СПОСОБ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ТЕСТИРОВАНИЯ ЦИФРОВОЙ ПОДСТАНЦИИ
METHOD FOR PERIODIC TESTING OF DIGITAL SUBSTATION

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к способу построения процесса тестирования электроэнергетического оборудования подстанции, имеющего в своем составе электронные устройства, вычислительный модуль.
Известен способ построения вычислительного процесса испытаний электронных устройств в процессе производства, используя диагностические тесты, заключающийся в том, что вычислительный процесс испытаний электронных устройств реализуется в вычислительном модуле, а аппаратура контроля осуществляет его индикацию и управление («Тестопригодный блок управления и процедуры его тестирования» / В.Б. БРОДИН, А.В. КАЛИНИН. - Научная сессия МИФИ-2007. Т. 1. Автоматика. Микроэлектроника. Электроника. Электронные измерительные системы. Компьютерные медицинские системы, стр. 94-96). Известный способ работает следующим образом: при тестировании плат в вычислительный модуль через инструментальный последовательный порт вводятся входные векторы (диагностические тесты), на основании которых вычислительный модуль формирует пакет по приборному интерфейсу в микроконтроллер устройства ввода/вывода, который собственно и задает сигналы на выходных линиях блока электронного устройства.
Недостатком данного способа является: недостаточная эффективность контроля выполняемых операций, данных обмена и состояний устройств ввода/вывода; переход между диагностическими тестами связан с перепрограммированием вычислительного устройства по инструментальному последовательному порту, написание диагностических тестов осуществляется в специальной среде разработки программ для вычислительного модуля.
Известен способ построения вычислительного процесса испытаний аппаратуры (патент на изобретение RU 2480807 C2, от 08.07.2011), принятый за прототип, заключающийся в том, что при тестировании электронных устройств формируют диагностические тесты; исполняя тесты, реализуют вычислительный процесс испытаний и формируют пакеты данных в устройство ввода/вывода; устройство ввода/вывода формирует сигналы на выходах; аппаратура контроля осуществляет индикацию и управление вычислительным процессом. В отличие от предыдущего способа в данном способе вычислительный процесс, реализуемый вычислительным модулем, выполняется в аппаратуре контроля, осуществляя обмен с устройством ввода/вывода транзитом через вычислительный модуль.
Недостатками аналога и прототипа является то, что для тестирования необходимо выводить тестируемую аппаратуру из работы.
Задачей изобретения является разработка способ периодического тестирования цифровой подстанции, в котором устранены недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом изобретения является проведение периодического тестирования без вывода тестируемой аппаратуры из работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе периодического тестирования цифровой подстанции, заключающемся в том, что цифровые терминалы релейной защиты периодически формируют тестовые последовательности для контроля работоспособности каждой защиты, которые включены в данном терминале релейной защиты, в каждой тестовой последовательности формируют тестовые сигналы, которые отличаются от рабочих сигналов наличием признака «тест», отправляют тестовые сигналы на цифровые измерительные трансформаторы тока и напряжения, отправляют тестовые сигналы на цифровые системы управления высоковольтными выключателями, получают ответные тестовые сигналы от цифровых измерительных трансформаторов тока и напряжения, получают тестовые сигналы от цифровых систем управления высоковольтными выключателями, при этом терминал релейной защиты контролирует содержание и времена получения ответных тестовых сигналов в данной тестовой последовательности, формирует сигнал неисправности при несовпадении содержания ответных тестовых сигналов эталонным значениям для данной тестовой последовательности, формирует сигнал неисправности при непопадании времен получения ответных тестовых сигналов в эталонные временные интервалы для данной тестовой последовательности, согласно изобретению тестовые сигналы, отправляемые на цифровые измерительные трансформаторы тока и напряжения, вызывают тестовое срабатывание контролируемой защиты, цифровые измерительные трансформаторы тока и напряжения получают и отправляют обратно полученные тестовые сигналы параллельно с рабочими сигналами, без остановки непрерывного измерения токов и напряжений, полученные тестовые сигналы цифровые терминалы релейной защиты обрабатывают параллельно с рабочими входными сигналами, формируют на основе обработки входных тестовых сигналов логикой контролируемой защиты тестовые сигналы для цифровых систем управления высоковольтными выключателями, которые при получении тестовых сигналов формируют ответные тестовые сигналы для цифровых терминалов параллельно с рабочими сигналами, при этом отправляемые цифровыми системами управления высоковольтными выключателями тестовые сигналы идентичны, за исключением наличия признака «тест», рабочим сигналам как по содержанию, так и по временным задержкам относительно полученных тестовых сигналов, при этом не выполняют никаких высоковольтных переключений в результате получения тестовых сигналов.
Таким образом, технический результат достигается тем, что тестируют вычислительный модуль проверяемой аппаратуры, выполняя тестирование с обменом с устройством ввода/вывода транзитом через вычислительный модуль, при этом вычислительный модуль тестируемой аппаратуры дорабатывается следующим образом: параллельно основному, рабочему каналу обработки информации в него добавляется тестовый канал, который либо пропускает транзитом поступающие тестовые сигналы, либо в тестовом канале полностью повторяется логика обработки основного канала вычислительного модуля.
Реализация способа поясняется функциональными схемами на фиг. 1, фиг. 2. На фиг. 1 показана обобщенная структура цифрового оборудования:
- входные сигналы 1,
- наряду с основным рабочим каналом 2 прохождения информации - необходимо добавить тестовый канал 3 прохождения информации, который полностью (по логике обработки сигналов) повторяет основной канал прохождения информации, но получает на вход сигналы с признаком «тест»,
- в тестовом канале - к выходным сигналам добавляется признак «тест», который понимается и правильно обрабатывается другими устройствами,
- оба канала формируют управляющие выходные сигналы 4.
На фиг. 2 показан простейший пример электроэнергетической сети с основными и тестовыми сигналами. Имеется источник электроснабжения 5, высоковольтный выключатель 6, цифровой измерительный трансформатор тока 7, нагрузка 8.
Основной канал прохождения сигналов: ток в линии контролируется измерительным трансформатором 7, сигнал от которого 9 попадает на терминал релейной защиты 10, при превышении тока в линии заданной уставки токовой отсечки (рассмотрим для простоты простейшую защиту по току) подается сигнал 11 на отключение выключателя 6.
Тестовый канал прохождения информации (пунктирные линии): устройство тестирования 12 подает на измерительный трансформатор 7 тестовый сигнал 13, при этом параметры тестового сигнала (амплитуда тока в нашем примере) достаточна для срабатывания проверяемой защиты (токовая отсечка в нашем примере) терминала релейной защиты 10. Измерительный трансформатор 7 просто передает тестовый сигнал вместе с основным сигналом 9 на терминал релейной защиты 10. Тестовый сигнал 13 обрабатывается терминалом релейной защиты 10 по той же логике, что и основной сигнал (то есть по логике токовой отсечки). В тестовом канале 3 терминала релейной защиты 10 происходит срабатывание токовой отсечки, и терминал релейной защиты 10 выдает тестовый сигнал отключения (по линии основного канала 11) на высоковольтный выключатель 6. При этом, разумеется, при получении тестовых сигналов высоковольтный выключатель 6 никаких переключений не производит, он просто выдает на устройство тестирования 12 тестовый сигнал 14 подтверждения приема тестового сигнала на отключение.
Таким образом, устройство тестирования 12 выдает в контролируемую систему (5-8) тестовые сигналы 13, получает от системы тестовые сигналы 14 реакции системы и таким образом тестирует, контролирует данную систему: устройство тестирования 12 формирует сигнал неисправности при несовпадении содержания ответных тестовых сигналов 14 эталонным значениям для данной тестовой последовательности 13, при непопадании времен получения ответных тестовых сигналов 14 в эталонные временные интервалы для данной тестовой последовательности 13.
При этом будет контролироваться вся цепочка прохождения сигналов.
- На измерительный трансформатор 7 (от устройства тестирования 12) отправляется тестовый запрос 13, содержащий тестовые сигналы, которые должен отправить измерительный трансформатор 7 (проверка работы логики измерительного трансформатора 7 - транзитного прохождения тестовых сигналов 13).
- Тестовый сигнал 13 приходит (в терминал 10) от измерительного трансформатора 7, с величиной, достаточной для срабатывания проверяемых защит (проверка линии связи 9 для измерительных сигналов).
- Происходит тестовое срабатывание защит, с выдачей тестовых сигналов на управление выключателями (проверка работы логики защит терминала релейной защиты 10).
- Происходит подача тестового сигнала на высоковольтный выключатель 6 (проверка линии связи 11 для управляющих сигналов).
- Получение от высоковольтного выключателя 6 подтверждения 14 об успешном прохождении тестовой команды (проверка работы логики высоковольтного выключателя 6 - транзитного прохождения тестовых сигналов).
В энергетике происходит переход к системе обслуживания электрооборудования по состоянию, для которого требуется непрерывный контроль состояния оборудования.
- Снижение затрат на эксплуатацию оборудования (уменьшение объемов технического обслуживания, увеличение межремонтного периода, переход к системе обслуживания электрооборудования по состоянию) [КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ ЭЛЕКТРОСЕТЕВОГО КОМПЛЕКСА, ОАО «Россети» от 22.06.2015 №356пр www.rosseti.ru/investment/science/tech/…ogenie.pdf].
Внутри микропроцессорных терминалов релейной защиты и автоматики существует непрерывный самоконтроль, проверка функционирования отдельных блоков. В цепи защиты и управления подстанцией кроме терминалов существует много другого оборудования: измерительные трансформаторы тока и напряжения, высоковольтные выключатели, линии связи.
С переходом на цифровую технику, с появлением цифровых подстанций, каждое электроэнергетическое устройство имеет в своем составе электронные устройства, вычислительный модуль, становится цифровым: сигнальные и управляющие цепи работают с цифровыми сигналами, с оптоволоконными линиями связи. Для такой цифровой подстанции возможно расширить непрерывный самоконтроль, проверку функционирования отдельных блоков уже всей цифровой подстанцией: периодическим опросом оборудования подстанции тестовыми запросами, предлагаемыми «Способом периодического тестирования цифровой подстанции».
Стандарт цифровой подстанции описан в документе «Коммуникационные сети и системы для систем автоматизации в электроэнергетике» IEC 61850. Стандарт IEC 61850-9-2 (облегченная версия IEC 61850-9-2 LE) описывает механизмы получения информации от цифровых измерительных трансформаторов, передачу выборок аналоговых значений по сети Ethernet (в стандарте ISO/IEC 8802-3 Ethernet) - так называемую шину процесса. Сигналы SV (Sampled Values - стандарт МЭК 61850-9-2) осуществляют передачу оцифрованных мгновенных значений от цифровых измерительных трансформаторов тока и напряжения (ТТ и ТН) на шину процесса, где объединяются сигналы от многих цифровых ТТ и ТН, передаются непосредственно в виде стандартизированного Ethernet кадра. При этом внутри этого Ethernet кадра уже предусмотрено (в стандарте IEC 61850-9-2) поле «Зарезервировано 1» (reserved 1) - зарезервированное двухбайтовое поле, по умолчанию значение 0x0000 (запись двух байтов в системе счисления с основанием 16). Если старший байт этого поля установлен в 1 (то есть передается значение 0x0100), то цифровые ТТ и ТН находятся в режиме тестирования. Для передачи признака «тест» можно также использовать второе поле «Зарезервировано 2» (reserved 2) - зарезервированное поле для дополнительных параметров безопасности, по умолчанию значение 0x0000.
Иными словами, в международном стандарте МЭК 61850 уже предусмотрен режим работы устройств в режиме тестирования, в формате сигналов предусмотрено место для признака «тест». Работа оборудования в соответствии с предлагаемым «Способом периодического тестирования цифровой подстанции» не противоречит стандарту цифровой подстанции МЭК 61850.
Таким образом, предлагаемый «Способ периодического тестирования цифровой подстанции» позволяет периодически тестировать работоспособность цифрового оборудования подстанции без остановки работы, без отключения оборудования, при этом тестируя вычислительный модуль проверяемой аппаратуры (терминал релейной защиты), выполняя тестирование с обменом с устройством ввода/вывода транзитом через вычислительный модуль (измерительные трансформаторы, высоковольтные выключатели).