Макина Н.Г. МЭЭТ – 02 -15
Введение
В течение последних лет, МЭК (международная электротехническая комиссия) TC57 утвердила стандарт МЭК 61850 – «Коммуникационные сети и системы подстанций».
В настоящее время этот стандарт используется не только между верхним уровнем станции (который включает в себя SCADA, шлюзы для передачи данных в ЦУС и РДУ сервер времени и др.) и уровнем присоединения (терминалы РЗА (ИЭУ), измерительный трансформаторы тока и напряжения и др.), но также и для открытого общения с основным оборудованием.
Стандарт МЭК 61850 содержит в себе три основных протокола передачи данных:
1. MMS (Manufacturing Message Specification – стандарт МЭК 61850-8-1) – протокол передачи данных реального времени и команд диспетчерского управления между сетевыми устройствами и/или программными приложениями;
2. GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event – стандарт МЭК 61850-8-1) – протокол передачи данных о событиях на подстанции. Фактически данный протокол служит для замены медных кабельных связей, предназначенных для передачи дискретных сигналов между устройствами;
3. SV (Sampled Values – стандарт МЭК 61850-9-2) – протокол передачи оцифрованных мгновенных значений от измерительных трансформаторов тока и напряжения (ТТ и ТН). Данный протокол позволяет заменить цепи переменного тока, соединяющие устройства РЗА с ТТ и ТН.
Рисунок 1 − Протоколы стандарта МЭК 61850
А также, МЭК 61850 содержит требования к информационной модели, которая должна быть реализована в устройствах, к языку конфигурирования и процессу инжиниринга систем. Четкое описание информационной модели устройств является одной из важных особенностей стандарта МЭК 61850, отличающей его от других стандартов информационного обмена в электроэнергетике. В соответствии с требованиями каждое физическое устройство должно содержать в себе логический сервер, в рамках которого заложена иерархическая модель, включающая одно или несколько логических устройств, в которых содержатся логические узлы. Каждый логический узел в свою очередь включает в себя элементы и атрибуты данных (рис. 2).
Рисунок 2 − Иерархическая информационная модель
Таблица 1 – Пример информационной модели устройства
LOGICAL-DEVICE (LD) (логическое устройство) - содержит информацию, которую производит и использует группа функций приложения, специфических для определенной области; функции определяют как логические узлы (LOGICAL-NODE).
LOGICAL-NODE (LN) (логический узел) - содержит информацию, которую производит и использует функция приложения, специфическая для определенной области, например защита от перенапряжений или выключатель.
Параметр FunctionalConstraint должен содержать параметр функциональной связи (FC) для фильтрации соответствующих атрибутов данных DataAttributes всех данных DATA, содержащихся в данном логическом узле LN
DATA OBJECT (DO) (объект данных) – элемент данных
DATA ATTRIBUTES (DA) (атрибуты данных) – параметр данных, относящийся к их структурным свойствам, используемый для указания контекста данных или придания им смыслового значения.
1.1 Протокол GOOSE
1.1.1 Обмен логической информацией терминалами между собой и АРМ (автоматизированным рабочим местом) релейщика производится по протоколу GOOSE.
GOOSE ( англ Generic Object Oriented Substation Event) (стандарт МЭК 61850-8-1) – протокол передачи данных о событиях на подстанции.
GOOSE–сообщения, передаваемые через Ethernet, упаковываются в так называемые фреймы (Ethernet кадры) вместе с дополнительной информацией и передаются. Один такой фрейм состоят из заголовка, адреса получателя, адреса отправителя, типа и контрольной суммы, и, конечно же, из пользовательских данных. На рис. 3 показана структура фрейма.
Рисунок 3 – Формат стандартного Ethernet кадра
Начинается с преамбулы (Preamble), которая используется для синхронизации приемопередатчиков. Далее идут MAC адреса приемника (Destination address) – адрес устройства, которому направляется сообщение, и источника (Source address) – уникальный адрес передающего интеллектуального устройства (ИЭУ). Идентификатор протокола (TPID, Tag Protocol Identifier) – указывает тип использованного протокола.
Идентификатор сообщения (Ethertype)–указывает тип сообщений.
Идентификатор положения (APPID, Application Identifier) – служит для разделения сообщений.
Длина данных (Length) – суммарная длина полей APPID, Length, reserved 1, reserved 2 и APDU.
Reserved 1 и reserved 2 – зарезервированные поля.
Прикладной протокол данных (APDU, Application Protocol Data Unit) – содержит измерительную информацию.
Контрольная сумма (Frame check sequence) – контрольное значение, вычисляемое по алгоритму CRC-32. С помощью контрольной суммы получатель может определить не был ли поврежден фрейм во время передачи.
А на рис. 4 представлено реальное GOOSE–сообщение.
Рисунок 4 – Реальное GOOSE–сообщение
Рассмотрим GOOSE – сообщение. Как видно из рисунка, это сообщение послал терминал защиты среднего напряжения , вид защиты первая ступень МТЗ.
AppID - видимая строка, которая представляет логическое устройство LD, в котором размещен блок управления GoCB. Значение атрибута AppID по умолчанию должно быть таким, как в объектной ссылке блока управления GoCB. Однако это значение может быть настроено на другое значение как часть конфигурации всей системы.
Lenght – длина GOOSE – сообщения.
Reserved
GoosePdu – блок данных протокола.
GoCBRef – ссылка блока управления GOOSE-событием.
timeAllowedtolive разрешенное «время жизни» GOOSE-сообщения.
DatSet - ссылка набора данных. Атрибут DatSet должен описывать объектную ссылку контролируемого набора данных DATA-SET, значения элементов которого (одного, подмножества или всех) должны включаться в отчет.
goID – идентификатор GOOSE – сообщения
t – временная метка.
Параметр t содержит момент времени, когда атрибут StNum был увеличен.
StNum - номер состояния
Параметр StNum содержит счетчик, показания которого увеличиваются на единицу каждый раз, когда послано GOOSE-сообщение и зафиксировано изменение значения внутри набора данных DATA-SET, определяемого с помощью параметра DatSet.
Исходное значение для параметра StNum должно равняться 1. Нулевое значение должно быть зарезервировано.
SqNum - порядковый номер
Параметр SqNum содержит счетчик, показания которого увеличиваются на единицу каждый раз, когда послано GOOSE-сообщение.
Исходное значение для параметра SqNum должно равняться 1. Нулевое значение должно быть зарезервировано.
Test – тест
Параметр Test указывает при значении логической единицы (TRUE), что значения в сообщении не должны использоваться для эксплуатационных целей.
ConfRev - версия конфигурации
Атрибут ConfRev представляет собой подсчет количества раз, когда конфигурация набора данных, имеющая ссылку, была изменена.
NdsCom - требуется ввод в эксплуатацию
Параметр NdsCom содержит атрибут NdsCom (взятый из блока управления GoCB) блока управления GoCB.
numDatSetEntries – номер записи набора данных
allData: 1 item – всего данных: 1 элемент
structure: 3 items – структура: 3 элемента
Data: boolean – (тип данных Boolean) говорит о несрабатывании (логический ноль или «false»).
Data: bit-string – (тип данных bit-string (качество), говорит о качестве дискретного сигнала.
Data: utc-time– (тип данных метка времени), говорит о времени изменения GOOSE–сообщения.
Таким образом, в этом сообщении имеется в виду, что срабатывания первой ступени не произошло.
Как известно, протокол GOOSE служит фактически для замены медных кабельных связей на подстанции.
Раньше для передачи дискретных сигналов между терминалами РЗА использовались дискретные входы и выходные реле. Передача сигнала при этом осуществляется подачей оперативного напряжения посредством замыкания выходного реле одного терминала на дискретный вход другого терминала (далее такой способ передачи будем называть традиционным).
Для разработки альтернативы цепям передачи сигналов между устройствами релейной защиты были проанализированы свойства информации, передаваемой между устройствами РЗА посредством дискретных сигналов:
1. Возможность передачи сообщений сразу нескольким адресатам. При реализации некоторых распределенных функций РЗА требуется передача данных от одного устройства сразу нескольким;
2. Требуется высокая вероятность доставки сообщения для реализации ответственных функций, таких как подача команды отключения выключателя от РЗА, обмен сигналами между РЗА при выполнении распределенных функций. Необходимо обеспечение гарантированной доставки сообщения как в нормальном режиме работы цифровой сети передачи данных, так и в случае ее кратковременных сбоев;
3. Необходим контроль целостности канала передачи данных. Наличие функции диагностики состояния канала передачи данных позволяет повысить коэффициент готовности при передаче сигнала, тем самым повышая надежность функции, выполняемой с передачей указанного сообщения.
4. Требуется высокая скорость передачи информации. Большая часть дискретных сигналов, передаваемых между устройствами РЗА, прямо или косвенно влияет на скорость ликвидации ненормального режима, поэтому передача сигнала должна осуществляться с минимальной задержкой;
Перечисленные требования привели к разработке механизма GOOSE-сообщений, отвечающих всем предъявляемым требованиям.
1.1.2 Принцип передачи GOOSE–сообщений
Первое требование выполняется автоматически, так как это заложение в самом принципе передачи GOOSE-сообщений (рис. 6).
Для адресации кадров на канальном уровне используются физические адреса сетевых устройств – MAC-адреса. При этом Ethernet позволяет осуществлять так называемую групповую рассылку сообщений (Multicast). В таком случае в поле MAC-адреса адресата указывается адрес групповой рассылки. Для многоадресных рассылок по протоколу GOOSE используется определенный диапазон адресов (рис. 5).
Рисунок 5 – Диапазон адресов многоадресной рассылки для GOOSE–сообщений
Рисунок 6 – Принцип передачи GOOSE–сообщений
Устройство-отправитель передает по сети Ethernet информацию в широковещательном диапазоне. В сообщении присутствует адрес отправителя и адреса, по которым осуществляется его передача, а также значение сигнала (например «0» или «1»).
Устройство-получатель получит сообщение, а все остальные устройства его проигнорируют. Поскольку передача GOOSE-сообщений осуществляется в широковещательном диапазоне, т.е. нескольким адресатам, подтверждение факта получения адресатами сообщения отсутствует. По этой причине передача GOOSE-сообщений в установившемся режиме производится с определенной периодичностью.
Рассмотрим реальной пример спонтанной передачи GOOSE-сообщений между терминалами защит. Период отправки сообщений в данной примере – 2 с, а минимальное время отправки сообщений 10 мс.
1. Рассмотрим рисунок 7, выделенная строчка 3934: срабатывания терминала не произошло (значение состояния stVal – «False», или «логический 0»), время изменения GOOSE-сообщения – 63.152468.
Рисунок 7 – Пример GOOSE–сообщения без срабатывания.
2. Далее рассмотрим рисунок 8, строчка 4072: произошло срабатывание терминала (значение состояния stVal – «True»), время изменения GOOSE-сообщения: 64.790562.
Рисунок 8 – Пример GOOSE–сообщения со срабатыванием.
А теперь, как видно на рисунке 9, после сообщения о срабатывании терминала, начинается повторная передача GOOSE–сообщений через 10 мс, 20 мс, 40 мс и т.д., до того момента, пока время между сообщениями не увеличится опять до времени периода отправки – 2 с.
Рисунок 9 – Пример спонтанной передачи GOOSE–сообщений.
Такая технология повторной передачи не только гарантирует получение адресатом сообщения, но также обеспечивает контроль исправности линии связи и устройств – любые неисправности будут обнаружены по истечении максимального периода передачи GOOSE-сообщений (с точки зрения эксплуатации практически мгновенно). В случае передачи сигналов традиционным образом неисправность выявляется либо в процессе плановой проверки устройств, либо в случае неправильной работы системы РЗА.
Таким образом такая передача данных обеспечивает высокую вероятность доставки (отвечает второму требованию).
1.1.3 Надежность передачи GOOSE-сообщений
Для того чтобы использовать GOOSE-сообщения для передачи дискретных сигналов между терминалами РЗА необходима достаточная надежность и быстродействие передачи GOOSE-сообщений. Надежность передачи GOOSE-сообщений обеспечивается следующим:
1. протокол МЭК 61850 использует Ethernet-сеть, за счет этого выход из строя верхнего уровня АСУ ТП и любого из устройств РЗА не отражается на передаче GOOSE-сообщений оставшихся в работе устройств;
2. терминалы РЗА имеют два независимых Ethernet-порта, при выходе одного из них из строя второй его полностью заменяет;
3. сетевые коммутаторы, к которым подключаются устройства РЗА, соединяются в два независимых «кольца»;
4. разные порты одного терминала РЗА подключаются к разным сетевым коммутаторам, подключенным к разным «кольцам»;
5. каждый сетевой коммутатор имеет дублированное питание от разных источников;
6. во всех устройствах РЗА осуществляется постоянный контроль возможности прохождения каждого сигнала, который позволяет автоматически определить не только отказы цифровой связи, но и ошибки параметрирования терминалов.
Дополнительно увеличивает надежность то обстоятельство, что даже в случае отказа в передаче GOOSE-сообщения, устройство, принимающее сигнал, выдаст сигнал неисправности, а последнее принятое значение останется запомненным по умолчанию, пока персонал не примет необходимые меры для устранения неисправности.
Дан участок электрической сети напряжением 10 кВ (рис. 10, а). Здесь, Т1 – терминал защиты ввода, Т2 - Т4 – терминалы защиты линии. От терминалов защиты линии к терминалам защиты ввода поступает сообщение, в теле которого сигнал «УРОВ».
Рисунок 10 – Пример участка сети
При возникновении КЗ на одной линии (рис. 10, б), метка состояния опции пуска защиты (stVal) меняется на «True», и если выключатель присоединения исправен, то защита сработает селективно, изолировав выключателем поврежденную линию. Но если выключатель присоединения неисправен, то через определенную выдержку времени должна сработать защита ввода и уже своим выключателем отключить весь ввод.
Рисунок 11 – Пример участка сети
А теперь рассмотрим другой случай, оборвалась связь между терминалами защиты линии и ввода (рис. 10), то есть GOOSE-сообщение с сигналом «УРОВ» больше не поступает, тогда на терминале ввода запоминается то состояние «УРОВ», которое было последним, то есть «True». И ложного срабатывания защиты ввода не произойдет.
1.1.4 Быстродействие передачи GOOSE-сообщений
В соответствии с требованиями действующего стандарта МЭК 61850-5 допустимое время передачи GOOSE-сообщения не более 3 мс (для сообщений, требующих быстрой передачи, например, для передачи сигналов срабатывания защит, пусков АПВ и УРОВ и т.п.). Другие нормативы времени для сигналов представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Нормированное время передачи сигналов
Тип сигнала Макисмальное время передачи, мс
Сигнал отключения, блокировки 3
Снятие блокировки, изменение состояния 10
Быстрые автоматические взаимодействия 20
Медленные автоматические взаимодействия 100
Команды оператора 500
Регистрация событий, сигнализация 1000
Файлы, журналы событий >1000
Также возможно установить приоритет на выбранное GOOSE-сообщение (priority tagging), эту возможность дает протокол Ethernet, по которому передаются сообщения. То есть GOOSE-сообщения с меткой приоритетности идут в обходобычных сообщений (рис. 12).
Рисунок 12 – Приоритетность передачи GOOSE–сообщений
Вывод
Именно наличие инструмента GOOSE-сообщений позволяет значительно сократить расходы на кабельное хозяйство и монтажные работы, увеличить надежность передачи сигналов в части ЭМС, повысить масштабируемость системы РЗ и ПА в целом и т.д. Вместе с тем, несмотря на активное использование GOOSE-сообщений в отечественной энергетике, необходимо отметить ограниченность применения этого инструмента. По моему мнению, применение протокола МЭК 61850-8-1 – GOOSE уменьшило аппаратную надежность УРЗА. На данный момент, посредством GOOSE–сообщений отправляются только наименее ответственные сигналы.
МЭК 61850. Протокол GOOSE.
Введение
В течение последних лет, МЭК (международная электротехническая комиссия) TC57 утвердила стандарт МЭК 61850 – «Коммуникационные сети и системы подстанций».
В настоящее время этот стандарт используется не только между верхним уровнем станции (который включает в себя SCADA, шлюзы для передачи данных в ЦУС и РДУ сервер времени и др.) и уровнем присоединения (терминалы РЗА (ИЭУ), измерительный трансформаторы тока и напряжения и др.), но также и для открытого общения с основным оборудованием.
Стандарт МЭК 61850 содержит в себе три основных протокола передачи данных:
1. MMS (Manufacturing Message Specification – стандарт МЭК 61850-8-1) – протокол передачи данных реального времени и команд диспетчерского управления между сетевыми устройствами и/или программными приложениями;
2. GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event – стандарт МЭК 61850-8-1) – протокол передачи данных о событиях на подстанции. Фактически данный протокол служит для замены медных кабельных связей, предназначенных для передачи дискретных сигналов между устройствами;
3. SV (Sampled Values – стандарт МЭК 61850-9-2) – протокол передачи оцифрованных мгновенных значений от измерительных трансформаторов тока и напряжения (ТТ и ТН). Данный протокол позволяет заменить цепи переменного тока, соединяющие устройства РЗА с ТТ и ТН.
А также, МЭК 61850 содержит требования к информационной модели, которая должна быть реализована в устройствах, к языку конфигурирования и процессу инжиниринга систем. Четкое описание информационной модели устройств является одной из важных особенностей стандарта МЭК 61850, отличающей его от других стандартов информационного обмена в электроэнергетике. В соответствии с требованиями каждое физическое устройство должно содержать в себе логический сервер, в рамках которого заложена иерархическая модель, включающая одно или несколько логических устройств, в которых содержатся логические узлы. Каждый логический узел в свою очередь включает в себя элементы и атрибуты данных (рис. 2).
Таблица 1 – Пример информационной модели устройства
LOGICAL-DEVICE (LD) (логическое устройство) - содержит информацию, которую производит и использует группа функций приложения, специфических для определенной области; функции определяют как логические узлы (LOGICAL-NODE).
LOGICAL-NODE (LN) (логический узел) - содержит информацию, которую производит и использует функция приложения, специфическая для определенной области, например защита от перенапряжений или выключатель.
Параметр FunctionalConstraint должен содержать параметр функциональной связи (FC) для фильтрации соответствующих атрибутов данных DataAttributes всех данных DATA, содержащихся в данном логическом узле LN
DATA OBJECT (DO) (объект данных) – элемент данных
DATA ATTRIBUTES (DA) (атрибуты данных) – параметр данных, относящийся к их структурным свойствам, используемый для указания контекста данных или придания им смыслового значения.
1.1 Протокол GOOSE
1.1.1 Обмен логической информацией терминалами между собой и АРМ (автоматизированным рабочим местом) релейщика производится по протоколу GOOSE.
GOOSE ( англ Generic Object Oriented Substation Event) (стандарт МЭК 61850-8-1) – протокол передачи данных о событиях на подстанции.
GOOSE–сообщения, передаваемые через Ethernet, упаковываются в так называемые фреймы (Ethernet кадры) вместе с дополнительной информацией и передаются. Один такой фрейм состоят из заголовка, адреса получателя, адреса отправителя, типа и контрольной суммы, и, конечно же, из пользовательских данных. На рис. 3 показана структура фрейма.
Начинается с преамбулы (Preamble), которая используется для синхронизации приемопередатчиков. Далее идут MAC адреса приемника (Destination address) – адрес устройства, которому направляется сообщение, и источника (Source address) – уникальный адрес передающего интеллектуального устройства (ИЭУ). Идентификатор протокола (TPID, Tag Protocol Identifier) – указывает тип использованного протокола.
Идентификатор сообщения (Ethertype)–указывает тип сообщений.
Идентификатор положения (APPID, Application Identifier) – служит для разделения сообщений.
Длина данных (Length) – суммарная длина полей APPID, Length, reserved 1, reserved 2 и APDU.
Reserved 1 и reserved 2 – зарезервированные поля.
Прикладной протокол данных (APDU, Application Protocol Data Unit) – содержит измерительную информацию.
Контрольная сумма (Frame check sequence) – контрольное значение, вычисляемое по алгоритму CRC-32. С помощью контрольной суммы получатель может определить не был ли поврежден фрейм во время передачи.
А на рис. 4 представлено реальное GOOSE–сообщение.
Рисунок 4 – Реальное GOOSE–сообщение
Рассмотрим GOOSE – сообщение. Как видно из рисунка, это сообщение послал терминал защиты среднего напряжения , вид защиты первая ступень МТЗ.
AppID - видимая строка, которая представляет логическое устройство LD, в котором размещен блок управления GoCB. Значение атрибута AppID по умолчанию должно быть таким, как в объектной ссылке блока управления GoCB. Однако это значение может быть настроено на другое значение как часть конфигурации всей системы.
Lenght – длина GOOSE – сообщения.
Reserved
GoosePdu – блок данных протокола.
GoCBRef – ссылка блока управления GOOSE-событием.
timeAllowedtolive разрешенное «время жизни» GOOSE-сообщения.
DatSet - ссылка набора данных. Атрибут DatSet должен описывать объектную ссылку контролируемого набора данных DATA-SET, значения элементов которого (одного, подмножества или всех) должны включаться в отчет.
goID – идентификатор GOOSE – сообщения
t – временная метка.
Параметр t содержит момент времени, когда атрибут StNum был увеличен.
StNum - номер состояния
Параметр StNum содержит счетчик, показания которого увеличиваются на единицу каждый раз, когда послано GOOSE-сообщение и зафиксировано изменение значения внутри набора данных DATA-SET, определяемого с помощью параметра DatSet.
Исходное значение для параметра StNum должно равняться 1. Нулевое значение должно быть зарезервировано.
SqNum - порядковый номер
Параметр SqNum содержит счетчик, показания которого увеличиваются на единицу каждый раз, когда послано GOOSE-сообщение.
Исходное значение для параметра SqNum должно равняться 1. Нулевое значение должно быть зарезервировано.
Test – тест
Параметр Test указывает при значении логической единицы (TRUE), что значения в сообщении не должны использоваться для эксплуатационных целей.
ConfRev - версия конфигурации
Атрибут ConfRev представляет собой подсчет количества раз, когда конфигурация набора данных, имеющая ссылку, была изменена.
NdsCom - требуется ввод в эксплуатацию
Параметр NdsCom содержит атрибут NdsCom (взятый из блока управления GoCB) блока управления GoCB.
numDatSetEntries – номер записи набора данных
allData: 1 item – всего данных: 1 элемент
structure: 3 items – структура: 3 элемента
Data: boolean – (тип данных Boolean) говорит о несрабатывании (логический ноль или «false»).
Data: bit-string – (тип данных bit-string (качество), говорит о качестве дискретного сигнала.
Data: utc-time– (тип данных метка времени), говорит о времени изменения GOOSE–сообщения.
Таким образом, в этом сообщении имеется в виду, что срабатывания первой ступени не произошло.
Как известно, протокол GOOSE служит фактически для замены медных кабельных связей на подстанции.
Раньше для передачи дискретных сигналов между терминалами РЗА использовались дискретные входы и выходные реле. Передача сигнала при этом осуществляется подачей оперативного напряжения посредством замыкания выходного реле одного терминала на дискретный вход другого терминала (далее такой способ передачи будем называть традиционным).
Для разработки альтернативы цепям передачи сигналов между устройствами релейной защиты были проанализированы свойства информации, передаваемой между устройствами РЗА посредством дискретных сигналов:
1. Возможность передачи сообщений сразу нескольким адресатам. При реализации некоторых распределенных функций РЗА требуется передача данных от одного устройства сразу нескольким;
2. Требуется высокая вероятность доставки сообщения для реализации ответственных функций, таких как подача команды отключения выключателя от РЗА, обмен сигналами между РЗА при выполнении распределенных функций. Необходимо обеспечение гарантированной доставки сообщения как в нормальном режиме работы цифровой сети передачи данных, так и в случае ее кратковременных сбоев;
3. Необходим контроль целостности канала передачи данных. Наличие функции диагностики состояния канала передачи данных позволяет повысить коэффициент готовности при передаче сигнала, тем самым повышая надежность функции, выполняемой с передачей указанного сообщения.
4. Требуется высокая скорость передачи информации. Большая часть дискретных сигналов, передаваемых между устройствами РЗА, прямо или косвенно влияет на скорость ликвидации ненормального режима, поэтому передача сигнала должна осуществляться с минимальной задержкой;
Перечисленные требования привели к разработке механизма GOOSE-сообщений, отвечающих всем предъявляемым требованиям.
1.1.2 Принцип передачи GOOSE–сообщений
Первое требование выполняется автоматически, так как это заложение в самом принципе передачи GOOSE-сообщений (рис. 6).
Для адресации кадров на канальном уровне используются физические адреса сетевых устройств – MAC-адреса. При этом Ethernet позволяет осуществлять так называемую групповую рассылку сообщений (Multicast). В таком случае в поле MAC-адреса адресата указывается адрес групповой рассылки. Для многоадресных рассылок по протоколу GOOSE используется определенный диапазон адресов (рис. 5).
Рисунок 5 – Диапазон адресов многоадресной рассылки для GOOSE–сообщений
Устройство-отправитель передает по сети Ethernet информацию в широковещательном диапазоне. В сообщении присутствует адрес отправителя и адреса, по которым осуществляется его передача, а также значение сигнала (например «0» или «1»).
Устройство-получатель получит сообщение, а все остальные устройства его проигнорируют. Поскольку передача GOOSE-сообщений осуществляется в широковещательном диапазоне, т.е. нескольким адресатам, подтверждение факта получения адресатами сообщения отсутствует. По этой причине передача GOOSE-сообщений в установившемся режиме производится с определенной периодичностью.
Рассмотрим реальной пример спонтанной передачи GOOSE-сообщений между терминалами защит. Период отправки сообщений в данной примере – 2 с, а минимальное время отправки сообщений 10 мс.
1. Рассмотрим рисунок 7, выделенная строчка 3934: срабатывания терминала не произошло (значение состояния stVal – «False», или «логический 0»), время изменения GOOSE-сообщения – 63.152468.
2. Далее рассмотрим рисунок 8, строчка 4072: произошло срабатывание терминала (значение состояния stVal – «True»), время изменения GOOSE-сообщения: 64.790562.
А теперь, как видно на рисунке 9, после сообщения о срабатывании терминала, начинается повторная передача GOOSE–сообщений через 10 мс, 20 мс, 40 мс и т.д., до того момента, пока время между сообщениями не увеличится опять до времени периода отправки – 2 с.
Рисунок 9 – Пример спонтанной передачи GOOSE–сообщений.
Такая технология повторной передачи не только гарантирует получение адресатом сообщения, но также обеспечивает контроль исправности линии связи и устройств – любые неисправности будут обнаружены по истечении максимального периода передачи GOOSE-сообщений (с точки зрения эксплуатации практически мгновенно). В случае передачи сигналов традиционным образом неисправность выявляется либо в процессе плановой проверки устройств, либо в случае неправильной работы системы РЗА.
Таким образом такая передача данных обеспечивает высокую вероятность доставки (отвечает второму требованию).
1.1.3 Надежность передачи GOOSE-сообщений
Для того чтобы использовать GOOSE-сообщения для передачи дискретных сигналов между терминалами РЗА необходима достаточная надежность и быстродействие передачи GOOSE-сообщений. Надежность передачи GOOSE-сообщений обеспечивается следующим:
1. протокол МЭК 61850 использует Ethernet-сеть, за счет этого выход из строя верхнего уровня АСУ ТП и любого из устройств РЗА не отражается на передаче GOOSE-сообщений оставшихся в работе устройств;
2. терминалы РЗА имеют два независимых Ethernet-порта, при выходе одного из них из строя второй его полностью заменяет;
3. сетевые коммутаторы, к которым подключаются устройства РЗА, соединяются в два независимых «кольца»;
4. разные порты одного терминала РЗА подключаются к разным сетевым коммутаторам, подключенным к разным «кольцам»;
5. каждый сетевой коммутатор имеет дублированное питание от разных источников;
6. во всех устройствах РЗА осуществляется постоянный контроль возможности прохождения каждого сигнала, который позволяет автоматически определить не только отказы цифровой связи, но и ошибки параметрирования терминалов.
Дополнительно увеличивает надежность то обстоятельство, что даже в случае отказа в передаче GOOSE-сообщения, устройство, принимающее сигнал, выдаст сигнал неисправности, а последнее принятое значение останется запомненным по умолчанию, пока персонал не примет необходимые меры для устранения неисправности.
Дан участок электрической сети напряжением 10 кВ (рис. 10, а). Здесь, Т1 – терминал защиты ввода, Т2 - Т4 – терминалы защиты линии. От терминалов защиты линии к терминалам защиты ввода поступает сообщение, в теле которого сигнал «УРОВ».
Рисунок 10 – Пример участка сети
При возникновении КЗ на одной линии (рис. 10, б), метка состояния опции пуска защиты (stVal) меняется на «True», и если выключатель присоединения исправен, то защита сработает селективно, изолировав выключателем поврежденную линию. Но если выключатель присоединения неисправен, то через определенную выдержку времени должна сработать защита ввода и уже своим выключателем отключить весь ввод.
А теперь рассмотрим другой случай, оборвалась связь между терминалами защиты линии и ввода (рис. 10), то есть GOOSE-сообщение с сигналом «УРОВ» больше не поступает, тогда на терминале ввода запоминается то состояние «УРОВ», которое было последним, то есть «True». И ложного срабатывания защиты ввода не произойдет.
1.1.4 Быстродействие передачи GOOSE-сообщений
В соответствии с требованиями действующего стандарта МЭК 61850-5 допустимое время передачи GOOSE-сообщения не более 3 мс (для сообщений, требующих быстрой передачи, например, для передачи сигналов срабатывания защит, пусков АПВ и УРОВ и т.п.). Другие нормативы времени для сигналов представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Нормированное время передачи сигналов
Тип сигнала Макисмальное время передачи, мс
Сигнал отключения, блокировки 3
Снятие блокировки, изменение состояния 10
Быстрые автоматические взаимодействия 20
Медленные автоматические взаимодействия 100
Команды оператора 500
Регистрация событий, сигнализация 1000
Файлы, журналы событий >1000
Также возможно установить приоритет на выбранное GOOSE-сообщение (priority tagging), эту возможность дает протокол Ethernet, по которому передаются сообщения. То есть GOOSE-сообщения с меткой приоритетности идут в обходобычных сообщений (рис. 12).
Рисунок 12 – Приоритетность передачи GOOSE–сообщений
Вывод
Именно наличие инструмента GOOSE-сообщений позволяет значительно сократить расходы на кабельное хозяйство и монтажные работы, увеличить надежность передачи сигналов в части ЭМС, повысить масштабируемость системы РЗ и ПА в целом и т.д. Вместе с тем, несмотря на активное использование GOOSE-сообщений в отечественной энергетике, необходимо отметить ограниченность применения этого инструмента. По моему мнению, применение протокола МЭК 61850-8-1 – GOOSE уменьшило аппаратную надежность УРЗА. На данный момент, посредством GOOSE–сообщений отправляются только наименее ответственные сигналы.
