Разработка комплекса спецпрограмм проверки РЗА 110-220 кВ на основе визуальных программных средств компьютерно-управляемой испытательной системы

Одним из способов повышения эксплуатационной эффективности сложных устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) является применение возможностей компьютерно-управляемых испытательных систем для автоматизации испытаний, позволяющих исключить влияние человеческого фактора на работу РЗА [1], а также сократить время вывода оборудования на техническое обслуживание и т.п.

Активную работу в области автоматизации процесса испытаний РЗА специалисты научно-производственного предприятия «Динамика» начали вести в 1997 г. с создания специальных программ для тестирования сложных типовых электромеханических и микроэлектронных защит типа ЭПЗ-1636, ДФЗ-201, ШДЭ2801(02), ПДЭ2802 и др. с помощью испытательных приборов серии РЕТОМ. Позднее была выпущена серия спецпрограмм для микропроцессорных (МП) терминалов РЗА 6-220 кВ известных производителей.

Кроме этого, с 2005 г. пользователям была предоставлена возможность создания проверочных программ с помощью специального языка разработки «РЕТОМ-Мастер» для автоматического тестирования сторонними разработчиками на основе открытых команд управления аппаратными средствами РЕТОМ-51, а в 2009 г. программная библиотека «РЕТОМ-Мастер» вошла в комплект базовых программ испытательных комплексов РЕТОМ-51/61/71 [2].

Как показал опыт, возможность написания собственных программ оказалась достаточно востребована у разработчиков устройств РЗА, специалистов НИИ и предприятий. Однако в эксплуатации «РЕТОМ-Мастер» не нашёл широкого распространения, поскольку требует от пользователя времени и навыков программирования на языках высокого уровня либо наличия команды разработчиков и релейщиков. При этом время и трудозатраты, необходимые на создание и сопровождение программы, зачастую несоизмеримы в сравнении с использованием готовых программных модулей базового ПО комплекса, позволяющих проводить испытания в ручном или полуавтоматическом режимах.

Развитие программно-аппаратных возможностей для испытаний устройств РЗА с учётом опыта эксплуатации ПО «РЕТОМ-Мастер» позволило в настоящее время предложить пользователям качественно новый инструмент управления аппаратными средствами испытательной системы (рис.1) – визуальную среду разработки ПО:

1) «Генератор проверок» – базовая версия для быстрой разработки программ автоматической проверки устройств РЗА, встроенная в стандартный пакет программного обеспечения приборов РЕТОМ-51/61/71;

2) «Конструктор проверок» – программный модуль для разработки спецпрограмм с интеграцией во внешнюю графическую оболочку или в пакет программ РЕТОМ-51/61/71.

Указанное ПО позволяет быстро создавать испытательные алгоритмы для проверки отдельных функций, шкафов релейной защиты и комплексных испытаний РЗА присоединений. Схемы подключения комплексов РЗА и аппаратных средств (каналы тока и напряжения, дискретные входы-выходы, оперативный ток, протоколы GOOSE и MMS и т.д.) испытательной установки, бланки уставок, блок проверок и шаблон протокола с результатами испытаний формируются визуально и могут использоваться повторно, что существенно ускоряет внедрение дополнительных тестов и последующие разработки программ проверок за счет удобного визуального добавления в структуру ПО готовых программных блоков.

Рис. 1. Обобщённая схема тестирования шкафа МП защит ЛЭП

 

Дополнительная гибкость визуального инструментария обеспечивается за счет использования при необходимости графического генератора алгоритмов – с условиями и ветвлениями по результатам испытаний (рис.2). Режим выдачи испытательных процессов (токов, напряжений и т.д.) подстраивается автоматически под новые условия в цикле выдачи тестовых воздействий в соответствии с заложенной пользователем логикой в графической оболочке «Генератор последовательностей» (рис.3) [2].

Рис. 2. Графический режим генерации алгоритма сложных проверок

Рис. 3. Программный модуль «Генератор последовательностей»

 

На основе указанного визуального инструмента специалистами-релейщиками НПП «Динамика» без участия программистов разработан комплекс спецпрограмм для тестирования с помощью РЕТОМ-51/61/71 сложных МП устройств РЗА 110-220 кВ разных поколений производства ООО НПП «ЭКРА» (включая современные шкафы серии ШЭ2607). В таблице 1 приведён перечень разработанных спецпрограмм для шкафов ступенчатых защит (КСЗ) и автоматики управления выключателем (АУВ) линий электропередач (ЛЭП), шиносоединительного выключателя (ШСВ), дифференциальных и резервных (РЗ) защит трансформатора (ДТЗ Т), автотрансформатора (ДТЗ АТ), ошиновок высокого (ДЗО ВН) и низкого напряжения (ДЗО НН), основных высокочастотных защит ЛЭП (ДФЗ, НВЧЗ, ВЧБ) и др. Указанный комплекс программ позволит автоматизировать до 90% оборудования РЗА подстанций напряжением 110-220 кВ. В зависимости от сложности, количества тестов и опыта, для специалиста РЗА разработка одной программы (рис. 4) может занимать от недели до месяца.

Таблица 1. Комплекс специального программного обеспечения проверки защит серии ШЭ2607

	Тип защиты 110-220 кВ	Название спецпрограммы	Количество тестов
1.	КСЗ и АУВ ЛЭП	ШЭ2607 011_200 ШЭ2607 011_400 ШЭ2607 016_200	233 276 239
2.	РЗ и АУВ ШСВ	ШЭ2607 015_200 ШЭ2607 015_400	68 73
3.	АУВ ЛЭП	ШЭ2607 019_200 ШЭ2607 019_400	36 37
4.	КСЗ ЛЭП	ШЭ2607 021_200 ШЭ2607 021_400	216 235
5.	ДТЗ Т	ШЭ2607 041_300 ШЭ2607 045_300	312 249
6.	ДТЗ АТ	ШЭ2607 042_300	188
7.	ДЗО НН	ШЭ2607 043_300	182
8.	ДЗО ВН	ШЭ2607 051_300	45
9.	РЗ и АУВ Т	ШЭ2607 073_400	85
10.	РЗ Т	ШЭ2607 074_400	80
11.	ДФЗ, НВЧЗ, ВЧБ	ШЭ2607 083_300	44÷86
12.	ДФЗ, НВЧЗ, ВЧБ и КСЗ ЛЭП	ШЭ2607 086_300	279÷326

 

Рис. 4. Вид готовой спецпрограммы на примере ШЭ2607 011(012)_400

 

Ключевой особенностью разработки является возможность модернизации испытательной программы «на месте», в части добавления или редактирования проверок функций РЗА, что актуально для многочисленных нетиповых модификаций шкафов РЗА на различных объектах. Исключение влияния человеческого фактора обеспечивается за счёт автоматической загрузки (импорта) уставок в испытательное ПО и автоматизации методики испытаний и заполнения протоколов проверки. В соответствии с протоколами проверки шкафов НПП ЭКРА» методика испытаний основана на управлении специальным выходным реле терминала «Контрольный выход», на который в режиме «Тестирование» назначается внутренний сигнал функционально-логической схемы или измерительного органа [3]. Переключение реле «Контрольный выход» в спецпрограммах обеспечивается за счёт автоматизированного процесса выполнения команд сервисного ПО «EKRASMS», а считывание уставок выполняется из файла, экспортируемого из терминала.

ПО визуальной генерации проверок актуально как для эксплуатации, так и для разработчиков устройств РЗА при создании программ автоматизации заводских приёмосдаточных испытаний. Разработка ПО автоматической проверки для терминалов различных модификаций (нетиповых) осуществляется редактированием ранее разработанного шаблона тестирования для типового исполнения. Для гибкой подстройки под особенности терминалов РЗА разных производителей поддерживается импорт шаблонов протоколов проверки под форму разработчика терминала, имеется возможность подключения внешнего проприетарного модуля автоматизации тестирования или управления режимами терминала на основе МЭК 61850-8-1 MMS [4]. В последнем случае при использовании методик проверки без перепрограммирования логики и уставок терминала процесс испытаний для устройств РЗА разных производителей в некоторой степени типизируется, сокращается время создания автоматических программ за счет исключения необходимости подстройки под особенности каждого разработчика. При этом повышается эксплуатационная эффективность проверяемого оборудования, т.к. проверка выполняется на рабочих уставках и настройках.

Заключение

1. Предлагаемый подход к созданию испытательного ПО для тестирования устройств РЗА на основе визуальной среды разработки без использования методов программирования представляется наиболее перспективным. В этом случае в процессе разработки тестовых функций релейной защиты автоматики отпадает необходимость в привлечении программиста, владеющего высокоуровневыми языками, что обеспечивает доступность сопровождения программы в течение жизненного цикла шкафов РЗА.
2. Гибкость визуальной системы разработки позволяет модифицировать спецпрограммы проверки под нетиповые шкафы РЗА непосредственно на объекте на этапе пуско-наладочных испытаний и приёмки из наладки.
3. В перспективе при типизации решений РЗА, включительно с поддержкой МЭК 61850, разработка спецпрограмм будет ещё более упрощена, в том числе за счёт замены проприетарных протоколов и программных модулей управления терминалов РЗА на протокол MMS для управления, считывания уставок и контроля срабатывания пусковых и измерительных органов РЗА.

Литература

1. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. – М.: Энергоатомиздат, 2007.
2. РЕТОМ-61/51. Комплексы программно-технические измерительные. Руководство пользователя. RU.БРГА.61000-02 90. Редакция 200614.
3. Шкаф дистанционной и токовой защит линии ШЭ2607 021 (версия 021_400). Руководство по эксплуатации ЭКРА.656453.902 РЭ.
4. 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, International Standard, Edition 2. (Описание специфического сервиса связи (SCSM) – Описание передачи данных по протоколу MMS (ИСО/МЭК 9506 – Часть 1 и Часть 2) и по протоколу ИСО/МЭК 8802-3.).

Жуковский А.В., Маслов А.М., Смирнов Ю.Л., Шалимов А.С.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Декабрь 2020