Особенности применения пяти режимов работы интеллектуальных электронных устройств на действующих объектах

История внедрения микропроцессорных (МП) устройств РЗА в России началась в 90-х годах XX века. Первые применяемые МП устройства защит были зарубежного производства, и используемая идеология отличалась от идеологии РЗА, сохранившейся на постсоветском пространстве. Спустя несколько лет стали появляться отечественные устройства МП РЗА. С внедрением МП устройств появилось понимание — требуется разработка методик проведения наладки и технического обслуживания устройств.

Авторы:

• Егоров Е. П.;
• Кошельков И. А.;
• Краснов А. А.;
• Тойдеряков Н. А.;
• Евдокимов Л. И.

Для выполнения работ по обслуживанию МП терминалы могут быть переведены в режим «Тестирование» [1]. В режиме «Тестирование» выходные реле терминала блокируются, что позволяет исключить возможность воздействия на смежные устройства и обеспечивает невозможность излишнего отключения оборудования при выполнении обслуживания. Для проверки измерительных органов и логики МП терминала в режиме «Тестирование» реализована возможность конфигурирования дискретных сигналов на дополнительное вспомогательное реле «Контрольный выход». В качестве дискретных сигналов могут выступать как выходы состояния измерительных органов (сработан/не сработан), так и любые другие сигналы в логике терминала.

Любые изменения уставок (пороги срабатывания, выдержки времени, программные накладки), сделанные в режиме тестирования, не сохраняются в постоянную память устройства. Иными словами, после переключения в нормальный режим работы, уставки терминала возвращаются к исходным, рабочим уставкам. Такой подход позволяет проверить состояние сигнала в любой точке логической схемы.

В дополнение к режиму «Тестирование», в МП терминалах предусмотрена возможность использования ключа «Комплект», принимающего состояние «Работа/Вывод». При переводе ключа в положение «Вывод», выходные реле терминала блокируются. Такой режим работы рекомендуется применять, например, при записи уставок в устройство.

При проведении испытаний на этапе наладки или при выполнении работ по профилактическому контролю должна обеспечиваться физическая изоляция тестируемого устройства, т. е. необходимо разобрать перемычки соответствующих клемм в проверяемых шкафах РЗА, извлечь крышки блоков испытательных (БИ) и, при необходимости, установить штепсели контрольные (ШК). Затем выполняется подключение испытательной установки [2] для подачи аналоговых и дискретных сигналов. По окончании испытаний необходимо произвести обратные операции по возврату к исходному состоянию. Трудоемкость данного процесса обусловлена выполнением большого количества операций, которые под действиями человеческого фактора могут привести к негативным последствиям.

Пять режимов работы интеллектуальных электронных устройств

С внедрением на объектах энергетики устройств РЗА с поддержкой технологии «Цифровая подстанция» методики проведения проверок и испытаний [3] перестали быть актуальными. В большей степени претерпели изменения методики для ЦПС архитектуры III типа.

С уменьшением номера архитектуры количество оптического кабеля связи так же уменьшается. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) обеспечивают высокую скорость передачи данных в локально вычислительных сетях (ЛВС), лучшую помехозащищенность, широкий диапазон рабочих температур, высокую длину одного сегмента (длина пути светового луча без затухания), меньший вес по сравнению с медными кабелями связи.

Подключение оптического кабеля от сетевого коммутатора к ИЭУ обеспечивается при помощи кросс-панелей, в которых к магистральным жилам напаиваются наконечники, которые в свою очередь соединяются с портом терминала патчкордом. Физическая изоляция терминала, использующего ВОЛС для приема и получения аналоговых и дискретных величин, нецелесообразна как с точки зрения ухудшения характеристик ВОЛС при физических воздействиях (загрязнения на срезе патчкордов, микротрещины в волокнах и т. д.), так и с точки зрения возможностей, предоставляемых технологией.

Технология ЦПС предполагает возможность обеспечения логической изоляции устройства, т. е. вывод воздействия на другие ИЭУ, находящиеся в ЛВС, при помощи программных средств. Наиболее эффективно логическая изоляция ИЭУ реализуется при помощи режимов работы, предусмотренных в МЭК 61850 [4]: «On», «Blocked», «Test», «Test/ Blocked», «Off» (Табл.1). Данные режимы работы реализованы в ИЭУ производства НПП «ЭКРА». Рассмотрим их более подробно:

• «On» («Введено») — все релейные функции и коммуникационные сервисы устройства работают в нормальном режиме. В данном режиме устройство принимает и обрабатывает входные информационные данные с достоверным качеством (q.validity=good) и без признака тест (q.test=false). Данные, имеющие признак тест или качество, отличное от достоверного, не обрабатываются. Выходные реле, дискретные и аналоговые входа устройства функционируют. Выходные информационные данные публикуются с достоверным качеством (q.validity=good). Команды управления без признака тест (q.test=false) обрабатываются, а команды с признаком тест (q.test=true) не обрабатываются;
• «Blocked» («Блокировано») — схож с режимом «On» («Введено»), за исключением того, что устройство не воздействует на первичное оборудование, т. е. выходные реле заблокированы. Дискретные и аналоговые входа устройства функционируют. Устройство принимает и обрабатывает входные информационные данные с достоверным качеством (q.validity=good) и без признака тест (q.test=false). Данные, имеющий признак тест или качество, отличное от достоверного, не обрабатываются Выходные информационные данные публикуются с достоверным качеством (q.validity=good). Команды управления без признака тест (q.test=false) обрабатываются, а команды с признаком тест (q.test=true) не обрабатываются;
• «Test» («Тест») — все релейные функции и коммуникационные сервисы устройства работают, публикуемые информационные данные имеют достоверное качество (q.validity=good), но с признаком тест (q.test=true). Выходные реле, дискретные и аналоговые входа устройства функционируют. Принимаются и обрабатывается достоверные (q.validity= good) информационные данные как с признаком (q.test = true), так и без признака тест (q.test=false). Команды управления безпризнака тест (q.test=false) не обрабатываются, а команды с признаком тест (q.test=true) обрабатываются;

• «Test/Blocked» («Тест+Блокировано») — схож с режимом «Test» («Tест»), за исключением того, что, устройство не воздействует на первичное оборудование, т. е. выходные реле заблокированы. Дискретные и аналоговые входа устройства функционируют. Устройство принимает и обрабатывает достоверные (q.validity=good) информационные данные как с признаком (q.test=true), так и без признака тест (q.test=false). Выходные информационные данные публикуются с достоверным качеством (q.validity=good) и признаком тест (q.test=true). Команды управления без признака тест (q.test=false) не обрабатываются, а команды с признаком тест (q.test=true) обрабатываются;
• «Off» («Выведено») — релейные функции устройства выведены, все данные, кроме информации о режиме работы, передаются с признаком недостоверности (q.vaidity = invalid). Принимаемые информационные данные не обрабатываются, за исключением команды изменения режима работы ИЭУ. Выходные реле, дискретные и аналоговые входа устройства не функционируют. Команды управления без признака тест (q.test = false) и с признаком тест (q.test = true) не обрабатываются.

Представленные режимы работы предусматривают поведение устройства при различных входных воздействиях, которые, как правило, принимаются и обрабатываются по компьютерным сетям. Однако в ЛВС одновременно могут быть как рабочие информационные данные, которые публикуются от реальных устройств, так и данные, которые публикуют испытательные установки. В актуальных редакциях стандарта МЭК 61850 [5] предлагается механизм, позволяющий однозначно идентифицировать информационные данные, источниками которых являются испытательные установки, или устройства, частично поддерживающие функционал испытательных установок — для маркировки такого вида траффика предполагается использование признака «Simulation» («Симуляция») [6]. «Simulation» («Симуляция») — признак, который позволяет отличить информационный поток данных, публикуемый испытательной установкой в сеть, от публикуемых реальными устройствами. Преимуществами признака «Симуляция» является возможность проверки отдельных релейных функций устройства, в то время как другие находятся в работе.

Функционирование режимов работы согласно МЭК 61850 на примере GOOSEсообщений представлено на рис. 1. Как видно из рисунка источниками исходящих GOOSE-сообщений являются устройства, которые находятся в режимах «Введено» / «Блокировано», «Тест» / «Тест + Блокировано» и «Выведено».

В режиме «Введено» и «Блокировано» исходящее GOOSE-сообщение публикуется в ЛВС с достоверным качеством (q.validity=good) и без признака тест (q.test=false), при этом данное GOOSEсообщение обрабатывается устройствами, которые находятся в режимах «Введено», «Блокировано», «Тест» и «Тест + Блокировано».

В режимах «Тест» и «Тест + Блокировано» исходящее GOOSE-сообщение публикуется в сеть с достоверным качеством (q.validity=good) и с признаком тест (q.test=true), при этом данное GOOSEсообщение обрабатывается только устройствами, которые находятся в режимах «Тест» и «Тест + Блокировано».

В режиме «Выведено» исходящее GOOSE-сообщение публикуется в ЛВС с недостоверным качеством (q.validity=invalid), при этом данное GOOSE-сообщение не обрабатывается ни одним из представленных устройств, вне зависимости от их режима работы.

Для приема устройством информационных данных с признаком «Симуляция» необходимо, чтобы значение атрибута данных (Sim.stVal) логического узла (LPHD) было введено в работу. На рис. 2 продемонстрирован приём информационных данных с признаком «Симуляция» при работе от нескольких источников GOOSE-сообщений. Устройство IED4 одновременно получает GOOSE-сообщения от IED1 (с q. test=false) и находящегося в режиме «Тест» IED2 (с q. test=true).

Испытательная установка IED3 симулирует (Simulation=true) публикацию GOOSEсообщения с IED1. Сам IED4 находится в режиме «Тест» (Beh.stVal=test), его атрибут данных (Sim.stVal=true) логического узла (LPHD) — в работе. В режиме «Тест» IED4, переключается на приём симулированного GOOSE-сообщения, т. е. на сообщение от испытательной установки IED3. При этом приём и обработка GOOSEсообщения от IED2 продолжается.

При пропаже в ЛВС GOOSE-сообщения с битом симуляции (Simulation=true) от IED3, IED4 будет сигнализировать об ошибке входящих GOOSE-сообщений. Как только IED4 выйдет из режима симуляции (т.е. Sim. stVal из true в false), он прекратит обработку симулированного GOOSE-сообщения от IED3 и переключится на обработку GOOSEсообщения от IED1. При этом приём и обработка GOOSE-сообщения от IED2 остается неизменной.

В рамках реконструкции ПС 220 кВ Тойма-2 (филиал АО «Сетевая компания» Елабужские электрические сети, Республика Татарстан), выполненной по 3-й архитектуре построения цифровых подстанций, заводом изготовителем устройств релейной защиты и автоматики ООО НПП «ЭКРА» одним из первых в России на объектах промышленной эксплуатации были поставлены МП терминалы ПАДС (преобразователь аналоговых и дискретных сигналов) и МП терминалы РЗА с поддержкой 5 режимов работы, описанных стандартом МЭК 61850.

Требование к наличию в МП терминалах вышеуказанных режимов работы обусловлены следующими предпосылками:

• открытое распределительное устройство (ОРУ) 110 кВ, выполненное по схеме № 110−14 (две рабочие секционированные выключателями и обходная система шин с двумя обходными и двумя шиносоединительными выключателями), ОРУ 220 кВ по схеме № 220−7 «Четырехугольник»;
• реконструкция объекта поделена на этапы, в соответствии с которыми ввод оборудования подсистем РЗА, подсистем АСУ ТП и т. д. происходит в разный период времени, а не единовременно, что в свою очередь затрудняет пусконаладочные работы между вновь вводимым оборудованием и оборудованием, уже введенным в работу;
• проверка устройств РЗА, выведенных для технического обслуживания, должна быть выполнена в полном объеме, в том числе с воздействием на коммутационный аппарат (выключатель);
• при проверке устройств РЗА должны быть исключены воздействия на смежные устройства РЗА, нормально введённые в работу (ДЗШ, Основная защита и т. д.).

Наличие в МП терминалах РЗА 5 режимов работы позволяет выполнить следующие виды технического обслуживания устройства РЗА, описанные Стандартом (Правила технического обслуживания устройств РЗА):

• проверка при новом включении (наладка);
• первый профилактический контроль;
• профилактический контроль;
• профилактическое восстановление (ремонт);
• тестовый контроль;
• опробование;
• технический осмотр;
• внеочередная проверка;
• послеаварийная проверка.

Режимы работы по МЭК 61850 МП терминалов ПАДС и МП терминалов РЗА распространяется на устройство в целом, а не на каждую функцию в составе устройства, т.к.:

• подсистема РЗА подстанции выполнена по распределенному принципу, на каждое присоединение устанавливается свой набор МП терминалов РЗА;
• для проведения работ по техническому обслуживанию устройства РЗА выводится из работы весь терминал РЗА целиком, а не отдельные его функции.

В соответствии с требованиями заказчика выбор режима работы по МЭК 61850 осуществляется изменением соответствующей уставки в МП терминале ПАДС и МП терминале РЗА. Выбор режима работы по МЭК 61850 выполняется одним из следующих способов: с помощью кнопок и ЖК дисплея терминала, посредством программы EKRASMS.

Данный подход обусловлен тем, что перевод в один из режимов работы по МЭК 61850 выполняется только персоналом службы РЗА исключительно для проведения работ по техническому обслуживанию. Возможность выбора режима работы по МЭК 61850 с помощью электронного ключа, а также посредствам АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическим процессом), описанного стандартом МЭК 61850, была исключена по желанию заказчика в целях исключения ошибок со стороны оперативного персонала, выполняющего переключения в устройствах РЗА.

Текущий режим работы по МЭК 61850 устройства РЗА отображается на дисплее терминала, а также передается в виде MMS отчета в АСУ ТП подстанции. На терминале также предусмотрен светодиод «ТЕСТ/Выведено» для технического обслуживания (ТО), который срабатывает и действует на общий сигнал «Неисправность терминала», когда устройство находится в любом из режимов, отличного от «Введено». Данная информация также визуализируется в SCADA системе АСУ ТП, тем самым предоставляя полную информацию о состоянии устройства и его готовности оперативному персоналу подстанции.

Работы по ТО устройств РЗА ячейки ВЛ производятся с выводом в ремонт «В ВЛ 110 кВ», с заменой на «ОВ 110 кВ» (рис. 3) либо с выводом в ремонт ВЛ 110 кВ целиком (в такой схеме ДЗЛ ВЛ также выводится для проведения ТО). Как правило, графики по техническому обслуживанию устройств РЗА совмещаются со сроками вывода в ремонт первичного оборудования.

Все проверки МП терминалов ПАДС, МП терминалов РЗА (выведенных для выполнения ТО) производятся в режиме «Тест + Блокировано».

Проверка управляющих функций РЗА с воздействием контактов выходных реле терминала в цепи управления коммутационными аппаратами (опробование действия защиты и АПВ на отключение и включение выключателя, а также проверка управления коммутационными аппаратами присоединения (разъединителями, заземляющими ножами)) производится в режиме «Тест» для терминалов ПАДС № 1 ВЛ, ПАДС № 2 ВЛ.

Проверка взаимодействия устройств РЗА (выведенных для выполнения ТО) со смежными устройствами РЗА, управления и сигнализации производится с помощью загрузки соответствующих актуальных CID файлов устройств РЗА (находящихся в режиме «Введено») в испытательную установку (например, OMICRON), с последующей имитацией приема и передачи GOOSE-сообщений.

ТО устройств РЗА типа ДЗЛ ВЛ (рис. 4), ДЗШ, АЧР, РАС выполняется без вывода в ремонт первичного оборудования. Все проверки МП терминала ДЗЛ ВЛ (выведенные для выполнения ТО) производятся в режиме «Тест + Блокировано».

Проверка взаимодействия МП терминала ДЗЛ ВЛ (выведенных для выполнения ТО) со смежными устройствами РЗА, управления и сигнализации производится с помощью загрузки соответствующих актуальных CID файлов устройств РЗА (находящихся в режиме «Введено») в испытательную устройство (например, OMICRON), с последующей имитацией приема и передачи GOOSE-сообщений.

В соответствии с нормативно-технической документацией [7], в рамках технического обслуживания устройств РЗА нашли применение следующие режимы работы по МЭК 61850:

• «Введено» (on) — нормальный режим работы устройства РЗА;
• «Тест» (test) — проверка вновь вводимого оборудования, оборудования, выведенного для ТО с воздействием на коммутационный аппарат (выключатель, разъединитель, заземляющий нож), безвоздействия на смежные защиты, введенные в работу;

• «Тест+Блокировано» (test/blocked) — проверка между собой вновь вводимого оборудования, оборудования, выведенного для ТО без воздействия на смежные защиты, введенных в работу.

В рамках ТО устройств РЗА не нашли своего применения следующие режимы работы по МЭК 61850:

• «Блокировано» (on blocked);
• «Выведено» (off).

Для проведения работ по ТО устройств РЗА используется следующее программное обеспечение и оборудование:

• EkomSV, EkomGOOSE, Конфигуратор МЭК61850, EKRASMS;
• Испытательная установка типа Омикрон 356.

Заключение

Режимы работы согласно МЭК61850 позволяют проводить испытания РЗА без полной изоляции устройства от систем объекта. Это позволяет использовать на время проверки остальные функции РЗА, не задействованные в испытаниях. Причем всё испытание может быть проведено с одного АРМ, что существенно снижает трудоемкость данного процесса.

Реализация представленных режимов работы ИЭУ открывает новые возможности для автоматизации проверок и эксплуатации. Автоматизация данных процессов становится возможной благодаря соответствующим техническим средствам и инструментам, некоторые из которых уже активно применяются на ЦПС. Актуальным становится разработка нормативно-технической базы, включающей в себя как методы тестирования ИЭУ, так и эксплуатационную эффективность релейной защиты на конкретном объекте. Несмотря на описанные преимущества логической изоляции в плане уменьшения влияния человеческого фактора на проведение испытаний и эксплуатации объекта, попрежнему остается актуальной высокая квалификация персонала, работающего на объекте.

Литература

1. Руководство по эксплуатации ЭКРА.656132.265−03РЭ от 18.07.2022 г.
2. CMC 356: Испытательный комплект с 6 каналами тока + 4 каналами напряжения и инструментальное средство для пусконаладочных работа. Руководство по эксплуатации. Omicron Ltd.
3. Тойдеряков Н.А., Кошельков И.А., Егоров Е.П. Особенности наладки подстанций с цифровым управлением // Электроэнергетика глазами молодежи — 2018: матер. IX Межунар. молод. науч.- техн. конфр. (Казань, 1−5 октября 2018 г.): в 3 т. / редкол.: Э. В. Шамсутдинов (отв. редактор) и др. — Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2018. — Т. 2. — 256 с. — С. 132−135.
4. IEC 61850−8-1: Communication networks and systems for power utility automation — Part 8−1: Specific communication service mapping (SCSM) — Mappings to MMS (ISO 9506−1 and ISO 9506−2) and to ISO/IEC 8802−3 — Edition 2.0.
5. IEC 61850−7-4. Communications networks and systems for power utility automation — Part 7−4: Basic communication structure — Compatible logical node classes and data object classes, International Standard, Edition 2.1
6. Test strategy for Protection, Automation and Control (PAC) functions in a digital substation based on IEC 61850 applications. Reference: 760. — March 2019.
7. Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС». СТО 569470007- 25.040.30.309−2020.

_{Журнал «Релейщик» № 2 — 2023}