Описание

К системам передачи телеметрической информации (ТМ) в автоматизированную систему системного оператора (АССО) предъявляются различные технические требования к точности, времени передачи, циклу измерений и т.п. Так, например, в отношении объектов генерации, для которых сформированы группы точек поставки (ГТП) генерации и ГТП потребления с регулируемой нагрузкой суммарное время измерения и передачи телеинформации с объектов в АССО (без учета времени обработки данных в оперативно-информационном комплексе (ОИК) системного оператора (СО)) – от 1 до 5 с в зависимости от уровня диспетчерского управления и принадлежности к той или иной подсистеме АССО. А при новом строительстве или комплексной модернизации системы обмена технологической информацией с АССО (СОТИАССО), при согласовании СО технического задания на СОТИАССО после 01.01.2019 суммарное время не должно превышать 1 с. Время передачи телесигнализации не должно превышать 5 с. Вероятность появления ошибки телеинформации должна соответствовать первой категории систем телемеханики ГОСТ 26.205-88.

По генерирующему оборудованию, участвующему в общем первичном регулировании частоты электрического тока (ОПРЧ) для целей мониторинга факта участия в ОПРЧ должна передаваться в АССО следующая информация: текущая активная мощность генерирующего оборудования с дискретностью не более 0,1 % от полного диапазона измерения датчика и с временем обновления не более 10 секунд; текущая частота на шинах электростанций с точностью не хуже 0,002 Гц и временем обновления не более 10 секунд.

Зачастую, при создании систем телемеханики на объекте, субъект решает только задачу трансляции требуемой СО ТМ. В связи с этим у него, как правило, отсутствуют какие-либо системы мониторинга или другие средства контроля, при помощи которых можно было бы наблюдать: как, какая и каким образом транслируется ТМ в АССО. Когда в СО выявляются несоответствия ТМ определенным требованиям, субъекту направляется письмо о необходимости устранить соответствующее несоответствие. И, как показала практика, при устранении несоответствий возникают проблемы: специалисты не видят и не всегда понимают суть несоответствия и как его устранить; у руководства нет инструментов контроля по выполненным работам и т.д. Всё это приводит значительному увеличению времени устранения несоответствий.

Нарушения обмена ТМ с АССО

В результате анализа качества принимаемой ТМ в АССО, СО могут быть выявлены такие нарушения как:

• редкое поступление значений телеизмерений (ТИ) частоты электрического тока (при условии наличия требований к трансляции с временем обновления не более 10 секунд);
• несоответствие поступающих значений частоты электрического тока эталонной частоте;
• редкое поступление значений ТИ активной мощности генерирующего оборудования.

Проблематика

Длительное устранение нарушений в передаче ТМ в АССО определило целесообразность разработки инструмента для автоматизированной экспертной оценки её качества. Этот инструмент должен позволять в кратчайшие сроки предоставлять в автоматическом режиме экспертную оценку ТМ, транслируемой в АССО. Для выполнения этой функции необходимо разработать алгоритмы проведения анализа транслируемой ТМ, учитывая требования нормативных документов, а также алгоритмы, позволяющие автоматически формировать рекомендации по способам устранения выявленных несоответствий.

Предварительные мероприятия

Для реализации поставленной задачи, было принято решение анализировать непосредственно траффик канала передачи ТМ. Для этого, используя специальные алгоритмы, из траффика были выделены пакеты, передающие ТМ по протоколу МЭК 60870-5-104 (МЭК-104) и, в соответствии с описанием протокола МЭК-104 [3], преобразованы уже в анализируемую информацию к которой возможно применять любые алгоритмы анализа.

В качестве аппаратной платформы был выбран персональный компьютер (ПК) промышленного исполнения, имеющий 2 сетевых интерфейса Ethernet и Wi-Fi модуль.
Структурировав требования нормативных документов, при помощи специального программного обеспечения (ПО) были разработаны алгоритмы, позволяющие оценить передаваемую ТМ в АССО этим требованиям. Например, для параметра, частоты электрического тока на шине электростанции, участвующей в ОПРЧ, анализируется величина установленной апертуры, частота передачи ТИ, а также точность измерения параметра.

Основные результаты

В результате разработан ПТК, осуществляющий контроль и анализ всего передаваемого трафика между устройством телемеханики (УТМ) и всеми системами, осуществляющими получение данных телемеханики с него по протоколу МЭК-104. Из анализируемого трафика выделяются все пакеты, относящиеся к МЭК-104, проходящие между УТМ и серверами телемеханики объекта, УТМ и АССО и другими принимающими устройствами.

Подключение ПТК осуществляется к свободному порту управляемого коммутатора, предварительно настроенного на зеркалирование проходящего от УТМ трафика другого порта. В результате этого система не оказывает влияния непосредственно на сам трафик МЭК-104 и канала в целом, что не снижает надёжности и скорости системы передачи ТМ. Второй порт ПТК необходим для подключения к сети компании с целью осуществления удалённого управления и контроля устройства (данный порт может не использоваться). Модуль Wi-Fi необходим для возможности контроля устройства на объекте с использованием мобильных устройств без подключения к устройству монитора и клавиатуры.

Работает ПТК от сети напряжения 220 В. После включения, устройство автоматически начинает работу, в том числе начинает архивировать трафик и всю необходимую информацию. В виду того, что ПТК осуществляет автоматическую архивацию информации — устройство может быть просто установлено на объекте контроля (plug and play) для осуществления отложенного анализа трафика. ПТК оборудован твердотельным жестким диском (SSD) объемом 128 Гб (при необходимости ПТК можно комплектовать дисками других объемов), что позволяет хранить информацию за период более одного месяца. Архив представляет собой информацию о пакетах протокола МЭК-104 для каждого направления, величины и статусы всех измерений, информацию о иных пакетах (их классификацию и объем пакетов во времени).

При необходимости, возможна настройка различных оперативных оповещений, например, об ошибках в канале, удобным для потребителя способом – на сотовый телефон, почту и т.п.

Не смотря на максимальную автоматизацию работы устройства, в ПТК была добавлена возможность конфигурирования дополнительных настроек с целью улучшения качества работы:

• добавление названий и единиц измерения всех параметров (названия отсутствуют в канале передачи и не могут быть получены автоматически). Для быстрой конфигурации настройка данных параметров может осуществляться путем копирования информации на WEB страницу системы из соответствующего Формуляра согласования приема\передачи данных по протоколу МЭК-104;
• персонализация отображения информации. По умолчанию информация представляется в виде ряда графиков реального времени, при этом для постоянного контроля на рабочем месте может быть выведены текущие значения необходимых величин, графики или таблицы по другим параметрам и т. д. Таким образом можно настроить рабочее место не только для контроля за качеством передаваемой ТМ в АССО, а даже для постоянного контроля за работой объекта электроэнергетики, аналогично видеокадрам различных SCADA систем;
• настройка сетевых параметров для второго порта Ethernet и Wi-Fi;
• настройка системы оперативного оповещения по событиям;
• настройка дополнительных алгоритмов по анализу передаваемой ТМ.

ПТК позволяет осуществлять мониторинг следующих параметров канала передачи данных:

• все факты пропадания передачи пакетов протокола МЭК-104. Как правило, действующие системы мониторинга не позволяют оценить работу конкретного протокола. В большинстве случаев используется контроль доступности узла, при этом нельзя отследить конкретно работу канала в формате точка-точка (обычно система контроля находится на другом узле по отношению к контролируемым узлам). Настроенные таймауты пакетов не позволяют отследить кратковременные потери канала, при которых теряется передача по протоколу МЭК-104. В нашем случае система фактически строит статистику для направления устройство - устройство;
• частотные характеристики передачи информации по протоколу МЭК-104. Система показывает задержки между передаваемыми пакетами в виде графиков, что позволяет выявить моменты снижения частоты передачи на фоне увеличения объёмов других пакетов в канале;
• загруженность канала другими пакетами. Контроль траффика осуществляется на прикладном уровне. Благодаря этому видно частоту прохождения пакетов, их объем, задержку доставки. Систему можно использовать, допустим, как инструмент для проверки реальной пропускной способности канала;
• проверка приоритета прохождения трафика. Учитывая требования нормативных документов к приоритету передачи определенного траффика, при помощи ПТК можно в режиме реального времени проанализировать факт их исполнения.

Мониторинг измерений позволяет проанализировать:

• непосредственно величины измерений (в виде текущих значений, графиков, таблиц);
• вычисленные апертуры значений каждого измерения (по факту анализа архивной информации);
• периодичность (частоту) передачи отдельных измерений (расчёт среднего, максимального и минимального времени между передачей отдельного параметра);
• выбеги значений (резкие изменения (скачки) измеряемых величин);
• несинхронность измеряемых величин. Например, такие измерения, как частота, должны изменяться синхронно в любой точке измерения в пределах одной электрической сети (с учётом заданной временной погрешности).

Возможности использования для персонала:

• Для эксплуатационного персонала энергообъекта, обслуживающего УТМ. Персонал производит оценку качества и объемов передачи информации в АССО и соответствие передачи параметров требованиям нормативной документации. В результате персонал получает аналитическую информацию по соответствию или несоответствию качества передачи информации соответствующим нормативным требованиям по необходимым параметрам, а также мониторинг канала передачи ТМ в целом.
• Для дежурного персонала энергообъекта. ПТК возможно использовать как резервный источник данных для контроля работы за объектом энергетики. Но, в данном случае нужно учитывать, что система не является самостоятельным клиентом МЭК-104 и информация будет отсутствовать при отсутствии трафика протокола МЭК-104 в контролируемом канале.
• Для руководства энергообъекта. На большинстве объектов электроэнергетики отсутствуют инструменты для проверки качества и соответствия выполненной работы эксплуатационным персоналом в части улучшения качества передаваемой ТМ в АССО. Например, после внесения изменений на основании запроса СО, вносятся изменения в настройки УТМ энергообъекта или оборудования канала связи, после чего эксплуатационный персонал отчитывается об устранении замечаний, при этом фактически мероприятия могут остаться не выполненными по причине отсутствия возможности контроля их выполнения.
• Для подрядных организаций. При строительстве новых объектов, либо модернизации существующих в части организации передачи ТМ в АССО, разработанный ПТК можно использовать как инструмент контроля передаваемой ТМ на этапе проведения ПНР, а также сдачи соответствующих работ.
• Для СО. Контроль качества получаемой информации и мониторинг канала связи без участия промежуточных узлов в автоматизированном режиме, круглосуточно.

После разработки, ПТК был установлен на действующем объекте электроэнергетики, у которого имелись сбои передачи ТМ в АССО, а также несоответствие части передаваемых параметров требованиям нормативных документов. При подключении данного ПТК на мониторинг существующего канала передачи ТМ по протоколу МЭК-104 на этом объекте, были выявлены все сбои за анализируемый период и задержки в передаче параметров. Это позволило субъекту, во-первых, убедиться, что проблема действительно есть, и, во-вторых, на основании полученных данных запланировать мероприятия по устранению выявленных проблем.

Выводы

На сегодняшний день проблема несоответствия части параметров требованиям нормативных документов очень актуальна. У многих субъектов электроэнергетики нет понимания каким образом ее решить – это связано как с отсутствием технических средств контроля и анализа своих УТМ, так и с отсутствием компетентного персонала на объектах электроэнергетики. В результате этого устранение несоответствий затягивается на длительный срок, при этом руководство субъекта электроэнергетики, как правило, заинтересовано в устранении несоответствий в кратчайшие сроки. Стоит отметить, что невыполнение требований нормативных документов по передаче ТМ в АССО может повлечь серьезные финансовые риски для субъекта электроэнергетики.

Разработанный ПТК позволяет как в режиме реального времени, так и по сохраненным файлам траффика проводить автоматизированный анализ передаваемой ТМ по протоколу МЭК-104. Результаты анализа по выявленным слабым местам автоматически формируют рекомендации по их устранению. Важным моментом является то, что анализируется весь траффик в канале на прикладном уровне, что позволяет провести его максимально точный анализ.

По факту установки ПТК на объекте электроэнергетики, субъект электроэнергетики уже через несколько минут получил результирующую информацию о существующих проблемах при передаче ТМ в АССО и наметил мероприятия для их устранения.

Применение разработанного ПТК показало, что наличие у руководства объекта средства технического контроля по устранению проблем, связанных с невыполнением технических требований к ТМ, позволило эффективнее организовать работы по их устранению, а также контролировать результат выполненных работ. Наличие разработанного ПТК у специалистов, обслуживающих системы телемеханики, позволило определить конкретные проблемные места и определить мероприятия по устранению проблем.

Появление на рынке разработанного ПТК даст возможность субъектам электроэнергетики приобрести инструмент для автоматизированной экспертной оценки передаваемой ТМ в АССО, что, при наличии проблем, позволит в кратчайшие сроки их устранить, а при их отсутствии круглосуточно осуществлять мониторинг канала телемеханики и, при появлении сбоев, незамедлительно организовать оперативное устранении этих сбоев.

В связи с этим, целесообразно рекомендовать субъектам организовать подобный мониторинг передаваемой ТМ в АССО, при этом особое внимание стоит уделить объектам генерации, участвующим в ОПРЧ. Также, целесообразно организовать мониторинг принимаемой ТМ со стороны СО, с целью улучшения его качества и снижения нагрузки на персонал по ручному анализу принимаемой ТМ.