GPS對時系統(tǒng)在電廠中的應用

竇剛

摘 要：GPS對時系統(tǒng)在電廠自動化系統(tǒng)中起著非常重要的作用，在建廠和調試時卻最容易被我們忽視，在建廠初期調試階段，電科院工作人員基本不管GPS時鐘對時系統(tǒng)是否能可靠工作，這就要求我們電廠人員必須在設計、施工和調試過程中把好關。本文通過作者多年的電廠電氣二次專業(yè)施工、調試及維護經驗，介紹了作者對GPS對時系統(tǒng)的認識及施工、調試、維護中應該重點注意的問題。

關鍵詞：GPS對時系統(tǒng)；典型方案；注意事項

1 概況

電子信息技術的爆炸式發(fā)展，使得電廠自動化水平得到了很大的提升。面對如此龐大的自動化系統(tǒng)，操作記錄、告警信息、跳閘記錄、SOE事件等信息對于故障原因的查找、異常事件的分析、故障點的精確定位起著至關重要的作用。而這些有用信息，只有在同一坐標時間下，才是有用信息。沒有時間坐標或者時間坐標不精確的告警信息及記錄是毫無作用的。甚至在有些大型異常或者故障的分析中，要求電廠的告警記錄時標和電網公司自動化設備的時標保持一致。GPS對時系統(tǒng)就是為電廠的DCS系統(tǒng)、調度自動化系統(tǒng)，電廠AVC子站、電廠AGC子站、發(fā)變組保護裝置、線路保護裝置、母線保護裝置、快切裝置提供精準的時鐘源。GPS對時裝置在電廠自動化系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，應引起我們的高度重視。

2 GPS對時系統(tǒng)簡介

GPS是全球定位系統(tǒng)（Global Posisions System）的英文縮寫，GPS通過衛(wèi)星接收器接收衛(wèi)星提供的精準時鐘信號，衛(wèi)星接收器將時鐘信號通過同軸電纜傳送給時鐘同步裝置。時鐘同步裝置通過以太網接口、串行接口、光接口向被對時設備提供標準時鐘信息并進行對時。GPS對時方式根據所提供的對時信息分為標準的IRIG-B碼、秒脈沖（PPS）、分脈沖（PPM）和對時報文。GPS模塊秒脈沖精度為≤500ns，考慮到內部光耦以及電平驅動器的傳輸延時，裝置端口的秒脈沖以及分脈沖精度為≤10μs，所以說GPS的對時精度≤10μs（10μs=1×10-2MS=1×10-5S）。

3 GPS對時方式分類

3.1 GPS對時方式按照接口類型可分為光纖輸出接口、RS-485輸出接口、RS-232輸出接口、TTL輸出接口、光耦空節(jié)點輸出接口。

3.1.1 光纖輸出接口：以南瑞RCS-9785D裝置為例，光纖輸出接口插件提供8個光纖輸出端口，分為兩組，前4個為第一組，后4個為第二組，每組均可通過插件內部的跳線選擇輸出IRIG-B、PPS、PPM 或對時報文。光纖端口采用多模光纖，ST接頭，每個端口可以根據需要設置為常有光或常無光方式。

3.1.2 RS-485輸出接口：該插件提供7個RS-232輸出端口，分為兩組，前4個為第一組，后3個為第二組，每組均可通過插件內部的跳線選擇輸出IRIG-B、PPS、PPM或對時報文。

3.1.3 TTL輸出接口：該插件提供8個直流偏置（TTL）輸出端口，分為兩組，前4個為第一組，后4個為第二組，每組均可通過插件內部的跳線選擇輸出IRIG-B、PPS 或PPM。每組端口的輸出信號可通過跳線設置為正脈沖有效或負脈沖有效。通常，對于IRIG-B 采用正脈沖方式，而對于PPS或PPM采用負脈沖方式。

3.1.4 光耦空接點輸出接口：該插件提供8個空接點輸出端口，分為兩組，前4個為第一組，后4個為第二組，每組均可通過插件內部的跳線選擇輸出IRIG-B、PPS或PPM。脈沖輸出空接點接線方法如圖所示。

3.2 GPS對時方式按照提供的對時信息可分為標準的IRIG-B碼、秒脈沖（PPS）、分脈沖（PPM）和對時報文

3.2.1 標準的IRIG-B碼對時：IRIG-B為IRIG委員會的B標準，是專為時鐘的傳輸制定的時鐘碼。每秒輸出一幀按秒、分、小時、日期的順序排列的時間信息。IRIG-B信號有直流偏置（TTL）電平、1KHz正弦調制信號、RS422電平方式、RS-232電平方式4中形式。對時報文格式如下：

波特率：9600bps；

數據格式：每字節(jié)中一位起始位，八位數據位，一位停止位，無校驗；

信息格式：每秒發(fā)送一次，采用Motorola 二進制格式，長度為154 字節(jié)，每個字節(jié)均為二進制數值。

其中，跟蹤上的衛(wèi)星數目t 是指本裝置的內置GPS模塊跟蹤上的衛(wèi)星數目，假如裝置切換至外部對時源，則它將根據接收到的外部IRIG-B 時間碼判斷外部對時源的GPS 信號是否有效，如果有效則t置為1，如果無效則t置為0；校驗字節(jié)C是從報文的第2 號字節(jié)（即“H”）開始，到第150 號字節(jié)（即校驗字節(jié)C 的前一字節(jié)）逐字節(jié)異或的結果。

3.2.2 秒脈沖對時：每秒鐘給對時裝置發(fā)送一個脈沖，分鐘脈沖對時是每分鐘給需要對時的裝置發(fā)送一個脈沖。

3.2.3 報文對時：對時裝置以廣播形式給被對時裝置發(fā)送固定格式的報文信息。

4 電廠GPS對時系統(tǒng)應用方案

5 在施工和日常維護中應該注意的問題

5.1 在施工中應該注意的問題。

5.1.1 衛(wèi)星接收器到到同步時鐘裝置之間的距離不能大于50米，否則信號衰減太大，會影響時間精度。

5.1.2 衛(wèi)星接收器必須垂直地面安裝，誤差應在2度以內。

5.1.3 衛(wèi)星接收器不應該是本區(qū)域的最高建筑，否則會受到雷擊。

5.1.4 衛(wèi)星接收器的工作環(huán)境溫度至少要低于當地歷史最低溫度的5度以內，防止衛(wèi)星接收器被凍壞。

5.1.5 保證衛(wèi)星接收器120度范圍內無遮擋物。

5.1.6 GPS盤柜必須可靠接地，與被對時裝置之間的通信電纜必須兩端可靠接地。

5.2 日常維護中應該注意的問題。

5.2.1 應該定期查看GPS系統(tǒng)是否鎖住衛(wèi)星，裝置有無其他告警。

5.2.2 定期查看被對時裝置時鐘顯示是否準確，若果是IRIG-B碼對時，應該查看被對時裝置屏幕左上角是否有“IRIG-B碼”，如果有“IRIG-B碼”說明對時正常，否則故障。

5.2.3 常見問題解析

（1）時鐘同步裝置出現(xiàn)GPS插件出錯告警時，是因為沒有檢測到GPS插件，需要檢查檢查GPS1插件是否插好，重新開機。

（2）時鐘同步裝置出現(xiàn)GPS1模塊出錯告警時，是因為沒有檢測到內部GPS1模塊，需要通知廠家更換GPS模塊。

（3）時鐘同步裝置報GPS衛(wèi)星失步時，是因為GPS沒有跟蹤到任何衛(wèi)星 需要檢查GPS的衛(wèi)星天線是否接好，或者是天氣原因。

（4）時鐘同步裝置報通道A1無輸入告警時，是因為裝置沒有檢測到IRIG-B信號，首先需要檢查通道是否開啟，確定通道開啟后，再檢查GPS插件輸入通道A的接線可接口設置是否正確。

（5）時鐘同步裝置報網口1 IP 地址出錯時，是因為網口1 IP 地址設置有誤，重新設置有效的IP 地址。

（6）時鐘同步裝置報網口1子網掩碼出錯時，是應為網口1子網掩碼設置有誤，重新設置有效的子網掩碼。

6 結束語

GPS對時系統(tǒng)是電廠自動化系統(tǒng)不和分割的一部分。但是在很多廠建設、調試及運維中沒有引起足夠的重視，當出現(xiàn)故障時，給我們分析故障、查閱記錄帶來困難。所以我們要在建廠、調試過程中嚴格把關，在GPS調試中，電科院調試人員基本不管，要求我們電廠人員嚴格把關。通過日常維護，發(fā)現(xiàn)IRIG-B碼對時方式是最穩(wěn)定的一種對時方式，建議重要設備使用IRIG-B碼對時方式。由于自己經驗學識有限，文章中存在問題在所難免，希望讀者斧正。

參考文獻

[1]RCS-9000系列通訊接口及輔助裝置技術和使用說明書[Z].南瑞繼保.