時間同步系統在企業供配電繼電保護系統中的應用

李勝亮

（中鋁洛陽銅加工有限公司，河南 洛陽 471039）

隨著社會經濟的發展，很多企業的高壓配電系統（本文章以企業的10KV配電系統為主，以下同）自動化程度越來越高。企業配電站根據生產功能和重要程度分別設置，分為主控站（一級站）、區域站（二級站）、功能站（三級站）等，每一級配電站內安裝多臺獨立運行的高壓配電柜（以KYN28A型為主），高壓柜安裝微機綜合保護裝置實現對本柜配電負荷的綜合保護與遠程操作[1]。每一級配電站內安裝集中的通訊管理裝置，各個配電站之間采用光纖集中接至總控制室的工控機的自動化系統上，從而實現了各級配電站的遠程管理。電網運行情況瞬息萬變，為了在其發生事故時能夠以發生時間先后準確追溯始發故障、連鎖故障，及時處理或隔離故障點，保障電網運行，需要統一的時間基準和時間精度，以保證自動化控制系統、故障錄波、SOE等一系列變電站自動化裝置運行的準確性[2,3]。

1 配電柜的微機綜合保護裝置

微機綜合保護裝置安裝在獨立的配電柜上，它是以微處理器為核心，具備過流、速斷、延時跳閘、電壓監測、報警與故障記錄、計量監測等功能，通過RS-485通訊具備遠程管理功能，是電力自動化系統最終端的數據采集、記錄、執行器件。它記錄任一臺配電柜的故障情況及故障時間均通過傳輸網絡輸送到中控室的自動化控制系統上。

2 企業配電自動化控制系統

企業的配電自動糊控制系統是安裝于中控室工控機上的管理系統，它通過傳輸網絡實現對各級配電站和各個配電柜的遠程分別管理，主要具備數據采集及處理、遠程操作就控制、事故報警和記錄功能、報警事件啟動事故追憶、監控顯示、故障錄波、報表生成及打印功能。

3 時間同步系統

（1）概述。配電自動化控制的時間同步系統指為了規范電網內所有運行設備的時間準確性和精度而設立的時間同步系統，使所有軟硬件在統一的時間精度下運行。在整個電網中，電力設備都是在線運行，并實時進行數據采集和數據處理，而時間同步系統的可靠性在這里尤為重要。事故發生后，可以通過查找SOE裝置的記錄幫助運行維護人員明確事故發生的時間。這樣做，可以及時解決問題，不走彎路。電網自動化裝置和工控機自帶的實時時鐘受現代制作工藝的限制，其精度并不是統一的，有很小的誤差。這些小誤差隨著設備的長時間運行慢慢積累，進而形成較大的誤差，最終影響時鐘的準確性，使其失去時間計量作用。

目前，時間同步對時方式有很多，基于電網系統的特殊性，各級配電站的反饋級差不超過1s，綜保裝置的最高時間設置精度為0.001s，為了追溯故障設備的時間先后，要求授時系統的時間精度不小于毫秒級，因此一般采用GPS+BDS授時系統。GPS和BDS雙運行或單運行模式均可，為了保證可靠性，最好采用雙運行模式。

時間同步系統的架構圖如下。

圖1 衛星時間同步系統的架構

（2）系統的工作原理。衛星接收模塊從GPS、北斗衛星接收精確的時間信息，經編碼處理后再通過RS-232接口向控制中心服務器提供時間信息和秒脈沖信號，該時間同步信號同步于世界時UTC。NTP服務軟件使電網控制中心服務器成為標準NTP衛星時間同步系統，并能通過電網自動化控制系統軟件同步網內的各工作站、路由器、交換機和配電柜的綜合保護裝置，從而實現整個電網控制系統的時間同步。

4 時間同步系統在企業供配電系統故障處理中的應用

（1）某企業設置總配電站一座，分配電站10個（編號為1#-10#配電站），總配電站主要為接受供電公司10KV配電網絡，并配出10KV供電線路給分配電站，分配電站給負責區域內的各種變壓器、高壓電機供電。

（2）該企業設有主控制室，11個配電站無人值守，每個配電站設置獨立的通訊管理終端（通訊管理機）負責本分站內所有獨立高壓柜的綜合保護裝置管理。11個配電站的通訊管理終端通過將信息傳輸至主控室，主控室安裝有兩臺獨立運行的工控機，均安裝電力自動化控制監控系統，兩臺工控機互為備用，數據實時共享傳輸，共同負責整個公司電力系統的運行監控、異常報警、電字自動抄報和報表輸出、遠程操作與反饋等。

（3）2018年X月X日X時X分，總控制室值班人員收到多起聲光報警，顯示為5#配電站多面高壓柜跳閘。5#高壓配電站為該企業的壓縮空氣站，負荷均為10KV高壓電動機，平時兩段供電分別運行。該站的電網故障將使全企業的壓縮空氣失壓，越及早處理對企業的損失越小。值班人員立即聯系檢修人員到5#高壓配電站處理故障，檢修人員到達5#高壓配電站后發現，站內1#進線柜及1段母線斷電失壓，1段母線的5面高壓柜斷電失壓，于是采用試合閘的方式進行送電，當遇到故障柜時，1段母線會再次失壓，從而判定故障點。結果1#進線柜及配出柜送電后均再無跳閘，故障點未找到。

（4）壓縮空氣恢復供氣壓力后，該企業的技術處電氣工程師隨即進行事故調查。該工程師認為5臺配出柜同時發生故障的可能性很小，必定有先發故障，從而導致1#進線柜跳閘和1段母線失壓。于是改工程師調取1段母線的6個綜合保護裝置數據，結果均顯示如下主要報警信息：15:42:3608 三相失壓報警。15:42:3608 主斷路器儲能完成。15:42:3608 主斷路器故障分位。

后查詢每個綜保裝置的時間精度設置均為0.01s，因此從單體配電柜的的綜保裝置不能確定先發故障。該工程師于是查看了總控制室電力自動化控制監控系統的報警記錄，主要如下：15:42:36088 5#站1#高壓電動機三相失壓，斷路器分位。15:42:36088 5#站1#高壓電動機就地報警輸出，遙測信號開。15:42:36088 5#站2#高壓電動機三相失壓，斷路器分位。15:42:36088 5#站2#高壓電動機就地報警輸出，遙測信號開。15:42:36088 5#站4#高壓電動機三相失壓，斷路器分位。15:42:36088 5#站4#高壓電動機就地報警輸出，遙測信號開。15:42:36088 5#站5#高壓電動機三相失壓，斷路器分位。15:42:36088 5#站5#高壓電動機就地報警輸出，遙測信號開。15:42:36087 5#站1#進線柜三相失壓，斷路器分位。15:42:36087 5#站1#進線柜就地報警輸出，遙測信號開。15:42:36085 5#站3#高壓電動機速斷跳閘，斷路器分位。15:42:36085 5#站3#高壓電動機地報警輸出，遙測信號開。

該工程師從上述報警記錄中發現3#高壓電動機是始發故障，因此讓檢修人員對3#高壓電動機及供電電纜進行絕緣檢測，發現3#高壓電動機繞組對地電阻為0，其供電線路和其余電動機和線路絕緣均合格，因此判定3#高壓電動機為始發故障，隨后脫開3#高壓電動機配電柜，其余5臺高壓柜順利送電，供氣系統采用雙電源系統。

（5）事故總結。①該企業雖然安裝了時間同步系統，時間精度為0.001s，但分體配電柜的綜保裝置時間精度均錯誤的設置成了0.01s，導致在本體配電柜無法分辨時間先后并引發越級跳閘。因此需要對綜保裝置的時間精度重新設定，與時間同步系統、中控室的控制系統時間精度一致，均為0.001s。②該主控室的電力自動化控制監控系統運行維護良好，使得故障溯源得以展開，最終發現了始發故障。

5 結語

（1）企業配電系統的時間同步系統可以有效防止電力系統全網時鐘不同步造成的數據和信息丟失、SOE時間信息邏輯混亂，造成故障分析難以進行，處理故障時間增加，對企業的生產和安全帶來隱患。

（2）企業配電系統的時間同步系統應用后，應確保系統內每臺單獨設備的時間精度與授時系統的精度保持一致，并采用防篡改的措施，這樣才能保障全系統時間精度的一致性。

（3）在實際應用中，以GPS為主的時間同步系統裝置較多，隨著我國北斗導航系統（BDS）的功能日趨強大，采用BDS為主的時間同步技術越來越先進，因此采用GPS+BDS雙系統運行的授時系統更能確保企業電網系統時間同步系統運行的可靠性。