BSS-3(GPS/北斗)時鐘同步系統(tǒng)在沙灣水電站的應(yīng)用

薛玉林

(四川圣達(dá)水電開發(fā)有限公司,四川樂山 614900)

隨著電力系統(tǒng)自動化水平的提高 ,在電廠中計算機監(jiān)控系統(tǒng)、微機保護(hù)裝置、微機故障錄波裝置、安控系統(tǒng)、電能量采集系統(tǒng)、繼電保護(hù)子站、功角測量裝置、同步相量測量裝置、調(diào)度錄音電話、事件順序裝置等各種系統(tǒng)和設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用,這些系統(tǒng)和設(shè)備的配合工作需要有一個精確、統(tǒng)一的時間,但大多數(shù)裝置則采用各自獨立的時鐘,而各時鐘因為精度等原因造成了一定的偏差,各系統(tǒng)時鐘不能在統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,不利于現(xiàn)場的運行維護(hù)和事故分析處理。基于以上原因,電力系統(tǒng)對統(tǒng)一時鐘的要求愈來愈迫切。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時,既可以實現(xiàn)全站各系統(tǒng)在統(tǒng)一時間基準(zhǔn)下的運行監(jiān)控和事故后的故障分析,也可以通過各保護(hù)動作、開關(guān)分合的先后順序及準(zhǔn)確時間來分析事故產(chǎn)生的原因及過程。隨著電網(wǎng)的日益復(fù)雜、裝機容量的提高和電網(wǎng)的擴大,提供標(biāo)準(zhǔn)時間的時鐘基準(zhǔn)將成為整個電力系統(tǒng)的迫切需要,時鐘的統(tǒng)一是保證電力系統(tǒng)安全運行、提高運行水平的一個重要措施,是電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)的最基本要求之一。

1 設(shè)計思路

依據(jù)《電力系統(tǒng)的同步時間系統(tǒng)第一部分技術(shù)規(guī)范要求》DL/T11.1-2009,發(fā)電廠或變電站應(yīng)配置一套時間同步系統(tǒng),大型發(fā)電廠、500kV變電站及有條件的場合宜采用主備時間同步系統(tǒng),以提高時間同步的可靠性。擬采用主備式同步系統(tǒng)。考慮到電力系統(tǒng)的安全以及受民用 GPS的穩(wěn)定性、可靠性和自主性限制,時鐘時間源采用多源頭,可采用 GPS、北斗、IGIB-B碼時間源。最終形成的沙灣水電廠統(tǒng)一對時系統(tǒng)的總體思路是:衛(wèi)星信號集中接收分層、分布對時、建立 GPS系統(tǒng)和我國的北斗星系統(tǒng)互備主站、構(gòu)成“GPS+北斗”雙機冗余系統(tǒng),整個系統(tǒng)應(yīng)具備很好的擴展性,并方便檢修人員檢修維護(hù)。

2 實施方案

結(jié)合全廠監(jiān)控系統(tǒng)的實施,全廠統(tǒng)一對時系統(tǒng)采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的BSS-3型互備型時間同步系統(tǒng)。對時系統(tǒng)采用GPS信號集中接收、分層、分布開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)共分兩層:主站層、二級從站及現(xiàn)地擴展單元層。各層之間采用雙光纖網(wǎng)總線連接,構(gòu)成了高可靠冗余的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)具有較高的傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。

2.1 BSS-3時間同步系統(tǒng)

BSS-3系列 GPS同步時鐘是應(yīng)用全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時間顯示和發(fā)送裝置,專為電力系統(tǒng)對其進(jìn)行監(jiān)測、控制、保護(hù)和故障記錄等各種設(shè)備的時間同步要求而設(shè)計、制造。GPS衛(wèi)星系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)構(gòu)成互備系統(tǒng),該系統(tǒng)的GPS和北斗信息共享、熱備運行,當(dāng)有一個系統(tǒng)出現(xiàn)問題時會自動切換,以保證所有對時信號正常輸出,當(dāng)兩臺主鐘都收不到信號時,自動轉(zhuǎn)入高精度守時狀態(tài),仍能保證全廠時鐘的統(tǒng)一。除主鐘互備外,所有二級鐘均采用雙光纖輸入,因此該時鐘系統(tǒng)運行后總能保證輸出對時信號。由于信號采用熱備用方式,因此信號的轉(zhuǎn)換對于輸出來講無切換時間。現(xiàn)階段國內(nèi)的 GPS一般采用單機對時方案,容易造成各時鐘裝置在 GPS未定位時時鐘不統(tǒng)一。BSS-3系統(tǒng)采用衛(wèi)星集中接收(加高精度守時)分層分布對時方案不但能滿足分布范圍廣的對時要求,而且能保證全廠時鐘的真正統(tǒng)一,從而實現(xiàn)了雙衛(wèi)星加高精度守時熱備運行。

信號擴展箱通過接收上級主時鐘送來兩路IRIG-B時間碼信息和自身的高穩(wěn)定恒溫晶體振蕩器分別作為時間信號源,優(yōu)先選用一路主時鐘IRIG-B時間碼作為基準(zhǔn),當(dāng)該 IRIG-B時間碼失效時自動切換到另一路 IRIG-B時間碼作為基準(zhǔn),當(dāng)兩路 IRIG-B時間碼均失效時,則信號擴展箱自動切換到自身時鐘源(高穩(wěn)定恒溫晶體振蕩器)進(jìn)行時間保持,然后通過擴展箱處理輸出多路同步信號:IRIG-B時間碼、脈沖信號(1PPS、1PPM、1PPH)、RS232時間信息 、RS485時間信息,提供用戶對時使用。

BSS-3系列 GPS同步時鐘采用具有 12個并行接收通道的 MotorolaGPS接收器以及與之配套的有源天線。接收器在搜索到 4顆衛(wèi)星并鎖定后,即能給出精確的時間信息。

“北斗一號”系統(tǒng)是我國自行研制和建立的一種區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),主要是利用 3顆地球同步衛(wèi)星來測量地球表面和空間的各種用戶位置,并兼有雙向報文及授時的功能。北斗互備型接收模塊接收的是我國的北斗衛(wèi)星信號,該接收單元的配置具有 6個并行通道,可以同時跟蹤 3顆北斗衛(wèi)星的無源北斗接收板。在收不到 GPS信號的情況下,仍然能夠利用高精度守時模塊輸出準(zhǔn)確時間。

BSS-3時鐘裝置采用 19in(1in=2.54cm)2U標(biāo)準(zhǔn)機箱,模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計,備有多種功能對時模塊:脈沖空接點和有源脈沖對時模塊、RS422、RS232串行對時模塊、直流 IRIG-B碼對時模塊、基于 NTP/SNTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器模塊、恒溫守時模塊等。該裝置采用交、直流雙電源供電,后插式結(jié)構(gòu),用戶可以根據(jù)實際需要配置相應(yīng)的對時模塊,組合靈活,易于擴展和維護(hù)。

GPS/北斗時鐘系統(tǒng)接收北斗星的信號和GPS衛(wèi)星以及 IRIG-B時間碼作為外部時間基準(zhǔn)信號。正常情況下,設(shè)備屏內(nèi)的主時鐘獨立接收北斗星或 GPS衛(wèi)星發(fā)送的時間基準(zhǔn)信號,當(dāng)北斗星或 GPS信號失效時,主時鐘自動切換到外部IRIG-B時間碼并將其作為時間基準(zhǔn);當(dāng)外部IRIG-B時間碼也失效時,主時鐘則自動切換到自身時鐘源(高穩(wěn)定恒溫晶體振蕩器或銣原子鐘)進(jìn)行時間保持。

2.2 沙灣水電站 GPS時鐘主站及從站配置

在沙灣電廠計算機房安裝了 GPS主站屏一面,配置 BSS-3型 GPS同步主鐘和北斗同步主鐘各一臺。每臺裝置均配天線、熱備交直流雙電源及高精度恒溫守時時鐘。兩臺主鐘之間采用光纖互備,每臺主鐘均配有 4路光纖輸出接口,其中2路光纖輸出接口用來連接發(fā)電層兩臺機組二級時鐘擴展裝置(每兩臺機使用一個二級時種),1路光纖輸出接口用來連接 220kV開關(guān)站 LCU GPS時鐘擴展裝置。

全廠共有 4臺機組,按每擴大單元兩臺發(fā)電機組配置一套時鐘擴展裝置,共計配置了 2臺時鐘擴展裝置。每臺擴展裝置就地安裝在所對應(yīng)的機旁控制屏柜上。根據(jù)機組保護(hù)對時要求,擴展裝置配置了串行口模板、PPS/PPM脈沖模板、B碼對時(DC)。

在保護(hù)室安裝了 GPS時鐘擴展裝置 1臺,安裝了 1臺 2UBSS-3R型 GPS時鐘擴展裝置。擴展裝置均配兩路光纖輸入接口,熱備交直流雙電源。兩路衛(wèi)星時鐘信號分別取自主站的 GPS信號和北斗信號,兩套時鐘信號互為熱備用,當(dāng)有一路收不到信號時將自動切換到另一路備用通道,從而保證了從站時鐘正常工作。

2.3 對時主鐘與同邊設(shè)備和系統(tǒng)的對時

計算機室內(nèi)的主時鐘完成 GPS/北斗衛(wèi)星信號的接收、處理及向信號擴展裝置提供標(biāo)準(zhǔn)同步時間信號(RS422電平方式 IRIG-B),并且每臺主時鐘均具有內(nèi)部守時功能。各標(biāo)準(zhǔn)同步鐘本體應(yīng)能接收兩路 IRIG-B(DC)時碼時間信息功能。當(dāng)主時鐘內(nèi)部的時鐘接收到外部時間基準(zhǔn)信號時,被外部時間基準(zhǔn)信號同步,當(dāng)接收不到外部時間基準(zhǔn)信號恢復(fù)時,保持一定的走時準(zhǔn)確度,直到外部時間基準(zhǔn)信號恢復(fù)時自動切換到正常工作狀態(tài)。兩臺同步時鐘以網(wǎng)絡(luò)方式接入全廠監(jiān)控系統(tǒng)。沙灣電廠監(jiān)控系統(tǒng)為雙環(huán)網(wǎng),上位機與就地LCU通過網(wǎng)絡(luò) NTP對時方式對時。1～4#機組A、B套發(fā)電機保護(hù)、故障錄波器、主變線路測控裝置、1#主變、2#主變 A、B套保護(hù)及 1#/2#母差保護(hù)、220kV線路保護(hù)、安控系統(tǒng)、PMU系統(tǒng)等均采用 B碼接口,采用了 422B碼對時,選用 RVVP兩芯屏蔽通訊電纜,1為 +,2為 -,依次將各裝置接入 GPS同步時鐘裝置的 B碼輸出標(biāo)號段。廠用變保護(hù)沒有 B碼接口,空接點接入分脈沖和秒脈沖,實現(xiàn)硬接點對時。因有些廠家的舊設(shè)備只存在 RS232串口或 RS485接口,故采用串口對時方式。沙灣水電站二次系統(tǒng)同步對時原理系統(tǒng)見圖1。

圖 1 沙灣水電站二次系統(tǒng)同步對時原理系統(tǒng)圖

3 結(jié) 語

隨著對電力系統(tǒng)運行要求的提高和自動化技術(shù)的發(fā)展,對同步時鐘的要求愈來愈嚴(yán)格。建立統(tǒng)一同步時鐘系統(tǒng),滿足電力系統(tǒng)同步時間的要求,為電力系統(tǒng)事故分析、故障測距、穩(wěn)定判斷與控制技術(shù)方面的發(fā)展提供了極大的方便。通過使用 BSS-3型同時時鐘,衛(wèi)星時鐘覆蓋了幾乎所有的電站二次設(shè)備,組成了全廠統(tǒng)一的時鐘系統(tǒng),保證了時鐘的同步性,大大的方便了二次設(shè)備的運行維護(hù)和故障分析處理,提高了水電廠自動化水平。但在實施中也要注意因不同廠家對時方式和采用的報文不同,導(dǎo)致工程實施困難,需要在產(chǎn)品采購前提前確定對時方式。