時間同步系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化

摘要：隨著電力生產(chǎn)設(shè)備自動化程度越來越高，對設(shè)備安全運(yùn)行管理的水平也提出了更高的要求，這就需要一套高精度的時鐘系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)就時鐘系統(tǒng)的配置方案進(jìn)行了詳細(xì)分析，各廠站需結(jié)合自身的需求進(jìn)行配置;同時對時鐘系統(tǒng)功能、要求、原理、配置方案及故障后對被授時設(shè)備的影響進(jìn)行了詳細(xì)闡述。完善的時鐘系統(tǒng)不僅有利于加快事故的分析處理，更是提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行能力。

關(guān)鍵詞：配置;對時系統(tǒng);安裝要求

0? ? 引言

時鐘是電氣二次系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集、控制、事故分析的基礎(chǔ)，是電力系統(tǒng)不可或缺的一部分。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用電的智能化要求對時間同步的要求會非常高，電力控制技術(shù)不斷發(fā)展，更高精度的控制技術(shù)和事故分析都離不開更為精確的統(tǒng)一時間。為確保電氣系統(tǒng)各部分能夠穩(wěn)定可靠工作，時鐘系統(tǒng)的配置尤為重要。本文對時鐘系統(tǒng)功能、要求、原理、配置方案及故障后對被授時設(shè)備的影響進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

1? ? 托克托電廠概況

托克托發(fā)電公司共有12臺機(jī)組，總裝機(jī)容量6 720 MW，共有4個網(wǎng)控樓。原廠站對時系統(tǒng)由多個系統(tǒng)組成，改造后，在1號網(wǎng)控樓設(shè)立統(tǒng)一時鐘系統(tǒng)，由兩套北斗衛(wèi)星對時系統(tǒng)組成，通過光纖分別傳輸給一期至五期機(jī)組電子間、2號網(wǎng)控樓電子間、220 kV變電站網(wǎng)控樓電子間及呼鋁網(wǎng)控樓電子間的擴(kuò)展箱，通過各擴(kuò)展箱給區(qū)域內(nèi)設(shè)備對時，以實(shí)現(xiàn)全廠時間的統(tǒng)一。

2? ? 對時系統(tǒng)

2.1? ? 對時系統(tǒng)的功能

近年來電力系統(tǒng)自動化技術(shù)迅速發(fā)展，發(fā)電廠、變電站監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)、RTU、故障錄波器、微機(jī)繼電保護(hù)裝置、機(jī)組DCS和DEH系統(tǒng)等的正常工作和作用發(fā)揮，都離不開時間記錄和統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)，而在這些裝置內(nèi)部都有自己的時鐘，即所謂的“實(shí)時時鐘”。這些實(shí)時時鐘都是電子式的，它的準(zhǔn)確度一般都不是很高，長時間運(yùn)行后累計誤差越來越大，如不及時校正，將影響它們正常作用的發(fā)揮。因此，這些裝置的實(shí)時時鐘實(shí)現(xiàn)自動時間同步是電力系統(tǒng)自動化的一個重要任務(wù)。

2.2? ? 時鐘系統(tǒng)的要求

（1）主時鐘要雙機(jī)冗余備用：至少要有兩臺主時鐘（北斗或GPS），每臺主時鐘要通過天線接收衛(wèi)星時間信號。

（2）擴(kuò)展時鐘信號輸入也應(yīng)雙重化配置：擴(kuò)展時鐘的接收模塊應(yīng)有兩路輸入接口，可以分別接收兩路主時鐘時間信號。

（3）高精度守時：擴(kuò)展時鐘和主時鐘可配置普通晶振和高精度的恒溫晶振，當(dāng)外部時間信號失去后，可使輸出時間精度達(dá)到規(guī)程要求，完全滿足各被授時設(shè)備的時間精度要求。

（4）時間輸出模塊：每臺主時鐘和擴(kuò)展時鐘均可按被授時設(shè)備要求輸出多種時間形式，如RS232、RCS485、RS422串行接口，IRIG-B電B碼、光B碼，脈沖信號（秒脈沖、分脈沖、時脈沖等），網(wǎng)絡(luò)NTP/TPT等。

（5）電源模塊：要求主時鐘和擴(kuò)展時鐘都具有雙路電源，電源電壓范圍達(dá)85～240 V，交直流通用，任意電源失去后發(fā)出電源告警信號，但不影響時鐘運(yùn)行。

（6）人機(jī)界面：液晶面板上應(yīng)能顯示年、月、日、時、分、秒，接收衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星狀態(tài)、電源模塊狀態(tài)及各時間信號運(yùn)行狀態(tài)等。如有需要，可以在時鐘裝置菜單內(nèi)顯示報警信息、收星數(shù)量等，良好的人機(jī)界面既能降低用戶操作的復(fù)雜程度，又有利于實(shí)時掌握時鐘系統(tǒng)運(yùn)行工況，給用戶提供便利。

（7）告警：主時鐘至少應(yīng)有電源告警、時鐘失星告警及時間異常告警等，將告警信號送給NCS或DCS后臺，方便運(yùn)行人員及時發(fā)現(xiàn)告警，可以更快地處理時鐘系統(tǒng)的異常。

（8）安裝：主時鐘接收器（蘑菇頭）的主要功能是接收同步衛(wèi)星發(fā)出的時鐘信息，接收到的衛(wèi)星數(shù)量越多則主時鐘輸出的對時精度越高。由于主時鐘接收機(jī)的接收功率有限，無法穿越建筑物或遮擋物，因此主時鐘接收器的安裝位置點(diǎn)應(yīng)選在樓頂最高處，安裝點(diǎn)周圍應(yīng)無遮擋，才能保證接收器穩(wěn)定可靠地接收同步衛(wèi)星發(fā)出的時鐘信息。

（9）投運(yùn)前檢測試驗：在時鐘系統(tǒng)安裝投運(yùn)前要測量星歷分布、衛(wèi)星強(qiáng)度等，找出最佳安裝位置;安裝后，要進(jìn)行主時鐘精度檢測、擴(kuò)展箱精度檢測、守時精度檢測、報警信號上送、切換試驗等，并留有相關(guān)試驗報告，這樣才能確保時鐘系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

3? ? 時鐘系統(tǒng)的重要性

3.1? ? 時鐘系統(tǒng)對保護(hù)裝置、故障錄波器、信息子站系統(tǒng)的影響

繼電保護(hù)裝置、故障錄波器、信息子站等自身有對時功能，是靠裝置本身的時間晶振完成守時的，但裝置守時精度不夠，隨著時間的推移，各保護(hù)裝置的事件記錄時間會不一致，對事件的追憶及分析產(chǎn)生影響，因此繼電保護(hù)裝置、故障錄波器、信息子站等必須接入統(tǒng)一時鐘系統(tǒng)。

3.2? ? 時鐘系統(tǒng)對PMU的影響

PMU通過接入時鐘系統(tǒng)進(jìn)行對時，能保證全網(wǎng)數(shù)據(jù)同步性，時標(biāo)信息與數(shù)據(jù)同時存儲并發(fā)到主站。PMU采集的相關(guān)數(shù)據(jù)是兩個細(xì)則中一次調(diào)頻考核的重要依據(jù)，如果時鐘系統(tǒng)與PMU對時中斷，造成PMU采集的數(shù)據(jù)上傳不同步，就會影響電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。因此，時鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定性對PMU系統(tǒng)起著關(guān)鍵作用。

3.3? ? 時鐘系統(tǒng)對DCS的影響

對于發(fā)電廠，DCS和NCS是非常重要的控制系統(tǒng)，需要采集大量事實(shí)數(shù)據(jù)用來監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，并實(shí)時發(fā)出控制指令用于調(diào)節(jié)，因此時鐘統(tǒng)一對于發(fā)電廠有重要意義，但當(dāng)對時系統(tǒng)本身出問題時，可能對DCS造成致命影響。此次改造時對DCS的時間參數(shù)做了試驗，發(fā)現(xiàn)時間調(diào)整會對實(shí)時趨勢及歷史數(shù)據(jù)歸檔產(chǎn)生影響，當(dāng)時間向未來調(diào)整時，實(shí)時趨勢會產(chǎn)生數(shù)據(jù)缺失，系統(tǒng)自動補(bǔ)充趨勢顯示導(dǎo)致實(shí)時趨勢內(nèi)所有點(diǎn)均變?yōu)橐粭l直線，直線長度為調(diào)整時間的長度;當(dāng)時間向過去調(diào)整時，由于時間回到過去，而實(shí)時趨勢最新的數(shù)據(jù)已屬于未來數(shù)據(jù)，實(shí)時趨勢會卡死，一直等到時間恢復(fù)到調(diào)整前的時間為止。也就是說，向后調(diào)整多長時間，實(shí)時趨勢就會卡死多長時間，此時若運(yùn)行人員不明原因就進(jìn)行操作，很容易發(fā)生誤操作導(dǎo)致機(jī)組跳閘。

4? ? 時鐘系統(tǒng)的配置方案

我國電力系統(tǒng)所用的同步時鐘源主要是美國的GPS和中國的北斗，美國已成功掌握“局部屏蔽GPS信號”技術(shù)，給我國各種應(yīng)用帶來了潛在的隱患。電網(wǎng)作為國家重要基礎(chǔ)設(shè)施，要盡量避開潛在隱患。北斗系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的，至今已有三代北斗產(chǎn)品，目前北斗對時系統(tǒng)完全可以獨(dú)立精準(zhǔn)地工作，因此各廠站要根據(jù)所轄設(shè)備的多少及位置合理選擇時鐘系統(tǒng)配置方案。常用的配置方法有以下四種：

4.1? ? 配置雙套GPS

GPS授時系統(tǒng)開發(fā)時間早，因此早期對時系統(tǒng)都是由GPS時鐘組成的，即兩臺GPS主時鐘+雙機(jī)切換器，當(dāng)有一臺GPS故障時會切到另一臺GPS工作。

4.2? ? 配置一套北斗、一套GPS

隨著北斗系統(tǒng)的建立，越來越多的廠站設(shè)置一套北斗和一套GPS時鐘系統(tǒng)雙機(jī)切換模式，由于北斗系統(tǒng)不如GPS系統(tǒng)完善，不能單獨(dú)依靠一套北斗系統(tǒng)，需要GPS系統(tǒng)互為備用，保證授時設(shè)備的時間精度。

4.3? ? 配置雙套北斗

目前北斗系統(tǒng)發(fā)展較為完善，授時精度高，可以采用雙北斗授時系統(tǒng)，兩套北斗系統(tǒng)互為備用，確保時間的正確和穩(wěn)定。

4.4? ? 配置雙套北斗、GPS雙模系統(tǒng)

目前，各時鐘廠家均可以生產(chǎn)一套時鐘裝置，包括北斗和GPS時鐘，它可以采用北斗/GPS雙模接收機(jī)，即一個蘑菇頭、一根天線可以同時給北斗和GPS授時，本身可以互為備用，這樣的時鐘裝置可以設(shè)置為雙套，雙套之間也可以互為備用，每套裝置都可以設(shè)置為北斗時鐘優(yōu)先，當(dāng)北斗時鐘出現(xiàn)故障時才會切換到GPS工作，當(dāng)該套裝置北斗/GPS都出現(xiàn)問題時，會自動切換至另一套時鐘裝置上。這種模式比以上幾種授時系統(tǒng)成本高，但可靠性較高。

綜上所述，電力系統(tǒng)中的各廠站可根據(jù)自身特點(diǎn)，如主時鐘的安裝位置、數(shù)量，被授時設(shè)備數(shù)量、類型及所在位置等，合理選擇最優(yōu)配置方案。

5? ? 結(jié)語

隨著電力生產(chǎn)設(shè)備自動化程度越來越高，對設(shè)備安全運(yùn)行管理的水平也提出了更高的要求，這就需要一套高精度的時鐘系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。本文就時鐘系統(tǒng)的配置方案進(jìn)行了詳細(xì)分析，各廠站需結(jié)合自身的需求進(jìn)行配置;同時對時鐘系統(tǒng)功能、要求、原理、配置方案及故障后對被授時設(shè)備的影響進(jìn)行了詳細(xì)闡述。時鐘系統(tǒng)是各廠站的管理弱項，完善的時鐘系統(tǒng)不僅有利于加快事故的分析處理，更能提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行能力。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 電力系統(tǒng)的時間同步系統(tǒng) 第1部分：技術(shù)規(guī)范：DL/T 1100.1—2009[S].

收稿日期：2020-02-27

作者簡介：鄧杰瑩（1987—），女，內(nèi)蒙古通遼人，工程師，從事繼電保護(hù)與儀器儀表的維護(hù)工作。