Проверка комплекса автоматизированной системы управления технологическими процессами в длительном «штормовом» режиме с использованием протоколов GOOSE и SV

Введение

Оценка работоспособности программно-технического комплекса (ПТК) автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП) и микропроцессорного комплекса системы сбора и передачи информации (МПК ССПИ) подстанций в режиме повышенной информационной нагрузки является актуальной задачей.

Нормативным документом, регламентирующим объемы и методы функциональных испытаний при аттестации ПТК АСУТП и МПК ССПИ в режиме повышенной информационной нагрузки, является стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» (ПАО «Россети») СТО 56947007-25.40.40.112-2011 [1]. Указанный стандарт в настоящее время пересмотрен АО «НТЦ ФСК ЕЭС» в части уточнения и расширения методик испытаний программно-технических комплексов АСУТП и ССПИ для архитектур построения высокоавтоматизированных подстанций I, II и III типов.

В архитектуре построения ВАПС III типа предусмотрен информационный обмен дискретными сигналами по протоколу GOOSE, передача аналоговых сигналов в цифровом виде по протоколу SV и обмен данными со станционным уровнем цифровыми сигналами с использованием протокола MMS [2]. Цифровой формат передачи данных имеет некоторые особенности настройки и применения испытательных комплексов при проведении автоматических комплексных испытаний систем релейной защиты и АСУТП.

Испытания ПТК АСУТП и МПК ССПИ при повышенной информационной нагрузке должны выполняться в соответствии со стандартом [1] и его новой редакцией (далее – СТО «Шторм») в режимах информационного всплеска и длительного «штормового» режима.

Режим повышенной информационной нагрузки характеризуется интенсивным потоком дискретных и аналоговых событий (выход значений аналоговых сигналов за пределы апертур) и предназначен для проверки производительности системы и отсутствия потерь при передаче данных [1].

Для проведения испытаний ПТК АСУТП (МПК ССПИ) в режимах повышенной информационной нагрузки по протоколам GOOSE и SV, в соответствии с новой редакцией СТО «Шторм», требуется применение специализированных ПТК, обеспечивающих:

• выдачу не менее 48 GOOSE-сообщений (с количеством логических сигналов не менее 20) на устройства уровня присоединения (интеллектуальные электронные устройства релейной защиты, сетевой и противоаварийной автоматики, регистраторы аварийных событий, контроллеры присоединения) и устройства полевого уровня (шкафы преобразователей дискретных и аналоговых сигналов);
• выдачу не менее 42 SV-потоков на интеллектуальные электронные устройства уровня присоединения.

Далее будут рассмотрены особенности проведения испытаний АСУТП и ССПИ для высокоавтоматизированных подстанций (ВАПС) III типа архитектуры в длительном «штормовом» режиме с применением переносного ПТК типа РЕТОМ-61850, характеристики которого обеспечивают [3]:

• выдачу и приём до 256 GOOSE?сообщений (до 400 логических сигналов в каждом);
• генерацию до 80 SV-потоков с поддержкой МЭК 61850-9-2LE и Корпоративного профиля МЭК 61850 ПАО «Россети» [2];
• синхронизацию по протоколам NTP и PTPv2;
• приём и преобразование синхроимпульса 1PPS в логические сигналы GOOSE;
• одновременное подключение к четырём подсетям шины процесса/станции или их сегментам.

Методика и схемы испытаний АСУТП/ССПИ в длительном «штормовом» режиме с использованием ПТК РЕТОМ-61850

Испытания в длительном штормовом режиме проводятся для проверки временных характеристик и устойчивости системы АСУТП/ССПИ при многократном потоке событий с заданным количеством аналоговых событий и дискретных сигналов в течение не менее 10 минут с применением ПТК в составе управляющего переносного компьютера (ПК), прибора РЕТОМ-61850 и преобразовательных блоков (РЕТ-ОПТИК, РЕТ-КОМ) для подключения к источнику (серверу) точного времени (СВ) и ЛВС ВАПС.

Для III типа архитектуры ВАПС поток аналоговых событий, формируемых отдельно или совместно с дискретными сигналами, создается при генерации ПТК РЕТОМ-61850 сигналов тока и напряжения «пилообразной формы» (рис. 1), передаваемых в потоках по протоколу SV через отдельную шину процесса или мультишину на входы подписчиков – интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) релейной защиты и сетевой автоматики (РЗА), противоаварийной автоматики (ПА), контроллеров присоединений (КП) и др. Время Т нарастания сигналов напряжения и тока (рис. 1) до 100% шкалы номинальных значений (и, соответственно, спада до нуля) определяется требуемым потоком аналоговых событий. Апертуры аналоговых событий выбираются в зависимости от класса точности измерительных трансформаторов тока и напряжения согласно стандарту [2].

Форма «пилообразного» сигнала может быть задана как ступенчатая, с изменением уровня на величину апертуры (0,5 или 1% от номинального значения) за заданное время (например, 1000 мс) или «гладкая», с изменением величины напряжения (тока) U_НОМ (I_НОМ) за время Т cо скоростью ΔU/ΔT (ΔI/ΔT). Программное обеспечение РЕТОМ-61850 позволяет реализовать оба варианта при помощи модуля «Генератор последовательностей». Ступенчатая форма задаётся автоматически линейным изменением сигнала (рис. 2) тока/напряжения с заданными интервалами.

Рис. 1 – График изменения сигналов тока и напряжения

 

Рис. 2 – Фрагмент формы сигналов тока и напряжения с линейным ступенчатым изменением

Настройка сигналов тока и напряжения в SV-потоках с плавным изменением выполняется в режиме задания сигналов сложной формы («гармоники»). По заданной величине апертуры, времени нарастания и спада сигнала T и номинального значения напряжения и тока (U_Н, I_Н), вычисляется параметр скорости изменения амплитуды ΔA/ΔT: ΔA_U/ΔT = U_НОМ /T, ΔA_I/ΔT = I_НОМ /T. Настроенный процесс зацикливается в «Генераторе последовательностей» РЕТОМ-61850 на заданное время 10 мин (600 с). На рис. 3 приведён пример формы настроенного в программе «Генератор последовательностей» «пилообразного сигнала» с плавным изменением. ИЭУ, на которые выдаются SV-потоки, с помощью механизма MMS-отчётов передают на верхний уровень АСУТП (ССПИ) аналоговые события (измерения) по каналам напряжений и токов для контроля пропусков, задержек в передаче данных и т.д.

Рис. 3 – Форма сигналов тока и напряжения с плавным изменением

Для формирования требуемого потока дискретных событий используется испытательная установка РЕТОМ-61850, синхронизированная с глобальным источником точного времени по протоколу РТРv2. Синхроимпульс 1PPS, с заданными в соответствии с СТО «Шторм» характеристиками (рис. 4), преобразуется в ПО РЕТОМ-61850 в логические сигналы исходящих GOOSE-сообщений, на которые подписаны ИЭУ. Состояние логических сигналов изменяется со сменой логического значения импульса 1PPS. При этом два раза в секунду (по переднему и заднему фронту сигнала 1PPS) происходит уменьшение периода передачи GOOSE-сообщений, возрастает и постоянно поддерживается информационная нагрузка на ЛВС шины станции. Логические сигналы, повторяющие 1PPS, передаются в ИЭУ с последующим формированием событий на станционный уровень АСУТП (ССПИ) с помощью механизма MMS-отчетов.

Рис. 5 – Характеристики синхроимпульса 1PPS при формировании потока дискретных событий

Для организации передачи GOOSE с импульсом 1PPS в логических сигналах, в приборе РЕТОМ-61850 используется программный режим перенаправления состояния дискретных входов в GOOSE-сообщения. Для этого выход 1PPS источника точного времени подключается к дискретному входу РЕТОМ-61850 через блок-преобразователь «оптика»/«TTL» – «сухой контакт» типа РЕТ-ОПТИК (рис. 5). В качестве альтернативы можно использовать коммутационный блок РЕТ-КОМ с функцией преобразования протокола РТРv2 в «сухой контакт» – повторитель синхросигнала 1PPS (рис. 6).

При проверке системы АСУТП на ВАПС, в случаях, когда система обеспечения единого времени недоступна, например, при наладке и подготовке к приёмке из наладки, а также при лабораторных (заводских) испытаниях, может применяться схема испытаний с ПТК РЕТОМ-61850 в режиме локального сервера точного времени по протоколу PTPv2 (рис. 7).

Рис. 5 – Схема испытаний с прямым преобразованием 1PPS в GOOSE

Рис. 6 – Схема испытаний с преобразованием 1PPS из протокола PTPv2 в GOOSE

Рис. 7 – Схема испытаний с использованием в ПТК РЕТОМ-61850 функции локального СВ PTPv2

Пример выдачи генерируемых в течение 10 минут SV-потоков с «пилообразным» изменением сигналов напряжения/тока приведён на рис. 8, где на осциллограмме показаны два потока SV формата 3U, 3I [2] и регистрация сигнала 1PPS на дискретном входе №1 РЕТОМ-61850.

 

Рис. 8 – Генерация в ПО РЕТОМ-61850 SV-потоков для создания потока аналоговых событий

Сравнение сигналов 1PPS от источника точного времени и логических сигналов в GOOSE-сообщениях, передающих состояние 1PPS, может быть выполнено в программе осциллограф-регистратор ПТК РЕТОМ-61850 (рис. 9).

Рис. 9 – Сравнение сигналов 1PPS на входе РЕТОМ-61850 и в исходящем GOOSE-сообщении

Трафик SV и GOOSE, генерируемый в ЛВС шины процесса и станции, анализировался в ПО «Сетевой анализатор» (рис. 10), где на осциллограмму выводятся аналоговые значения каналов напряжения и тока SV-потоков и логические сигналы GOOSE, которые передают состояние синхросигнала 1PPS.

Рис. 10 – Визуальное отображение фрагмента записи трафика для организации «штормового» режима

Приведённые схемы ПТК и настройки ПО, обеспечивающие автоматизацию процесса испытаний, могут быть использованы в качестве сценариев (шаблонов) проверок и применяться в ПО ПТК РЕТОМ-61850 («ПроВерь РЗА») и ПТК «Приёмка» («Приёмка в эксплуатацию систем РЗА и АСУТП подстанций, использующих стандарт МЭК 61850») при функциональных тестах.

Рассмотренные испытания ПТК АСУТП/МПК ССПИ в режиме повышенной информационной нагрузки при помощи переносного ПТК типа РЕТОМ-61850 могут выполняться не только при аттестационных испытаниях на полигоне разработчика (изготовителя) или сертификационного центра, но и на ВАПС [4] архитектуры III типа при комплексных испытаниях и приёмке из наладки систем РЗА, ПА и АСУТП. Количество публикуемых SV-потоков и GOOSE-сообщений и их структура при этом будет автоматически определяться SCD-файлом конфигурации подстанции, загружаемым в ПО ПТК РЕТОМ-61850.

Выводы

Архитектура ВАПС III типа, использующая цифровые протоколы передачи информации между ИЭУ полевого, станционного и уровня присоединения, позволяет максимально автоматизировать проведение испытаний шкафов РЗА и ПА, исключая ручные операции и изменение схем подключения, а также дополнить их штормовыми испытаниями систем АСУТП/ССПИ.

Методика испытаний систем АСУТП/ССПИ при повышенной информационной нагрузке в длительном штормовом режиме, может быть автоматизирована и выполняться на полигоне при аттестации и на новых ВАПС при приёмке РЗА, ПА и АСУТП из наладки.

Литература

1. СТО 56947007-25.040.40.112-2011 Типовая программа и методика испытаний программно-технического комплекса автоматизированной системы управления технологическими процессами (ПТК АСУ ТП) и микропроцессорного комплекса системы сбора и передачи информации (МПК ССПИ) подстанций в режиме повышенной информационной нагрузки «шторм» [Электронный ресурс] Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС». – 2011 – Режим доступа: https://www.rosseti.ru/upload/iblock/f65/80yw7gy1syptgsxnan87m3giewmsizdn.pdf

2. СТО 56947007-25.040.30.309-2020 Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС» [Электронный ресурс] / Стандарт организации ПАО «ФСК ЕЭС». – 2020. – Режим доступа: https://www.rosseti.ru/upload/iblock/d1c/xp3uhk4fqbwckdeon4b7yaf4t6coi53l/СТО_56947007-25.040.30.309-2020изм1.pdf

3. Шалимов А.С. Опыт периодических испытаний цифровых защит с поддержкой IEC 61850-8-1 и IEC 61850?9?2 / А.С. Шалимов // Релейная защита и автоматизация. – 2021. – № 3 (44). – С. 100-103.
4. Герасимов В.А. Вопросы испытаний ЦПС в режиме повышенной информационной нагрузки / В.А. Герасимов // Цифровая подстанция. – 2018. – № 10. – С. 48-51.

 Смирнов Ю.Л.
Рыжов Э.П.,
Шалимов А.С.

ООО «НПП «Динамика»

г. Чебоксары
декабрь 2023