Настоящее время является периодом прорыва в сфере развития цифровых технологий, наряду с этим исключением не является электротехническое оборудование, работу которого все время пытаются усовершенствовать производители. Все новые разработки должны соответствуют международному стандарту качества ИСО, но, тем не менее, отечественные производители были заинтересованы в собственном стандарте качества и такой был создан – это МЭК 61850, который характеризует системы и сети электроподстанций.
Предистория создания стандарта МЭК 61850
Компьютерные технологии идут нога в ногу с электрическими сетями, от надежности которых зависит их дальнейшая эффективная функциональность. В 2003 году новый отечественный стандарт, о котором идет речь, был представлен как необходимость современности, хотя его целесообразность оговаривалась еще в далеких шестидесятых. Основная суть, заложенная в стандарт, заключается в применении специальных протоколов, с помощью которых удается управлять электрическими сетями, как таковыми. Именно за счет их внедрения удается сегодня выполнять слежку за беспрерывным функционированием всех электросетей.
Внедрение на практике стандарт МЭК 61850 привело к тому, что разработчики компьютерного оборудования стали уделять внимание не только его модернизации, но и способствовать созданию систем, которые позволяют быстро и качественно выявить возможные неполадки, с которыми сталкивается конечный пользователь компьютерной техники.
Испытание стандарта МЭК 61850
Применяемый протокол стандартизации прошел испытание в восьмидесятых годах. Тогда были протестированы такие его модификации, как МЭК 61850-1, она оказалась безрезультатной. В отечественный просторах было остановлено испытание, а вот в западной Европе эту модификацию взяли за основу создания протокола UCA2, который приобрел весьма широкую популярность в девяностых годах.
Как работает отечественный стандарт МЭК 61850?
Давайте немного поговорим о том, что же на самом деле представляет собой МЭК 61850 и как он работает. Люди, начинающие осваивать компьютер вряд ли знают, что это такое.
Основная суть стандарта заключается в том, что в эксплуатируемую подстанцию внедряется микропроцессорный чип, обуславливающий передачу данных о работоспособности всей системы на центральный пункт, называемый терминалом, который и осуществляет основное управление сетью. Речь идет о высокоскоростном соединении. Иными словами, осуществляется сцепление чипа с ЛВС ближайшего типа.
Так называемая DAS – система сбора информации работает на основе 64-битной передачи, при этом используется определенный алгоритм зашифровки данных. На протяжении испытаний было установлено, что эти условия работы системы в принципе тоже являются весьма уязвимыми. Эта уязвимость имеет глобальный характер. Поломка в одном месте выводит из строя всю линию, как в сюжетах интересных американских триллеров. Если уж гаснет свет, то во всем квартале сразу.
Управлять электросетями, благодаря протоколу стандарта МЭК 61850 можно посредством любого источника извне, почему будет рассмотрено немного ниже. Ну, а сейчас перейдем к системным требованиям протокола МЭК 61850.
Отечественный стандарт управления электросетями – основные системные требования
Рассматриваемый протокол был широко применим в линиях телефонной связи, то есть сигнал передавался посредством них непосредственно к центру. Сегодня разработки шагнули далеко вперед. Современные модели чипов передают данные независимо от провайдеров, которые и предоставляют стандартную услугу подключения к той или иной линии связи.
Встроенный в систему чип работает на основании собственного протокола, не привязываясь к общепринятому стандарту TCP/IP. Однако это еще не все особенности отечественного стандарта управления сетями.
Так вот сам стандарт и является протоколом передачи данных, который использует чип, он имеет при этом защищенное соединение. То есть он может беспрепятственно подключаться к Интернету, мобильной связи и прочим видам передачи данных. Используемый специфический способ передачи данных стал востребованным в наши дни, как никогда ранее.
В настройках протокола передачи данных задействованы параметры безопасные параметры прокси-серверов.
Сфера применения стандарта МЭК 61850
Где применим на практике созданный стандарт? Естественно, что согласно требованиям ГОСТ он не может быть практически применен в обычной трансформаторной будке. Для этого как минимум нужно было бы обеспечить наличие системы ввода-вывода БИОС и коммуникацию для передачи данных.
Но вот если применять чип в центре управленческого элемента общей сетью, то можно получить доступ к функционалу абсолютно всех электростанций, которые включены в сеть. Если показать это на примере, то лучшим вариантом является фантастический фильм «Земное ядро», в сюжетной линии которого хакеру удается вывести из строя все электростанции, отвечающие за подпитку ядра планеты.
Многие могут спросить о том, причем здесь фантастика. Однако именно о таком фантастическом функционале и подмывали создатели стандарта МЭК 61850, хотя на эту тему впрямую вряд ли кто-то говорит. Но примитивный механизм работы оного показывает именно такую модель действий. Благодаря внедрению такой виртуализации можно было бы избежать многих земных катастроф, с которыми пришлось столкнуться человечеству в современное время. Да хотя бы оценить масштабы катастрофы, произошедшей на Чернобыльской атомной электростанции. Ведь ее можно было бы избежать, если в систему еще тогда был внедрен, пусть и примитивный, стандарт МЭК 61850-1.
Последствия происшествия оказались куда масштабнее, чем предполагалось. Сегодня мало кто уже вспоминает о трагедии, но она все равно продолжает действовать, ведь период распада плутония и урана не происходит за несколько десятков лет.
А вот применение стандарта могло позволить избежать катастрофы, если бы он был вовремя внедрен в системы станции.
Как происходит моделирование реальных протоколов, их преобразование
Все сети являются проводными. Но сами железные провода не передают никаких сигналов. Для этой цели в систему встраиваются специальные ретрансляторы, которые способны принимать информацию и ее расшифровывать. Вот по этому принципу и работает стандарт МЭК 61850.
Прием сигнала является простейшим действием. Но для того, чтобы его расшифровать, требуется немало усилий.
При использовании в сети протокола МЭК 61850 для расшифровки сигналов используются такие системы как P3A, SCADA, называемые системами визуализации. Они применяют проводные средства для считывания получаемых сигналов, поэтому основными протоколами, обуславливающими их работу, являются MMS, GOOSE, которые не имеют ничего общего с мобильным трафиком.
Сперва в ход вступает MMS, после чего наступает очередь GOOSE, что в итоге дает возможность сделать информацию отображаемой благодаря Р3А.
Конфигурации подстанций – основные виды
Подстанции, работающие с рассматриваемым протоколом, должны обладать минимальным набором элементов для передачи сигналов. А это ничто иное, как использование физического устройства с логическими модулями. То есть само устройство должно концентрировать информацию за счет шлюза или некого посредника, передающего данные. Так называемые логические узлы перераспределения информации могут относиться к определенному классу, это могут быть:
- автоматизированные системы управления (А);
- измерительные системы (М);
- управление телеметрическое (С);
- параметры настройки или модули общего функционала (G);
- архивация данных или средства установки связи (I);
- системные сегменты (L);
- датчики (S);
- трансформаторные подстанции (Т);
- коммуникационная блочная аппаратура (Х);
- защита (P);
- сеть защитных элементов (R)…
При внедрении протокола МЭК 61850 при создании сетевых линий применимо меньшее количество проводов и кабеля, что является приемлемым преимуществом его использования. Однако, несмотря на возможность расшифровки данных и своевременную их передачу, на практике все же удается не всю информацию считать даже при использовании современных программных приложений. Разработчики МЭК 61850 считают, что это временная актуальна задача, решение которой найдется в скором времени.
Программное обеспечение стандартного протокола
Несмотря на некоторое несовершенство сопоставления стандарта МЭК с современными программными приложениями, это не дает повода не использовать его эффективно в операционных системах любого вида и даже в мобильной, заметьте. Почему используют МЭК? Да потому что он дает возможность тратить на обработку поступающей информации гораздо меньше времени, чем это происходило без него. Речь идет о простейшей информации локальных сетей с последующей ее расшифровкой. Такие системы очень широко применимы и главный их недостаток – высокая стоимость, поскольку они применяют оборудование Р3А, то есть считаются так называемыми микропроцессорными системами.
Все, о чем говорилось выше – это сплошная теория фактов, как же все работает на самом деле?
Тестирование работы МЭК 61850 на практике
Давайте детально разберем принцип работы МЭК на конкретном примере, чтобы в итоге понять смысл и необходимость его применения.
Давайте возьмем за основу силовую подстанцию, обладающую трехфазным питанием и несколькими измерительными входами, к примеру, двумя. Пусть стандартный логический узел называется MMXU. В таком случае мы имеем дело с MMXU1 и MMXU2.
Каждый из них может включать еще и некий дополнительный префикс. Основные элементы, которые будут входить в каждый из узлов:
- подсчет выполняемых операций (OpCnt);
- определение местоположения в сети – удаленного или локального (Loc);
- оператор сети (Pos);
- включение блокировки (BlkCls);
- отключение блокировки (BlkOpn);
- срабатывание режима переключения (CBOpCap).
Итак, мы имеем дело с системой модифицированной версии 7-3, конфигурация которой имеет ряд признаков:
- наличие одной контрольной точки;
- ограничения функционала;
- расширенное определение наделенных параметров системы.
Логический процесс обработки информации системой – приема и ее расшифровки – включает такие составляющие, как качество (q), время (t) и свойства (stVal). В итоге выходит подключение типа Ethernet, которое использует эффективно протоколы TCP, IP с интерпретацией информации в MMS, что дает в итоге информацию считать в виде визуализированных данных.
Стандартный протокол МЭК 61850 – это абстрактная модель обработки и передачи информации, как таковой. Но именно он является основой всех происходящих в сети процессов передачи информации. А это позволят электронным чипам видеть все устройства создаваемых и существующих сетей, даже те, которые подключены к системе энергосбережения.
Теория создания протокола заключается в том, что используемый механизм можно преобразовать в любой тип электронных данных, если речь идет о стандарте MMS и ISO 9506. Почему тогда на практике речь зашла именно о новом стандарте МЭК? Оказалось, что именно МЭК снижает затраты времени при необходимости передачи и расшифровки любых данных. Тогда как привычные методики являются более трудоемкими и бюджетнозатратными.
Верификация данных – ответы на основные вопросы
Применение стандарта МЭК подразумевает не только прием и передачу зашифрованной информации. Встраиваемые в энергосети электронные чипы позволяют выполнять обмен информационными данными и на уровне подстанций, и на уровне центральных систем управления, и даже между собой, если задействовать специальное дополнительное оборудование в сети.
К примеру, чип считывает данные о сите напряжения на определенном участке. На основе получаемой информации другие участки сети либо отключают питание, либо пытаются выпрямить напряжение, задействуя для этого специальные резервы. Успешность этого мероприятия все же в большей мере зависит от уровня скачка напряжения. Если стандарт 220 Вольт или 230 Вольт по европейским меркам, то допустимый предел изменений либо 15 %, либо 5% соответственно. Теперь становится понятным, почему импортная техника при незначительным по нашим меркам перепадам напряжения выходит из строя.
Естественно, что конечный потребитель электроприборов не имеет защиты от таких казусов, поскольку практически в каждом дворе эксплуатируется трансформаторная будка советских времен, которая ничего общего с чипам не имеет и иметь не может.
Отечественные энергосбыты не могут широко применять существующий отечественный протокол МЭК 61850, хотя он уже существует в силу несовершенного оборудования линий электропередача. Причем речь идет не просто о несовершенстве оборудования, но и возможном банкротстве оных при внедрении системы, которая урежет большую часть потребления населением электротехнической продукции. Вот вам и вся невыгода внедрения и реализации стандарта на практике как такового.
Подведем итоги
Теоретически сам отечественный стандартный протокол прост, но практически – очень сложен. Проблемы заключаются не в отсутствии необходимого совершенного программного обеспечения, а в том, что вся сегодня работающая энергосистема страны функционирует по принципам советского времени и совсем не приспособлена к каким-либо изменениям. Если придется менять что-то в отношении повсеместного распространения МЭК, то придется менять абсолютно все и вся.
В придачу к этому добавляется низкая квалификация тех лиц, которые обслуживают все участки энергоснабжения, поэтому что-то говорить о повсеместном внедрении электроники пока что очень рано. Менталитет наших электриков – устранять проблемы как можно позже и причем некачественно, обеспечивая постоянный рабочий процесс – сегодня, завтра, послезавтра…
Если бы на практике был применим стандарт МЭК, то причина поломок устранялась именно в месте поломки, а все остальные участки оставались жизнеспособными. А так выполняется отключение всего микрорайона или города.
Для конечного потребителя энергоресурса МЭК 61850 – это беспрерывное энергоснабжение. Представляете, что такое в принципе возможно? При этом о перепадах напряжения в сети можно было бы забыть навсегда. А это сохранение работоспособности бытовой и компьютерной техники, которые очень чувствительны к таким вот непредсказуемым сюрпризам электросетей. Тогда бы речь ни шла об эксплуатации бесперебойников питания, стабилизаторов напряжения в принципе.
Сейчас люди сталкиваются не только с поломками бытовой техники в результате скачков напряжения тока, но и с выходом проводки по всему дому.
Но пока идут теоретические и практические дебаты целесообразности расширения горизонтов внедрения отечественного протокола МЭК 61850, никто не предпринимает никаких телодвижений в направлении что-то сдвинуть с места, а конкретно изменить систему энергоподачи электричества на корню.
Сам протолок МЭК рассчитан на эффективный поиск участков поломок и устранение дефектов в пределах оных, не затрагивая иные участки энергосетей. Логический принцип стандарта вполне понятен, то при этом понятна и логика того, почему так мало уделяется внимания его внедрению в жизнь.
На данный момент рассчитана как выгода его применения, так и будущие убытки, связанные с его внедрением. Пока что стандартному устою энергопредприятий этот протокол весьма невыгоден. От его реализации выигрывает лишь конечный потребитель энергоресурса.