智能变电站时钟同步系统分析

智能变电站时钟同步系统分析

董彦辉

国网新疆电力有限公司检修公司新疆乌鲁木齐830000

摘要:：随着电网技术的发展，时钟同步技术在电网中扮演着越来越重要的角色．以智能变电站为背景，分析时钟同步系统对于智能变电站的重要性；结合智能站的工作实际，提出智能变电站时钟同步系统在运维管理中的注意点．旨在提高变电运维专业化水平，保证电网安全、稳定地运行。

关键词:智能变电站；时钟同步；变电运维；

在传统变电站中，二次侧通常采用电磁式互感器采集电流电压模拟量，再由电缆并行送入保护、测控等二次设备，保护装置可直接对多路模拟量进行同步采样，跳合开关时也由二次电缆直接发送信号至开关操作箱。所以，在传统变电站中，装置间不需要考虑时钟的同步。随着电网同步相量测量、故障定位、故障录波及事件顺序记录等技术在电网的应用，电网运行的安全性、可靠性、灵活性得到了大大地提高。然而，这些技术在给电网运行带来便利的同时，对整个电网的时钟同步也提出了很大需求，例如同步相量测量技术要求时钟同步精度为1μs、故障录波及事件顺序记录的要求是不低于1ms、故障定位精度就取决于时钟同步的精度[1-2]。因此，时钟同步技术在为提高电网运营管理水平提供着必要的支撑。

智能变电站是建立在数字化变电站基础之上，在站内二次侧均采用数字报文进行信息的传递，其二次回路从信号采样到动作跳闸，其数据流所经历的环节如下：当电子式互感器接收到合并单元（MU）的同步采样信号，模拟量信号经采样、调理和模/数转换后发送至合并单元，合并单元接收多路同步采样值并进行相位差补偿、内同步以及打时标等处理，最后按采样值（SampledValue，SV）报文格式将数据组帧发往交换机网络，经交换机处理并按照通信规约在网络中传播，保护装置从网络上获得数据包并进行解包操作及数据分析，再将含有跳闸命令的GOOSE报文发送回交换机网络，智能终端在交换机网络中获取所需的GOOSE报文，解析后跳开相应开关[3]．智能变电站在二次回路中采用数字报文传递采样值、开光量等信息，每帧报文都有着精确的时间刻度，装置间时钟同步性精度直接影响着智能变电站甚至电网的安全稳定运行[4]。所以说，智能变电站对全站装置时钟的同步性提出了更高的要求。

1智能变电站时钟同步系统的重要性

在智能变电站中，过程层网络通常可以分为：直采直跳、网采网跳、直采网跳和网采直跳四种。在这四种组网方式中，直采是指ＳＶ报文直接通过光纤发到保护装置，网采是ＳＶ报文由合并单元发出后经交换机传输到保护装置。对于直采的组网方式，合并单元时钟的同步精度对保护影响不大；而对网采的组网方

式，电子式互感器的采样信号由合并单元统一发出，不同的合并单元之间时钟需要保持同步。特别是需要元件两端或多端信号的差动保护装置，乃至两个智能变电站之间的线路差动保护，如果合并单元时钟的不同步，则会造成两端采样波形出现相位差。

若元件两侧合并单元时钟存在较大偏差时，将对差动保护装置动作的正确性产生较大影响．在正常运行时，两侧合并单元时钟的偏差会使差动保护在计算中出现差流。

通常线路差动保护的定值为0.1pu，当两侧合并单元的时钟偏差为500μs足以引起差动保护的误动。为了避免上述问题，国内智能变电站通常采用“直采直跳”的方式，即仅由一个合并单元采样给其对应的保护。然而对于跨间隔的保护，例如母差保护以及相邻智能变电站之间线路的差动保护，仍然有误动的危险。

2.时钟同步技术在智能变电站中的应用

智能变电站时钟同步系统的精度主要取决于时钟源和对时网络两个方面．目前，变电站的时钟源主要采用的是卫星时钟，应用较多的是美国的全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）和中国的北斗卫星导航系统．卫星时钟是一种通过地面接收机对卫星的授时报文进行解析从而输出秒信号（1PPS）的时钟，该时钟的授时精度高、误差无累积效应，相对于装置中的晶振时钟有着无可比拟的优点。装置中通常需要采用晶振为自身的数字电路提供高频脉冲，因而也可以通过编程实现计时的功能，由于老化等原因，晶振的实际频率和标称频率存在偏差，长时间计时会存在较大的误差，这也是石英手表需要经常校时的原因。面对晶振作为装置内部时钟误差较大的问题，就需要变电站内的卫星时钟通过对时网络给各个装置进行校时，同时也能够保证所有装置的时钟同步。

以220kV的智能变电站为例，该智能变电站采用T5100-S智能时间同步系统作为全站的时钟源，能够同时接收北斗二代卫星信号、GPS卫星信号，具有较高的可靠性，能够为全站各种的待授时设备提供不同类型的高精度授时接口。同时T5100-S智能时间同步系统支持智能化变电站建模，可按要求将设备运行状态信息上送至电网调控一体化平台，以适应智能化程度不断提高的电网技术需求。

T5100-S智能时间同步系统，支持包括北斗二代、GPS、SDH网络Bits信号、IRIG-B电（或光）信号、PTP（IEEE1588）网络电（或光）信号、并可按照国调82号文要求对外部事件源进行多源判据，从而保证输出信号的精准、平滑、可靠。T5100-S智能时间同步系统能够接收电力数据调度SDH网络Bits信号，结合北斗二代卫星/GPS卫星信号，可构成天地互补的最大冗余结构，提供高精度的稳定授时，从而使系统免受天基卫星信号不稳定因素的干扰。T5100-S智能时间同步系统还提供强大的守时性能，不论主时钟装置或扩展时钟装置在失去所有外部时间源后，连续守时72小时的守时能力均优于１μs/h。

在该智能变电站中，过程层设备时钟同步精度要求较高，采用秒脉冲对时的方式。T5100-S智能时间同步系统以光电脉冲形式将同步时钟信息发送至分散布置的各间隔小室，再由各间隔小室的时钟同步系统输出多路光脉冲给过程层设备。过程层时钟同步采用光纤秒脉冲的时钟同步方式，确保同步精度在1、4、24μs以内。对于站控层设备来说，其时间同步精度的要求为1ms或50ms，采用SNTP（SimpleNetworkTimeProtocol，简单网络时间协议）时钟同步方式足以满足精度要求。

3.智能变电站时钟同步系统运维注意点

因为智能变电站在国内还正处于推广阶段，对智能变电站的运维还缺乏一定经验，大部分运维站仅仅套用传统变电站的运维方式，对智能变电站时钟同步系统的维护更是缺乏应有的重视。对于智能变电站时钟同步系统的维护，应着重加强日常的巡视工作，对于出现告警或异常等情况时，应该对告警报文进行分析，查找告警原因，以便及时排除隐患。

在对智能变电站时钟同步系统的巡视过程中，首先应检查时钟同步系统的外观有无异常、液晶屏显示是否正确，再检查有无告警信息。若有相应告警，应针对性查找和处理故障。巡视时，遇到智能变电站时钟同步系统失步时，应该先检查天线和连接情况，在确认非硬件问题后应将守时时长汇报调度；若智能变电站为“网采”，即SV组网方式时，还应根据调度指令及时闭锁站内可能误动的差动保护。

当然，在加强对智能变电站时钟同步系统巡视的同时，对站内其它装置的对视情况也应该加强。在智能变电站中，合并单元、保护装置以及测控装置都将对时情况直接反应在装置的面板上，此更方便变电运维人员的检查，也体现了厂商对时钟同步的重视。在巡视合并单元、保护装置、测控系统以及故障录波装置等对时钟同步精度要求较高的设备时，需要认真检查其对时情况的好坏，当这些装置提示“失步告警”“对时信号异常”时，应及时检查时钟同步系统和装置到时钟同步系统之间的回路，对于SV组网方式的智能变电站，应及时闭锁相应差动保护。

结语:

智能变电站技术的普及，对智能变电站的运维管理也必将深化．本文通过论述时钟同步对电网运行和智能变电站差动保护的影响，阐述了智能变电站时钟同步系统的重要性。结合智能变电站运维的实际情况，提出了对智能变电站时钟同步系统运维过程中的注意点，以加强运维人员对时钟同步系统的重视，提高智能变电站的安全、稳定运行。

参考文献：

[1]梁志华，张广杰．浅谈电力系统中的时钟同步技术［J］．华章，2012（25）：305.

[2]张信权，梁德胜，赵希才．时钟同步技术及其在变电站中的应用［J］．继电器，2008（9）：69-72.

[3]齐慧.实现智能变电站SV/GOOSE虚端子回路可视化的探讨[J].电工技术,2017(05):137-138.

[4]刘振亚．智能电网技术［M］．北京：中国电力出版社，2010.

[5]陈建明．基于GPS的高精度时钟的研究与设计［D］．武汉：华中科技大学，2009．