IEC 61850 alajaamades – võrk, ajasünkroon ja arvutid

Mis on IEC 61850?

IEC 61850 on standardite sari energeetikaautomaatika side jaoks. See töötati välja alajaamade jaoks, kuid seda kasutatakse nüüd ka tuule-, hüdro- ja päikeseenergeetikas. Mõte on selles, et eri tootjate kaitsereleed, juhtseadmed ja arvestid saaksid omavahel suhelda ilma eraldi kohandamiseta.

Iga seadet, IED-d (Intelligent Electronic Device), kirjeldatakse standarditud andmemudeliga. Võimslüliti nimi on XCBR ja liigvoolukaitse funktsiooni nimi PTOC, olenemata tootjast. Kogu alajaam konfigureeritakse SCL-keeles failidega (IEC 61850-6). See võimaldab seadmeid välja vahetada või lisada ilma kõike otsast alustamata.

Jaamasiin, protsessisiin ja protokollid

IEC 61850 alajaam jaguneb kolmeks tasemeks. Jaamasiin ühendab jaama arvutid ja lüüsid iga lahtri kaitse- ja juhtseadmetega. Protsessisiin ühendab lahtrid primaarseadmetega, kus liitmisüksused muudavad mõõtetrafode voolu ja pinge digitaalseteks väärtusteks.

GOOSE ja Sampled Values saadetakse multicast-sõnumitena otse Ethernetis. Iga liitmisüksus saadab tuhandeid Sampled Values sõnumeid sekundis. Seetõttu peavad kommutaatorid liiklust prioritiseerima ja multicast-liiklust VLAN-idega filtreerima, muidu võivad mõõteandmed võrgu üle ujutada.

Nõuded kommutaatoritele: IEC 61850-3 ja IEEE 1613

Alajaamas puutub elektroonika kokku tugevate elektromagnetväljadega, kui võimslülitid ja lahklülitid lülituvad, samuti liigpingete ja suurte temperatuurikõikumistega. Tavalisest tööstuslikust kommutaatorist piisab harva.

IEC 61850-3 esitab alajaamaseadmetele üldnõuded: kliima, mehaanika, tooteohutus ja EMC kooskõlas standarditega IEC 61000-6-5 ja IEC 60255. Põhja-Ameerika standardil IEEE 1613 on kaks klassi. Klassis 1 võib side EMC-katsete ajal häiruda, kui see pärast taastub. Klassis 2 ei tohi side katkeda ega tohi tekkida vigu. IEEE 1613 ei luba ventilaatoreid.

• Ventilaatorita konstruktsioon ja lai temperatuurivahemik.
• Dubleeritud toide, sageli alajaama akust.
• PRP või HSR tugi ja riistvaraline PTP.
• VLAN-id, prioritiseerimine ja multicast-filtreerimine GOOSE ja Sampled Values jaoks.
• Kiudoptilised pordid pikkade vahemaade ja galvaanilise eralduse jaoks.

Dubleerimine ja ajasünkroon: PRP, HSR ja PTP

Tavalised dubleerimisprotokollid, näiteks RSTP, vajavad ühenduse katkemisel aega uue tee leidmiseks. Kaitse ja Sampled Values jaoks on see liiga aeglane. IEC 62439-3 määratleb kaks protokolli, mille ümberlülitusaeg on null. PRP puhul ühendub iga seade kahe täiesti sõltumatu võrguga ja saadab iga kaadri mõlemasse. Vastuvõtja kasutab esimest ja heidab duplikaadi kõrvale. HSR puhul moodustavad seadmed ringi ja saadavad iga kaadri mõlemas suunas. Üheportsed seadmed ühendatakse RedBoxi kaudu.

Sampled Values ja sündmuste logid vajavad ühist ja täpset aega. IEC/IEEE 61850-9-3 on energeetikasektori PTP (IEEE 1588) profiil. Selle eesmärk on täpsus parem kui 1 µs kuni 15 kommutaatori järel, mis eeldab riistvaralise PTP-ga kommutaatoreid. Aeg tuleb GNSS-vastuvõtjaga grandmaster-kellast. Vali kell, mis hoiab aega ka GNSS-signaali katkestuste ajal ning talub segamist ja võltsimist (jamming ja spoofing).

Arvutid ja küberturvalisus alajaamas

Alajaamas on sageli operaatori ekraaniga jaama arvuti, lüüs võrguettevõtja SCADA-süsteemi ja inseneriarvuti. Kui arvuti paigaldatakse alajaama enda ruumidesse, nõua katsetamist IEC 61850-3 või IEEE 1613 järgi, dubleeritud alalisvoolutoidet ja PRP-toega võrgukaarte. Eraldi juhtimisruumis piisab sageli tööstuslikust räkiarvutist.

Digitaalne alajaam on ka rünnakute sihtmärk. IEC 62351 käsitleb protokollide turvalisust: osad 3 ja 4 TLS-i ja MMS-i, osa 6 GOOSE ja Sampled Values, osa 8 rollipõhise juurdepääsu ja osa 9 võtmehalduse jaoks. IEC 62443 annab raamistiku tsoonide, kanalite ja turvatasemete näol. Praktikas algab see segmenteerimisest, välisvõrgu suunas tulemüürist ja turvalisest kaugjuurdepääsust. Ka NIS2 direktiiv esitab võrguettevõtjatele küberturvalisuse nõudeid.

Kus IEC 61850 kasutatakse?

• Põhi- ja jaotusvõrk – uued ja renoveeritud alajaamad.
• Taastuvenergia – tuule- ja päikeseparkide koondalajaamad ning akusalvestid.
• Hüdroenergia – jaama ja agregaatide juhtimine.
• Tööstus ja taristu – protsessitööstuse, kaevanduste ja andmekeskuste keskpinge-erivõrgud.
• Raudtee – veoalajaamad.

Viis lõksu

1. Tavalised kommutaatorid alajaamas. Ilma IEC 61850-3 või IEEE 1613 järgi katsetamata võib side häiruda just siis, kui võimslüliti välja lülitub.
2. Multicast ilma filtreerimiseta. Sampled Values jõuavad igasse porti ja koormavad võrgu üle. Planeeri VLAN-id enne kasutuselevõttu.
3. Ajasünkroon tagantjärele. Riistvaralise PTP-ta kommutaatorid vähendavad täpsust iga hüppega.
4. Dubleerimine, mis pole sõltumatu. PRP-võrgud vajavad eraldi toidet ja kaablitrasse, muidu võib üks rike mõlemad välja lülitada.
5. Turvalisus viimasena. Segmenteerimist ja juurdepääsu kontrolli on lihtsam algusest peale sisse ehitada kui hiljem lisada.

Võrgulahendused ja ajasünkroon SCN-ilt

Meie valikus on Moxa alajaama- ja taristukommutaatorid, Protempise ajaserverid ja PTP grandmaster-kellad ning muu hulgas Axiomteki ja Winmate’i räkiarvutid ja võrguseadmed. Tootelehtedel on toodud iga tootja märgitud standardid.

Näited meie valikust

Korduma kippuvad küsimused

Mis on IEC 61850?

Rahvusvaheline standardite sari energeetikaautomaatika side jaoks. See määratleb andmemudeli, protokollid ja konfiguratsioonifailid, et eri tootjate seadmed töötaksid koos.

Mis vahe on GOOSE-il ja MMS-il?

GOOSE saadab kiireid sündmusi, näiteks väljalülituskäske, otse Ethernetis paljudele vastuvõtjatele. MMS on klient–server-protokoll üle TCP/IP seireks ja juhtimiseks.

Mis on protsessisiin?

Võrk lahtrite ja primaarseadmete vahel. See edastab vaskjuhtmete asemel liitmisüksuste Sampled Values andmeid ja GOOSE-sõnumeid võimslülititele.

Mis vahe on PRP-l ja HSR-il?

PRP kasutab kahte eraldi võrku, HSR ringi. Mõlemad saadavad iga kaadri kaks korda ja peavad ühenduse katkemisele vastu ilma katkestuseta.

Mida vajab kommutaator IEC 61850 jaoks?

Alajaama keskkonna katsetamist IEC 61850-3 või IEEE 1613 järgi, soovitatavalt PRP või HSR tuge, riistvaralist PTP-d ning VLAN-e koos multicast-filtreerimisega.