время получения сообщения через интерфейс РЕТ-61850;

Время Т_прием по входу РЕТОМ не более 0,5 мс.

Время Т_{прием GOOSE} для блока РЕТ-61850 обычно составляет ~1,0 мс.

Таким образом:

Т_{результат}= Т_{терминал} +Т_реле+Т_прием–(Т_{терминал} + Т_{передача GOOSE} + Т_{прием GOOSE});

Возможна оценка времени передачи GOOSE-сообщения (Т_{передача GOOSE}), если известно собственное время срабатывания выходного реле терминала, которое также можно измерить с помощью РЕТОМа. Типовое время срабатывания выходного реле терминала ~10мс.

Т_{передача GOOSE} = 9,5 мс - Т_{результат};

Из результатов испытаний становится очевидным, что срабатывания через GOOSE-сообщения при испытаниях одиночного терминала являются более быстрыми.

Блок РЕТ-61850, кроме приема GOOSE-сообщений, может и сам формировать GOOSE-посылки о состоянии до 32 виртуальных контактов, например, передачу сигналов РПО/РПВ для имитации положения выключателя. При этом параметры необходимые для идентификации сообщения (GoId, AppId и т.д.) задаются пользователем.

В настоящее время стала актуальной оценка временных задержек в системе при проведении комплексных испытаний на подстанции (третий этап), когда логика защиты одного объекта распределена между несколькими терминалами, связанными между собой как по сети Ethernet, так и дискретными сигналами. 

В большинстве случаев для проведения комплексных проверок некоторые устройства РЗА выводятся из схемы испытаний, например, выключатель, но для полноценного функционирования необходима имитация их дискретных выходов. Это возможно при помощи блока РЕТ-61850 в режиме имитации этого устройства. Для этого необходимо из файла описания всей подстанции выбрать это имитируемое устройство. Все необходимые для его идентификации параметры сообщения считываются из этого файла.

При запуске испытаний РЕТ-61850 формирует посылки в соответствии со считанными параметрами и состояниями выбранных виртуальных контактов.

Здесь можно отметить, что если возможностей одного блока недостаточно для полноценного анализа, то для расширения количества обрабатываемых сигналов и имитаций выходов терминалов в одну компьютерную сеть можно подключить несколько блоков РЕТ-61850, работающих как совместно с РЕТОМом, так и самостоятельно.

Таким образом, предприятие НПП «Динамика» создало комплекс, в котором совместная работа испытательного устройства РЕТОМ и коммутационного блока РЕТ-61850 позволяет учесть специфические особенности тестирования современных устройств РЗА, использующих стандарт МЭК 61850.