通信方式對(duì)山東電力IRIG-B碼授時(shí)信號(hào)影響的測(cè)試方案探討

田安琪，朱尤祥，于秋生，劉 磊，周 潔

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司 信息通信公司，山東 濟(jì)南 270001）

0 引 言

電網(wǎng)內(nèi)各電廠和變電站設(shè)備要求時(shí)間統(tǒng)一，包括調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、繼電保護(hù)及故障信息系統(tǒng)、安穩(wěn)控制系統(tǒng)、PMU系統(tǒng)、電能量計(jì)量系統(tǒng)、行波測(cè)距系統(tǒng)以及故障錄波系統(tǒng)等[1]。目前，廠站時(shí)間同步系統(tǒng)多采用互備主從模式時(shí)間同步系統(tǒng)，相比子母鐘系統(tǒng)提高了運(yùn)行可靠性。為進(jìn)一步提高電力自動(dòng)化時(shí)間同步系統(tǒng)的災(zāi)備能力，本文利用BITS設(shè)備為自動(dòng)化時(shí)間同步系統(tǒng)提供第三路路由，并基于IRIG-B碼選擇不同通信傳輸體制的信號(hào)接收可靠性測(cè)試方案。

1 現(xiàn) 狀

1.1 授時(shí)系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，山東電力廠站自動(dòng)化時(shí)間同步系統(tǒng)授時(shí)源主要為中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）和美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS），暫未接收來(lái)自地面BITS設(shè)備的第三路授時(shí)源[2]。

為了克服天基衛(wèi)星定位導(dǎo)航授時(shí)（positioning，Navigation, and Timing，PNT）系統(tǒng)容易受電子干擾、環(huán)境以及地形的影響導(dǎo)致故障率較多等問題，實(shí)現(xiàn)將天空GPS北斗衛(wèi)星信號(hào)搬到地面。我國(guó)開始逐漸建立同步授時(shí)系統(tǒng)，而歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家從多年前已經(jīng)開始相關(guān)的技術(shù)研究，與之相比，我國(guó)的授時(shí)技術(shù)仍落后很多，所以在相關(guān)的文件中指出“適時(shí)啟動(dòng)新一代授時(shí)系統(tǒng)建設(shè)，支撐超精密時(shí)間頻率技術(shù)開發(fā)，逐步形成高精度衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)和高精度基地授時(shí)系統(tǒng)共同發(fā)展的格局”，不斷加快我國(guó)的基地授時(shí)系統(tǒng)建設(shè)與早日建成授時(shí)系統(tǒng)對(duì)我國(guó)的進(jìn)步與發(fā)展同等重要。

1.2 山東電力省級(jí)傳輸網(wǎng)現(xiàn)狀

山東電力省級(jí)SDH光傳輸網(wǎng)主要由10G（A網(wǎng)）和2.5G（B網(wǎng)）兩個(gè)獨(dú)立傳輸系統(tǒng)組成，主要承載繼電保護(hù)業(yè)務(wù)等E1業(yè)務(wù)。A網(wǎng)覆蓋范圍為省公司及省備調(diào)，所有500 kV及以上等級(jí)變電站、各地市公司，B網(wǎng)覆蓋范圍為省公司本部及省備調(diào)，所有500 kV及以上等級(jí)變電站、各地市公司及地市第二匯聚點(diǎn)[3]。

山東電力省級(jí)PTN光傳輸網(wǎng)由一個(gè)傳輸系統(tǒng)組成，主要承載視頻會(huì)議等以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，覆蓋范圍為省公司及省備調(diào)、地市公司、支撐單位，所有500 kV及以上等級(jí)變電站。

山東電力省級(jí)OTN光傳輸網(wǎng)由一個(gè)傳輸系統(tǒng)組成，主要承載大顆粒業(yè)務(wù)，覆蓋范圍為省公司及省備調(diào)、地市公司、部分支撐單位，所有500 kV及以上等級(jí)變電站。

1.3 山東電力頻率同步網(wǎng)現(xiàn)狀

2018年，山東電力建成全面覆蓋且安全可靠的頻率同步網(wǎng)，為傳輸網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)提供高質(zhì)量定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)。省中心節(jié)點(diǎn)配置一臺(tái)全網(wǎng)基準(zhǔn)時(shí)鐘作為全網(wǎng)基準(zhǔn)源，配置一臺(tái)銫鐘和雙衛(wèi)星接收機(jī)，以提供高精度的基準(zhǔn)信號(hào)。覆蓋地市公司和部分500 kV變電站的時(shí)鐘可通過(guò)省級(jí)傳輸網(wǎng)進(jìn)行溯源，覆蓋縣公司和部分220 kV變電站的時(shí)鐘可通過(guò)各地市通信網(wǎng)進(jìn)行溯源[4]。

1.4 時(shí)間同步網(wǎng)建設(shè)的必要性以及意義

1.4.1 必要性

數(shù)字式的監(jiān)控設(shè)備和繼電保護(hù)時(shí)間基準(zhǔn)的獲取，最早由設(shè)備內(nèi)部時(shí)鐘提供，由于各裝置內(nèi)部時(shí)鐘的質(zhì)量有所差異，所以在工作一段時(shí)間后，各個(gè)設(shè)備的時(shí)間就會(huì)在一定程度上存在差異，從而為社會(huì)和人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)不利影響，嚴(yán)重阻礙社會(huì)的發(fā)展。

1.4.2 意 義

時(shí)間同步系統(tǒng)的建立有利于為電力系統(tǒng)的計(jì)費(fèi)、運(yùn)行以及維護(hù)確定統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，提高電力系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，為提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)奠定良好的基礎(chǔ)。對(duì)于電力生產(chǎn)系統(tǒng)，精確的時(shí)間有利于保證設(shè)備的良好運(yùn)行和更準(zhǔn)確的計(jì)費(fèi)，減少與客戶之間的矛盾，對(duì)于維護(hù)部門，時(shí)間同步有利于排除定位系統(tǒng)故障，解決系統(tǒng)中存在問題，而對(duì)于電力測(cè)試部門，有利于保證試驗(yàn)結(jié)果的有效性和完整性。

2 測(cè)試方案探討

2.1 測(cè)試系統(tǒng)

IRIG是靶場(chǎng)間測(cè)量?jī)x器組（Inter Range Instrumentation Group）的簡(jiǎn)稱，IRIG-B碼的時(shí)幀速率為1幀/s，可傳遞100位的信息，完成時(shí)間和頻率同步。省中心節(jié)點(diǎn)的全網(wǎng)基準(zhǔn)時(shí)鐘可輸出IRIG-B碼時(shí)間信號(hào)，供其他設(shè)備使用。為測(cè)試通信方式對(duì)IRIG-B碼時(shí)間信號(hào)的影響，在省中心節(jié)點(diǎn)和備用中心節(jié)點(diǎn)之間搭建如圖1所示的測(cè)試環(huán)境，利用單一變量法進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。

利用省中心節(jié)點(diǎn)全網(wǎng)基準(zhǔn)時(shí)鐘為測(cè)試系統(tǒng)提供時(shí)間源，銫原子鐘用于發(fā)送時(shí)間校準(zhǔn)頻率信號(hào)給雙銣鐘BITS，雙銣鐘BITS用于接收衛(wèi)星基準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，并根據(jù)時(shí)間校準(zhǔn)頻率信號(hào)對(duì)衛(wèi)星基準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，得到IRIG-B碼授時(shí)信號(hào)并發(fā)送給省中心節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步系統(tǒng)[5]。

圖1 時(shí)間同步測(cè)試系統(tǒng)

省中心節(jié)點(diǎn)自動(dòng)化時(shí)間同步系統(tǒng)用于接收IRIG-B碼時(shí)間信號(hào)，進(jìn)行時(shí)間信號(hào)分發(fā)，還可以接收來(lái)自安裝在廠站側(cè)時(shí)間同步系統(tǒng)的時(shí)間信號(hào)，并發(fā)送至監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析對(duì)比。廠站側(cè)安裝時(shí)間同步系統(tǒng)，通過(guò)通信傳輸通道接收時(shí)間信號(hào)。監(jiān)控系統(tǒng)安裝于省中心節(jié)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)全網(wǎng)時(shí)間信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)比分析時(shí)間信號(hào)。

2.2 測(cè)試因素選擇

為了方便進(jìn)行測(cè)試，選用省級(jí)傳輸網(wǎng)承載時(shí)間信號(hào)進(jìn)行傳遞。山東電力省級(jí)傳輸網(wǎng)主要包括SDH、PTN以及OTN，基于IRIG-B碼的小顆粒業(yè)務(wù)及省級(jí)傳輸網(wǎng)的現(xiàn)狀，OTN系統(tǒng)暫不能傳輸小顆粒業(yè)務(wù)，因此選用SDH網(wǎng)絡(luò)和PTN網(wǎng)絡(luò)作為通信傳輸通道進(jìn)行測(cè)試。但是SDH的傳輸通道是剛性帶寬，而PTN的傳輸通道是彈性帶寬，這可能會(huì)對(duì)時(shí)間信號(hào)的延時(shí)產(chǎn)生影響[6]。

備用中心節(jié)點(diǎn)配有省級(jí)SDH設(shè)備、PTN設(shè)備以及OTN設(shè)備，設(shè)備類型齊全，且省中心節(jié)點(diǎn)與備用中心節(jié)點(diǎn)之間地理距離居中，省級(jí)SDH傳輸網(wǎng)與省級(jí)PTN傳輸網(wǎng)在省中心節(jié)點(diǎn)與備用中心節(jié)點(diǎn)之間的路由基本一致，交通方便，適合開展測(cè)試，于是選用備用中心節(jié)點(diǎn)作為測(cè)試的另一端節(jié)點(diǎn)[7]。

2.3 測(cè)試方法

為了測(cè)試通信方式對(duì)時(shí)間信號(hào)的影響，需要按照以下步驟進(jìn)行開展工作。首先在衛(wèi)星接收正常的情況下，省中心節(jié)點(diǎn)和備用中心節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)間同步系統(tǒng)設(shè)備，基于SDH和PTN開通省中心節(jié)點(diǎn)與備用中心節(jié)點(diǎn)之間的傳輸通道，按照?qǐng)D1進(jìn)行連線。其次經(jīng)過(guò)一個(gè)月的測(cè)試后，在監(jiān)控系統(tǒng)中分析數(shù)據(jù)，查看兩種通信方式對(duì)時(shí)間信號(hào)精度和偏差值的影響。最后在關(guān)閉衛(wèi)星接收功能即模擬衛(wèi)星實(shí)效情況下，在監(jiān)控系統(tǒng)中觀測(cè)數(shù)據(jù)，查看兩種通信方式對(duì)時(shí)間信號(hào)的精度和偏差值。

3 結(jié) 論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)逐漸被廣泛應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步與傳輸協(xié)議提出了更嚴(yán)格的要求，并且隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)時(shí)間精確度的要求也越來(lái)越高。利用IRIG-B碼授時(shí)既含有秒脈沖信息又含有時(shí)間報(bào)文，對(duì)外傳輸采取標(biāo)準(zhǔn)的RS-422總線，可以直接接到有IRIG-B碼的輸入接口的設(shè)備上進(jìn)行對(duì)時(shí)。本文從山東電力授時(shí)現(xiàn)狀出發(fā)，通過(guò)測(cè)試探討通信方式對(duì)時(shí)間信號(hào)的影響，為基于地面時(shí)鐘的時(shí)間同步技術(shù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)依據(jù)，驗(yàn)證地面時(shí)鐘為時(shí)間同步系統(tǒng)提供第三路由的可行性。