變電站時鐘系統同步異常的判斷方法

彭飛進，車 磊，鄧智廣

（佛山供電局，佛山528000）

時間同步對于電力系統的故障分析、監視控制和運行管理具有重要意義。隨著電網的日益復雜，統一的時間基準是對電力系統故障期間各類裝置、設備、系統動作情況分析的基礎。事件順序記錄SOE（sequence of event）是電力調度自動化系統中一類重要信息，在電力系統發生故障時，常常依靠SOE 記錄來分析整個事件發生的過程。每條SOE 記錄自身均有一個帶毫秒的時間，在分析故障發生過程時就是依靠SOE 記錄自身的時間來分辨每一條故障信息發生的先后順序，從時間維度上得到一個清晰完整的故障事件發生過程，從而判斷電力系統各類裝置、設備、系統的動作順序、動作結果是否正確。如果SOE 記錄自身時間出現問題，就會對故障發生過程的分析造成混亂，進而影響到對故障的分析判斷，最終影響到故障的處理效率。

SOE 記錄自身的時間來源于變電站內的裝置，站內裝置一般通過與站內時鐘系統對時來獲取正確的時間[1-12]。各變電站的時鐘系統都是與GPS（global positing system）系統同步對時，從而實現整個電力系統的時間同步。如果站內時鐘系統時間同步異常或站內裝置與站內時鐘系統的對時出現異常時，就會導致SOE 記錄時間的錯誤。目前很多變電站均為無人值班變電站，站內時鐘系統時間同步異常或站內裝置與站內時鐘系統的對時出現異常時不能夠通過現場的巡視第一時間發現。現階段缺乏一種有效的技術手段來實現對變電站時鐘系統同步異常的分析判斷。

本文在分析電力系統時間同步原理的基礎上，提出了一種簡易可行的變電站時鐘系統異常的判斷方法，通過在調度自動化主站SCADA（supervisor control and data acquisition）系統比較變電站自動化系統上送的SOE 記錄自身的時間與主站SCADA 系統接收到該條SOE 記錄的時間，當兩者相差超過設定的參數時，就判斷該條SOE 記錄的時間異常，從而得出站內時間同步系統異常的結果。

1 調度自動化系統時鐘同步的實現方式

目前變電站自動化系統對時系統普遍采用直接接線對時和網絡對時相結合的方式，即通過1個或多個GPS 接收裝置引入高精度時鐘；站控層則一般只有1～2 臺服務器采用串口時間報文的方式從GPS 接收裝置獲取時間，其余站控層節點則采用網絡對時的方式；間隔層裝置采用直接接線到GPS 接收機的方式獲取時間，一般采用分/秒脈沖、IRIC-B 碼等方式。不同廠家出廠的GPS 接收裝置，其秒脈沖、IRIC-B 碼輸出進度略有不同。變電站時鐘同步示意如圖1 所示。

圖1 變電站時鐘同步示意Fig.1 Diagram of substation time synchronizing

調度自動化主站SCADA 系統一般通過2 個GPS 接收裝置引入高精度時鐘，在系統內通過NTP 實現調度自動化主站SCADA 系統各設備的時間同步。調度自動化主站系統時鐘同步示意如圖2 所示。

圖2 調度自動化主站系統時鐘同步示意Fig.2 Diagram of the dispatching automation master station system time synchronizing

2 方案基本思路

SOE 記錄的時間來源于變電站內時鐘系統，調度自動化主站SCADA 系統的時間來源于主站SCADA 系統的時鐘系統。站內時鐘系統與主站SCADA 系統的時鐘系統都是與GPS 系統進行時間同步，可以認為站內時鐘系統與主站SCADA 系統的時鐘系統時間基準是一樣的。由于調度自動化主站SCADA 系統每天都有值班員巡視檢查，當主站SCADA 系統的時鐘系統出現異常時都可得到及時的發現和處理，因此在本方案中認為主站SCADA 系統的時鐘系統是可靠和可信的（實際運行情況也表明如此）。

當一條事件發生時，變電站自動化系統一般會向調度自動化主站SCADA 系統上送該事件的SOE 記錄。目前調度自動化系統與變電站自動化系統一般通過四線專線通道或網絡通道進行通信，波特率不低于1 200 b/s。在電網正常情況下，變電站自動化系統不會在短時間內有大量信息上送調度自動化主站SCADA 系統，而每幀報文長度不會超過256 個字節，當一條事件發生時，一般在1～2 s 內主站SCADA 系統就可以收到該事件的SOE記錄；在電網故障情況下，變電站自動化系統會在短時間內上送大量信息（主要是變化數據和SOE記錄），考慮到變化數據會優先上送，主站SCADA系統收到SOE 記錄的時間會稍晚，但在10 s 內主站也可以收到。因此不論在電網正常或故障情況下，調度自動化SCADA 系統一般都會在10 s 內收到某一事件的SOE 記錄。根據該特點，比對主站SCADA 系統接收到SOE 記錄的時間與SOE 記錄自身時間的時間差，就可以判斷該條SOE 記錄的時間是否異常，從而得出站內時鐘系統時間同步是否異常的結果。存在如下兩種情況：

（1）SOE 記錄自身的時間（T1） 晚于主站SCADA 系統接收到該條SOE 記錄的時間（T2）（如圖3 所示），即

則可判斷SOE 記錄的時間異常，從而得出站內時間同步系統異常的結果。舉例如下：

SOE 記錄自身的時間為2012-08-07 14：50：16：897（T1）

主站SCADA 系統接收到該條SOE 記錄的時間為2012-08-07 14：50：15（T2）

則判斷SOE 記錄的時間異常，從而得出站內時間同步系統異常的結果。

圖3 SOE 記錄自身時間晚于SCADA 系統接收到該條SOE 記錄的時間Fig.3 Time record of SOE is latter than that of SCADA

（2）SOE 記錄自身的時間早于主站SCADA 系統接收到SOE 記錄的時間超過設定的時間差值H（如圖4 所示，時間差值可以根據具體情況調整設置），即

則判斷該條SOE 記錄的時間異常，從而得出站內時間同步系統異常的結果。舉例如下（H 為10 s）：

SOE 記錄自身的時間為2012-08-07 14：50：16：897（T1）

SCADA 系統接收到該條SOE 記錄的時間為2012-08-07 14：50：30（T2）

則判斷該條SOE 記錄時間有問題，從而得出站內時鐘系統時間同步異常的結果。

當發生上述兩種情況時，即可以判斷站內時間同步系統異常，從而提醒運行維護人員檢查系統或設備。

圖4 SOE 記錄自身時間早于SCADA 系統接收到該條SOE 記錄的時間Fig.4 Time record of SOE is earlier than that of SCADA

3 工程應用

根據上文所述的基本思路，佛山供電局在調度自動化SCADA 系統實現了相關功能。該功能的實現流程如圖5 所示。

圖5 功能實現流程Fig.5 Flow chart of function realization

通過比對主站SCADA 系統接收到SOE 記錄的時間與SOE 記錄自身時間的時間差，判斷該條SOE 記錄的時間是否異常，從而得出站內時鐘系統時間同步是否異常的結果。當判斷該條SOE 記錄時間異常時，則在主站系統產生一條“SOE 時間有問題”的事件記錄（如圖6 所示），工作人員就可以根據該事件記錄去對具體的站點、具體的裝置進行對時故障分析判斷，大大提高了變電站時間同步系統對時故障發現的及時性和故障處理效率，進一步提高時間同步系統和變電站自動化系統的可靠性。

圖6 事件信息窗Fig.6 Window of event information

4 結語

本文所提出的判斷變電站時鐘系統同步異常方案充分利用現有的信息和系統，不需額外增加硬件設備投資，只需在主站系統進行功能改進即可。在佛山供電局調度自動化SCADA 系統的應用驗證了本方案的可行性。本方案易實施、見效快，具有很好的推廣應用價值。

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