CC BY
5
УДК 620.92
Осипенко Р.А. студент магистратуры 2 курс факультет «Энергетики и электротехники» Российская Федерация, г. Тольятти ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ НА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПОДСТАНЦИИ
Аннотация: в данной статье рассмотрено исследование системы синхронизации времени интеллектуальной подстанции и влияния ее неисправностей на релейную защиту.
Ключевые слова: интеллектуальная подстанция, релейная защита и автоматика, вторичные цепи, синхронизация времени, протокол времени, GPS.
Osipenko RA Graduate student
2 year, Faculty of "Power Engineering and Electrical Engineering"
Russian Federation, Togliatti INVESTIGATION OF RELAY PROTECTION AND AUTOMATION AT THE INTELLECTUAL SUBSTATION
Annotation: This article describes the study of the time synchronization system of an intelligent substation and the effect of its faults on the relay protection.
Key words: intelligent substation, relay protection and automation, secondary circuits, time synchronization, time protocol, GPS.
1.Введение
По сравнению с обычной трансформаторной подстанцией, существуют большие изменения в схеме интеллектуальной подстанции. Вторичная схема интеллектуальной подстанции обычно содержит электронный трансформатор, блок питания (MU), выключатель, устройство защиты и мониторинга и т. д. Комплексное кабельное соединение трансформаторов, защиты и автоматических выключателей заменены волоконной оптикой. Вход параметров, напряжения и тока для защиты и управления, переведён от аналоговых сигналов к цифровым. Эти изменения вызывают более высокий спрос на системы интеллектуальной синхронизации времени подстанции. Традиционные трансформаторные подстанции используют кластерную выборку. Независимо от задержки передачи первичных и вторичных электрических параметров, устройства релейной защиты и другие устройства автоматики могут обеспечить синхронность данных выборки вследствие выбора соответствующих трансформаторов тока, вторичных параметров трансформаторов напряжения в определенный момент, по данным выборки импульсов. После использования электронного измерительного трансформатора модуль сбора данных устройств релейной защиты и других устройств автоматизации перемещается вперед к объединительным блокам. Первичные электрические параметры общей катушки индуктивности
нуждаются в отборе входного блока и последующей обработке устройства объединения. Сбор и обработка данных с каждой катушки индуктивности независимы и не имеют единой координации. И задержка передачи первичных и вторичных электрических параметров приводит к задержке срабатывания по времени. Таким образом, вторичные электрические параметры не имеют одновременности между различными трансформаторами и, следовательно, не могут непосредственно использоваться для расчета устройств автоматики. Синхронизацию часов высокой точности можно использовать для обеспечения того, чтобы каждый блок объединения интервалов одновременно выполнял сбор данных. Синхронизация часов стала важной частью релейной защиты, и ее производительность напрямую влияет на нормальную работу релейной защиты. В соответствии с требованием интеллектуальной подстанции в настоящем документе представлена технология интеллектуальной синхронизации времени подстанции, в которой излагается принцип синхронизации времени. Затем в документе анализируются примеры неисправностей подстанции, вызванные неисправностью системы синхронизации времени, и предлагаются соответствующие решения.
2. Технология синхронизации времени
Технология синхронизации времени обеспечивает унифицированный отсчет времени для различных устройств защиты и управления, играя жизненно важную роль в анализе аварийных ситуаций в энергосистеме и гарантируя безопасность работы энергосистемы IEC61850 имеет очень четкое требование к точности синхронизации значений выборки. Он определяет пять уровней синхронной точности, T1-T5. Среди них T1 - самый низкий уровень с точностью 1 мс, а T5 - самый высокий уровень с точностью 1мкс. В настоящее время наиболее часто используемыми технологиями синхронизации времени в интеллектуальной подстанции являются сетевой протокол времени (NTP), протокол синхронизации времени IEEE1588 и синхронизация по времени с IRIG-B.
2.1. Сетевой протокол времени
Сетевой протокол времени теперь широко используется в протоколе синхронизации часов Ethernet. Он применяется во временной синхронизации между распределенным сервером времени и клиентом. Сетевой протокол времени основан исключительно на программном обеспечении. Это протокол прикладного уровня, работающий поверх IP-протокола и протокола UDP. Он вычисляет временную ошибку в соответствии с информацией о времени, передаваемой пакетами между клиентом и сервером, и устраняет воздействие, вызванное неясностью сетевой передачи, через серию алгоритмов и делает динамическую компенсацию задержки. Простой протокол сетевого времени (SNTP) - это упрощенный NTP-сервер и стратегия клиента NTP. Обычно точность SNTP варьируется от 1 мс до 50 мс, определяемая источником синхронизации, сетевым путем и другими характеристиками. Принцип работы NTP показан на рисунке 1. Во-первых, клиент отправляет NTP-пакет
на сервер. Пакет содержит метку времени Т1, время, когда он покидает клиента. Когда сервер получит пакет КТР, он добавит для пакета временную метку, которую пакет достигает и покидает, Т 2 и Т3, и отправляет пакет клиенту. Время получения клиентом пакета - Т4. Затем клиент может вычислить два ключевых параметра синхронизации времени с этими четырьмя временными параметрами. Этими двумя ключевыми параметрами являются пакетная задержка ё пакета и смещение часов между клиентом и сервером времени <1 = (ТА-Т1)-{ТЪ-Т2) (1)
Рисунок 1. Принцип работы сетевого протокола времени
В протоколе NTP эти четыре метки времени от 1 до 4 добавляются в программный уровень клиента и сервера. Задержка передачи сообщения в оба конца между клиентом и сервером должна оставаться стабильной, чтобы гарантировать установление формулы (2). Задержка передачи содержит задержку в сети, а также время обработки протокола компьютером. Когда восходящие и нисходящие линии равны, считается, что задержка передачи по сети одинакова. Ошибка времени, вызванная обработкой сетевого протокола и обработкой многозадачности операционной системы, не может быть устранена и составляет миллисекунду. Таким образом, протокол времени NTP обычно считается обладающим миллисекундной точностью. Система часов NTP имеет зрелую технологию, простую теорию и простую реализацию. Он подходит для сети уровня станции, которая имеет низкую точность. Но он не может удовлетворить спрос сети технологического уровня, который имеет более высокую точность.
2.2. Сетевое время IEEE1588
Стандарт IEEE1588 определяет точность протокола времени (PTP) для точной синхронизации времени в измерительной и управляющей системе, созданной сетями. Протокол предназначен для распределенного измерения и мониторинга, основан на потоке сообщений и временной метки и использует методы комбинации аппаратного и программного обеспечения. По сравнению со способами протокола NTP IEEE-1588 использует как программное обеспечение, так и аппаратное обеспечение. Блок временного штампа (TSU) расположен между управлением доступом к среде Ethernet и приемником
Ethernet. Он может обнаруживать как поток входных данных, так и поток выходных данных, чтобы получить более точную синхронизацию времени. Синхронизация часов PTP достигается путем отправки и получения сообщения синхронизации. Ниже идет процесс, при котором синхронизация осуществляется главными и подчиненными часами.
1) Главный тактовый генератор периодически посылает синхронизирующее сообщение на ведомые часы с общим временным интервалом 2 секунды. Сообщение содержит ожидаемую метку отправки, которая имеет некоторую ошибку по сравнению с фактическим временем отправки. Когда подчиненный синхронизирующий сигнал принимает сообщение синхронизации, ведомые часы записывают точное время приема TS1.
2) Ведущий синхронизирующий импульс отправляет сообщение слежения в ведомые часы, которые содержат метку фактического времени отправки сообщения TM1.
3) Ведомый синхронизирующий сигнал отправляет сообщение «Delay-Req (Delay Request)» в основные тактовые импульсы и записывает определенное время отправки TS3. Интервал сообщения Delay-Req устанавливается независимо и обычно длиннее интервала времени сообщения Sync. Главный таймер записывает временную отметку TM3 при получении сообщения Delay-Req.
4) Главные часы отправляют сообщение Delay-Resp (Delay Response) на ведомые часы, и сообщение содержит метку времени TM3. Ведомые часы могут точно рассчитать задержку передачи по сети, используя TM3 и отметки времени, которые он записывает, и корректирует свою ошибку смещения часов. Метод комбинации программных и аппаратных средств преодолевает неопределенность протоколов задержки. Это делает точность синхронизации протокола IEEE1588 до микросекундного уровня и обеспечивает решение для временной синхронизации уровня процесса на подстанции.
3. Разработка принципов системы синхронизации времени
Для того чтобы обеспечить надежность системы синхронизации времени, разработка интеллектуальной системы синхронизации времени подстанции должна соответствовать следующим принципам.
3.1. Резервные конфигурации GPS и Компас
Система поддерживает резервные часы GPS, компас и ИРИ-Б основной резерв, и настраивает с высокой точностью часы. Синхронизирующие часы синхронизации могут получить сигнал GPS + Компас и две дорожки внешнего синхронизирующего сигнала IRIG-B. Оба сигнала действуют как запас спиннинга к другому. Устройство расширения синхронизации времени может иметь доступ к двум дорогам внешнего синхронизирующего сигнала IRIG-B, оба из которых действуют как запас спиннинга к другому. Резервированная конфигурация может поддерживать высокую надежность и стабильность системы синхронизации времени.
Использованные источники:
1. Chang-bao, Xu. The Research of Intelligent Substation Time Synchronization System and the Influence of Its Fault to Relay Protection [Электронный ресурс] / Han Xiong , Li-fu He , Zhong-min Li , Jun Yang // Guizhou Electric Power Research Institute. - Scientific research, 2013. - URL: http://file.scirp.org/pdf/EPE 2013102216372352.pdf.
