В статье приводятся проблемы практической реализации шины процесса по стандарту МЭК 61850. Обсуждаются пути использования протокола передачи мгновенных значений (Sampled Values). Поднимается вопрос уровня использования стандарта в целом.

1. ПРАКТИКА ПРАКТИКА
36 3702 / Июнь 2012 научно‑практическое издание
Авторы:
Апросин К.И.,
Иванов Ю.В.,
Бородин О.С.,
ООО «Прософт-Системы»,
г. Екатеринбург, Россия.
ИНТЕГРАЦИЯ И ВЗАИМОСВЯЗЬ
КОМПЛЕКСОВ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ
АВТОМАТИКИ С УСТРОЙСТВАМИ
РЗА И АСУ ТП ПОДСТАНЦИИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ
СТАНДАРТОВ И ПРОТОКОЛОВ
Аннотация:встатьеприводятсяпроблемыпрактическойреализациишиныпроцессапостандартуМЭК
61850. Обсуждаются пути использования протокола передачи мгновенных значений (Sampled Values).
Поднимаетсявопросуровняиспользованиястандартавцелом.
Ключевые слова:
РЗА, МЭК 61850, Sampled Values
Abstract:
In the article it raises IEC
61850 process bus practical
realization problems. It is
consider Sampled Values
protocol using patterns. The
standard using level question
is asked.
Keywords:
Relay protection and
automatics, IEC 61850,
Sampled Values.
Введение
С момента принятия стандарта МЭК 61850
интерес к нему со стороны специалистов отече‑
ственной энергетики постоянно возрастал. А в
последние два года решения на базе стандар‑
та МЭК 61850 получили первые промышлен‑
ные внедрения. За это же время значительно
увеличилось количество публикаций и различ‑
ных мероприятий, посвященных стандарту МЭК
61850, таких как научно-технические конферен‑
ции, семинары, курсы обучения, круглые столы.
В частности на международной научно-техни‑
ческой конференции CIGRE 2009, проходившей
в Москве, большое количество докладов было
посвящено вопросам практического примене‑
ния стандарта МЭК 61850. В интернете открылся
специализированный русскоязычный ресурс,
посвященный стандарту МЭК 61850.
Целью данного доклада является анализ
результатов промышленного освоения стан‑
дарта МЭК 61850, многочисленных публикаций
и материалов, посвященных этому стандарту,
перспективы его применения в отечественной
энергетике.
1. Современное состояние в области прак-
тического применения стандарта МЭК
61850
Поскольку стандарт МЭК 61850 охватыва‑
ет большое количество аспектов, таких как опи‑
сание и передача данных, инжиниринг, пуско-
наладка устройств поддерживающих стандарт
МЭК 61850 и т.д., рассмотрим текущее состоя‑
ние дел с точки зрения практической реализа‑
ции каждого из этих аспектов в отдельности:
1.1.ШинапроцессасогласностандартуМЭК61850
Шина процесса согласно МЭК 61850 пред‑
назначена для организации быстрого и надеж‑
ного обмена информацией между различными
устройствами релейной защиты (РЗ) и противо‑
аварийной автоматики (ПА).
На данный момент всё необходимое обо‑
рудование для организации шины процес‑
са согласно МЭК 61850 предлагается на рынке.
Различные производители разработали свои
устройства и принципы организации шины про‑
цесса согласно стандарту МЭК 61850, например,
такие как HardFiber Process Bus System от General
Electric.
Тем не менее, ни одного проекта, в рам‑
ках которого в полном объёме реализуется и ис‑
пользуется шина процесса согласно МЭК 61850,
пока не осуществлено. Трудности, связанные
с реализацией шины процесса согласно МЭК
61850, о которых много говорилось и писалось
в последнее время, до сих пор не преодолены.
Попробуем разобраться в причинах такого
положения дел.
На основе анализа публикаций и различ‑
ных материалов на эту тему можно составить
целый список многочисленных трудностей, пре‑
пятствующих практической реализации шины
процесса согласно МЭК 61850. Все эти трудно‑
сти можно разделить на три группы: экономи‑
ческие, организационно-нормативные и чисто
технические.
Оставляя за рамками рассмотрения эко‑
номические и организационно-нормативные
трудности, отметим технические, которые
наиболее часто обсуждаются в публикациях.
Это различные вопросы надежности архитек‑
туры шины процесса и её недостаточной про‑
пускной способности, вопросы, связанные с
функциональной совместимостью устройств
различных производителей, необходимость
точной синхронизации времени, сюда же мож‑
но отнести и неудовлетворительную скорость
передачи GOOSE-сообщений. Все эти вопро‑
сы достаточно активно обсуждаются и пред‑
лагаются различные пути их технического
решения.
Анализируя весь спектр технических
аспектов, связанных с построением шины
процесса согласно стандарту МЭК 61850, при‑
ходим к следующему выводу: за относительно
простой концептуальной моделью шины про‑
цесса согласно стандарту МЭК 61850 скрыва‑
ется большое количество технических аспек‑
тов и нюансов, относящихся непосредственно
к реализации шины процесса, которые требу‑
ют серьезной технической проработки и те‑
стирования. Кроме этого, к шине процесса
предъявляются требования со стороны дру‑
гих технических областей, регламентируемых
стандартом МЭК 61850. Например, невозмо‑
жен инжиниринг в соответствии со стандар‑
том МЭК 61850, если не создана шина процес‑
са согласно стандарту МЭК 61850. И наоборот,
нет необходимости в шине процесса, если от‑
сутствует функциональная совместимость
устройств различных производителей.
Таким образом, на основании проведен‑
ного анализа можно сказать, что главной при‑
чиной, по которой шина процесса согласно
МЭК 61850 до сих пор не реализована, являет‑
ся техническая сложность и многогранность
этого технологического объекта. Требует‑
ся одновременная и комплексная проработ‑
ка и реализация абсолютно всех технических
аспектов, связанных с шиной процесса соглас‑
но МЭК 61850. Недоработка или упущение из
виду одного из аспектов ведет к невозможно‑
сти построения всей системы в целом. Кроме
этого, требуется серьезная подготовка спе‑
циалистов самых разных областей – эксплуа‑
тации, наладки, проектирования, разработки
устройств РЗ и ПА.
Очевидно, что технически невозможно та‑
кое количество вопросов решить за год – два.
На это потребуется больше времени. И важно
в этой связи отметить очевидный прогресс в
этом вопросе и постепенную проработку всех
технических аспектов, необходимых для реа‑
лизации полноценной шины процесса согласно
МЭК 61850.
1.2. Функциональная совместимость
устройств различных производителей со-
гласно стандарту МЭК 61850
Одним из важнейших принципов стан‑
дарта МЭК 61850 является функциональная со‑
вместимость (interoperability) устройств раз‑
личных производителей.
Исследования отечественных специали‑
стов на предмет функциональной совмести‑
мости устройств различных производителей
дали неожиданный результат – два разных
устройства не обеспечивают взаимной функ‑
циональной совместимости, даже при нали‑
чии у них сертификатов на соответствие стан‑
дарту МЭК 61850. О причинах такого состояния
дел подробно освещается в соответствующих
публикациях, например [3].
То есть, на данный момент о полной
функциональной совместимости устройств
различных производителей в рамках стандар‑
та МЭК 61850 говорить пока не приходится.
Безусловно, одним из важных событий в
деле достижения функциональной совмести‑
мости устройств различных производителей
является создание на базе кафедры «Релей‑
ной защиты и автоматизации энергосистем»
Московского Энергетического Института спе‑
циализированной лаборатории. Целью этой
лаборатории является практические исследо‑
вания и испытания устройств различных про‑
изводителей на предмет их функциональной
совместимости в соответствии со стандартом
МЭК 61850.
Совершенно очевидно, что рассматрива‑
емая проблема имеет техническое решение.
Для этого необходимо только, чтобы произ‑
водители устройств выразили заинтересован‑
ность в этом вопросе и провели соответствую‑
щую доработку своих устройств до состояния
полной взаимной функциональной совместимо‑
сти в соответствии со стандартом МЭК 61850.
1.3. Пуско-наладка устройств, поддержива-
ющих стандарт МЭК 61850
Предполагалось, что внедрение стан‑
дарта МЭК 61850 приведет к упрощению пу‑
ско-наладочных работ. Во многом, как показа‑
ла практика, так и произошло. В то же время
выявились определенные трудности, связан‑
ные с тем, что пуско-наладка устройств, при‑
нимающих сигналы по цифровым протоколам,
имеет свою специфику.
МЭК 61850 МЭК 61850

2. ПРАКТИКА ПРАКТИКА
38 3902 / Июнь 2012 научно‑практическое издание
Вопросы, связанные со специ‑
фикой пуско-наладки устройств, под‑
держивающих стандарт МЭК 61850, ак‑
тивно осуждались в публикациях и на
различных мероприятиях.
И на данный момент можно го‑
ворить о значительном прогрессе в
этом вопросе. Появилось достаточ‑
ное количество пуско-наладочных
средств и методик, как программных,
так и аппаратных, в том числе и от от‑
ечественных производителей. Нако‑
плен приличный практический опыт.
Таким образом, можно констати‑
ровать, что данный вопрос если и не
решен окончательно, то очень близок
к этому.
1.4. Интеграция в АСУ ТП с использо-
ванием стандарта МЭК 61850
Рассматриваемый аспект пред‑
полагает интеграцию устройств раз‑
личных производителей в систему
АСУ ТП с использованием протокола
MMS стандарта МЭК 61850. В этой об‑
ласти стандарт МЭК 61850 получил
свое наибольшее распространение и
практическое применение.
На данный момент протокол
MMS поддержан большинством про‑
изводителей устройств РЗ и ПА, в том
числе и некоторыми отечественными.
Заказчики в своих планах по рекон‑
струкции или вводу новых объектов
в вопросах построения АСУ ТП ориен‑
тируются исключительно на стандарт
МЭК 61850.
Различные публикации и ма‑
териалы на эту тему говорят о боль‑
шой проделанной совместной рабо‑
те в этой области производителями
устройств РЗ и ПА и разработчиками
SCADA-систем.
Таким образом, вопрос интегра‑
ция в АСУ ТП устройств РЗ и ПА с ис‑
пользованием стандарта МЭК 61850
на данный момент очень хорошо про‑
работан. В промышленную эксплуа‑
тацию внедряется все большое коли‑
чество систем АСУ ТП с поддержкой
стандарта МЭК 61850, а возникающие
некоторые трудности устраняются в
рабочем порядке.
1.5. Использование GOOSE-сообщений
Одним из инструментов, пре‑
доставляемых стандартом МЭК
61850, который получил широкое
применение, является протокол
GOOSE-сообщений.
Подчеркнем, что в данный мо‑
мент речь идет именно о промыш‑
ленной эксплуатации устройств РЗ
и ПА, которые введены в работу на
многочисленных объектах энергети‑
ки и используют при этом инструмент
GOOSE-сообщений.
Обсуждению протокола GOOSE-
сообщений посвящено огромное ко‑
личество публикаций и материалов,
в которых анализируется опыт его
практического применения и пер‑
спективы использования.
Именно наличие инструмента
GOOSE-сообщений позволяет зна‑
чительно сократить расходы на ка‑
бельное хозяйство и монтажные
работы, увеличить надежность пе‑
редачи сигналов в части ЭМС, повы‑
сить масштабируемость системы РЗ
и ПА в целом и т.д.
Вместе с тем, несмотря на актив‑
ноеиспользованиеGOOSE-сообщений
в отечественной энергетике, необ‑
ходимо отметить ограниченность
применения этого инструмента. Ис‑
пользуется небольшая часть функ‑
ций и возможностей из всех тех, что
регламентирует стандарт МЭК 61850.
На практике это означает, что посред‑
ством GOOSE-сообщений передают‑
ся только наименее ответственные
сигналы.
Причины, из-за которых инстру‑
мент GOOSE-сообщений использует‑
ся с ограничением, наиболее полно
отражены в документе «Рекоменда‑
ции для СРЗА предприятий МЭС Цен‑
тра при проведении всего комплекса
работ по техническому перевоору‑
жению и строительству новых ПС 220
(110) кВ в части устройств РЗА».
Заметим, что для преодоле‑
ния трудностей, связанных с полно‑
ценным использованием инструмен‑
та GOOSE-сообщений, необходимы
доработки как в самом стандарте
МЭК 61850, так и непосредственно
устройств РЗ и ПА. И такие доработки
в настоящий момент ведутся.
ниринга в соответствии со стандар‑
том МЭК 61850.
1.7. Научно-технические вопро-
сы, связанные с распространением
стандарта МЭК 61850
Если проанализировать публи‑
кации и материалы различных меро‑
приятий, посвященных дальнейше‑
му развитию и совершенствованию
средств РЗ и ПА, то можно отметить
что интерес к этой теме со временем
не ослабевает, а количество публика‑
ций не уменьшается. Высказывается
большое количество идей, публику‑
ются результаты различных теорети‑
ческих и практических разработок
в этой области. Однако различные
аспекты в области совершенствова‑
ния средств РЗ и ПА поднимаются в
основном в связи с широким внедре‑
нием микропроцессорных устройств.
И в основном научно-технические
дискуссии ведутся в разрезе как мож‑
но большего освоения возможностей
микропроцессорных устройств.
Что же касается научно-техни‑
ческих эффектов от внедрения соб‑
ственно стандарта МЭК 61850, то на
данный момент они из общей дискус‑
сии выпадают. Например, такой во‑
прос как, возможность использования
вычислительных ресурсов различных
устройств РЗ и ПА с целью реализации
более надежных и затратных алгорит‑
мов(?), дальнейшей теоретической
проработки пока не получил. А такую
возможность может предоставить
только стандарт МЭК 61850.
Возможно, это объясняется пре‑
ждевременностью изучения этого во‑
проса и необходимостью получения
практических результатов промыш‑
ленного внедрения стандарта МЭК
61850, а может быть неполным пони‑
манием всех возможностей, предо‑
ставляемых стандартом МЭК 61850.
Немногочисленные статьи на
эту тему, такие как [1], дальнейшего
обсуждения не получили.
Возможно с более широким рас‑
пространением стандарта МЭК 61850
в отечественной энергетике рассма‑
триваемая тема заслужит должного
изучения.
Подводя итоги анализа прак‑
тического освоения стандарта МЭК
61850 отечественной энергетикой,
главный вывод можно сделать такой:
на данный момент различные аспек‑
ты стандарта получили разную сте‑
пень практической реализации. Ско‑
рость практического освоения того
или иного аспекта зависит как от его
экономической необходимости, так и
от возможности его технической реа‑
лизации. При этом в результате прак‑
тического освоения стандарта МЭК
61850 получен богатый опыт, который
позволяет отечественным специали‑
стам не только определять дальней‑
ший вектор развития, но и предъ‑
явить определенные требования,
которые вызвали необходимость до‑
работки самого стандарта МЭК 61850.
Перспективы
В последнее время в качестве
перспективного направления все
больше обсуждаются возможности
протокола Sampled Values стандар‑
та МЭК 61850, который предназначен
для передачи мгновенных значений
сигналов от полевых устройств по‑
средством шины процесса в устрой‑
ства РЗ и ПА.
Не отрицая необходимость рас‑
сматриваемого инструмента в целом,
оценим целесообразность масштабно‑
го использования данного протокола в
системе РЗ и ПА. Заметим, и это неод‑
нократно обсуждалось в публикациях,
что протокол Sampled Values предъяв‑
ляет очень высокие требования к про‑
пускной способности шины процесса.
В тоже время, пропускная способность
шины процесса должна быть рассчи‑
тана на пиковые аварийные нагрузки,
когда устройства РЗ и ПА обменивают‑
ся очень большим количеством GOOSE-
сообщений. Как показывает практика,
в момент аварии пиковая нагрузка на
пропускную способность шины процес‑
са может оказаться столь велика, что
это может привести к невозможности
прохождения GOOSE-сообщения и это
без учета требований со стороны про‑
токола Sampled Values.
С другой стороны, определим
место протокола Sampled Values в
Вторая редакция стандарта
МЭК 61850 призвана решить некото‑
рые из рассматриваемых трудностей,
а производители устройств РЗ и ПА
проводят необходимые доработки
с целью повышения скорости и га‑
рантированности доставки и приема
GOOSE-сообщений.
1.6. Инжиниринг согласно стандарту
МЭК 61850
Инжиниринг в соответствии со
стандартом МЭК 61850 предполагает
построение полной информационной
модели энергообъекта, которая со‑
стоит из необходимых логических уз‑
лов и информационных связей между
ними.
На данный момент, полноцен‑
ный инжиниринг согласно стандарту
МЭК 61850 практического применения
не получил.
Причина заключается в том, что
в данных условиях практического ос‑
воения стандарта МЭК 61850 осуще‑
ствить полноценный процесс инжини‑
ринга невозможно.
Для того, чтобы осуществить
полноценный проект инжинирин‑
га в соответствии со стандартом МЭК
61850 необходима практическая апро‑
бация и доведение до необходимо‑
го технологического уровня целого
спектра различных аспектов стандар‑
та МЭК 61850. В частности для этого
совершенно необходимо разрешить
упоминавшиеся выше такие техниче‑
ские проблемы как построение пол‑
ноценной шины процесса согласно
стандарту МЭК 61850 и достижение
необходимой степени функциональ‑
ной совместимости устройств РЗ и ПА
различных производителей.
Вывод о невостребованности
инжиниринга согласно стандарту МЭК
61850 можно сделать и на основе ана‑
лиза публикаций и различных мате‑
риалов на эту тему. Содержательные
публикации и материалы на эту тему
отсутствуют, поскольку отечествен‑
ные проектные организации не на‑
работали достаточного опыта для
дискуссий и обсуждения различных
специфических вопросов, связанных
непосредственно с процессом инжи‑
МЭК 61850 МЭК 61850
системе РЗ и ПА в целом. Представ‑
ляется не совсем правильным такое
решение, при котором архитектура
системы РЗ и ПА строится исходя из
соображений, что полевые устрой‑
ства занимаются только оцифровкой
данных и их передачей на устрой‑
ства РЗ и ПА посредством протокола
Sampled Values. Гораздо перспектив‑
нее видится такая архитектура си‑
стемы РЗ и ПА, при которой полевые
устройства занимались бы не только
оцифровкой данных, но и первичной
обработкой, а именно фильтрацией и
получением векторов. При таком под‑
ходе нет необходимости занимать‑
ся первичной обработкой данных на
каждом устройстве, которому они
нужны. Первичная обработка данных
осуществляется только один раз и на
одном устройстве, а все остальные
получают требуемые им вектора по‑
средством шины процесса. Учитывая
возможности, предоставляемые стан‑
дартом IEEE 1588 в части точности син‑
хронизации времени, вполне реально
в ближайшей перспективе построить
такую систему РЗ и ПА, в которой по‑
левые устройства оцифровывают дан‑
ные, осуществляют первичную обра‑
ботку и пересылают вектора с меткой
времени достаточной точности всем
устройствам РЗ и ПА, которые в них
нуждаются. Точность синхронизации
времени, заявленная в стандарте IEEE
1588, составляет 1 мкс, что более чем
достаточно для построения распреде‑
ленной системы РЗ и ПА.
В качестве протокола передачи
векторов с меткой времени можно ис‑
пользовать тот же протокол GOOSE-
сообщений. В этом случае нагрузка
на шину процесса сокращается как
минимум на порядок по сравнению с
протоколом Sampled Values. Дополни‑
тельно к этому более рационально ис‑
пользуются вычислительные ресурсы
всех устройств системы РЗ и ПА, кото‑
рые можно потратить на повышение
качества и надежности реализации
протокола GOOSE-сообщений.
Таким образом, более актив‑
ное и широкое использование про‑
токола GOOSE-сообщений позволит

3. ПРАКТИКА
40 02 / Июнь 2012
в перспективе понизить требования к шине
процесса, что сделает ее технологически ме‑
нее сложной, а значит более осуществимой;
расширить функциональные возможности
всех устройств, входящих в систему РЗ и ПА.
Что позволит использовать протокол Sampled
Values крайне ограниченно и в исключитель‑
ных случаях.
Вместе с тем протокол Sampled Values
часто упоминается в связи с построением си‑
стемы аварийной регистрации событий. Воз‑
можно, для решения этого вопроса имеет
смысл рассмотреть концепцию построения
системы аварийной регистрации событий, в
рамках которой она существовала бы парал‑
лельно системе РЗ и ПА, использовала бы свою
отдельную часть шины процесса и имела воз‑
можность запуска на осциллографирование
от любого устройства РЗ и ПА по цифровому
протоколу. Таким образом, информационные
потоки системы противоаварийного управ‑
ления и системы аварийной регистрации бы‑
ли бы разнесены, а взаимодействие на уровне
команд сохранилось бы.
Совершенно определенно можно гово‑
рить о том, что процесс инжиниринга – од‑
но из перспективных направлений освоения
стандарта МЭК 61850. Несмотря на то, что на
данный момент он не получил должного рас‑
пространения в отечественной энергетике,
разработка новых методик и программного
обеспечения, которые призваны облегчить
и формализовать процесс инжиниринга в со‑
ответствии со стандартом МЭК 61850 говорит
о том, что к этому вопросу в мире проявляют
большое внимание и тратят большие ресур‑
сы.. Что же касается отечественной энергети‑
ки, то мере того как стандарт МЭК 61850 будет
находить все большее промышленное приме‑
нения, переход на проектирование энерго‑
объектов в соответствии с этим стандартом
видится неизбежным.
Выводы
За последние годы силами отечествен‑
ных специалистов самых разных областей
была проделана огромная работа в деле про‑
мышленного освоения стандарта МЭК 61850.
Практические результаты освоения разных
аспектов стандарта МЭК 61850 сильно разли‑
чаются. В каких-то областях решения в соот‑
ветствии со стандартом МЭК 61850 утверди‑
лись безоговорочно, как например, в области
интеграции в АСУ ТП. В других областях сте‑
пень практической реализации стандарта
близка к нулю как, например, в области инжи‑
ниринга. Особенно обращает на себя внима‑
ние тот факт, что результаты промышленного
внедрения стандарта МЭК 62850 выявили ряд
недостатков непосредственно в самом стан‑
дарте, что вызвало необходимость его дора‑
ботки. Это говорит о том, что стандарт МЭК
61850 получил свое дальнейшее развитие,
и, учитывая, что далеко не все возможности
стандарта освоены на данный момент, можно
с уверенностью говорить о том, что степень
проникновения стандарта в отечественную
энергетику в ближайшие годы будет только
увеличиваться.
Литература
1. Бородин О. С., Копылов П. А., Иванов Ю. В., Леснов А. Е.,
Апросин К. И. Противоаварийная автоматика энергосистем,
современные технические решения. Стандарт IEC 61850 и
его влияние на функции релейной защиты и противоава‑
рийной автоматики // Энергетик. 2009, № 9.
2. Материалы международной научно-технической конфе‑
ренции CIGRE, 2009, Москва.
3. Аношин А.О., Головин А.В., Максимов Б.К. Исследование
функциональной совместимости устройств РЗА по услови‑
ям стандарта МЭК 61850 // Релейщик, 2009, № 4.
4. IEC 61850. Part 8-1: Specific Communication Service
Mapping (SCSM) – Mappings to MMS (ISO 9506-1 and ISO
9506-2) and to ISO/IEC 8802-3.
5. IEC 61850. Part 9-1: Specific Communication Service
Mapping (SCSM) – Sampled values over serial unidirectional
multidrop point to point link.
6. IEC 61850. Part 6: Configuration description language for
communication in electrical substations related to IEDs.
7. http://news.iec61850.ru/
МЭК 61850
Бородин О.С.
Зам. генерального
директора по РЗА
ООО «Прософт-Системы».
Иванов Ю.В.
Ведущий программист
отдела РЗА
ООО «Прософт-Системы».
Апросин К. И.
Инженер отдела РЗА
компании ООО « Про-
софт-Системы».