Тестирование и испытания устройств релейной защиты и автоматики на функциональную совместимость по условиям стандарта МЭК 61850

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский энергетический институт (технический университет)

Тестирование и испытания устройств релейной защиты и автоматики на функциональную совместимость по условиям стандарта МЭК 61850

Б.К. Максимов, А.О. Аношин, А.В. Головин

Аннотация

автоматизация подстанция фиксированный семантика

Стандарт МЭК 61850 определяет информационную модель, из элементов которой может быть образовано формальное описание системы автоматизации подстанции с фиксированной семантикой данных, определяет протоколы передачи данных, а также единый язык конфигурирования подстанции, с помощью которого непосредственно производится описание системы автоматизации подстанции и настройка отдельных устройств в ее составе. Стандарт, наряду с предлагаемыми протоколами передачи данных дискретных сигналов, измерений, а также мгновенных значений электрических величин, описывает новые архитектуры построения систем вторичной коммутации на объекте на базе технологии Ethernet, отличает его от существующих на сегодняшний день стандартов.

Такой подход позволяет говорить о функциональной совместимости устройств различных производителей, используемых в рамках одной подстанции.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ УСТРОЙСТВ ПО УСЛОВИЯМ СТАНДАРТА МЭК 61850

Обеспечение функциональной совместимости интеллектуальных устройств различных производителей -- это один из основных принципов, заложенных в стандарт МЭК 61850. Функциональная совместимость мультивендорных систем может быть обеспечена на различных уровнях:

* Обмен данными между устройствами одного уровня (например, между устройствами РЗА разных присоединений).

* Обмен данными между устройствами разных уровней (например, между измерительными устройствами и устройствами РЗА).

* Обеспечение функциональной совместимости различных устройств при интеграции в единую систему АСУ ТП.

Следует особенно рассмотреть первый пункт. Часто вопрос применения устройств РЗА различных производителей в рамках одной подстанции (одного распределительного устройства) справедливо вызывает сомнения у эксплуатирующей организации. Это объясняется сложностью организации эксплуатации устройств различных типов, необходимостью дополнительного повышения квалификации персонала и т.п. Вместе с тем, возможность простой и быстрой интеграции устройств другого типа (другого производителя) при реконструкции, расширении является важным преимуществом, так как позволит беспрепятственно интегрировать новые устройства в существующую систему, построенную на базе устройств предыдущих поколений.

При условии соблюдения требований стандарта МЭК 61850 в части информационной модели, принципов организации обмена данными и т.п. созданное устройство сможет отвечать принципам функциональной совместимости и сможет работать в системе, построенной на базе устройств других производителей. Однако на раннем этапе разработки устройств в части соответствия требованиям стандарта МЭК 61850, а также в условиях того, что стандарт не содержит в себе всеобъемлющей информации по всем возможным случаям, функциональная совместимость устройств разных производителей может быть не достигнута даже при условии формального соответствия требованиям стандарта и соответствующих заявлений производителя. Для подтверждения совместимости устройств между собой требуется на основе опытов подтвердить совместимость устройств. Такая проверка позволяет не только отработать подходы к интеграции разных устройств в единую систему, но и выявить потенциальные источники проблем при интеграции.

ЛАБОРАТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ

На базе кафедры релейной защиты и автоматизации энергосистем (РЗиАЭс) МЭИ (ТУ) создана лаборатория по исследованию функциональной совместимости устройств различных производителей, работающих по стандарту МЭК 61850. Целями организованной лаборатории является исследование функциональной совместимости устройств различных уровней, указанных ранее.

В созданной лаборатории в настоящее время организована единая информационная сеть, в которую включено следующее оборудование (рис. 1):

* Три устройства РЗА различных производителей.

* Испытательная установка с поддержкой протокола GOOSE МЭК 61850.

* Набор персональных компьютеров.

* Ethernet-коммутаторы.

Особенностью информационной сети является то, что все устройства включены в единую локальную сеть кафедры РЗиАЭс, так что с любого компьютера может быть организован доступ для мониторинга трафика по сети и конфигурирования устройств. Также на ПК могут моделироваться различные условия информационной загрузки сети и т.п.

РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ ПОДСТАНЦИИ

Для проверки функциональной совместимости в лаборатории была сформирована первичная схема, моделирующая реальное распределительное устройство на подстанции.

Первичная схема, имитация которой производится в рамках лабораторного комплекса, представлена на рис. 2.

Устройство 1 устанавливается на питающем присоединении 1 (ввод к системе шин), Устройство 2 - на присоединении 2 и Устройство 3 на присоединении 3.

При использовании устройств РЗА, изготовленных тремя различными производителями, персональных компьютеров (ПК), объединенных в единую информационную сеть Ethernet, и соответствующего программного обеспечения (ПО) в рамках

лабораторного комплекса реализуются следующие функции и задачи:

* Функция максимальной токовой защиты (МТЗ) (в составе каждого отдельного устройства РЗА).

* Функция логической защиты сборных шин (ЛЗШ) с передачей логических сигналов между устройствами по сети Ethernet согласно протоколу GOOSE МЭК 61850.

* Считывание данных информационных моделей У РЗА по протоколу MMS.

Все функции и задачи реализуются для целей исследования функциональной совместимости УРЗА различных производителей.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОТОКОЛА GOOSE

Стандарт МЭК 61850 предполагает возможность использования специального сервиса и одновременно протокола передачи данных для передачи дискретных сигналов между устройствами -- GOOSE. Передача GOOSE-сообщений от устройств осуществляется по сети Ethernet в режиме мульти-каст (нескольким адресатам).

Модель передачи GOOSE-сообщений, реализуемая в составе устройств РЗА, предоставляет возможность выполнения быстродействующего обмена дискретной информацией между устройствами. Передаваемые в рамках GOOSE-сообщения данные объединяются элементом DATA-SET, представляющим собою структурированный набор атрибутов данных элементов данных логических узлов информационной модели устройства согласно стандарту МЭК 61850.

Для реализации схем защиты и автоматики необходимо правильное конфигурирование GOOSE-сообщений как на отправку, так и на прием с использованием ряда параметров (см. таблицу 1).

Таблица 1 - Параметры GOOSE-сообщения, определяемые пользователем

РАЗЛИЧИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ УСТРОЙСТВ

В ходе рассмотрения информационных моделей удалось выявить, что рассмотренные устройства имели близкие по набору доступных сервисов конфигурации.

Устройство 1 отличалось от Устройств 2 и 3 тем, что имело лишь одно фиксированное логическое устройство. Устройства 2 и 3 имели по 5 логических устройств, в которых логические узлы сгруппированы по типу выполняемых функций: Защита, Управление, Измерения, Системное логическое устройство, Записи аварийных событий (Оповещения -- в Устройстве 3).

Во всех устройствах присутствовал набор основных логических узлов, описанных в МЭК 61850-7-4. Однако, как удалось установить экспериментально, в Устройстве 1, не представляется возможным использовать имеющиеся логические узлы для создания наборов данных DATA-SET. Информационная модель, реализованная в Устройстве 1, позволяет использовать лишь общие логические узлы GGIO, из которых может быть составлен DATA-SET. При помощи специального конфигурационного программного обеспечения, поставляемого вместе с устройством, указанному логическому узлу GGIO может быть поставлен в соответствие внутренний логический сигнал в устройстве.

Данное утверждение было проверено в ходе лабораторных испытаний, когда была предпринята попытка загрузки CID-файла (Configured IED Description -- описание сконфигурированного устройства) со сконфигурированным DATA-SET для отправки GOOSE-сообщений с использованием атрибутов данных логического узла токовой защиты РТОС1. При этом файл CID был успешно загружен в ПО, поставляемое с Устройством 1, и успешно прошел процедуру валидации, однако изменения не вступили в силу. Данный факт требует дополнительных исследований.

В целом использование логических узлов GGIO не противоречит положениям стандарта и не мешает обеспечивать функциональную совместимость устройств защиты. Однако стандарт предполагает использование общих логических узлов для соответствующих стандартных функций. Использование же логических узлов GGIO во всех случаях серьезно усложняет процесс конфигурирования системы из-за наличия большого количества «ручной» работы с использованием программного обеспечения производителя. Также это делает невозможным использование стороннего программного обеспечения для целей конфигурирования систем, построенных на базе стандарта МЭК 61850.

Как было упомянуто выше, для обеспечения уникальности передаваемых по сети Ethernet GOOSE-сообщений требуется задание ряда обязательных параметров, перечень которых представлен в таблице 1. Во всех тестируемых на функциональную совместимость устройствах присутствовали данные параметры, однако в Устройстве 1 сетевой идентификатор Application ID (APP ID) по умолчанию в конфигурационном программном обеспечении задавался в десятеричном формате, в то время как в Устройстве 2 и 3 его задание осуществлялось в шестнадцатеричном формате. Это один из самых явных примеров того, как между устройствами различных производителей может быть не обеспечена функциональная совместимость. В соответствии со стандартом МЭК 61850-8-1 задание данного параметра должно осуществляться именно в шестнадцатеричном формате.

Заключение

В лаборатории исследования функциональной совместимости устройств различных производителей выполнен экспериментальный анализ информационных моделей и получены следующие результаты исследования:

1. Информационные модели трех рассмотренных устройств различаются в части содержания блока «Server». Устройства 2 и 3 имеют 5 логических устройств в каждом физическом устройстве, а Устройство 1 имеет только одно логическое устройство, содержащее в себе все доступные логические узлы.

2. В Устройстве 1 отсутствует возможность использования логических узлов, представленных в файле описания устройства для конфигурирования DATA-SET для GOOSE-сообщений за исключением узлов GGIO. При этом в качестве атрибутов данных логического узла GGIO могут

быть назначены любые внутренние сигналы устройства. Однако их назначение может производиться только непосредственно в программе для конфигурирования и никак не отражается в SCL-файлах описания устройства. Следует отметить, что указанные особенности информационной модели, реализованной в Устройстве 1 не препятствуют функциональной совместимости устройств между собой. То есть, устройства могут успешно обмениваться GOOSE-сообщениями между собой, что было показано в ходе работы в лаборатории. Однако это серьезно осложняет процесс конфигурирования системы и исключает возможность использования стороннего ПО для конфигурирования коммуникаций по стандарту МЭК 61850. 3. В Устройстве 1 при конфигурировании блоков управления передачей GOOSE-сообщений значение параметра АРР ID по умолчанию указывается в десятеричном формате, хотя стандарт регламентирует необходимость его установки в шестнадцатеричном формате. Указанное может препятствовать обеспечению функциональной совместимости в части коммуникаций по протоколу GOOSE.

На первоначальной стадии реализации проектов требуется обращаться к дополнительным документам, предоставляемым производителями к каждому

отдельному устройству, таким как PICS (Protocol Implementation Conformance Statement -- О соответствии реализуемых протоколов требованиям стандарта), MICS (Model Implementation Conformance Statement -- О соответствии информационной модели устройства требованиям стандарта) и PIXIT (Protocol Implementation Extra Information for Testing -- Дополнительная информация о реализуемых протоколах для целей тестирования устройств). Указанные выше документы говорят о том, какие возможности и каким образом реализованы в том или ином устройстве. Информация, содержащаяся в них, должна быть использована при обязательной процедуре тестирования устройств различных производителей на функциональную совместимость, если таковые используются на объекте. Именно они являются ключом к обеспечению функциональной совместимости.

Список литературы

1. IEC 61850-1:2003 Communication Networks and Systems in Substations; Introduction and Overview

2. IEC 61850-5:2003 Communication Networks and Systems in Substations; Communication requirements for functions and device models

3. IEC 61850-7-3:2003 Communication Networks and Systems in Substations; Basic communication structure for substation and feeder equipment - Common data classes.

4. Труды конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем», 2010 г., МЭИ, www.energy2010.mpei.ru

Размещено на Allbest.ru