РЗА-2010

Подождите немного. Документ загружается.

Релейная защита и автоматика энергосистем

При испытаниях устройства АЛАР МКПА, на цифровом осциллографе фиксировалась работа

трех ступеней обоих устройств. Первый выход основного устройства (Вых_1-I) должен сработать до

второго цикла асинхронного режима, вторая ступень (Вых_2-I) – через три цикла после начала асин-

хронного хода, третья ступень (Вых_3-I) – через семь циклов. Первый выход резервного устройства

(Вых_1-II) выведен из работы, для обеспечения согласованности между устройствами, вторая ступень

(Вых_2-II) должна сработать через пять циклов, третья ступень (Вых_3-I) – через девять циклов.

Пример корректной работы устройств АЛАР МКПА приведен на рисунке 4.

Рис. 4. Переходный процесс при двухфазном к.з. на ПС2 с успешным ТАПВ контролируемой линии.

Направление перетока от ПС2 к ПС5

По результатам проведенных испытаний были определены недостатки, наиболее часто встречае-

мые в работе устройств АЛАР. Ошибки в работе устройств проявились:

• во время трехфазных коротких замыканий;

• в несимметричных режимах;

• в АР с перемещением ЭЦК с контролируемого участка сети на смежный;

• при высоких скоростях развития асинхронного режима;

• при внешнем асинхронном ходе в энергосистеме при отсутствии АХ на защищаемом участке

сети;

• при наличии на контролируемом участке сети значительных по величине промежуточных от-

боров мощности.

Ниже рассмотрены примеры некорректной работы устройств, обнаруженные в ходе испытаний.

Одной из основных сложностей для устройств АЛАР является корректная отстройка от трехфазного

к.з. Зачастую, устройства воспринимают это аварийное возмущение за асинхронный проворот и, со-

ответственно, могут сработать во время короткого замыкания, или же наоборот, не распознать асин-

хронный ход по контролируемому ими участку. Пример неправильной работы устройства АЛАР-Ц

в устойчивом режиме приведен на рисунке 5, где показано, что устройство срабатывает в начальный

момент времени возникновения к.з.

На рисунке 6 показана работа устройства АЛАР-М, не обнаружившего асинхронный ход в защи-

щаемой им зоне.

Не корректное задание алгоритма блокировки при возникновении к.з. так же часто приводит к

неправильной работе устройств АЛАР. При этом происходит либо срабатывание устройств во время

затянувшихся к.з. – неверный выбор алгоритма отстройки от к.з. (работа АЛАР МКПА показана на

рисунок 7), либо – пропуск циклов АХ после снятия к.з. – не корректно выбрана выдержка времени

на ввод устройств в работу (рисунок 8).

Москва, 1–4 июня 2010 г.

Рис. 5. Переходный процесс при трехфазном к.з. на ПС2 успешным ТАПВ контролируемой линии.

Направление перетока от ПС2 к ПС5

Рис. 6. Переходный процесс при трехфазном к.з. на ПС2 с отключением шунтирующей линии.

Направление перетока от ПС2 к ПС5

Рис. 7. Переходный процесс при двухфазном к.з. на ПС2 отключением

шунтирующей линии, Т

КЗ

= 0.3 с. Направление перетока от ПС2 к ПС5

Релейная защита и автоматика энергосистем

Рис. 8. Переходный процесс при трехфазном к.з. на ПС2 успешным ТАПВ

контролируемой линии. Направление перетока от ПС2 к ПС5.

ЭЦК переходит с контролируемой линии (2-5) на смежную линию (1-2)

Также часто возникают проблемы с блокировкой срабатывания устройств в несимметричных режи-

мах. При испытаниях 2006-2007 гг. в устройствах АЛАР-М блокировка была выведена и наблюдались

случаи неправильной работы устройств – основное устройство не уловило асинхронный проворот

во время паузы ОАПВ, а резервное сработало корректно, таким образом, после окончания паузы

ОАПВ оба устройства стали срабатывать одновременно (рисунок 9). В устройствах АЛАР-МКПА

при испытаниях блокировка от несимметрии была введена, однако было обнаружено, что устройства

работают не штатно при длительных паузах ОАПВ, что показано на рисунке 10. Это объясняется тем,

что блокировка приводит к тому, что устройства вступают в работу при больших скольжениях и на-

блюдаются сбои в работе – пропуск асинхронных циклов (рисунок 10).

Необходимо отметить, что скорость изменения угла по линии может принимать любые, сколь

угодно большие значения. Поэтому ограничение области рабочих режимов по скорости изменения

угла по линии для этих устройств недопустимо.

Рис. 9. Переходный процесс при однофазном к.з. на ПС2 с успешным ОАПВ

контролируемой линии и отключением шунтирующей линии во время паузы ОАПВ.

ОАПВ

= 4 с, Т

ОТКЛ.Л.

= 1 с. Направление перетока от ПС2 к ПС5

Москва, 1–4 июня 2010 г.

Ложные срабатывания испытуемых устройств наблюдались в переходных процессах, при которых

на изменение угла по линии оказывает влияние движение легких генераторов примыкающей станции

(ТЭС). Например, при условиях, в которых происходит нарушение устойчивости генераторов ТЭС –

а устойчивость остальных генераторов сохраняется происходят ложные срабатывания. Пример непра-

вильной работы устройств АЛАР-МКПА приведет на рисунке 11. При этом колебания электрических

параметров (напряжений, токов, мощности) распространяются и на контролируемую линию, что и

является причиной ложного срабатывания устройств.

Рис. 10. Переходный процесс при однофазном к.з. на ПС2 с успешным ОАПВ

контролируемой линии и отключением шунтирующей линии во время паузы ОАПВ.

ОАПВ

= 4 с, Т

ОТКЛ.Л.

= 1 с. Направление перетока от ПС2 к ПС5

Рис. 11. Переходный процесс при двухфазном на землю к.з. на линии (2-5) вблизи

шин 2 с отключением линии, t

кз

= 0.2 с. Направление перетока от шин 2 к шинам 5

Нарушение устойчивости генераторов ТЭС. На защищаемом участке сети нарушения устойчи-

вости нет.

Результаты проверки устройств показали, что правильность их работы на участках сети с промежу-

точными отборами мощности зависит от величины нагрузки, ее состава и расположения относительно

Релейная защита и автоматика энергосистем

устройств АЛАР. Увеличение доли двигательной нагрузки и близость к устройству отправного конца

линии уменьшают величину нагрузки, при которой устройство работает штатно. Таким образом, для

всех устройств, прошедших проверку, выявлено, что для стабильного срабатывания есть ограничение

на величину нагрузки промежуточных отборов мощности.

Выявленные в ходе испытаний ошибки в работе устройства АЛАР МКПА находятся на стадии ис-

правления, а недостатки устройств АЛАР-М и АЛАР-Ц были устранены разработчиками, после чего

устройства прошли повторную проверку и были рекомендованы к установке в ЕЭС России.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Физическая модель является эффективным инструментом для проверки правильности алгоритмов

устройств АЛАР, так как обеспечивает возможность воспроизведения широкого диапазона схемно-

режимных условий и аварийных ситуаций, возникающих в реальной энергосистеме.

Опыт испытаний устройств АЛАР свидетельствует о том, что разработанная программа испытаний

обеспечивает выявление ошибок алгоритмического и программного характера и позволяет определить

область применения устройств АЛАР, что способствует повышению системной надежности.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Правила предотвращения развития и ликвидации нарушений нормального режима электрической

части энергосистем. Стандарт ОАО РАО «ЕЭС России». М., 2005.

[2] Общие требования к системам противоаварийной и режимной автоматики, релейной защиты и

автоматики, телеметрической информации, технологической связи в ЕЭС России (утверждены

Приказом ОАО РАО «ЕЭС России» от 11.02.2008 г., № 57).

[3] Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная

автоматика энергосистем. Условия организации процесса. Условия создания объекта. Нормы и

требования. Стандарт организации ОАО РАО «ЕЭС РОССИИ». М., 2008.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

РЕАЛИЗАЦИЯ СЕРВЕРА МЭК 61850

ГОРЕЛИК Т.Г., КИРИЕНКО О.В.

ОАО «НИИПТ»

В последние годы в энергетике наметились тенденции к созданию многофункциональных уни-

версальных устройств, в которых интегрируются все функции вторичного управления. Появление

на рынке вычислительной техники таких устройств повлияло на автоматизацию энергетики. Ин-

теграция в единую систему функций защиты, регулирования, мониторинга совместно с техникой

локальных сетей и современными телекоммуникационными технологиями широко распространено

на подстанциях в нашей стране и за рубежом. При новых технологиях повышение эффективности

управления достигается при относительном снижении затрат. Оптимизация интеграции всей разно-

родной информации о нормальных и аварийных режимах энергообъекта, в единый информационный

комплекс АСУТП, начало быстро развиваться после разработки МЭК специальных коммуникаци-

онных стандартов на подстанциях.

С внедрением стандарта МЭК 61850 появилась возможность производить тестирование компонен-

тов и всего комплекса АСУ ТП без наличия необходимого количества устройств нижнего уровня. Для

этого требуемые специализированные устройства можно заместить необходимым количеством сер-

веров МЭК 61850 (эмуляторов), в которые замещаемые устройства загружаются в виде ICD файлов.

Разработка сервера МЭК 61850 началась в ОАО «НИИПТ» в 2009 году. Целью разработки перво-

начально являлось создание инструмента для тестирования драйвера МЭК 61850.

Наибольший интерес представляло тестирование драйвера в следующих режимах:

1) при большом количестве устройств (больше 50);

2) при различной комбинации устройств, когда эмулируются устройства различных производите-

лей или различные модели одного производителя;

3) при большой нагрузке, когда создается достаточно интенсивный поток дискретных и аналоговых

данных. Отдельно необходимо было проверить работу драйвера при передаче большого количества

осциллограмм в фоновом режиме;

4) при некорректной работе устройств нижнего уровня.

Разработка сервера МЭК 61850 велась с учетом и некоторых дополнительных требований:

1) возможность длительного автономного тестирования (тестирование на выделенном компьютере

клиента и сервера МЭК 61850);

2) возможность настраивать сервера МЭК 61850, расположенные на разных компьютерах с одного

рабочего места;

3) возможность проверки взаимодействия устройств нижнего уровня по GOOSE.

С учетом перечисленных требований был разработан интерфейс сервера. Сервер выполнен в виде

системного сервиса ОС MS Windows или Linux. Это позволяет осуществлять автономное тестирование

системы, для чего выделяется отдельный компьютер, на котором устанавливается сервер МЭК 61850

и клиент, который опрашивает сервер. Длительное тестирование драйвера МЭК 61850 производилось

при испытаниях SCADA NPT Expert. Обе программы (сервер и драйвер) работают в виде сервисов,

что позволяет производить длительное фоновое тестирование, при этом рабочее место остается сво-

бодным. Периодически можно проверять журналы (лог-файлы) тестируемого клиента, потребление

ресурсов (процессорное время, оперативная память и т. д.). В процессе такого тестирования обнару-

живаются ошибки, которые сложно найти в условиях кратковременного запуска приложений. Это

позволяет значительно повысить надежность тестируемых приложений.

Для настройки сервера предусмотрен web-интерфейс, который обеспечивает возможность обслу-

живания нескольких серверов с одного рабочего места в сети. Благодаря использованию технологии

Релейная защита и автоматика энергосистем

AJAX, Web-интерфейс максимально приближен по удобству использования к локальным приложе-

ниям и обладает следующими возможностями:

1) подключать ICD файлы;

2) производить настройку приема и передачи GOOSE сообщений;

3) настраивать логику работы эмулятора с использованием функциональных блоков (реализовано

с помощью векторной графики SVG);

4) просматривать журналы с сообщениями о работе сервера.

В эмуляторе сервера реализованы следующие протокольные функции:

1) сервисы для передачи конфигурации;

2) сервисы для чтения данных;

3) сервисы для динамического создания наборов данных;

4) сервисы для записи данных (включая реализацию моделей управления);

5) передача буферированных и небуферированных сообщений.

Сервер МЭК 61850 выполнен в виде независимого от системы АСУ ТП модуля, который может

применяться для тестирования систем автоматизации в следующих основных ситуациях:

1) тестирование системы в нормальном режиме;

2) тестирование системы в режиме повышенной информационной нагрузки.

Рис. 1. Пример рабочей станции для автономного тестирования клиента МЭК 61850

У большинства специалистов в области АСУ ТП наибольший интерес вызывает применение эму-

лятора для тестирования системы в «штормовых» режимах. Задачи проверки системы в нормальных

режимах носят скорее вторичный характер. Однако существует целый ряд ситуаций, возникающих

в нормальном режиме, которые могут привести к неустойчивой работе системы. Наиболее яркий

пример такой ошибки (особенности) проявляется в устройствах нижнего уровня. Как показал опыт

интеграции устройств в систему SCADA NPT Expert, такие ошибки присутствуют практически во

Москва, 1–4 июня 2010 г.

Рис. 2. Web-интерфейс сервера МЭК 61850

Рис. 3. Клиент МЭК 61850, подключенный к серверу

Релейная защита и автоматика энергосистем

всех устройствах, независимо от производителя. Часть ошибок носит критический характер, и ис-

правляются производителем в кратчайшие сроки. Другие ошибки можно отнести к особенностям

интерпретации тех или иных положений стандарта и неточностям реализации. В любом случае, вне

зависимости от качества реализации стандарта на устройствах нижнего уровня, клиент всегда должен

работать устойчиво, а отказ одного из устройств не должен влиять на опрос других устройств. Для

проверки системы в подобных ситуациях эмулятор позволяет модулировать следующие наиболее

распространенные ошибки в устройствах нижнего уровня:

1) отсутствие ответов на запросы;

2) некорректные ответы на запросы;

3) срывы при передаче файлов;

4) разрывы соединения.

В разработанной системе можно настраивать время возникновения неисправностей и их длитель-

ность, проверяя устойчивость работы в условиях сбоев.

Другим интересным применением эмулятора в нормальном режиме является возможность отобра-

жения сигналов GOOSE. На подстанциях с применением стандарта МЭК 61850 возникает необходи-

мость мониторинга прохождения GOOSE сообщений между устройствами (наладка, оценка работо-

способности). Для этих целей можно использовать средства нижнего уровня, т. е. сами контроллеры.

В качестве независимого инструмента часто рекомендуется применять перехватчик пакетов Ethereal.

Однако разбор пакетов с помощью Ethereal может быть неочевидным и требовать очень высокой

квалификации (глубокого понимания способов кодирования информации). В качестве альтернативы

можно предложить использовать средства подписки GOOSE, реализованные в эмуляторе. В этом

случае есть возможность подписаться на GOOSE сообщения (которые необходимо контролировать),

просматривать текущее состояние сигналов, передаваемых по GOOSE, и формировать с помощью

простейшей логики сигналы диагностики о неисправности GOOSE.

Применение эмулятора для моделирования «штормовых» режимов требует более глубокого под-

хода. В первую очередь необходимо определить тестируемые подсистемы. Здесь возможно выделить

два варианта:

1) тестируются все подсистемы от устройства до отображения на АРМ, но без сетевой подсистемы;

2) тестируется все, включая сетевую подсистему, т. е. включая свитчи.

Для проверки первого варианта применение эмулятора более чем оправданно. На одном компью-

тере можно разместить несколько эмуляторов и подключить их в систему. По команде (например,

с помощью GOOSE) можно сформировать поток данных, который будет передаваться на верхний

уровень АСУ ТП через станционный контроллер, сервер верхнего уровня до АРМ. Такое тестирование

позволяет проверить производительность комплекса. Недостатком является то, что не в полной мере

проверяется производительность сетевой подсистемы.

Второй вариант предполагает углубленное тестирование, так как на производительность сетевой

подсистемы влияет топология сети. Поэтому компьютеры с установленными эмуляторами необхо-

димо подключать к разным свитчам в сети Ethernet, чтобы смоделировать распределенную структуру

сети.

При использовании сервера МЭК 61850 неизбежно возникает вопрос о границе применимости

эмуляторов для проверки тех или иных функций АСУ ТП. В данной статье было описано несколько

вариантов применения сервера МЭК 61850 для тестирования взаимодействия верхнего и нижнего

уровня АСУ ТП и диагностики GOOSE. Сервер также можно использовать для тестирования по-

перечного взаимодействия между устройствами нижнего уровня, когда часть устройств замещается

эмуляторами.

Отметим, в каких случаях сервер МЭК 61850 не применим:

1. Для тестирования протокольной совместимости между клиентом и сервером МЭК 61850. Не-

смотря на то, что сервер полностью моделирует модель данных в устройстве, реализация стека про-

токолов в нем своя, поэтому тестирование протокольного взаимодействия требует наличия реального

устройства.

Москва, 1–4 июня 2010 г.

2. Для тестирования логики работы устройств. Сервер МЭК 61850 не реализует логику работы

устройств. Наличие гибкой логики позволяет лишь тестировать в той или иной степени отдельные

сценарии.

3. Для тестирования производительности эмулируемых устройств нижнего уровня (тестирования

времени отклика и т.д.). Сервер МЭК 61850 работает на персональном компьютере, производитель-

ность которого может в несколько раз превышать производительность устройств нижнего уровня.

С одной стороны, это полезно для моделирования информационного потока, а с другой стороны,

динамические характеристики устройств и эмулятора будут сильно отличаться друг от друга.

Существуют и другие ограничения, так или иначе связанные с указанными различиями между

реальным устройством и эмулятором МЭК 61850.

С внедрением стандарта МЭК 61850 значительно повысились возможности систем автоматизации

подстанций. Вместе с тем возросла сложность реализации подобных систем. Все это требует новых под-

ходов к настройке и тестированию программно-технических комплексов АСУ ТП. В ОАО «НИИПТ»

был разработан инструмент (сервер МЭК 61850), позволяющий производить тестирование систем ав-

томатизации подстанций на базе стандарта МЭК 61850. Применение данного инструмента позволяет

выявить на раннем этапе ошибки в системе, узкие места в производительности, а также осуществлять

диагностику действующих систем.