基于保障電網設備安全的地面同步監測系統設計探析

摘 要： 在電力系統中，通過構建地面同步監測系統能夠實現監測網內被授時設備的時間同步及對授時設備狀態、被授時設備信息等情況。文章結合電力系統二次設備時間監測管理系統項目，從控制器、FPGA守時單元、告警輸出單元、時鐘基準源接收端口和用于連接電網設備的設備接口單元等方面分析了地面同步監測系統的設計要點，期望為類似項目的設計提供參考。

關鍵詞： 電網設備;地面同步監測系統;控制器

一、 引言

在電力系統中，二次設備扮演著重要的角色，對于保證整個電力系統的安全穩定運行發揮了重要的作用。時鐘同步系統在二次系統中占有重要的地位，二次設備常見的對時方式包括網絡NTP對時和B碼對時。整個電力系統在運行的過程中，具備統一的時鐘同步系統對電網的安全運行具有較高的應用價值。電網中的各種設備的時間同步精度至關重要。如果沒有統一的動作時間就很難判斷故障所在，更不能對故障錄波和保護動作信息進行事故準確分析。由于廠站內各個時標不同步，無法相互參考，將給事故分析帶來很大的困擾，即使有同步時鐘的存在也會因為失星，或者外部因素比如交換機故障導致授時無法達到一致，這時即使是廠站工作人員也無法判斷時間精度是否一定準確。基于此，文章主要對基于保障電網設備安全的地面同步監測系統的相關設計進行了分析。

二、項目概況

在電力系統二次設備時間監測管理系統中，所采用的站內通信管理機、調度主站以及電力二次設備均為現有電力系統所共有，可使電力系統局部統一的時鐘同步信號，保證所接收到的信號的準確性和可信性。文章以配網紅外電力狀態監測數據管理系統項目為例，分析基于保障電網設備安全的地面同步監測系統設計要點。在該項目中，公司與武漢高德智感科技有限公司就配網紅外電力狀態監測數據管理系統項目進行合作。該項目的難點根據國調文件要求電力系統時間同步監測遵循分級管理的原則，各級調度控制中心監測管理直調廠站和下級調度的時間同步狀況，站內監測系統管理站內主要二次設備的時間同步狀況。公司在滿足以上技術要求的前提下配置了2臺主時鐘設備和6臺監測單元，滿足了項目的技術要求。

三、地面同步監測系統

地面同步監測系統分為時間同步部分和時間監測部分。通過地面同步監測系統的建設，可以實現時間系統的應用監測。在地面同步監測系統中，包括控制器、FPGA守時單元、告警輸出單元、時鐘基準源接收端口和用于連接電網設備的設備接口單元;控制器通過時鐘基準源接收端口接收時鐘基準源信號，并利用FPGA守時單元對時鐘基準源信號進行處理，以得到裝置時鐘基準源;控制器通過設備接口單元獲取電網設備的時鐘信號，并將時鐘信號與裝置時鐘基準源進行比較;然后根據比較結果輸出告警信號。

四、地面同步監測系統設計分析

對于地面同步監測系統，其能夠在無人監管的情況下對電網中不符合時間精度要求的設備裝置做出判斷并進行告警處理。

（一）控制器

控制器通過設備接口單元獲取電網設備的時鐘信號，并將時鐘信號與裝置時鐘基準源進行比較;然后根據比較結果向告警輸出單元輸出告警控制信號。為使現場技術人員能夠更加直觀的看到廠站內各電網設備的時鐘同步情況，在該系統中還設有顯示單元，控制器將獲取到的設備時鐘信息以及比較結果告警信息皆通過顯示單元來顯示，顯示單元可采用現有的顯示器產品。

（二）FPGA守時單元

在地面同步監測系統中，采用FPGA守時單元是關鍵的環節之一。采用FPGA守時單元，可以實現裝置守時的功能。同時控制器通過時鐘基準源接收端口接收時鐘基準源信號，并利用FPGA守時單元對時鐘基準源信號進行處理，以得到裝置時鐘基準源。

（三）告警輸出單元

告警輸出單元是地面同步監測系統中的重要組成部分。項目通過告警輸出單元，可以使得地面同步監測系統的運維人員，看到系統中產生的相關告警信息。在地面同步監測系統的運行中，控制器根據比較結果向告警輸出單元輸出告警控制信號。

（四）時鐘基準源接收端口

時鐘基準源接收端口包括用于接收GPS時鐘源信號GPS時鐘源端口，和連接以太網交換機以接收IRIG-B碼時鐘源的PTP時鐘源端口。此外還可另設用于接收北斗時鐘源信號的北斗時鐘源端口，其與GPS時鐘源端口接收的時鐘源信號皆為報文形式。多時鐘源信號的輸入可提高產站內同步時鐘的穩定性和精確度。

（五）設備接口單元

設備接口單元包括PTP接口、NTP接口、IRIG-B碼接口和串行接口，能夠涵蓋廠站內幾乎所有電網設備接口類型，以監測廠站內各種設備的運行狀況與時鐘基準源的時間偏差，給故障分析提供有效可靠地基準。具體為對站內接入的設備的串口或者NTP或者PTP或者IRIG-B碼進行編號標識，以及對站內的設備監測到時間偏差大的裝置定點進行告警輸出，提醒站內工作人員及時進行處理。

五、 地面同步監測系統的應用

在電力系統中采用地面同步監測系統，可對電網內各種電力設備的同步時間進行實時監測，并將監測得到的時間與始終基準源進行比較記錄以及存儲，以判斷被監測裝置是否在時間允許的誤差之內。若超出誤差則輸出告警信號，即使在無人監管的情況下，這種方法也可對不符合時間精度要求的裝置做出判斷并進行告警處理，為電網設備的安全運行更加提供了保障。

六、 結論

文章首先分析了地面同步監測系統的基本概念和原理，之后對基于保障電網設備安全的地面同步監測系統的相關設計進行了分析，包括地面同步監測系統中的控制器、FPGA守時單元、告警輸出單元、時鐘基準源接收端口和用于連接電網設備的設備接口單元等部門的設計，對于提高地面同步監測系統的應用性能具有一定的作用。

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作者簡介：? 潘玉琴，南京智宏電氣有限公司。