Plug & Play с векторными измерениями

Синхронизированные векторные измерения – на сегодняшний день одно из наиболее обсуждаемых направлений совершенствования систем РЗА и ПА. При использовании этой технологии пользователь получает измерения тока и напряжения прямой последовательности, синхронизированные с точностью до 1 микросекунды. Эти сигналы в свою очередь позволяют оценивать состояние энергосистемы в любой отдельно взятый момент времени. Кроме того, пользователь может получать информацию о частоте и скорости ее изменения, отдельных гармонических составляющих, токах и напряжениях нулевой и обратной последовательностей и др.

Воплотить эту технологию в жизнь стало возможным благодаря сигналам единого точного времени и современным микропроцессорным технологиям. Приборы, которые предоставляют всю обозначенную информацию, называют по-разному: устройства синхронизированных векторных измерений, векторные измерители, регистраторы переходных режимов и др.

Векторные измерители являются частью сложных систем, включающих в себя концентраторы векторных измерений и программное обеспечение, которое позволяет анализировать данные согласно заданным алгоритмам (оценка состояния энергосистемы, обнаружение качаний мощности, разгрузка генераторов, определение места повреждения и т.д.).

Когда-то такие устройства были единичными экземплярами, а сегодня решения более 40 производителей по всему миру широко внедряются на энергообъектах. Векторные измерители являются частью сложных систем, включающих в себя концентраторы векторных измерений и программное обеспечение, которое позволяет анализировать данные согласно заданным алгоритмам (оценка состояния энергосистемы, обнаружение качаний мощности, разгрузка генераторов, определение места повреждения и т.д.). В перспективе на основе данных систем могут быть также реализованы функции защиты сборных шин, линий электропередачи и др (т.н. – WAMPACS). Все это становится доступным за счет способности регистраторов передавать данные в режиме реального времени.

Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что регистраторы, или векторные измерители, являются одним из ключевых элементов системы синхронизированных векторных измерений (СВИ).

На примере регистратора переходных режимов ТПА-02 производства ООО «Прософт-Системы» познакомимся с этим классом приборов поближе. Параллельно рассмотрим еще две разработки компании: источник сигналов синхронизации времени ИСС-1 и устройство нормализации цифровое УНЦ-2, которое осуществляет синхронизированное измерение параметров системы возбуждения генераторов.

Внешний вид устройств

Лицевая панель, оклеенная черной матовой пленкой, похоже, является визитной карточкой оборудования компании «Прософт-Системы». Такую панель имеет не только ТПА-02, но также контроллер ARIS C303 и счетчик электрической энергии ARIS EM302, которые мы тестировали ранее (рис. 1).

Рис. 1. Три различных решения компании «Прософт-Системы» – на одно лицо.

ТПА-02 обладает стандартным набором светодиодных индикаторов:

  • зеленый индикатор «Питание» – свидетельствует о наличии оперативного питания;
  • зеленый индикатор «В работе»;
  • зеленый индикатор передачи данных на верхний уровень согласно C37.118.2-2011;
  • желтый индикатор «Пуск регистратора»;
  • красный индикатор сервисного режима;
  • красный индикатор «Ошибка синхронизации» – горит постоянно при отсутствии сигнала от источника синхронизации;
  • красный индикатор «Аппаратная неисправность» – сообщает об ошибке в устройстве;
  • красный индикатор «Ошибка приема данных».

Все подписи воспринимаются без затруднений.

ТПА-02 имеет небольшой зеленоватый монохромный экран и двенадцать кнопок под ним (рис. 2). Цифры расположены по четыре в строке. С помощью местного пульта управления можно посмотреть дату, время, IP-адреса, версию конфигурации, значения токов и напряжений. Слева от кнопок на панель выведен сервисный разъем USB.

TPA-02 Front Panel_compressed
Рис. 2. Лицевая панель устройства ТПА-02.

ТПА-02 оснащен тремя измерительными каналами напряжения и тремя измерительными каналами тока, обладает интерфейсом для получения сигналов точного времени (IRIG-B) и одним/двумя интерфейсами Ethernet 10/100Base-TX/FX, которые обеспечивают прием данных с устройства УНЦ-2 и передачу синхронизированных векторных измерений (рис. 3). Кроме того, регистратор переходных режимов имеет группу выходных контактов готовности.

Рис. 3. Интерфейсы устройства ТПА-02.
Рис. 3. Интерфейсы устройства ТПА-02.

УНЦ-2 (рис. 4) обладает не менее интересным дизайном: матовый черный корпус, крупные белые подписи аккуратным шрифтом, три ярких зеленых светодиода – все очень солидно. Качество сборки тоже на уровне – ничего не хрустит, зазоры небольшие есть, но их толщина везде постоянна. На левом торце размещены два порта Ethernet, кнопка сброса, разъемы питания и синхронизации IRIG-B, бонка заземления. Справа – аналоговые входы.

Рис. 4. Внешний вид устройства УНЦ-2.
Рис. 4. Внешний вид устройства УНЦ-2.

Источник сигналов синхронизации ИСС-1 (рис. 5) выполнен в закрытом алюминиевом корпусе, предполагающем фиксацию на DIN-рейке. На лицевой панели размещены два выходных и один входной разъемы для подключения антенны GPS/GLONASS. Ниже расположены два предохранителя по 0,5 А и разъем питания. В самом низу находятся последовательный COM-порт RS-232 и разъем перекидного контакта сигнализации.

ISS_compressed
Рис. 5. Внешний вид устройства ИСС-1.

Соответствие стандартам

Современные векторные измерители опираются на два стандарта: IEEE C37.118.1 и IEEE C37.118.2. Первый – определяет требования к измерениям векторов, частоты и скорости ее изменения во всех режимах работы энергосистемы, а также способы оценки измерений на соответствие стандарту в установившихся режимах и при динамическом изменении параметров. В этом же нормативном документе дано определение векторного измерителя и обозначены требования к формату метки времени измерений и точности временной синхронизации. При этом в нем отсутствуют требования к аппаратной и программной частям векторных измерителей, а также к способу измерения векторов, частоты или скорости ее изменения.

Второй стандарт определяет метод передачи синхронизированных векторных измерений в режиме реального времени. В документе определены типы сообщений, их содержание и назначение, типы данных.

ТПА-02, согласно декларациям, соответствует требованиям обоих стандартов. Устройство умеет измерять вектора токов и напряжений, вычислять углы токов и напряжений (пофазно), а также частоту линии и скорость ее изменения. Кроме этого, при использовании УНЦ-2 векторный измеритель способен получать данные о токе и напряжении системы возбуждения генераторов.

Что касается передачи данных о синхронизированных векторных измерениях – заявлено соответствие стандарту IEEE C37.118.2.

Передача векторных измерений

Сегодня системы СМПР достаточно обособленные. Основная функция, возлагаемая на регистраторы переходных режимов, – передача синхронизированных векторных измерений на верхний уровень. В нашем тесте мы оценим удобство настройки ТПА-02 на передачу данных и корректность поддержки протокола передачи синхронизированных векторных измерений согласно IEEE C37.118.2.

Для этого будет использоваться программа The PMU Connection Tester, которая поддерживает не только различные ревизии C37.118, но также и ряд других коммуникационных протоколов для передачи измерений, таких как IEEE 1344, BPA PDCstream и др. На сегодняшний день подтверждена взаимная работа данного приложения с устройствами векторных измерений SEL, GE, ABB, Siemens, Alstom, Arbiter и др.

Типовая система СВИ состоит из нескольких устройств векторных измерений и концентратора векторных измерений (рис. 6). Устройства размещаются на энергообъектах и передают данные концентраторам в режиме реального времени. Концентраторы устанавливаются там, где будет производиться дальнейшая обработка данных.

structure
Рис. 6. Типовая архитектура системы синхронизированных векторных измерений.

Собираемые концентраторами данные могут использоваться в системах различной сложности, включая системы управления и защиты, визуализации данных и формирования предупредительных сигналов.

Примером служит система обнаружения качаний и модального анализа, позволяющая диспетчеру выявлять источники качаний и определять необходимые демпфирующие управляющие воздействия. В нашем случае The PMU Connection Tester выполняет функцию визуализации данных.

Для начала мы собрали полную схему. В первую очередь, подключили ТПА-02 и УНЦ-2 к источнику единого времени ИСС-1, УНЦ-2 – к ТПА-02 через выделенный интерфейс Ethernet, а ТПА-02 – к ПК с установленными программами SignW и The PMU Connection Tester. В качестве источника сигналов тока и напряжения выступил РЕТОМ-51.

При помощи The PMU Connection Tester можно направить в адрес векторного измерителя запрос кадра конфигурации первого и второго типа, произвести запуск или остановку процесса передачи данных.

Кадр конфигурации первого типа передает информацию о всех данных, которые способен отправлять векторный измеритель. Кадр конфигурации второго типа содержит информацию о передаваемых в настоящий момент времени данных.

Как только The PMU Connection Tester подключается к ТПА-02, автоматически запрашивается кадр второй конфигурации. После его получения подается команда запуска передачи данных на векторный измеритель, которые отображаются на дисплее ПК.

Рис. 7. Фиксация передачи векторных измерений в Wireshark.

В состав выдаваемых данных входят частота и углы токов и напряжений, а также их действующие значения. ТПА-02 отправляет 8 измерений: по три фазных тока и напряжения и два сигнала с УНЦ-2 в качестве аналоговых (рис. 7, рис. 8).

Рис. 8. Отображение данных в программе The PMU Connection Tester.
Рис. 8. Отображение данных в программе The PMU Connection Tester.

Устройство успешно функционировало без каких-либо предварительных настроек. Единственное – при первой попытке мы заметили, что данные с УНЦ-2 не передавались в кадре C37.118.2, хотя поступали на последнее устройство. Достаточно оперативно нам прислали новую конфигурацию, и все встало на свои места. Оказалось, с точки зрения передачи синхронизированных векторных измерений ТПА-02 настраивается под каждый проект индивидуально самим производителем и имеет высокую степень заводской готовности.

УНЦ-2

Устройство УНЦ-2 подключается через коммутатор к ТПА-02 и обеспечивает передачу на него измерений тока и напряжения системы возбуждения генератора по сети Ethernet. Если устройство успешно подключено к ТПА-02, на последем гаснет красный светодиод «Ошибка приема данных», и измерения, поступающие от УНЦ-2, отображаются на дисплее ТПА-02. Передача данных производится согласно проприетарному протоколу, и для нас было загадкой, почему на корпусе УНЦ-2 фигурирует надпись IEC 61850-9-2LE. Изначально мы думали, что устройство будет передавать данные на ТПА-02 в формате этого протокола. Но, как выяснилось позже, разработчики «Прософт-Системы» отказались от использования этого протокола для передачи данных в адрес ТПА-02 из-за высоких требований к производительности и остановились на использовании частного протокола. На наш взгляд, разумное решение. Стоит отметить, что УНЦ-2 можно настроить и на передачу кадров МЭК 61850-9-2LE. Но здесь возникают вопросы к оптимальности структуры УНЦ-2: если устройство настолько универсально, то, вероятно, за это придется заплатить в прямом смысле этого слова.

Полученные от УНЦ-2 данные ТПА-02, как уже было указано выше, включает в кадр C37.118.2 в качестве аналоговых сигналов (рис. 7).

Программное обеспечение SignW

Программное обеспечение SignW имеет достаточно простую архитектуру. В левой области отображается перечень доступных устройств, в правой – содержимое выбранных пунктов меню (рис. 9).

SignWGeneralView
Рис. 9. Общий вид ПО SignW.

При нажатии на устройство правой кнопкой мыши можно выбрать один из следующих пунктов:

  • осциллограммы сигналов по аналоговыми и дискретным каналам в режиме реального времени (рис. 10);
  • все переменные, измеряемые и вычисляемые устройством;
  • список аварий;
  • журнал событий;
  • параметры регистратора аварийных событий и другие.
Рис. 10. Осциллограммы сигналов по аналоговым каналам устройства.
Рис. 10. Осциллограммы сигналов по аналоговым каналам устройства.

Таким образом, ТПА-02 способен выполнять функции регистратора аварийных событий. Параметры пуска регистратора находятся в разделе «Установка регистратора». Здесь пользователь может установить длину аварии и предаварии, частоту дискретизации сигналов, количество точек для сработки по максимуму, временной интервал для сработки по минимуму и прочее (рис. 11).

Рис. 11. Настройка параметров регистрации аварийных событий.
Рис. 11. Настройка параметров регистрации аварийных событий.

Параметры пуска регистратора по аналоговым и дискретным сигналам доступны в соответствующих пунктах меню. Тестированное устройство не оснащалось дискретными входами, поэтому рассмотрим меню настройки пуска регистратора по аналоговым сигналам. В данном пункте обозначены все доступные сигналы, измеряемые устройством, и для каждого из них пользователь может задать минимальное и максимальное значения, при нарушении которых будет производиться пуск регистратора, и также то значение, которое нужно контролировать (амплитудное или действующее) (рис. 12).

Рис. 12. Настройка пуска регистратора по аналоговым сигналам.
Рис. 12. Настройка пуска регистратора по аналоговым сигналам.

Приятно, что все операции в ПО SignW осуществляются на интуитивном уровне. Вероятно, это происходит благодаря тому, что функционал ТПА-02 не так богат, как у устройств релейной защиты.

Поддержка МЭК 61850

В настоящее время стандарт МЭК 61850 и его расширения обеспечивают полноценное представление сигналов тока и напряжения, частоты и скорости ее изменения при помощи логического узла MMXU. В тестированном устройстве ТПА-02 отсутствовала поддержка МЭК 61850-8-1, хотя опционально сервер MMS доступен.

У разработчиков «Прософт-Системы» мы поинтересовались относительно частоты заказа этой опции. Оказалось, она практически не востребована, поскольку сегодня комплексы СМПР и так самостоятельны.

Выводы

Регистратор переходных режимов ТПА-02 начал выполнять свою основную функцию – передачу синхронизированных векторных измерений – практически «из коробки», что, безусловно, большой плюс. Этому способствует высокая степень заводской готовности устройства под конкретный проект. Весь остальной доступный функционал, например регистрация аварийных событий, настраивается легко благодаря простоте программного обеспечения SignW. Думаем, конечные пользователи оценят по достоинству все преимущества устройства ТПА-02.

Цифровая подстанция

(close)

 

Цифровая подстанция

(close)

Имя пользователя должно состоять по меньшей мере из 4 символов

Внимательно проверьте адрес электронной почты

Пароль должен состоять по меньшей мере из 6 символов

 

 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: