Релейная защита • МЭК 61850

В статьях членов рабочей группы 10 Технического комитета 57 «Управление электроэнергетическими системами и сопутствующие технологии обмена информацией» МЭК Алексея Олеговича Аношина и Александра Валерьевича Головина были рассмотрены базовые протоколы стандарта МЭК 61850 и некоторые аспекты применения их для реализации систем АСУ ТП и РЗА подстанций (см. «Новости ЭлектроТехники» № 3(75) 2012, № 4(76) 2012, № 5(77) 2012, № 6(78) 2012, № 1(79) 2013, 2(80) 2013).

Сегодняшний материал завершает цикл публикаций. Авторы не претендуют на полный охват всех тем, связанных с внедрением цифровых коммуникаций в электроэнергетике. В частности, они не касались вопросов резервирования информационных сетей, синхронизации времени и других специальных вопросов. Тем не менее и авторы, и редакция журнала надеются, что эти статьи будут полезны специалистам проектных и эксплуатирующих организаций.

Алексей Аношин, исполнительный директор	Александр Головин, технический директор
ООО «ТЕКВЕЛ», г. Москва

СТАНДАРТ МЭК 61850
Скорость передачи GOOSE-сообщений

Многие специалисты скептически относятся к идее построения систем релейной защиты с использованием передачи сигналов по протоколу GOOSE, несмотря на все потенциальные преимущества этого решения. Обычно в качестве основной причины такого отношения называются сомнения в скорости передачи GOOSE-сообщений между устройствами, а точнее – возможная задержка передачи этого сообщения. С целью обоснования ряда технических решений, ООО «ТЕКВЕЛ» совместно с кафедрой релейной защиты и автоматизации электроэнергетических систем НИУ МЭИ провели натурные испытания, позволяющие оценить возможность применения GOOSE-сообщений для реализации релейной защиты КРУ 10 кВ на примере передачи сигналов дуговой защиты между шкафами присоединений и ввода.

КЛАССИЧЕСКАЯ СХЕМА РЕАЛИЗАЦИИ РЗА

В классических проектах РЗА для реализации схемы дуговой защиты с контролем по току используется схема последовательного соединения датчиков дуговой защиты с шинками, образуемыми выходом устройства РЗА ввода, формирующего разрешающий сигнал по факту пуска токов защиты. Принципиальная схема приведена на рис. 1.

Рис. 1. Упрощенная принципиальная схема традиционной реализации дуговой защиты с контролем по току

Примечание: СШ – сборные шины; ВЭ – выкатной элемент; КЛ – кабельная линия.

Классическое решение обладает рядом особенностей:

• Для организации шинок контроля по току должен использоваться отдельный дискретный выход для осуществления пуска МТЗ;
• Требуется прокладка большого количества контрольных кабелей между шкафами секции, что влечет за собой усложнение системы вторичных коммутаций и, как следствие, повышение вероятности отказа.

ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ В ЦИФРОВОМ ВИДЕ

С целью устранения указанных недостатков предлагается использование передачи сигналов между шкафами в цифровом виде посредством GOOSE-сообщений (табл. 1). Принципиальная схема приведена на рис. 2.

Таблица 1. Сигналы дуговой защиты, передающиеся посредством GOOSE-сообщений

Рис.2. Упрощенная принципиальная схема передачи сигналов ДЗ по протоколу GOOSE

При реализации указанной схемы сигналы от датчиков дуговой защиты (включая оптические датчики и концевые выключатели клапанов КРУ) должны вводиться в терминал каждого присоединения и ввода. С этой целью целесообразно применение дуговой защиты в локальном (нецентрализованном) исполнении, а именно: устройство дуговой защиты устанавливается в шкафу кабельного отсека и ввода и формирует сигналы, которые передаются непосредственно на устройство РЗА защищаемого присоединения.

В связи с этим возникает вопрос о быстродействии указанной схемы по сравнению с традиционной. Для ответа на него были проведены испытания на натурной модели.

ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛИ ПРЕДЛАГАЕМОГО РЕШЕНИЯ

Для целей испытаний был собран испытательный стенд, схема которого показана на рис. 3. Перечень оборудования, использованного при испытаниях, приведен в табл. 2.

Рис. 3. Схема испытательного стенда

Таблица 2. Перечень оборудования, использованного при испытаниях передачи сигналов с помощью GOOSE-сообщений

Методика

Испытательная установка РЕТОМ-51 применяется для моделирования срабатывания клапана или оптического датчика дуговой защиты и приема дискретного сигнала срабатывания устройства релейной защиты (сигнала отключения выключателя).

Для моделирования срабатывания клапана или датчика дуговой защиты используются быстрые дискретные выходы на оптореле установки РЕТОМ-51 со временем срабатывания не более 0,4 мс.

Время неопределенности считывания состояния дискретного входа РЕТОМ-51 составляет 0,1 мс. Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения интервалов времени с использованием миллисекундометра РЕТОМ-51 составляют ±(0,001х+0,3) мс.

В рабочем варианте проекта предполагается передача сигналов между двумя устройствами РЗА типа SIPROTEC 7SJ80. На момент проведения испытаний в распоряжении не было двух устройств типа 7SJ80, в связи с чем в испытательном стенде была организована передача сигналов между устройством 7SJ801 и модулем ввода-вывода 7XV5673. Указанный вариант схемы можно считать приближенно эквивалентным схеме взаимодействия двух устройств 7SJ80.

Устройство РЗА 7SJ801 принимает дискретный сигнал от установки РЕТОМ-51 и ретранслирует его в виде GOOSE-сообщения на коммутатор S30D. GOOSE-сообщение в режиме multi­cast распространяется по локальной сети по цепочке: устройство РЗА 7SJ801 → коммутатор S30D → коммутатор S42R → модуль 7XV5673.

Конфигурации устройств 7SJ801 и 7XV5673 интегрированы в один проект в рамках среды DIGSI, и осуществлена подписка устройства 7XV5673 на GOOSE-сообщение, транслируемое устройством 7SJ801. При этом сигнал активации дискретного входа устройства 7SJ801 назначен на замыкание дискретного выхода модуля 7XV5673.

Дискретный выход модуля 7XV5673 заводится на дискретный вход испытательной установки РЕТОМ-51.

Испытания проводятся в режиме «Секундомер-регистратор» на РЕТОМ-51. В начальном цикле испытаний дискретный выход РЕТОМ-51 не активирован. При запуске тестовой последовательности активируется дискретный выход устройства РЕТОМ-51 и одновременно с этим запускается отсчет таймера. Подача сигнала на дискретный вход устройства 7SJ801 приводит к передаче GOOSE-сообщения от 7SJ801 на 7XV5673 с обновленным значением соответствующего сигнала. По факту приема и обработки нового GOOSE-сообщения модуль 7XV5673 замыкает дискретный выход. Факт замыкания фиксируется испытательной установкой РЕТОМ-51 и приводит к остановке таймера. Полученное время таймера будет соответствовать полному времени передачи дискретного сигнала срабатывания датчика ДЗ до момента подачи команды отключения на силовой выключатель в шкафу ввода.

Результаты

В ходе испытаний было проведено 10 опытов. Среднее время передачи сигнала от момента подачи дискретного сигнала устройством РЕТОМ-51 до момента приема дискретного сигнала составило 0,0102 с, при этом максимальное время – 0,0107 с.

С учетом того, что дуговая защита строится с контролем по току, указанное время будет сравнимо со временем пуска МТЗ. В связи с этим можно сделать предварительный вывод о том, что предложенная схема подходит для реализации передачи сигналов дуговой защиты.

ВЫВОДЫ

Проведенная работа на конкретном примере демонстрирует принципиальную возможность реализации межшкафных связей в КРУ среднего напряжения посредством GOOSE-сообщений. Исследование не претендует на полноту, поскольку в проведенных испытаниях не учитывались возможные задержки, обусловленные информационной нагрузкой в сети передачи данных, а также ряд иных потенциально влияющих факторов. Такие испытания являются предметом отдельных работ, которые будут проводиться в дальнейшем. Тем не менее полученный результат однозначно свидетельствует о принципиальной возможности передачи ответственных сигналов РЗА посредством GOOSE-сообщений.