變電站自主可控時鐘同步系統(tǒng)技術(shù)與應用

武天龍

摘要：時鐘同步技術(shù)在變電站電力系統(tǒng)故障分析、維護控制、運行管理等方面具有重要意義。本文著重介紹了當前國際上普遍采用的時鐘同步技術(shù)以及變電站中常用的時鐘同步技術(shù)。對GPS同步誤差、應采取的措施及變電站同步的具體應用進行了系統(tǒng)分析。在此基礎上，展望了時鐘同步技術(shù)的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢。指出了GPS主要指的是時鐘源，將脈沖信號與時間信息結(jié)合起來實現(xiàn)綜合授時是保證時間同步精度的最有效方法。

關(guān)鍵詞：智能變電站;時鐘同步;變電運維

0.引言

伴隨著電力企業(yè)體制改革的不斷深入，電力自動化水平得到了提高。電力控制、保護、測量、記錄設備在變電站工作管理中，離不開精確的時鐘基準。由于技術(shù)的廣泛應用，GPS時鐘同步技術(shù)得到了進一步推廣和應用。該方法實用、精確，可實現(xiàn)變電站、變電站和變電站的精確時間同步，具有很強的實用性和精確性。現(xiàn)代變電站的時間同步精度可以達到微秒級，因此將其應用于電力自動化具有重要意義。

1.時鐘同步源

1.1無線電授時

在北美，無線電授時一般包括WWV、WWVB和WWVB。對于WWV與WWVH的精度通常保持在10ms之內(nèi)，但是由于其絕對時間與語音時間的關(guān)系，通常難以將其轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)字信號。WWVB主要通過65kHz的載波信號傳輸時間信息，保證精度在1ms以內(nèi)。

1.2衛(wèi)星授時

GPS是以人造衛(wèi)星為主要載體的無線電導航與GPS定位系統(tǒng)，可實現(xiàn)覆蓋和不間斷的全球定位。能有效地進行導航、定位和授時。現(xiàn)在國際上主要的衛(wèi)星定位技術(shù)有美國的GPS、俄羅斯發(fā)射的GLONASS、歐洲航天局的伽利略、我國的北斗導航系統(tǒng)等。GPS在實現(xiàn)用戶設備定位、授時、系統(tǒng)可靠性、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等方面具有巨大優(yōu)勢，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應用。當前，北斗系統(tǒng)在我國迅速發(fā)展。新的變電站需要配置雙主時鐘，以支持北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的單向標準時間信號。

1.3網(wǎng)絡授時

NTP也就是網(wǎng)絡系統(tǒng)中的網(wǎng)絡時間協(xié)議，NTP協(xié)議和基本網(wǎng)絡事件協(xié)議SNTP是因特網(wǎng)上廣泛使用的傳輸協(xié)議。NTP是一種TCP/IP協(xié)議，其時間同步算法相對復雜。這種方法能有效、精確地測量1-50毫秒范圍的數(shù)據(jù)。另外，SNTP是一個簡化的NTP版本。NTP中沒有復雜的算法，適用于更簡單的網(wǎng)絡。在IEC61850中有相關(guān)規(guī)定。對于時間的同步，實際上就是SNTP協(xié)議。多數(shù)情況下，精度保證是10毫秒。

2.時鐘同步技術(shù)在變電站中的應用

2.1脈沖對時（硬對時）

主要有秒脈沖信號PPS（PulseperSecond，每秒1個脈沖）和分脈沖信號（PulseperMinute，每分鐘1個脈沖）。GPS輸出的一次脈沖模式與UTC同步，其時間精度高，上升沿時間誤差不超過1μ。國內(nèi)外IED都采用這種施工同步方式。分脈沖主要是運用GPS在每分鐘所發(fā)出的脈沖形式來進行準確的時間的同步與授時。針對南瑞的RCS-8000和RCS-8600變電站自動化系統(tǒng)，采用靜態(tài)空接點或RS-485差分信號來傳送脈沖信號，具有一定的優(yōu)越性，可實現(xiàn)多個IED同時定時定時信號傳輸距離。

2.2編碼對時

編碼對時信號有許多種，國內(nèi)最常用的是IRIG-B，有調(diào)制和非調(diào)制兩種。1kHz正弦調(diào)制信號可達到1ms的時間同步精度，可達到納秒級的非調(diào)制精度。傳送距離所用的非調(diào)制TTL電平信號，用在傳輸距離不大的場合。南瑞繼保開發(fā)的GPS主時鐘可以通過RS-485總線傳輸非調(diào)制的IRIG-B碼。實際上，IRIG-B碼也可視為一種綜合的時間同步機制。其消息包含時間信息，如秒、分、時、日。每一幀的第一次變換對應整個第二信號。這與第二脈沖同步信號相等。

2.3綜合對時

將時間報文和脈沖信號相結(jié)合是一種比較完善的對時方式。通常脈沖信號發(fā)出一秒鐘后，主時鐘就會發(fā)出相應的信號。IED系統(tǒng)通常首先接收相應的脈沖信號，然后接收相應的信息。IED認為，如果IED接收到一秒脈沖，但技術(shù)毫秒信號并未達到零，那么IED認為認為當?shù)貢r鐘偏快，則將秒計數(shù)保持不變，那么如果已經(jīng)超過了零，就意味著時間總是快于正常時間。這樣，以秒為單位的計數(shù)就會保持不變。IED在接收到相應的消息之后計算出IED秒數(shù)或者更少。這一計數(shù)還包括秒表的復位，它只是簡單地以一秒為單位改變計數(shù)器，將毫秒或更小的時間單位保持不變。

3.時鐘同步技術(shù)的運用

近幾年來，時鐘同步技術(shù)以碼對時、硬對時和網(wǎng)絡 NTP為支撐。時鐘同步系統(tǒng)能很好地與變電站設備集成。時序接口有RS232串口輸出、RS485串口輸出、1 PPS/秒輸出等多種輸出方式。為保證變電站電氣自動化系統(tǒng)準確、高效的運行，大多數(shù)設備都需要嵌入時鐘同步系統(tǒng)來進行時間同步，增加了設備的接口類型。所以，在現(xiàn)實工作中，通常會結(jié)合利用多樣式對時端口方式。科學結(jié)合變電站高壓室與保護室時鐘同步系統(tǒng)屏，具有接收功能、衛(wèi)星信號處理功能、反饋標準同步時間信號等標準化同步主時鐘。接收機同步系統(tǒng)反饋參考信號，根據(jù)參考信號完成時間同步工作。當主時鐘未能獲取到時間同步系統(tǒng)反饋出的基準信號后，將自行走時，形成標準行走方式。時間基準進入正常狀態(tài)下，主時鐘將自覺同步時間。

4.結(jié)束語

綜上所述，時鐘同步技術(shù)是電力系統(tǒng)運行的一個重要方面。IRIG-B在現(xiàn)有技術(shù)條件下仍是保證變電站時間同步精度的一種有效手段，實現(xiàn)時間信息與脈沖信號的一體化時間同步。IEEE1558將逐漸成為時間同步的主要工具。除 GPS外，北斗星導航系統(tǒng)提供了可靠的時鐘源。這種基于時鐘同步技術(shù)的新型應用功能將得到進一步的發(fā)展，如步相測量。

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