Для того, чтобы разобраться в вопросе в первую очередь следует отметить, каким устройствам на ЦПС требуется временная синхронизация и какой она должна быть:
  • Инструментальная синхронизация цифровых трансформаторов тока и напряжения (ЦТТН) и преобразователей аналоговых сигналов (ПАС). Для указанных устройств, осуществляющих измерения токов и напряжений, инструментальная синхронизация обеспечивает единство моментов выборок мгновенных значений. Согласно СТО ФСК 56947007-29.240.10.256-2018 «Технические требования к аппаратно-программным средствам и электротехническому оборудованию ЦПС», а также проекту СТО «Россетей» «Цифровые трансформаторы тока (напряжения) 6-750 кВ. Общие технические условия» точность привязки шкалы времени ЦТТН/ПАС к внешнему серверу времени (после завершения процедуры синхронизации) должна составлять не более 1 мкс.
  • Календарная синхронизация всех других интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) на ЦПС, за исключением ЦТТН и ПАС. Календарная синхронизация обеспечивает единые метки времени, соответствующие астрономическому времени в стандарте UTC для всех сигналов, регистрируемых на цифровой подстанции.
Календарная синхронизация присутствует на любой современной подстанции с микропроцессорной техникой и АСУ ТП, даже если она реализована без применения стандарта IEC 61850. А высокоточная синхронизация времени появилась на ЦПС, когда появились ИЭУ нижнего уровня: ЦТТН и ПАС. С нарушением условий синхронизации именно этих устройств часто и связывают нарушение функционирования ЦПС и РЗА в ее составе. Но не все так однозначно. Перед подробным рассмотрением вопроса необходимо задаться несколькими условиями, которые должны быть удовлетворены по требованиям действующих нормативных-документах при реализации ЦПС:
  • Для инструментальной (и календарной) синхронизации времени на ЦПС используется протокол PTP (Precision Time Protocol) согласно профилю стандарта IEC 61850-9-3, обеспечивающий эту синхронизацию по локальной сети Ethernet.
  • Система инструментальной синхронизации времени строится с использованием как минимум двух серверов времени.
  • Инструментальная синхронизация времени осуществляется по резервированной сети Ethernet.
  • Система синхронизации времени поддерживает как минимум один из следующих глобальных источников времени (GPS/GLONASS).
  • В пакетах Sampled Values c выборочными значениями тока и напряжения, публикуемых ЦТТН/ПАС, передается признак состояния синхронизации времени SmpSynch, который может принимать три значения (Global — глобальная синхронизация, Local — локальная синхронизация, None — синхронизация отсутствует).

Сценарии нарушения работы системы обеспечения единого времени

В нормальном режиме все ЦТТН/ПАС на ЦПС синхронизированы друг относительно друга и относительно глобального времени (о чем говорит признак SmpSynch==Global в пакетах Sampled Values), а все ИЭУ ЦПС получают в цифровом формате по протоколу Sampled Values синхронизированные выборочные значения, РЗА готова к выполнению своих функций. Рассмотрим сценарии, связанные с неисправностями в системе обеспечения единого времени:
  • Отказ основного сервера времени. Резервный сервер времени становится основным, ЦТТН/ПАС продолжают получать сигналы точного времени, они публикуют пакеты Sampled Values с признаком SmpSynch==Global, РЗА готова к выполнению своих функций.
  • Отказ основного и резервного серверов времени. ЦТТН/ПАС перестают получать сигналы точного времени. После истечения нормированного срока сохранности внутренней синхронизации (по требованиям СТО «Россетей» и ФСК — не менее 30 секунд) они начинают публиковать пакеты Sampled Values с признаком SmpSynch==None, а защиты, которые используют измерения от нескольких ЦТТН/ПАС (ДЗТ, ДЗШ, ДЗО и ступенчатые защиты, использующие измерения с разных точек), автоматически блокируются (выводятся из работы). Ни в коем случае этот режим не должен приводить к неправильной работе РЗА (что должно проверяться при аттестационных или прививочных испытаниях). При этом все остальные функции РЗА (например РЗА с относительной селективностью, получающие измерения с одного ЦТТН/ПАС) остаются в работе. Не должен этот режим проводить и к блокировке всех функций РЗА (что также должно проверяться при аттестационных или прививочных испытаниях). Причина такого поведения заключается в том, что уход внутреннего времени на ЦТТН/ПАС будет приводить к рассинхронизации потоков выборок мгновенных значений, а, следовательно, к появлению несоответствия взаимного расположения векторов электрических величин, вычисленных по полученным измерениям, реальному режиму и, как следствие, к потенциально неправильной работе РЗА. Например, в дифференциальных защитах это может выражаться «ложным» током небаланса (как следствие, «ложным» дифференциальным током, превышающим величину уставки). РЗА, обрабатывающие измерения с одного ЦТТН/ПАС, не будут подвержены подобному негативному эффекту. Как только персонал восстановит работоспособность сервера времени, все ранее заблокированные защиты возвращаются в работу.
  • Отказ связи с глобальным источником времени GPS/GLONASS (обоих серверов времени). Сервера времени переходят в режим работы по внутренним часам и по-прежнему рассылают сообщения синхронизации времени всем ИЭУ на ЦПС. В этих сообщениях также указывается статус временной синхронизации (в том числе, есть ли связь с глобальным источником времени или его нет). Отсутствие связи с глобальным источником времени распознается ЦТТН/ПАС, и они начинают публиковать сообщения Sampled Values с признаком SmpSynch==Local или же идентификатором локальных часов. Никакие из объектовых функций РЗА, при условии синхронизации ЦТТН/ПАС от одних и тех же локальных часов, в этом режиме не должны блокироваться, поскольку все ИЭУ синхронизируются относительного одного и того же источника времени, что опять же должно проверяться при аттестационных или прививочных испытаниях.
Как видно, нарушения работы системы обеспечения единого времени (в том числе выход из строя обоих серверов времени, что является достаточно маловероятным событием) не приводит к неправильной работе РЗА. Давайте не будем дискредитировать ЦПС!

«Теквел Парк» может обнаруживать сбои в работе системы синхронизации времени

Как можно идентифицировать деградацию инструментальной синхронизации? На практике специалисты «Теквел» становились свидетелями ситуаций, связанных как с нарушением работы инструментальной синхронизации, так и с неправильной реакцией ИЭУ на данные режимы. Все они успешно идентифицировались системой мониторинга и диагностики цифровых коммуникаций «Теквел Парк» (или, как эту систему еще часто называют, анализатором сети). Среди данных ситуаций:
  • Потеря глобального источника времени (GPS/GLONASS).
  • Отказ сервера времени.
  • Периодическое изменение состояния признака синхронизации времени в пакетах Sampled Values, связанное с недостатками реализации ЦТТН/ПАС.
  • Отказ (блокировка) всех функций РЗА в режиме локальной временной синхронизации, связанный с недостатками реализации ИЭУ.
  • Отказ (блокировка) всех функций РЗА в режиме отсутствия временной синхронизации, связанный с недостатками реализации ИЭУ.
Все эти недостатки невозможно идентифицировать без системы мониторинга и диагностики цифровых коммуникаций, однако это задача является чрезвычайно важной как в ходе приемки цифровой подстанции, так и в ходе ее эксплуатации. [tekvel.com]
Изображение в анонсе: Сальвадор Дали — «Постоянство памяти» (1931 год) / moma.org.