Отдел продаж: +7 495 174 55 50Тех поддержка: 8 800 555 25 11
GARA-TIME: один источник точного времени, установленный на каждую секцию шин, позволяет организовать регулярную синхронизацию по портам RS-485 — без диспетчерского сервера, постоянного компьютера и внедрения АСУ.
Рассмотрим секцию распределительного устройства 10 кВ, в ячейках которой установлены терминалы АЛТЕЙ-01 и многофункциональные измерители ИРИС-120. АСУ на объекте нет: персонал управляет оборудованием на месте, а журналы и осциллограммы считывает при обслуживании или после аварийных ситуаций. Это создает необходимость в единой шкале времени и синхронности часов устройств.
АСУ решает задачу сбора и представления информации. Синхронизация времени решает другую задачу — делает временные отметки этой информации сопоставимыми. Поэтому источник точного времени для всех приборов нужно выбирать уже при проектировании и поставке РЗА, а не откладывать этот вопрос до появления АСУ на подстанции.
При вводе в эксплуатацию можно установить одинаковую дату и время во всех приборах. Но это только начальная настройка. В РЭ АЛТЕЙ-01 указана погрешность хода встроенных часов не хуже ±5 с/сутки. Часы исправных устройств вправе идти с разными отклонениями в пределах этой характеристики.
Для оценки накопления ошибки примем линейный уход часов. Тогда модуль отклонения одного прибора оценивается выражением:
где E0 — начальная ошибка установки времени, с; d — модуль суточного ухода, с/сутки; D — время, прошедшее после установки, сутки.
При E0 = 0 и d = 5 с/сутки получаем:
Это расчётный предельный сценарий при сохранении направления и величины ухода. Фактическое отклонение времени часов между приборами, например за 7 суток, будет находиться на интервале 35–70 секунд.
Практическое последствие понятно: записи об одной и той же аварийной ситуации на подстанции могут оказаться разнесены на минуты. При анализе осциллограмм приходится сначала восстанавливать взаимное смещение часов — и только затем разбирать сам процесс.
Установка правильного времени после аварии не исправляет автоматически уже записанные временные отметки журналов и осциллограмм. Поэтому синхронизация времени должна работать до возникновения события, работать постоянно.
GARA-TIME принимает сигналы ГНСС, формирует собственную шкалу времени и передаёт время другим устройствам. Для рассматриваемой задачи достаточно антенны, питания GARA-TIME и двух линий RS-485. Настройка устройства синхронизации времени выполняется через локальный веб-интерфейс по Ethernet. Доступ в интернет для такой локальной схемы не требуется.
Пример предлагаемой структуры для одной секции:
Основной рассматриваемый вариант — IEC 60870-5-101.
В этом случае на основе экспериментально подтвержденных испытаний максимальный разброс хода внутренних часов всех приборов составит 15–25 мс при рекомендованном периоде синхронизации от GARA-TIME каждые 5–10 минут.
Если в секции 12 ячеек и в каждой установлено по одному АЛТЕЙ-01 и ИРИС-120, получается 24 получателя времени, но источник времени при этом нужен всего один.
В GARA-TIME предусмотрены два порта RS-485; РЭ указывает до 100 ведомых устройств на одном порту. Фактическое построение магистрали проверяют по нагрузке приёмопередатчиков, длине, скорости и топологии линии. Число «100» не отменяет расчёт физической сети.
В РЭ GARA-TIME описана передача широковещательной команды синхронизации часов: идентификатор типа 103, обозначение C_CS_NA в руководстве, глобальный адрес 65535. Устройства на линии получают одну команду с одной временной отметкой. Это позволяет не выполнять отдельную адресную запись часов каждого получателя.
Поддержка синхронизации по IEC-101 указана и для АЛТЕЙ-01, и для ИРИС-120, и для других устройств компании ООО НПП «Микропроцессорные технологии». Поэтому этот вариант целесообразно брать за основу типового решения. Совместимость широковещательного обмена нами, как производителем, гарантирована, что упрощает настройку системы в целом.
GARA-TIME выступает ведущим устройством и записывает дату и время функцией 16 (0x10).
По спецификации Modbus эта функция записывает блок последовательных регистров; сама по себе она не определяет универсальные адреса и формат календарных часов для любых производителей.
Например, в стандартной карте ИРИС-120 время и дата по UTC расположены в восьми регистрах 0x0108–0x010F: миллисекунды, секунды, минуты, часы, день недели, день месяца, месяц и год. Часовой пояс вынесен в отдельный регистр 0x0110. Пользовательская карта памяти может изменять адреса и представление данных.
Главный эффект — ошибка времени больше не накапливается со дня ввода в эксплуатацию: её накопление ограничено временем после последней успешной коррекции.
Натурные испытания GARA-TIME дополняют расчётные оценки. В стендовой группе работали 13 устройств: шесть ЛЮТИК-ПЛЮС, три ИРИС-120, два ИРИС-96 и два ИРИС-О. Сопоставлялись временные отметки одних и тех же событий; общий разброс определяли как разность между самой поздней и самой ранней отметками.
В опыте при синхронизации по IEC-101 каждые 5 минут общий разброс в трёх сопоставленных событиях составил 20–24 мс. Внутри группы ЛЮТИК-ПЛЮС он находился в пределах 1–8 мс, внутри группы ИРИС — 10–12 мс.
Для GARA-TIME заявлены ±150 нс относительно UTC(SU) для фронта импульса 1 Гц и переднего фронта IRIG-B при синхронизации по ГЛОНАСС/GPS. Эти значения относятся к конкретным выходным сигналам, а не к установке календарных часов АЛТЕЙ-01 по Modbus или IEC-101.
В последовательном интерфейсе передача сообщения занимает конечное время. Для расчётного кадра длиной L=25 байт и формата с 11 передаваемыми битами на байт:
При 9600 бит/с это 28,6 мс; при 115200 бит/с — 2,39 мс. Это только время передачи одного кадра: оно не включает ожидание, ответ, межкадровые интервалы и обработку команды приборами.
RS-485 — оптимальный, простой и экономичный способ поддерживать общую временную шкалу между приборами. Например, для приборов, установленных на одной секции шин.
Для источника спутникового времени существенны два разных воздействия. Глушение препятствует приёму настоящих сигналов ГНСС. Подмена, или спуфинг, создаёт правдоподобные сигналы с ложной навигационной или временной информацией. Наличие принимаемых сигналов само по себе поэтому ещё не доказывает достоверность принимаемого со спутника времени.
Для неподвижной антенны внезапное изменение определяемого местоположения — основание не доверять спутниковому решению. В GARA-TIME предусмотрена функция «Фиксация GPS координат». После её включения изменение координат более чем на 100 м приводит к отказу от синхронизации внутренних часов по такому сигналу. Далее GARA-TIME передаёт время на основе собственных часов. Да, может быть отклонение от общемирового времени, но при этом сами внутренние часы всех синхронизируемых приборов идут с отклонением друг от друга 15–25 мс.
Практический смысл функции: выявленная координатная подмена не должна автоматически переставлять часы синхронизируемых приборов. Опорные координаты следует фиксировать после установки антенны и проверки достоверного приёма, а не во время подозрительной навигационной обстановки.
При потере приёма или отбраковке подозрительного сигнала GARA-TIME использует внутренние часы.
Особенно важно различать два результата.
Абсолютная точность показывает отклонение от внешней шкалы времени UTC(SU).
Взаимная согласованность показывает расхождение часов приборов между собой. Пока группа получает время от одного источника, общее смещение его шкалы является общей составляющей. Поэтому согласованность часов внутри группы может сохраняться и при потере связи со спутниками.
В обычном режиме GARA-TIME продолжает синхронизацию от внутренних часов только в течение заданной выдержки. По умолчанию это 10 минут, диапазон настройки — 0–60 минут. По истечении выдержки Modbus-RTU и IEC-101 отключаются, а SNTP выдаёт признак недостоверности. Это же правило действует при координатной отбраковке сигнала.
Следовательно, характеристика ухода собственных часов GARA-TIME на 18 мс/сутки не означает, что с заводскими настройками и при потере связи со спутниками устройство будет сутки продолжать синхронизацию по RS-485. После остановки передачи времени, определяемой уставкой 0–60 минут, получатели снова ведут часы самостоятельно.
Настройка «Синхронизировать время без сигнала ГНСС» позволяет продолжать синхронизацию времени независимо от приёма спутников. Это не универсальная «кнопка защиты от РЭБ», а выбор эксплуатационной политики, требующий отдельного контроля качества времени и поведения после перезапуска.
Для базового решения целесообразно сохранить контроль достоверности, включить фиксацию координат и согласовать допустимый интервал удержания.
Для оценки используем заданное исходное соотношение: цена одного GARA-TIME составляет 40% цены одного АЛТЕЙ-01.
Пусть CA — цена одного АЛТЕЙ-01, CG = 0,4 CA — цена GARA-TIME, N — количество терминалов в группе. Добавка к стоимости группы терминалов составит:
Для секции из 12 ячеек один GARA-TIME добавляет 3,3% к цене двенадцати АЛТЕЙ-01. Если в поставку входят ещё и двенадцать ИРИС-120, доля цены самого источника в общей стоимости приборов будет ниже. Точное значение зависит от фактической цены измерителей.
Полное удорожание оценивают отдельно:
где M и CI — количество и цена измерителей ИРИС-120; Caccessories — кабель и дополнительные принадлежности; Cinstall — монтаж и наладка; Cother — стоимость остальной исходной поставки. В комплект GARA-TIME входят антенна с кабелем 2 м и крепёж.
Поэтому формулировка «несколько процентов к стоимости приборов секции» обоснованна. Для одной ячейки групповое преимущество отсутствует: цена источника равна тем же 40% цены одного терминала. Экономический эффект раскрывается именно на общей группе.
Без единого источника синхронизации времени собственные часы группы приборов накапливают значительную ошибку, что усложняет анализ осциллограмм аварийных событий и записей в журналах группы приборов.
Даже при отсутствии АСУ на объекте GARA-TIME решает задачу обеспечения синхронности хода часов группы приборов отдельной компактной подсистемой: один источник на группу, уже предусмотренные в приборах интерфейсы RS-485, периодическая коррекция по IEC-101 либо Modbus с подтверждёнными профилями.
Для рассмотренной группы из 12 ячеек 6–35 кВ с АЛТЕЙ-01 стоимость GARA-TIME составляет 3–4% от цены всех терминалов РЗА, а при включении ИРИС-120 в состав ячеек 6–35 кВ его доля в приборной части поставки становится практически незаметной для бюджета проекта.
Инженерный результат — устранение длительного неконтролируемого расхождения часов и переход к проверяемой системе временной привязки. Фиксация координат и автономное удержание времени дополняют её контролем доверия к спутниковому сигналу.
Для типовых поставок «РЗА без АСУ» целесообразно принять правило: либо проект подтверждает существующий источник общего времени, либо в поставке предусматривается GARA-TIME и проверенная схема синхронизации всей группы. Это универсальная рекомендация по комплектованию и проектированию объектов электроэнергетики для инженерных команд.
Михаил Пирогов
Генеральный директорООО НПП «Микропроцессорные технологии»
VK: vk.com/pirogovmg
Почта: pirogovmg@i-mt.net
СОЗДАЕМНАДЕЖНОЕБУДУЩЕЕ
Возврат к списку
