Диагностика и устранение неполадок в релейной телемеханической защите ЛЭП по стандарту C37.94

Для обеспечения бесперебойной передачи электроэнергии, а также защиты оборудования и людей от воздействия электрического тока, предприятия энергетики постоянно контролируют состояние и параметры линий электропередач. В случае возникновения аварийных ситуаций в них, поврежденные участки изолируются при помощи специальных систем защиты и заменяются резервными. Поэтому большое внимание уделяется работоспособности и быстродействию этих систем.

Рисунок 1 – схема релейной защиты ЛЭП

Исторически сложилось, что передача информации между структурными элементами систем релейной защиты осуществлялась посредством медных каналов связи. Однако высокий уровень электромагнитных наводок на медный кабель и невысокие характеристики привели к тому, что в последнее время все больше предпочтение отдается оптическому волокну как среде для передачи информации в энергетике.

Международным институтом инженеров электротехники и электроники IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) в 2002 был принят стандарт C37.94, определяющий правила соединения устройств телемеханической защиты и мультиплексора энергокомпаний посредством оптического волокна.

Стандарт определяет способ восстановления синхронизации в каналах передачи данных телемеханики и релейной защиты, допустимые уровни помех, требования к интерфейсам, и другие характеристики.

Одним из анализаторов C37.94, представленных на рынке РФ, является Geenlee DataScout 1G. Это мультисервисный анализатор, функциональные возможности которого определяются установленными опциями.

Опция C37.94, встраиваемая в анализатор DataScout 1G позволяет провести детальную диагностику канала C37.94, выполнить мониторинг и нагрузочное тестирование, определить количество и процент битовых ошибок, задержку распространения сигнала, измерить оптическую мощность.

На приведенном ниже рисунке показаны два типовых шлейфа тестирования, в которых используется данный инструмент.

Рисунок 2 – Типовые шлейфы тестирования канала C37.94

1. Местоположение клиента А

2. Местоположение клиента В

3. Оборудование телемеханической защиты

4. Сеть SDH или PDH

5. Реле мощности

6. Установка и тестирование в нерабочем режиме на оборудовании телемеханической защиты

7. Установка и тестирование в нерабочем режиме на мультиплексоре

Часть 1. Подготовка DataScout 1G к тестированию канала C37.94

Рисунок 3 – меню настроек DataScout 1G для тестирования канала C37.94

Прибор проводит тестирование согласно заданной конфигурации. Её можно создавать самостоятельно, или использовать заданную производителем «по-умолчанию».

После выбора конфигурации, существует возможность выбора скорости передачи данных (Data Rate). Она выбирается кратной nx64 кбит/с, где n = 1 ... 12.

В зависимости от способа подключения прибора выбираются параметры шлейфа. DataScout позволяет выбрать прямое тестирование (без заворота – в этом случае для тестирования требуется два анализатора), локальный или удаленный шлейф.

В поле «Кадр» (Frame) при выполнении тестирования C37.94 должно быть установлено соответствующее значение.

В качестве источника синхросигнала прибор позволяет выбрать:

• Внутренний источник (Internal Clock). Он позволяет вводить смещения в ±1 ppm в пределах от -127 ppm до +127 ppm (частей на миллион). Такой источник тактовой частоты полезен для стрессового тестирования схем восстановления синхросигнала в оборудовании заказчика, так как стандартное отклонение тактового генератора находится в пределах ±50 ppm.
• Восстановленный из получаемого оптического сигнала (Recovered)

Для сокращения времени подготовительных работ в будущем можно сохранить выбранную конфигурацию.

Подключение DataScout 1G для тестирования BERT C37.94

Существует 2 схемы подключения анализатора DataScout 1G для тестирования C37.94

Рисунок 4 – Тестирование C37.94 на оборудовании телемеханической защиты

Рисунок 5 – Тестирование C37.94 на мультиплексоре

Часть 2. Тестирование BERT C37.94 при помощи Greenlee DataScout 1G

BERT (Bit Error Rate Testing) – это тест, определяющий отношение количества бит, принятых с ошибками к общему количеству переданных бит данных за единицу времени. Он используется для диагностики систем, которые передают цифровые данные из одного места в другое. Тестирование BERT позволяет инженерам проверять производительность соединений IEEE C37.94 до ввода в эксплуатацию, обеспечивая последовательную и надежную производительность сети после развертывания.

Принцип определения BERT довольно прост:

• поток данных (тестовая последовательность) состоящий из последовательности логических единиц и нулей отправляется по каналу связи;
• принятый поток данных сравнивается с оригиналом;
• любые изменения отмечаются как ошибки данных и регистрируются.

Используя эту информацию, определяется частота ошибок.

Рисунок 6 – Битовые ошибки

Некоторые анализаторы в ходе тестирования позволяют принудительно вставлять в поток единичные или множественные ошибки, что позволяет провести стрессовое тестирование и определить способность системы учитывать характеристики канала.

Рисунок 7 – Измерение BERT при помощи анализатора DataScout 1G

Диагностика BERT канала IEEE C37.94 при помощи анализатора DataScout выполняется в несколько шагов:

• Шаг 1. Если в меню настройки SETUP для параметра Loopback установлена настройка OFF, тестовую последовательность BERT необходимо выбрать из следующего списка: All 0, All 1, 1:3, 1:7, 1:15, 1:31, 63, 511, 2047, 2-15-1, 2-20-1, 2-21-1.

Примечание. Выбранная последовательность будет передаваться постоянно даже после остановки теста и запуска других измерений, например, в меню Optical Power (оптическая мощность).

• Шаг 2. Чтобы выбрать измерение, которое должно быть показано в виде гистограммы, коснитесь соответствующего поля.
• Шаг 3. Если необходимо очистите индикаторы истории.
• Шаг 4. Чтобы начать тест BERT, нажмите "пуск".
• Шаг 5. В этот момент все счетчики ошибок необходимо сбросить на 0. Таймер тестирования должен начать подсчет времени проведения проверки в секундах
• Шаг 6. Для проверки правильности подключения теста BERT нажмите кнопку ввода ошибок LGC прямо под разделом LGC в меню ввода ошибок ERROR, чтобы принудительно вставить одну битовую ошибку. Если появится ошибка LGC, соединение проверено. Также можно вводить битовую ошибку с постоянной частотой. Для этого откройте разворачивающееся меню LGC Error Insert и выберите частоту в пределах от 10-2 до 10-9, а затем нажмите кнопку LGC.
• Шаг 7. После подтверждения подсчета вводимых одиночных (SINGLE) и постоянных (RATE) ошибок нажмите кнопку Stop и снова Start, чтобы сбросить показания всех счетчиков.
• Шаг 8. Нажав кнопку «вправо», наблюдайте наличие ошибок на счетчиках BERT на экране G.821.
• Шаг 9. Выберите желаемую гистограмму, коснувшись нужного поля ошибки.
• Шаг 10. Результаты тестирования постоянно записываются в память.

Часть 3. Мониторинг и имитация сигнала тревоги каналов релейной защиты при помощи анализатора DataScout 1G

Для проверки правильности функционирования сигнализации в анализаторе Greenlee DataScout 1G реализована возможность не только мониторинга, но и имитации сигналов тревоги.

Сигналы цикловой синхронизации передаются в заголовке каждого кадра в виде 16-битовой комбинации:

Образец 1: 1001 1011 0000 1111

Образец 2: 11y1 1111 0000 1111

где «y» = yellow (желтый) - бит, индицирующий сигнализацию тревоги (желтый), и «1» указывает на состояние тревоги.

Эта сигнализация отправляется оборудованием, расположенным на удаленном конце, чтобы проинформировать передающую сторону о проблемах с принятым сигналом.

Для проведения измерений необходимо перейти на экран ALARMS. Для этого нажмите кнопку «вправо» на показанном выше экране G.821. На панели индикаторов появляется информация о двух сигналах тревоги:

• LOS (потеря сигнала) - зеленый светодиодный индикатор + зеленый светодиодный индикатор истории.
• YELLOW (удаленный сигнал тревоги) - желтый светодиодный индикатор + желтый светодиодный индикатор истории.

Также эти сигналы тревоги можно имитировать, нажимая соответствующие кнопки LOS и Yellow.

Для просмотра гистограммы тревоги коснитесь соответствующего поля в таблице результатов; на рисунке в качестве примера показана гистограмма для сигнала тревоги Yellow.

Часть 4. Мониторинг трафика в реальном времени

Анализатор IEEE C37.94 DataScout 1G позволяет провести детальный мониторинг всего трафика.

Для перехода к экрану мониторинга трафика (Traffic Monitoring) нажмите кнопку «вправо».

Каждый кадр C37.94 имеет 32 байта (временных интервала), пронумерованных на экране Live Traffic от 0 до 31.

• Байты 0-1 являются заголовком (Header).
• Байты 2-7 байтами заголовка (Overhead).
• Байты 8-31 является канальными данными (Channel Data).

Канальные данные могут быть длиной 1-12 байт. Например, 1 байт соответствует 64 кбит/с, а 12 байт соответствуют 720 Кбит/с.

За каждым битом данных следует дополняющий бит. Следовательно, для 12 байт суммарное количество используемых в кадре байт равно 24 (временные интервалы 8-31).

Часть 5. Измерение оптической мощности в канале C37.94

Недостаточный уровень мощности оптического сигнала может быть причиной снижения помехоустойчивости в канале передачи данных и появления битовых ошибок. Анализатор DataScout 1G позволяет измерить уровень оптической мощности, а также отображает характеристики SFP модуля. Ниже представлен список параметров, значения которых выводятся на экран после проведения тестирования.

Измерение оптической мощности в канале C37.94 при помощи анализатора DataScout 1G

Информация SFP

Часть 6. Тестирование задержки распространения сигналов в системе релейной защиты

Мультиплексированные и пакетные сети подвержены задержкам в сети, которые могут иметь серьезные последствия для производительности систем защиты. Поэтому стандарт IEEE C37.94 регламентирует тестирование этого параметра.

Устройство loopback позволяет анализатору измерить задержку в оба конца между двумя портами в сети. Если принять, что путь передачи между двумя точками симметричен, то для определения задержки сигнала в одном направлении, полученное в ходе измерений значение необходимо разделить на два.

В действительности, когда на пути есть мультиплексоры и другое сетевое оборудование, задержка в прямом и обратном направлении может отличаться. Вероятность асимметричных задержек сети возрастает, когда используются сети на основе пакетов (Ethernet) или когда развертываются беспроводные, микроволновые или транспортные схемы.

Задержка распространения – это время прохождения сигнала от инструмента DataScout 1G и возвращения к нему по шлейфу. Пример приведен ниже.

Схема подключения анализатора Greenlee DataScout для тестирования времени задержки

Результаты измерения задержки распространения сигнала при помощи анализатора Greenlee DataScout 1G

PDL имеет два режима работы, которые отличаются точностью и интервалами обновления.

• Continuous: Данные передаются непрерывно, точность измерения 125 мкс.
• Ping Mode: Данные передаются и время задержки измеряется один раз в секунду.

Часть 7. Сохранение, просмотр и передача результатов тестирования C37.94

Анализатор Greenlee DataScout в автоматическом режиме сохраняет все результаты тестирования. В меню Test Results (результаты тестирования) показан журнал всех испытаний.

Меню «Результаты тестирования»

Для его экспортирования на устройство флэш-памяти USB выполните следующие действия:

• нажмите EXPORT;
• подключите устройство памяти к разъему mini USB с помощью прилагаемого кабеля-адаптера;
• следуйте подсказкам на экране для экспортирования файла.

Для просмотра подробной информации выделите запись необходимого теста и нажмите кнопку «вправо».

Читать больше статей по теме энергетики и энергокомплекса на test-energy.ru.

См. также:

• Линейка приборов Greenlee Datascout

• Как локализовать короткое замыкание в витой паре

• Диагностика и локализация повреждений витой пары с помощью кабельного тестера Greenlee NetCat Pro NC-500

• Сложности использования оптических соединителей MPO в центрах обработки данных (ЦОД)

• Как смартфоны убивают скорость корпоративного WiFi?

• Как цифровой рефарминг частот заставляет менять GSM шлюзы на 3G шлюзы