變電站時間同步系統配置方案研究

曲 藝，陳德豐，李鵬里

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

變電站時間同步系統配置方案研究

曲 藝，陳德豐，李鵬里

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

變電站時間同步是制約智能電網高級應用的關鍵環節之一，時間同步的意義主要是由同步精度和同步可靠性兩個方面的因素組成，首先在分析目前電力系統時間同步系統應用現狀、不同應用（系統）對時間同步精度的要求和時間同步系統存在問題的基礎上，列出了3種不同的變電站時間同步系統組網方案，通過對比分析其優缺點，給出了變電站時間同步系統的最優組網方案。

變電站；時間同步系統；配置方案

隨著計算機技術、云計算技術和大數據分析技術的發展和廣泛應用，更多基于電網大數據的高級應用對發電廠與變電站間以及變電站之間數據的同步性和同步穩定性提出了更高要求。

由于目前變電站建設初期對全站時間同步系統考慮不夠全面，使變電站內同時存在多套對時系統，多個時鐘源完成站內設備的時間同步，這樣由于不同授時設備同步精度的差異，造成了站內不同設備時間同步精度不同，上送報文時間標志也不同，使調度端對各變電站上送數據的可用性降低。因此，如何提高變電站數據同步可靠性，成為制約變電站數據可靠性的關鍵環節。

1 電網業務對時間同步的需求

近年來，隨著智能電網的發展，為跨區域大電網實現實時互動提供了可能，基于電網大量實時數據的高級應用也越來越多地應用于工程實際。IEC61850將智能變電站不同應用的報文（信息）對時間同步的不同要求分為5個等級，其中過程層信息同步精度最高1 μs［1］。目前電力系統應用較多的時間同步協議有IRIG－B碼、簡單網絡時間協議（SNTP）等［2］。電力系統不同應用的設備和系統對時間同步精度的要求如表1所示。

表1 電力系統不同應用設備和系統對時間同步精度要求

2 變電站時間同步系統構成

隨著北斗時鐘源穩定性的提高、通信技術的發展和精密時間協議（PTP）的工程應用［3－4］，已經擺脫了GPS作為變電站時間同步唯一基準源的問題，為電力系統時間同步系統升級提供了技術支撐，滿足了建設“天地互備、雙主配置”的電力系統新時間同步系統的基礎條件。

2.1 衛星對時

全球衛星定位系統是以人造地球衛星為載體的覆蓋全球、全天候無線電導航和定位系統，可以實現高精度導航、定位和定時。目前，世界上分別有4大全球衛星定位系統已部署或正在部署，分別是美國的全球定位系統（GPS）、俄羅斯的全球導航衛星系統（GLONASS）、歐洲的伽利略衛星導航系統（Galileo）和我國的北斗衛星定位系統。目前在我國廣泛使用的是全球定位系統和北斗衛星定位系統2種，電力系統的時間同步衛星授時源也為上面2種，通常是設置為北斗優先級高于GPS。

2.2 全網統一時鐘源

全網統一時鐘源是指整個電網的設備授時都是由1臺安裝在省級調度中心的主時鐘、對時網絡、各終端時鐘（一般設置在地調）和被授時設備組成，該主時鐘一般為高精度和高穩定度的原子鐘（銣原子鐘或銫原子鐘）。省級調度中心主時鐘一般設置為2臺，2臺銣原子鐘或2臺銫原子鐘，或1臺銣原子鐘和1臺銫原子鐘組成，2臺主時鐘互相接入時間同步信號，形成主備用關系，增加系統可靠性。目前，該項技術還處于科研階段，應用范圍較小，其可靠性和穩定性還需進一步驗證。

3 變電站時間同步系統存在的問題

變電站時間同步系統存在的問題主要有2個方面：站內時間同步基準不統一和站間時間同步基準不統一。

3.1 站內時間同步基準不統一

變電站發展經歷了一個長期過程，在不同時期有不同新的設備（或系統）投入使用，同時新投運設備（或系統）的時間同步接口也不盡相同，致使變電站不同子系統都單獨完成時間同步（即只具備單獨的同步對時源），不能共享時間同步信息，而每個子系統的同步對時源由于制造工藝、元器件特性差異等原因，造成了站內設備（或系統）間時間同步偏差較大［5］。據統計，1座500 kV變電站存在10臺不同的時間同步基準設備，且這10臺不同時間同步基準設備都是不同廠家的設備，又由不同的集成商和現場施工單位完成。

3.2 站間時間同步基準不統一

變電站間時間同步基準的不統一主要是由于電力系統時間還未達到標準化，不同供應商和應用系統對時間描述方面存在較大差異。變電站間時間不同步現象主要是由各衛星接收機對時間處理機制不同，未對線纜傳輸延時進行補償，時間同步裝置本身質量較差等原因造成。

3.3 變電站時間同步方案不合理

對于傳統變電站時間同步系統，受變電站信息傳遞方式的限制難以進行站內（或站間）信息的共享，所以其重要程度也一直未引起足夠的重視。但是隨著智能電網的發展，變電站信息就地數字化和網絡化的信息共享，為大電網信息的綜合分析提供了可能，然而對區域電網信息分析需要依賴于信息的同步，否則，非同步的信息無任何用處，這就對站內時間同步系統提出了更高要求。目前，從設計、施工、調試和驗收環節大家對于時間同步系統關注不高，比較混亂，未考慮時間同步系統方案的合理性。

4 變電站時間同步系統典型配置方案

目前，變電站的時間同步系統普遍采用多種組成方式，其典型形式有基本式、主從式、雙主式3種。

4.1 基本式時間同步系統組成

基本式時間同步系統由1臺主時鐘和信號傳輸介質組成，為被授時設備或系統對時。根據需要和技術要求，主時鐘可設接收上一級時間同步系統下發的有線時間基準信號的接口。接線如圖1所示。

圖1 基本式時間同步系統構成

4.2 主從式時間同步系統組成

主從式時間同步系統由1臺主時鐘、多臺從時鐘和信號傳輸介質組成，為被授時設備或系統對時。根據需要和技術要求，主時鐘可設接收上一級時間同步系統下發的有線時間基準信號的接口。接線如圖2所示。

4.3 雙主式時間同步系統組成

雙主式時間同步系統由2臺主時鐘、多臺從時鐘和信號傳輸介質組成，為被授時設備或系統對時。根據需要和技術要求，主時鐘留有接口，用來接收上一級時間同步系統下發的有線時間基準信號的接口。接線如圖3所示。

圖2 主從式時間同步系統構成

圖3 雙主式時間同步系統構成

4.4 變電站時間同步系統最優配置方案

無論是智能變電站還是常規變電站，全站時間同步系統配置的基本原則就是“1套時間同步系統，1個授時源”。

變電站時間同步系統的配置原則應依據變電站的電壓等級進行配置，具體配置如下。

a.66 kV及以下變電站，全站應配置1臺主時鐘，1個衛星授時源，根據被授時設備數量，可增配1臺擴展時鐘滿足全站設備的時間同步要求。該主時鐘要求同時具備1個衛星授時源接收口和1個有線時間基準信號接口。時間同步系統構成可采用基本式時間同步系統或主從式時間同步系統接線。

b.220 kV變電站及以上變電站，鑒于在系統中的重要性，全站應配置2臺主時鐘、2臺擴展時鐘（根據被授時設備數量，可增配若干臺擴展時鐘），由擴展時鐘完成設備授時，主時鐘只接收相互之間的同步信號和給從時鐘授時，除此之外不接入任何被授時設備，2臺主時鐘應接入不同的衛星授時源（推薦1臺接入GPS、另1臺接入北斗），2臺主時鐘形成對被授時設備的主備配置。

5 結束語

通過對變電站時間同步系統現狀及存在問題的分析，本文提出了與電網發展相適應的變電站時間同步系統最優組網方案，該方案不但保證了站內設備（或系統）同步精度，而且保證了全站被授時設備的同源問題（即1個網、1個站、1個源），從而提高了全網實時運行信息的可用性。同時本文也提出了有線時間信號（地面鏈路鐘）的概念，這也是未來電網時間同步對時系統的發展方向。

［1］ 張武洋，張文楷，李 偉.智能化變電站時鐘同步方案應用研究［J］.東北電力技術，2011，32（9）：15－17.

［2］ 高志遠，劉長虹，劉瑞平.廠站自動化系統中應用網絡時間同步技術探討［J］.電力自動化設備，2006，26（7）：84－89.

［3］ 張武洋，趙振宇，于同偉.基于SDH通道的PTP同步對時研究［J］.東北電力技術，2011，32（1）：37－39.

［4］ 馬成久，張武洋.智能化變電站時鐘同步精度測試方法研究［J］.東北電力技術，2011，32（8）：8－9.

［5］ 張 帆，梁 昕.電力全網時間同步系統組網思路探討［J］.廣東電力，2015，28（1）：31－35.

Study on Configuration Scheme of Time Synchronization System for Substation

QU Yi，CHEN De?feng，LI Peng?li
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

The time synchronization of substation is one of the key link of the advanced application of smart grid，time synchronization consists of synchronization accuracy and synchronization reliability.This paper analyzes the application for time synchronization system，the requirement for time synchronization accuracy，exsisting question of time synchronization system.Three different schemes are pro?posed.Through the analysis of advantages and disadvantages，the optimal time synchronization system of transformer substation network scheme is presented.

Substation；Time synchronization system；Configuration scheme

TM63；TM76

A

1004－7913（2016）04－0046－03

曲 藝（1989—），女，學士，助理工程師，現從事電力系統運行分析、繼電保護檢測等研究工作。

2015－12－10）