时间同步对时在变电站综合自动化系统中的应用

时间同步对时在变电站综合自动化系统中的应用

李云

（云南电力技术有限责任公司云南昆明650000）

摘要：随着经济的发展与人们生活水平的提升，当前我国的用电量持续上升，而变电站也承担着越来越重的供电压力。在变电站综合自动化系统中，时间同步已成为运行监视和故障分析必要手段，对变电站的安全运行有着特别重要的意义。特别是随着数字化变电站的兴起，时间同步在变电站综自系统中的地位日益突出。

关键词：时间同步对时；变电站；综合自动化系统

伴随着我国经济的飞速发展，电力系统对时统一的要求越来越迫切。变电站一旦出现故障，同一时间内，时间顺序记录会报出大量的报文，要确定事件的先后顺序，精准的找出故障源，这就对时间同步的精度和时间顺序记录的分辨率提出了更高的要求。其中南网规程要求变电站主时钟时间同步应优于1μs，测控单元时间准确同步度优于1ms，时间顺序记录功能的分辨率不大于2ms。在超高压变电站中，其系统主要包括了计算机监控系统、功角测量系统、测控系统、故障测距装置等，这些安装于不同位置的系统必须在同一时间基准中，那么就务必要求接收同一种时钟信号，因此，变电站自动化系统必须选用可靠的时间同步对时装置。

1GPS对时装置

在变电站常用时间同步系统中，使用最为频繁的要数全球定位系统，为装置的统一时间做基准，它通过同时对太空24颗GPS卫星的跟踪，对最佳卫星定位、定时等都可通过自动选择，并且全部满足电力系统在时间同步方面的要求。比如220kV的变电站，通常来说较为重要的变电站需要配置两台同步钟的本体运行，以装备相互切换的方式实现备用，而扩展的装置则可以输出入脉冲码、IRIG-B（DC时间码）等多种类型对时编码信号，在主控室中的对时系统将组成一面屏，如果形成变电站的分为多个小室，那么还可以用光纤连接主控室对时设备以及其他各个小室的对时设备。

扩展单元与主时钟、各种智能装置之间因为位置的不同需要使用到不同的介质，如果确定为同一屏柜需要采用电缆，而在多个小室变电站中的主时钟和扩展装置间使用光纤，那么连接对时各种智能装置通常会采用双绞线。比如变电站比较常用的南京南瑞RCS-9785系列时间同步装置，它包含了主时钟、切换装置、扩展单元。其中主时钟功能在于接收和处理卫星的各种信号，切换装置的功能在于主时钟接收信号过程中出现故障时，自动切换备用时钟继续执行接收处理卫星信号的工作，而扩展单元则是确保时间同步系统配置主时钟以及扩展装置能够实现变电站自动化时间同步[1]。

2常用的对时技术

在变电站自动化系统中，对时技术发挥了非常重要的作用，既经济又可靠的优势为广大的电力系统技术人员提供了支持。在最初应用时，对时技术很多都是采用软件对时的方式进行，在随后的使用过程中发现，系统的即时时间会受到通讯过程的影响导致时间出现偏差的情况，尤其是在通讯线路出现故障时，更无法保障时间的准确性。伴随着自动化系统应用的逐步完善，硬件对时方式已大量运用，实现了智能设备在时间同步上的精准度。

2.1脉冲对时技术

脉冲对时技术结构上有自身的特点，GPS装置利用脉冲扩展版同步扩展与放大，再进行隔离后输出，连接测控装置、保护装置以及第三方智能设备运用通讯电缆后，脉冲对时技术则通过有源和无源进行空间点输入，脉冲信号包括1PPS、1PPM。脉冲对时技术的优势首先表现在秒脉冲信号上，在每秒钟都会发射一个同步脉冲，而在装置成功接收以后清毫秒，且在下一个秒脉冲开始以前装置以内部时钟为准保持自身的走时准确度[2]。这个过程中，在整分的同时均会发出一个同步脉冲，很好地保证了秒与毫秒的准确度。但脉冲对时技术也有一些缺点与劣势，比如设置时要敷设较多的对时电缆，且其装置时间的信息无法确定为具体的年、月、日、时等等，其准确性得不到保障。

2.2串行通信接口方式

串行通信接口结构的特征表现为GPS以通信报文的方式发送时间至总控通信单元中，通过总控通信的总线与串行总线的操作，实现对时广播报文的时间信号至保护装置或第三方智能设备的过程，软件之间形成统一的对时，系统通常一分钟发一次对时报文。这种通信接口方式的优势减少了专用硬件设备的使用，且也不需要单独敷设电缆的操作，有效降低成本。但在通信过程中对时总线会经过较多的环节，对时的操作过程出现一些拖延，有可能会出现不同装置在时间上偏差1秒左右的情况。

2.3B码对时方式

这是当前我国国内变电站较为常用的对时方式。通过将同步信号与标准时间信息编成时间序列码，输出到对时的总线上，接收装置解析出时间信息，进而完成时间上的同步，在使用过程中编码时间信号有很多种格式（如表1），常用的信号介质为RS-422/485电平双绞线。其优势表现在每一秒均可发送一帧时间报文，日期中涵盖了小时、分钟、秒等等，装置一旦收到时间报文与脉冲信号，就可以立即同步时间，B码对时在其中的使用，简化了对时回路的整体设计，同时使其准确性与可靠性有效提高，目前这种对码方式普遍受到我国国内用户的推崇。但其存在一定的缺陷，必须在智能装置上行选择采用专用B码解析芯片才能进行操作[3]。

B码对时有其自身的特点，兼顾了软硬对时两种方式的优势，有着非常高的精度，在时间信息上确保了标准，且接口也更标准化，容易接入，简化了对时的环节。由此也可以判断B码在当前变电站的测控与保护等智能设备使用中将得到更广泛的应用。

3时间同步对时在变电站综合自动化系统中应用的注意事项

在长期的变电站综合自动化系统时间同步的应用实践中发现，同步系统的调试与应用存在了一些很容易被工作人员忽略的问题，以下笔者对其进行总结归纳，以提供参考。

首先，正常情况下，GPS定位至少要接收4颗卫星信号，因此GPS天线需要安装在开阔的房顶，保证四周没有较高的建筑物遮挡。

其次，GPS天线如果安装在较高的屋顶位置，那么受到雷击的可能性更大，因此天线馈线外壳应可靠接地，GPS装置天线输入位置最好再安装信号防雷模块。

再者，GPS系统输出信号对时精度和相关传输介质长度相关，且伴随着介质长度加大，对时精度也会受到影响而下降，要尽量控制传输介质长度且留意最大的允许传输距离。

最后是强化电网运行过程中监控和巡视质量的工作，需要将GPS装置故障、失步告警等异常信号接收到计算机的监控系统中。

4结束语

综上所述，随着计算机技术以及网络通信技术的不断发展，为变电站综合自动化网络结构与性能的提升提供巨大的技术支持，也提供了更多问题解决方案的选择，而时钟对时同步系统则为变电站运行设备时间上的统一奠定了基础，一定程度上提高变电站自动化水平，也为整个电网的优化与发展提供了技术保障。

参考文献：

[1]黄睦奇.GPS时钟同步系统在变电站自动化系统中的应用[J].科技资讯，2014，11（35）：98-99.

[2]邹建华.GPS对时系统在变电站综合自动化系统中的应用[J].电气工程与自动化，2014，18（408）：5-7.

[3]李小叶，史恒超.变电站自动化系统GPS对时技术分析[J].企业技术开发，2015，34（09）：67-68.