GPS時鐘同步系統在發電企業的應用

桂俊倫，賀小明

（廣東粵江發電有限責任公司，廣東 韶關 512132）

0 引言

某火力發電企業的自動化系統具有信息類型多、系統分布分散、各自動化系統聯系緊密等特點，由于各設備制造廠家不同、投運年限不同，造成時鐘參差不齊，給故障分析帶來困難。為此，該企業實施了GPS時鐘同步系統建設項目，實現微機型設備自動對時，以方便分析故障。

1 現有時鐘系統現狀

該火力發電企業現有2臺300?MW機組(10號、11號)、2個 220?kV 變 電 站 (220?kV?A 站、220?kV?B站)。自動化系統涉及電氣專業和熱控專業。電氣專業包括微機保護裝置(線路保護、母線保護、發變組保護、變壓器保護等)、電力系統安全穩定裝置(FWK)、遠動系統(RTU)、電能采集系統、功角測量系統(PMU)、故障錄波裝置、發電機勵磁調節器、廠用電快速切換裝置、變電站監控系統(NCS)等；熱控專業主要包括機組分布式控制系統(DCS)、脫硫分布式控制系統(DCS)等。

其中，220?kV?A站監控系統隨自身設備配置1套GPS對時系統，功角測量系統(PMU)獨立配置1套GPS對時系統，電能采集系統采用軟件對時方式(接收中調主站的對時指令)；其余設備均未配置GPS對時系統，只能依靠手動設置各裝置的軟件時鐘，且因為各裝置硬件的差異，存在時鐘不統一的情況，不利于設備管理及事故分析。

熱控專業各DCS系統均配置有GPS對時系統，其中11號機DCS系統、脫硫DCS系統配置的GPS為新華控制工程有限公司生產。運行中該GPS對時系統曾偶爾出現程序出錯的情況。此外，各套GPS對時系統獨立運行，相互間沒有對時校準同步功能，且產品單體存在差異，因此各GPS時鐘間不可避免地存在同步差異。

2 GPS時鐘介紹

GPS時鐘是基于最新型GPS高精度定位授時模塊開發的基礎型授時應用產品，能夠按照用戶需求輸出符合規約的時間信息格式，從而完成同步授時服務。其主要原理是通過GPS或其他衛星導航系統的信號馴服晶振，從而實現高精度的頻率和時間信號輸出，可達到納秒級授時精度。

目前，GPS時鐘輸出信號主要有1PPS/1PPM/1PPH脈沖同步信號、IRIG-B(AC/DC)同步信號、RS-232/RS-422/RS-485時間同步信號、NTP網絡時間同步信號、DCF77時間同步信號等幾種類型。

3 建設方案

該企業GPS時鐘同步系統所覆蓋區域，需包括220?kV?B站繼保室、10號機組控制室、11號?機組控制室，10號、11號脫硫控制室和行政辦公樓網絡通信機房等5個區域。

(1)?在220?kV?B站繼保室安裝2套主時鐘裝置(冗余配置、互為備用)，每套主時鐘包括GPS接收器、北斗接收器、天線、時間保持單元、時間輸出單元等，天線安裝在網控樓樓頂。同時，在該處安裝1套時標信號擴展裝置(子時鐘)，為220?kV?B站站內各線路保護屏、母差保護屏、母線輔助保護屏、故障錄波屏、遠動主機屏等設備提供授時信號。

(2)?在10號機組控制室的繼保間安裝1套時標信號擴展裝置(子時鐘)，為10號發變組保護A，B，C屏，6?kV?10A段、10B段、公用A，B段快切裝置，02號啟備變保護A，B屏，10號發變組故障錄波屏，10號機組DCS系統等設備提供授時信號。

（3）?在11號機組控制室的繼保間安裝1套時標信號擴展裝置(子時鐘)，為11號發變組保護A，B，C屏，6?kV?11A段、11B段快切裝置，11號發變組故障錄波屏，11號機組DCS系統等設備提供授時信號。

(4)?在10號、11號脫硫控制室熱工設備間安裝1套時標信號擴展裝置(子時鐘)，為10號、11號脫硫DCS系統設備提供授時信號。

(5)?在行政辦公樓網絡通信機房安裝1套時標信號擴展裝置(子時鐘)，為SIS系統提供授時信號；其他需授時設備根據信息中心要求確定。

4 對時方式選擇

此次GPS時鐘同步系統可以提供1PPS/1PPM/1PPH脈沖同步信號、IRIG-B(AC/DC)同步信號、RS-232/RS-422/RS-485時間同步信息等多種信號。經過統計發現，全廠需要接入GPS時鐘同步系統的設備中，接收IRIG-B(DC)信號的有11套，接收1PPM分脈沖信號有4套，接收RS232串口只有1套(見表1)。

1PPM分脈沖信號每分輸出1個脈沖，時鐘脈沖輸出不含具體時間信息。RS-232串口輸出通過EIA標準串行接口發送一串以ASCII碼表示的日期和時間報文，每秒輸出1次，時間報文中可插入奇偶校驗、時鐘狀態、診斷信息等，但輸出目前無標準格式。IRIG標準時間碼是美國the?Inter-Range?Instrumentation?Group制定的，有A，B，D，E，G，H幾種編碼標準。IRIG-B(DC)是IRIG的一種，由于該標準可靠性高、接口規范，在時鐘同步應用中得到廣泛使用。

結合本廠設備實際情況及廠家意見，決定采用IRIG-B(DC)作為GPS時鐘同步系統的主要輸出信號，保留1PPM分脈沖輸出信號，取消RS232串口信號，對時方式選擇如表1所示。

表1 設備對時方式選擇

5 項目實施情況

(1)?由于該企業通信主網采用單模光纜，而此次GPS時鐘同步系統建設采用借用通信主網傳輸信號，不再單獨建設時鐘同步傳輸網絡的方式，以減少施工工作量及設備投資。中標單位的設備采用雙模光纜傳輸，因此需要增加單多模光電轉換器進行模式轉換。經實踐發現北京首佳訊通SJ1000S（M）單多模光電轉換器能滿足實際要求。

(2)?時鐘同步系統主時鐘雙重化配置，支持北斗系統和GPS標準授時信號，優先采用北斗系統。

(3)?時鐘同步系統的主時鐘裝置及時標信號擴展裝置(子時鐘)安裝位置均有UPS電源，因此設備交流電源采用UPS電源供電。