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 этому называются сомнения в скорости передачи GOOSE-сообщений между устройствами, а точнее – в возможной задержке передачи этого сообщения. С целью обоснования ряда технических решений ООО «ТЕКВЕЛ» были проведены 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.

В классических проектах РЗА для реализации схему 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 рис. 1.

RelaySchema
Рис. 1. Упрощенная схема традиционной реализации ДЗ с контролем по току.

Классическое решение обладает рядом особенностей:

  • Для организации шинок контроля по току должен использоваться отдельный дискретный выход для организации пуска МТЗ;
  • Требуется прокладка большого количества контрольных кабелей между шкафами секции, влекущая к усложнению системы вторичных коммутаций и, как следствие, повышению вероятности отказа.

Передача сигналов в цифровом виде

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

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

Наименование сигнала Источник Приёмник
Срабатывание датчика (клапана) дуговой защиты в отсеке ВЭ или СШ в шкафу отходящей линии Устройства РЗА шкафов ОЛ Устройства РЗА шкафа ввода
Пуск МТЗ ввода Устройство РЗА шкафа ввода Устройства РЗА шкафов ОЛ
ArcProtGOOSE
Рис. 2. Упрощенная 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 (не централизованном исполнении), так, что устройство дуговой защиты устанавливается непосредственно в шкафу ОЛ 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 схемой. С этой целью в лаборатории ООО «ТЕКВЕЛ» проведены испытания на натурной модели.

Испытания предлагаемого решения

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

GOOSEPerfomance
Рис. 3. Схема испытательного стенда.

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

Наименование Модель Проивзодитель
1 Устройство релейной защиты SIPROTEC COMPACT 7SJ801 SIEMENS
2 Модуль ввода/вывода дискретных сигналов SICAM IO 7XV5673 SIEMENS
3 Ethernet-коммутатор AGENT-2 S30D PULLNET TECHNOLOGY S.L.
4 Ethernet-коммутатор AGENT-2 S42R PULLNET TECHNOLOGY S.L.
5 Испытательная установка РЕТОМ-51 НПП «Динамика»

Испытательная установка РЕТОМ-51 используется для моделирования срабатывания клапана или оптического датчика дуговой защиты и приёма 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 имелось двух устройств типа 7SJ80, в связи с этим 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 7SJ80 -> коммутатор S30D -> коммутатор S42R -> 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 7SJ80 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 отсчёт таймера. Подача сигнала на дискретный вход устройства 7SJ801 приводит к передаче GOOSE-сообщения от 7SJ801 на 7XV5673 с обновленным значением соответствующего сигнала. По факту приёма 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 испытаний

В ходе испытаний было проведено 10 опытов. Среднее время передачи сигнала от момента подачи дискретного сигнала устройством РЕТОМ-51 до момент приёма 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.