Развитие технологии «цифровая подстанция» (ЦПС) определяется требованиями стандартов, в частности IEC 61869-9 [1] устанавливает требования к цифровым преобразователям измерительных трансформаторов. Указанный международный стандарт совместно с проектом стандарта «Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС» ограничивают протокол IEC 61850-9-2 до практического применения на реальных объектах с «шиной процесса», как альтернативу или замену спецификации IEC 61850-9-2LE [2].

Отечественные требования к преобразователям аналоговых сигналов [3], осуществляющих преобразование аналоговых сигналов от электромагнитных измерительных трансформаторов в потоки цифровых отсчётов, включают применение профиля протокола IEC 61850-9-2 (Sampled Values или SV), выполненного в соответствии с IEC 61869-9. Основные отличия IEC 61850-9-2LE и IEC 61869-9 приведены в таблице 1. Положения IEC 61869-9 устанавливают (для номинальной частоты 50 Гц) новые частоты дискретизации для релейной защиты и измерительных устройств – 4800 Гц (96 выборок/период) и 14400 Гц (288 выборок/период) соответственно. Кроме того, блок данных сетевого пакета с аналоговыми измерениями SV-потока содержит 2 цифровых отсчёта (ЦО) для релейной защиты и 6 для измерений. Стандарт IEC 61869-9 определяет предпочтительный метод синхронизации ЦО от разных источников (издателей) в соответствии с протоколом РТР. Фиксированные наборы данных (как например, 4I4U в IEC61850-9-2LE) в IEC 61869-9 отсутствуют, при этом следует отметить, что IEC 61869-9 поддерживает конфигурацию, совместимую со спецификацией IEC 61850-9-2LE. Проект «Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС» заполняет указанный пробел, определяя коммуникационные параметры SV-потоков со следующими наборами данных [4]: 1I0U (один канал тока), 3I0U (три фазных канала тока), 0I1U (один канал напряжения), 0I3U (три фазных канала напряжения).

Для обеспечения этапов жизненного цикла интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) релейной защиты и автоматики (РЗА) ЦПС (аттестация, пуско-наладка, эксплуатация), необходим соответствующий функционал испытательных систем, учитывающий требования стандарта IEC 61869-9 и корпоративного профиля IEC 61850-9-2 для энергообъектов с «шиной процесса»:

  • генерация SV-потоков при проверке параметров срабатывания функций РЗА;
  • приём и регистрация SV-потоков для проверки издателей SV-потоков (цифровые измерительные трансформаторы или преобразователи аналоговых сигналов);
  • имитация повышенной информационной нагрузки в «шине процесса» для тестирования системы РЗА и АСУ ТП;
  • функциональное тестирование специальных алгоритмов ИЭУ РЗА;
  • синхронизация по протоколу PTP (IEC 61850-9-3).

Таблица 1. Основные отличия IEC 61850-9-2 LE и IEC 61869-9

Требования IEC 61850-9-2LE IEC 61869-9
РЗА Измерения РЗА Измерения
Частота дискретизации SV 4000 Гц 12800 Гц 4800 Гц 14400 Гц
Блок данных noASDU 1 8 2 6
Синхронизация 1PPS PTP
Набор данных SV-потока 4I4U Для сети 100Мбит/с: количество каналов тока и напряжения для релейной защиты – от 1 до 24, для контроля качества и измерений – от 1 до 8.

 

На примере испытательной системы РЕТОМ-61850 [5], поддерживающей требования IEC 61869-9, касающиеся частот цифровых отсчётов за период и количества ЦО в передаваемых сетевых пакетах, а также требования проекта «Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС» в части сигналов в наборах данных SV, рассмотрим особенности испытаний ИЭУ РЗА с поддержкой IEC 61869-9.

Программное обеспечение (ПО) РЕТОМ-61850 позволяет выполнить индивидуальную настройку для каждого из 80-ти исходящих SV в соответствии с проектом «Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС» (рис. 1), при этом поддерживается как генерация, так и приём и регистрация SV-потоков с настраиваемыми наборами данных. На рис. 2 приведён пример приёма прибором РЕТОМ-61850 SV-потоков с наборами данных, соответствующих «Корпоративному профилю МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС». Аналоговые данные настроенных SV-потоков перенаправляются в программу ручных испытаний, воспроизведения COMTRADE-файлов аварийных осциллограмм, автоматические программы проверки функций РЗА и др.

Отличительной особенностью испытаний оборудования РЗА с поддержкой IEC 61850-9-2 является необходимость проверки не только характеристик срабатывания функций РЗА, но и реакции ИЭУ на изменения информационных (сетевых) параметров SV-потоков:

  • флагов качества каналов данных SV;
  • флага синхронизации;
  • флага симуляции (тестирования);
  • несоответствия набора данных SV (количество аналоговых значений, их порядок и т.д.);
  • искажений сетевых данных (пропуск, перемешивание, смещение пакетов с ЦО).

Указанные проверки проводятся при аттестации [6] ИЭУ, но также актуальны и при эксплуатации систем РЗА действующих ЦПС, например, при послеаварийных проверках.

Режимы имитации искажений в ПО испытательной системы РЕТОМ-61850, ранее разработанные для спецификации IEC 61850-9-2LE [5, 7], дополнены поддержкой SV-потоков с частотой дискретизации 96 выборок/период с двумя мгновенным измерениями в сетевом пакете и 288 выборок/период с 6-ю мгновенными измерениями в пакете.

Рассмотрим алгоритмы моделирования сетевых искажений IEC 61869-9 на примере SV-потоков для релейной защиты.

1) Режим искажений «Смещение пакетов» производит смещение всех данных SV-потока (расположение сетевого пакета с цифровыми отсчётами smpCnt = 0 и smpCnt = 1), относительно сигнала 1PPS (начало секунды) на положительное (задержка) или отрицательное (опережение) количество пакетов c двумя ЦО (рис. 3). Данный режим испытательной системы РЕТОМ-61850 позволяет проверить работоспособность алгоритма выравнивания выборок (буфера компенсации) в устройстве РЗА, принимающего SV?потоки от нескольких источников сигналов при рассинхронизации измерительных преобразователей.

2) Режим искажений «Порядок пакетов» изменяет порядок следования сетевых пакетов внутри окна заданной длительности с заданного сетевого пакета относительно начала секунды (1PPS) и с определённым интервалом повторения окна. На рис. 4 представлен пример перестановки соседних пакетов (с двумя ЦО), начиная со 2-го пакета от сигнала 1PPS в окне перемешивания из 4 пакетов с интервалом повторения в 4 пакета. Алгоритм ИЭУ РЗА должен перестроить пакеты в нормальный порядок, если размер окна перемешивания не превышает предела буфера компенсации или, в противном случае, блокировать ИЭУ с соответствующей сигнализацией.

Рис. 1. Пример настройка исходящего SV-потока IEC 61869-9 для РЗА типа 3I0U

Рис. 2. Пример приёма SV-потоков IEC 61869-9 с наборами сигналов 3I0U, 0I3U, 1I0U, 0I1U

Рис. 3. Пример смещения пакетов для SV-потока 96 выборок/период, noASDU = 2

3) Режим искажений «Пропуск пакетов» имитирует отсутствие сетевых пакетов в SV?потоке вследствие некорректной работы сетевого коммуникационного оборудования или перегрузки каналов связи. В отличие от IEC 61850-9-2LE, для релейной защиты требования IEC 61869-9 определяют количество цифровых отсчётов (ЦО), передаваемых в сетевых пакетах, равное двум (noASDU = 2), вследствие чего пропадание пакетов в локально-вычислительной сети объекта становится более критичным для правильного функционирования ИЭУ и требует соответствующего внимания при испытаниях специальных алгоритмов восстановления данных. Пропуск пакетов производится следующим образом: с заданного сетевого пакета относительно начала секунды задаётся размер окна пропускания сетевых пакетов (ЦО) и интервал повторения окна. При этом алгоритм режима предусматривает возможность пропуска всех либо случайного количества сетевых пакетов внутри окна. На рис. 5 представлен пример случайного пропуска выборок, начиная со 2-го пакета от сигнала 1PPS в окне искажений из 3-х пакетов с интервалом повторения в 4 пакета. Данный режим позволяет проверить работоспособность алгоритмов восстановления потерянных значений при единичном пропадании пакетов (аппроксимация) и соответствующей блокировки и сигнализации недостоверных данных в принимаемых SV-потоках при потере нескольких сетевых пакетов подряд.

Рассмотренные режимы искажений могут выполняться независимо. На рис. 6 приведена осциллограмма процесса испытаний исходящего SV-потока с комбинированным режимом сетевых искажений (пропуск, перемешивание и смещение пакетов), совмещённая с неискажённым сигналом. Программы автоматических проверок функций РЗА (дистанционных, дифференциальных, токовых защит и др.) и моделирующие программы (RL-модель энергосистемы, модель трансформаторов тока), использующие SV-потоки с активным режимом искажений, позволяют выполнять комплексное динамическое тестирование функций релейной защиты и специальных алгоритмов ИЭУ РЗА. На рис. 7 приведён пример генерируемого РЕТОМ-61850 аварийного процесса (SV-поток IEC 61869-9, 96 выборок/период, набор данных 3IU0) с насыщением электромагнитных измерительных трансформаторов тока при автоматическом повторном включении, утяжелённого комбинированным искажением данных в локально-вычислительной сети ЦПС.

Выводы

  1. Рассмотренный функционал цифрового испытательного комплекса для тестирования ИЭУ РЗА актуален для проведения аттестационных испытаний, при пуско-наладочных работах и эксплуатации оборудования РЗА ЦПС с «шиной процесса» и поддержкой МЭК 61869-9.
  2. Испытания устройств должны быть дополнены функциями проверки при несоответствии количества и порядка аналоговых данных в SV-потоке.
  3. Комплексные испытания ИЭУ, включающие тестирование параметров срабатывания функций РЗА совместно с проверкой специальных алгоритмов ИЭУ, должны включаться в методики и протоколы пусконаладочных и эксплуатационных испытаний ИЭУ РЗА, предназначенных для энергообъектов с «шиной процесса» МЭК 61850-9-2LE или МЭК 61850?9?2 на основе МЭК 61869-9.

Рис. 4. Пример перемешивания пакетов для SV-потока 96 выборок/период, noASDU = 2

Рис. 5. Пример режима пропуска пакетов SV-потока 96 выборок/период, noASDU = 2

Рис. 6. Пример генерации искажений при статических испытаниях

Рис. 7. Пример генерации искажений при динамических испытаниях

Литература

  1. IEC 61869-9 Instrument Transformers – Part 9: Digital Interface for Instrumental Transformers, 2016.
  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. СТО 34.01-21-004-2019 «Цифровой питающий центр. Требования к технологическому проектированию цифровых подстанций напряжением 110-220 кВ и узловых цифровых подстанций напряжением 35 кВ» Стандарт организации. Дата введения: 29.03.2019. ПАО «Россети».
  4. СТО 56947007-29.240.10.299-2020 «Цифровая подстанция. Методические указания по проектированию ЦПС». Стандарт организации. Дата введения: 26.02.2020. ПАО «ФСК ЕЭС», 2020.
  5. Комплекс программно-технический измерительный цифровой РЕТОМ-61850. Руководство по эксплуатации БРГА.441461.014 РЭ. Редакция 130617.
  6. СТО 56947007-29.240.10.253-2018 «Типовые методики испытаний компонентов ЦПС на соответствие стандарту МЭК 61850 первой и второй редакций» Стандарт организации. Дата введения: 29.03.2018. ПАО «ФСК ЕЭС» 2018.
  7. Шалимов А.С. Тестирование специальных алгоритмов устройств релейной защиты с использованием шины процесса IEC61850-9-2LE // Релейная защита и автоматизация, №3, 2017.

Рыжов Э.П., Шалимов А.С.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Июнь 2020

вверх

Вход в личный кабинет

Восстановление доступа

Заказать звонок

Новое сообщение