Релейная защита

Наличие возможности горизонтального обмена информацией между терминалами цифровых устройств релейной защиты и автоматики (ЦРЗА) (технология GOOSE-сообщений) – наиболее существенное отличие стандарта МЭК 61850 от протоколов МЭК 60870-5-10x и других в части информационного обмена.
Освоение новых технологий передачи данных требует решения вопросов технического обслуживания устройств РЗА, которые пока никак не регламентированы, – таково мнение Алексея Юрьевича Емельянцева.

Алексей Емельянцев, главный специалист отдела РЗА Специализированного управления «Леноргэнергогаз» ДОАО «Оргэнергогаз», г. Санкт-Петербург

УСТРОЙСТВА РЗА И МЭК 61850
Проблемы передачи GOOSE-сообщений

При внедрении в России стандарта МЭК 61850 остается неясным, каким образом выполнить действующие нормы и правила технического обслуживания при применении GOOSE-сообщений. В частности, действующие правила технического обслуживания [1] при подготовительных работах (пункт 3.1.1) требуют отсоединения всех цепей связи проверяемого устройства (панели, шкафа и т.п.) с другими устройствами.

При проверке соответствия проекту смонтированных устройств (пункт 3.1.3) предписывается проверить фактическое исполнение всех цепей связи между проверяемым устройством и другими устройствами РЗА, управления, сигнализации. В ряде случаев требуется исключить возможность воздействия проверяемого устройства на устройства других присоединений. Непонятно, как проводить проверку взаимодействия проверяемого устройства с другими включенными в работу устройствами защиты, электроавтоматики, управления и сигнализации (пункт 3.1.10).

Не регламентированы также проверки достоверности передаваемой информации и времени передачи сообщений. Глава 6 стандарта МЭК 61850 не дает численных значений, лишь описывает время передачи как промежуток времени между началом передачи GOOSE-сообщения, формируемого логикой одного устройства ЦРЗА, и моментом передачи его в логику другого устройства ЦРЗА. Очевидно, что GOOSE-сообщения должны проходить быстрее традиционных электрических сигналов. При этом использование внешних проверочных источников и приемников GOOSE некорректно.

НАТУРНЫЙ МАКЕТ

Для решения этих и других вопросов на базе терминалов Sepam S80 был собран макет распределительной ПС 10 кВ, широко применяющейся на газотурбинных компрессорных станциях.

Все связи между терминалами выполнены с помощью GOOSE-сообщений и продублированы традиционными электрическими связями (не факт, что так надо делать на действующих объектах). Для создания GOOSE потребовалось менять внутреннюю логику терминалов, а значит, иметь к ней полный доступ.

Несомненно, программирование терминалов и конфигурирование системы с последующей проверкой должно производиться в заводских условиях или в специализированных инженерных центрах. К заказчику должна поступать полностью отлаженная система, перепрограммирование которой эксплуатационным персоналом не допускается.

Перепрограммирование системы неизбежно потребуется при реконструкции объекта, в этом случае необходимо привлекать квалифицированных специалистов.

Структурная схема соединения терминалов для передачи GOOSE-сообщений приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема включения терминалов Sepam-80 и оптического кольца для работы по протоколу МЭК-61850

В ходе лабораторных испытаний GOOSE-сообщения всегда опережали аналогичные электрические сигналы, выигрыш составлял от 15 до 25 мс.

На рис. 2 приведены осциллограммы времени прохождения электрических сигналов и GOOSE-сообщений.

Рис. 2. Осциллограммы времени прохождения GOOSE-сообщений и электрических сигналов

Сигналы GOOSE и электрические дублировали друг друга. Время прохождения замерялось с помощью осциллограмм, записанных терминалами. За точку отсчета принимался момент подачи тока на все терминалы от проверочного устройства («Ретом-51»). На терминале отходящей линии фиксировалось образование во внутренней логике сигналов блокировки ЛЗШ, на вводе – появление сигналов в логике. Для загрузки сети разными терминалами одновременно посылались и принимались примерно 40 GOOSE-сообщений. Время прохождения GOOSE не зависело от их числа и составило около 11–12 мс, время прохождения электрического сигнала составило 27–35 мс.

Рассмотренный способ позволяет проверить не только факт прохождения GOOSE-сообщений, но и время их прохождения между конкретными терминалами в реальных условиях.

ПРОБЛЕМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПЕРЕДАЧИ GOOSE-СООБЩЕНИЙ

На рынке в настоящее время появились устройства, обеспечивающие передачу и прием GOOSE-сообщений (например, РЕТ-61850 НПП «Динамика»). Проверять с их помощью время прохождения сигналов некорректно, поскольку замер будет зависеть от технических характеристик устройства.

Предлагаются и серверы для тестирования всей системы АСУ подстанций, причем при отсутствии устройств нижнего уровня, которые заменяются эмуляторами (сервер МЭК 61850 ООО «ЭнергопромАвтоматизация»). Понятно, что это не относится к GOOSE-сообщениям.

Многие сторонники стандарта МЭК-61850 в качестве одного из основных его преимуществ указывают на взаимозаменяемость и функциональную совместимость устройств разных производителей.

Первое – абсолютно нереально для устройств ЦРЗА. Согласно [2] «взаимозаменяемость – это возможность выполнения замены устройства, поставляемого одним производителем, на устройство другого производителя без внесения изменений в конфигурацию других элементов системы». ЦРЗА разных производителей отличаются программным обеспечением, в том числе в части программирования GOOSE, зачастую используются закрытые технологии. Отличаются они и набором функций РЗА, даже одинаковые функции выполняются по-разному.

Второе – теоретически выполнимо. Согласно [2] «функциональная совместимость – это способность двух или более интеллектуальных электронных устройств одного и того же производителя или различных производителей обмениваться друг с другом информацией и использовать эту информацию для правильного взаимодействия».

Наши попытки связать GOOSE-сообщениями терминалы Sepam S80 (Schneider Electric) и Siprotec (Siemens) не увенчались успехом из-за различий в принципах программирования.

Как отмечено в [3], проблемы функциональной совместимости возникают из-за излишней гибкости стандарта, по-скольку предусматривается полная свобода выбора способов реализации информационного обмена. Несовместимыми могут оказаться устройства различных производителей, имеющие сертификаты на соответствие стандарту МЭК 61850. При этом наибольшие затруднения вызывает именно программирование GOOSE-сообщений между разнородным оборудованием, несмотря на наличие программно-аппаратной поддержки в самих устройствах.

ВЫВОДЫ

1. Внедрение стандарта МЭК 61850 в области релейной защиты и автоматики должно происходить постепенно, по мере накопления опыта.
2. Требуются специалисты нового уровня, ведь кроме знания релейной защиты им необходимы знания в области программирования и цифровых технологий.
3. МЭК 61850 в корне меняет подход к тестированию РЗА. Необходим выпуск новых правил технического обслуживания устройств РЗА, инструкций по проверке конкретных типов ЦРЗА.
4. Ведущие производители должны договариваться о совместимости своих устройств, работающих по протоколу МЭК 61850.
5. В комплект документации ЦРЗА, работающих по МЭК 61850, должны входить рекомендации по программированию и тестированию GOOSE-сообщений.
6. В логических схемах ЦРЗА должны отражаться отправляемые и принимаемые GOOSE-сообщения.
7. Требуется упростить и русифицировать программирование системы передачи GOOSE-сообщений.
8. В ЦРЗА надо предусматривать возможность осциллографирования GOOSE-сообщений.
9. Принимая решение о применении МЭК 61850, необходимо учитывать и то, что стоимость проектов по включению устройств РЗА в АСУ и их реализация на основе технологии МЭК 61850 выше, чем на базе традиционных протоколов МЭК 60870-5-10x. Сокращение затрат вряд ли произойдет в ближайшее время.

ЛИТЕРАТУРА

1. Правила технического обслуживания устройств релейной защиты и электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализации электростанций и подстанций 110 – 750 кВ. РД 153-34.0-35.617-2001. Изд. 3. СПООРГРЭС. М.: 2001.
2. IEC 61850: Communication networks and systems in substations, Ed.1, 2004.
3. Орлов Л.Л., Егоров Д.В. МЭК 61850 – новый стандарт для построения систем автоматизации в энергетике // Электрические станции. 2009. № 11.