С внедрением оборудования с поддержкой стандарта МЭК 61850, который предусматривает передачу токов и напряжений в цифровом формате в виде мгновенных значений (SV-поток), а дискретных сигналов – в виде GOOSE-сообщений, возникает необходимость в надежном и удобном инструменте для мониторинга, просмотра и анализа информации, передаваемой по локально-вычислительной сети (ЛВС) цифровой подстанции.
Для этих целей можно применять бесплатные программы-анализаторы трафика компьютерных сетей, например, программу «Wireshark», которые позволяют разобраться в сетевом трафике и просмотреть содержимое пакетов протоколов стандарта МЭК 61850 (рис. 1). Однако практика применения показала, что они являются неудобными для специалистов РЗА и АСУ, поэтому целесообразнее использовать специализированное программное обеспечение (ПО).
Для решения задач персонала служб РЗА и АСУТП цифровых подстанций (ЦПС), научно-производственным предприятием «Динамика» разработано программное обеспечение «Сетевой анализатор» [1], которое, в сравнении с бесплатными программами, обладает более расширенным функционалом, позволяя дополнительно получать информацию о протоколах МЭК 61850-8-1 (GOOSE) и МЭК 61850-9-2 (SV) в ЛВС в удобной для анализа и тестирования оборудования РЗА и АСУТП форме (рис. 2), что повышает эффективность испытаний.
Рис. 1. Пример отображения SV-потока в программе «Wireshark»
Рис. 2. Пример отображения SV-потока в программе "Сетевой анализатор"
Кроме этого, «Сетевой анализатор» позволяет оценить качество передаваемых данных информационных потоков, произвести анализ загруженности ЛВС, посмотреть структуру пакетов, осциллограмму сигналов, выполнить автоматический анализ ошибок SV-потоков и GOOSE-сообщений. Программа автоматически рассчитывает электроэнергетические параметры: активную (P), реактивную (Q) и полную (S) мощность, а также коэффициент мощности (cosφ), используя данные тока и напряжения из одного или из двух SV-потоков, что часто необходимо при работе со стандартом МЭК-61850-9-2LE [2] (например, когда в проекте ЦПС данные токов измерительных трансформаторов тока и напряжения разделены по разным SV-потокам).
Программа имеет два режима работы: «PCAP» и «Ethernet». В первом режиме в качестве источника данных выступает захваченный трафик – файл в формате PCAP (записанный данной программой, либо полученный другими средствами), во втором – анализ трафика ЛВС происходит в реальном времени.
В обоих режимах программы предусмотрены следующие возможности:
ПО «Сетевой анализатор» может применяться на всех этапах жизненного цикла оборудования ЦПС: при разработке, пуско-наладке, при эксплуатации на действующем объекте, разборе аварий и послеаварийных проверках. Программа работает как совместно с испытательными комплексами ЦПС типа РЕТОМ-61850 и РЕТОМ-51/61/71, так и независимо на компьютере.
Рассмотрим некоторые примеры применения «Сетевого анализатора» при испытаниях оборудования ЦПС.
1. Проверка преобразователя аналоговых сигналов (ПАС) МЭК 61850
Схема проверки приведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема подключения при проверке ПАС
С испытательного комплекса РЕТОМ-71 подаются токи и напряжения на ПАС. Далее при помощи программы «Сетевой анализатор» оценивается точность аналого-цифрового тракта путем сравнения векторной диаграммы и осциллограммы каналов исходящего SV-потока с выданным на ПАС током и напряжением. При этом пользователь получает всю необходимую информацию в удобной и доступной форме (рис. 2).
Помимо электроэнергетических параметров можно посмотреть качество переданных данных и сетевые параметры потока: какому стандарту соответствует SV-поток, количество выборок на период, наличие резервирования (PRP и HSR) и синхронизации, а также находится ли SV-поток в режиме моделирования (Simulation) (рис. 4).
Рис. 4. Описание пакета SV-потока
В режиме Ethernet программа автоматически находит в ЛВС сетевые пакеты протоколов SV и GOOSE, анализирует ошибки сетевых данных, которые затем отображаются в журнале событий (рис. 5).
Рис. 5. Отображение ошибок сетевых данных
Основные ошибки, которые может выявить программа:
Структура принимаемого пакета SV-потока отображается в отдельном окне (рис. 6).
Рис. 6. Структура SV потока
Также программа «Сетевой анализатор» позволяет выполнить временной анализ передачи пакетов SV-потока: наглядно оценить стабильность и отклонения времен между пакетами, определить частоту дискретизации. На рис. 7 в виде гистограммы отображены временные интервалы между пакетами и представлена статистика задержек по времени (минимальная, максимальная, средняя) и по PPS (PPS – задержка smpCnt = 0 от начала секунды).
Рис. 7. Функция анализа временных характеристик SV-потока
2. Проверка преобразователя дискретных сигналов (ПДС)
Путем замыкания выходных реле и изменения состояния логических сигналов исходящих GOOSE-сообщений прибора РЕТОМ-71 подаются сигналы на ПДС (рис. 8). Реакция преобразователя на воздействия от испытательного прибора контролируется при помощи выходных реле ПДС, заведенных на дискретные входы РЕТОМ-71, а также с помощью программы «Сетевой Анализатор», в которой отображаются выдаваемые преобразователем GOOSE-сообщения.
Рис. 8. Упрощенная схема проверки ПДС
Из рис.9 видно, что в сети присутствуют 2 GOOSE-сообщения. Первое сообщение содержит 5 дискретных сигналов. В окне «Входы дискретные» отображается их состояние в текущий момент (разомкнутое – зеленым, замкнутое – красным), а также количество изменений их состояния.
Рис. 9. Отображение GOOSE-сообщений
В таблице пакетов (рис.10) показаны времена изменений состояний логических сигналов в GOOSE-сообщениях (помечены серым цветом), а также приведена временная статистика задержек между пакетами.
Рис. 10. Временной анализ GOOSE-сообщений
3. Анализ аналоговых и логических сигналов соответственно SV-потоков и GOOSE-сообщений во время тестирования функций РЗА интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ).
Схема проверки с применением испытательного комплекса РЕТОМ-61850 представлена на рис.11.
Рис. 11. Схема подключения при проверке ИЭУ
РЕТОМ-61850 производит проверку ИЭУ (пофазной токовой отсечки) с поддержкой протоколов SV и GOOSE. Текущие процессы записываются в PCAP-файл, который в последующем можно открыть и проанализировать (рис.12).
Рис. 12. Просмотр PCAP-файла
В данном случае на осциллограмме видно, что при подаче трехфазного КЗ происходит срабатывание защиты, и дискретные контакты (GOOSE) меняют свое состояние через 25 мс. Дискретные сигналы (1, 2, 3) соответствуют срабатыванию токовой отсечки по фазам А, В, С.
4. Анализ сетевой нагрузки ЛВС
Кроме анализа процессов при проверке устройств РЗА, ПО «Сетевой анализатор» содержит функцию мониторинга загрузки ЛВС (рис.13), которая позволяет оценить загруженность сети и сравнить данные с расчетными значениями. Так, с помощью данной функции была проведена сравнительная оценка загрузки ЛВС SV-потоками в зависимости от применяемого протокола, результаты приведены в таблице 1.
Рис. 13. Оценка загруженности сети одним SV-потоком 3I 0U 288 выборок на период (Корпоративный профиль МЭК 61850)
Таблица 1. Загрузка ЛВС SV-потоками в зависимости от протокола
Протокол | Количество токов и напряжений в SV потоке | Частота дискретизации | Загрузка сети (мбит/с) | Количество пакетов в секунду |
МЭК 61850 9.2LE | 4I 4U | 80 | 4.150 | 4000 |
4I 4U | 256 | 9.827 | 1600 | |
МЭК 61869-9 и Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС» | 1I 0U (1U 0I) | 96 | 2.179 | 2400 |
1I 0U (1U 0I) | 288 | 5.108 | 2400 | |
3I 0U (3U 0I) | 96 | 2.765 | 2400 | |
3I 0U (3U 0I) | 288 | 6.867 | 2400 |
5. Анализ протокола точного времени РТР
Еще одной дополнительной возможностью ПО «Сетевой анализатор» является инструмент анализа протокола синхронизации времени РТР оборудования ЦПС – РТР-обозреватель, который позволяет найти источники сигнала РТР, РТР-подписчиков, а также проанализировать структуру РТР-пакетов (рис.14).
Рис. 14. РТР-обозреватель
Семенов К.Г., Михайлов Е.В.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Декабрь 2020