火電廠一體化時間同步系統配置淺析

王英明

(國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧　沈陽　110006)

目前，火電廠時間同步系統存在全廠時間同步基準不統一、設備未能全覆蓋、外部基準信號單一、時間同步配置方案不合理等問題。本文結合火電廠實際運行情況及需求分析火電廠一體化時間同步系統配置方案。

1　衛星對時系統

時間同步系統是一種能接收外部時間基準信號，并按照要求的時間精度向外輸出時間同步信號和時間信息的系統[1]。外部時間基準信號主要來自衛星定位系統，衛星定位系統利用衛星進行無線電定位，可分為靜止衛星定位系統和非靜止衛星定位系統兩大類。全球四大知名衛星定位系統有美國全球定位系統(GPS)、歐盟“伽利略”衛星定位系統、俄羅斯“格洛納斯”全球導航系統和我國“北斗”衛星導航系統(北斗)。目前，在我國電力系統廣泛應用的有美國全球定位系統(GPS)和我國的“北斗”衛星導航系統。

2　對時方式

a. 硬對時即脈沖對時，是利用脈沖的準時沿(上升沿或下降沿)來校準被授時設備[2]。常用的脈沖對時信號有秒脈沖(1PPS)、分脈沖(1PPM)和時脈沖(1PPH)，硬對時需要手動校準且其精確度只能校準到秒。

b. 軟對時一般用串行口對時方式，通過接收年、月、日、時、分、秒信息來校正自身的時鐘，按照RS232和RS422/485對時規約進行對時，其精度只有毫秒級[3]。

c. IRIG時間標準有兩大格式：一類是并行時間碼；另一類是串行時間碼。IRIG-B時間碼的時幀速率為1幀/s；可傳遞100位的信息，作為廣泛應用的時間碼，B碼攜帶信息量大，經譯碼后可獲得1 c/s、10 c/s、100 c/s、1 000 c/s的脈沖信號和BCD編碼的時間信息及控制功能信息，調制后的B碼帶寬適用于遠距離傳輸，分為直流、交流兩種，并具有接口標準化、國際通用等特點。

3　時間同步系統配置存在問題

社會經濟的快速發展促進火電廠逐步快速興建，不同時期的電廠時間同步系統配置不同，隨著微機化、智能化保護及自動化設備的全面應用，對時間同步系統的配置要求也越來越高。火力發電企業的時間同步系統配置主要存在如下問題。

3.1　全廠時間同步基準不統一

微機保護裝置、自動化裝置、故障錄波裝置、電能量計費系統、計算機監控系統、安全穩定控制裝置以及調度自動化系統等大多數系統/設備雖有各自獨立的時鐘源，但各系統設備間經過長時間運行會產生一定的時間誤差，不能在同一時間基準上進行運維管理、事故分析等工作。

各類被授時設備分別采用不同廠家、不同型號的授時設備或同廠家、同型號的多套授時設備，但不同授時設備分別授時依然存在時間同步精度差異，造成了廠內不同被授時設備時間同步精度不同，依然無法滿足生產要求。

測量參數為:測前速度1.0mm/s，測中速度2.0mm/s，測后速度10.00mm/s，觸發力15g，每秒采集數據200個，單位以g表示。每個樣品測6次平行。

3.2　全廠被授時設備未能全覆蓋

有些火電廠內已配置時間同步對時系統，但由于授時設備輸出端口不足、被授時設備對時功能未調試、應授時設備未接入對時系統等因素導致部分被授時設備未實現與時間同步對時系統的對時功能。

3.3　授時設備外部基準信號單一

國內電力系統時間同步系統授時設備外部授時基準信號主要采用GPS和北斗2種，但由于火電廠的建設時間和后期技術改造過程較長，在實際應用中存在只有GPS或北斗外部基準信號，一旦外部基準信號異常將引起全廠時間混亂。

4　火電廠時間同步系統配置方案

目前，國內電力系統時間同步系統配置方式多樣化，常用基本式、主從式、主備式3種配置方式。但受目前運行模式、管理方式等限制，并未實現由調度機構統一接收無線時間基準信號后向下級調度機構或火電廠提供有線時間基準信號，進而實現全網范圍內相關設備的時間信號同步。基本式和主從式時間同步系統配置方式只有單臺主時鐘，存在授時設備單一、易造成全廠時間混亂等安全隱患。主備式時間同步系統配置方式在不接收上級有線時間基準信號情況下，為系統提供全廠統一的雙主時鐘、雙無線時間基準且覆蓋全廠范圍的被授時設備，能夠確保全廠時間同步系統的安全、可靠運行。

4.1　配置組成

“雙鐘雙源主備式”一體化時間同步系統主要由2臺獨立的主時鐘、多臺從時鐘、信號傳輸介質及被授時設備/系統組成。

主時鐘應具備同時接收至少2種外部時間基準信號，具有晶振或原子頻標內部時間基準，按照要求的時間精確度向外輸出時間同步信號和時間信息的裝置。

從時鐘應具備同時接收主時鐘通過有線傳輸方式發送至少兩路的時間同步信號，具有晶振或原子頻標內部時間基準[4]，按照要求的時間精確度向外輸出時間同步信號和時間信息。

火電廠的主時鐘應具備同時接收GPS和北斗2種外部基準信號且互為熱備用，并為從時鐘提供可靠的授時源。從時鐘接收主時鐘授時并完成對被授時設備的授時功能。

4.2　實現方式

雙鐘雙源主備式時間同步系統的基本實現方式(本文以雙主時鐘、雙從時鐘的配置方式為例)如圖1所示。

圖1　雙鐘雙源主備式時間同步系統配置

雙套主時鐘分別接收GPS和北斗無線外部基準授時源，設置北斗授時源為優先級，并形成雙主時鐘互為熱備用。當北斗衛星基準信號發生異常時，主時鐘自動切換至GPS授時源對時；當其中1臺主時鐘外部雙基準授時源信號接收全部異常時，由另1臺主時鐘為異常主時鐘提供授時功能；當雙套主時鐘GPS和北斗外部基準授時源信號接收全部異常時，主時鐘進入守時狀態，且應滿足守時時間準確度優于55 μs/h要求。雙主時鐘的配置方式增強了全廠時間同步系統的穩定性和可靠性。

從時鐘接收上一級時間同步裝置(主時鐘)發送的有線時間基準信號，并向廠內被授時設備/系統提供時間基準信號，使全廠被授時設備/系統實現統一、標準的時間基準。

4.3　監控報警

火電廠時間同步系統應增加與后臺監控系統的通信連接設備接口，將主時鐘的授時源有效報送至后臺監控系統，監控系統應顯示主時鐘的授時狀態、衛星接收情況(鎖定衛星數量)等信息，當外部基準授時源發生切換或信號異常時，后臺監控系統應及時、準確發出報警信號，為運維人員及時、有效處理問題提供可靠依據。

5　結束語

火電廠一體化時間同步系統的配置應優先考慮電廠運行的安全性，為廠內相關被授時設備/系統提供安全、精準、可靠的時間基準信號，實現全廠時間同步系統一體化。為適應我國大電網互聯、特高壓輸電的發展需要，時間同步系統應由發電廠、變電站的局域網逐步發展至區域電網乃至全網時間基準的高度統一，為電力系統設備管理、能耗分析、生產控制和電網調度提供統一、標準的時間基準，為快速查找故障、分析事故、電網持續運行提供可靠保障，從而確保電力系統安全、穩定、健康發展。

參考文獻：

[1]電力系統的時間同步系統：DL/T 1100.1—2009[S].

[2]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．

[3]黃明遠．大型發電廠電氣系統GPS對時現狀及對策[J]．大眾用電，2008，24(8)：48-49．

[4]曲藝，陳德豐，李鵬里．變電站時間同步系統配置方案研究[J]．東北電力技術，2016，37(4)：46-48．