淺談時間同步系統在電力系統中的應用

肖彤

摘 要：在電力系統中，電網的運行狀態會隨著設備的運行情況而不斷改變?，F在的變電站大多是無人值班的，不僅僅是調度主站端，就連變電巡維中心的值班員也不能接觸到現場的一次設備和二次設備。因此，電網的自動化系統必須有一個統一、精確的時鐘，這對運行操作、電網調度、事故分析等有十分重要的意義，對提高電能質量，保證電網的安全、穩定運行也起著非常重要的作用。簡要論述和介紹了時間同步系統的相關內容，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：變電站；自動化系統；時間同步系統；智能化

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.078

隨著社會經濟的發展，電網的智能化程度越來越高，自動化電網和以高壓輸電為主的大電網占較大的比例，而這些高壓設備長期處于無人值班狀態，由數千米外的調度員監管。電網運行情況瞬息萬變，為了在其發生事故時能夠及時得到處理，需要統一的時間基準，以保證調度自動化系統、故障錄波、SOE等一系列變電站自動化裝置運行的準確性。統一的全網時間標準決定了這些裝置的正常運行及其發揮的作用，因此，電網內的變電站和調度中心需要建立專用的時間同步系統，不斷提高時間同步系統的對時精度，以保證電力系統運行的安全性、穩定性和可靠性。

1 時間同步系統概述

目前，時間同步對時方式有很多，包括無線電廣播對時、天文臺對時、電視對時等，而這些對時方式的精度、覆蓋范圍和可靠性都比不上GPS。由于電網具有特殊性，所以，電力系統中的時間同步系統一般采用的都是GPS。GPS是由美國國防部研制、建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛星導航系統。美國國防部發射的24顆衛星繞地球運行，向接收裝置發射標準的授時信號。

在整個電網中，電力設備都是在線運行，并實時進行數據采集和數據處理，而時間同步系統的可靠性在這里尤為重要。事故發生后，可以通過查找SOE裝置的記錄幫助運行維護人員明確事故發生的時間。這樣做，可以及時解決問題，不走彎路。自動化裝置自帶的實時時鐘受現代制作工藝的限制，其精度并不是統一的，有很小的誤差。這些小誤差隨著設備的長時間運行慢慢積累，進而形成較大的誤差，最終影響時鐘的準確性，使其失去時間計量作用。為了實現時間同步，在電力自動化裝置的內部加裝了時間接收裝置，用于接收來自GPS的標準時間，從而實現電網全網時間的統一，以保證自動化裝置的有效性。

2 時間同步裝置的選擇

2.1 時間同步裝置廠家和型號

當前，研發時間同步裝置的廠家有很多，而筆者在日常工作中發現，本地變電站多采用的是武漢中元華電科技有限公司ZH系列的GPS時間同步裝置。

中元華電ZH系列的GPS時間同步系統是根據《華東電網統一時鐘系統技術規范》《廣東電網變電站GPS時間同步系統技術規范》和《上海電網GPS時間同步系統技術原則和運行管理規定》設計的。它由時間同步時鐘和時標信號擴展裝置2部分組成。該系統利用GPS發送同步信號和時間信息，并向電力系統中的自動化裝置提供準確的時間信息和同步信號。

2.2 時間同步裝置的特點

大部分變電站采用的都是時間同步系統，其優點如下：該裝置采用多同步源自適應同步技術，同步精度優于±0.1 μs。裝備中有高精度授時時鐘，主時鐘和信號擴展裝置都采用了冗余化裝置，有效保證了GPS時間同步系統的可靠性和穩定性。另外，該裝置采用模塊化設計可定義的時分秒脈沖空接點、時間報文信息，每8路為一組，可任意組合。裝置最多可輸出56路，多種輸出接口，使用靈活、方便。它采用的是“2U、19”標準機箱，與變電站大部分屏柜相契合，可單獨組屏，為將來GPS時間同步信號的擴展提供了方便。該裝置采用的是雙CPU并行處理時間報文輸出技術，脈沖輸出采用脈沖大電流發生電路，同時，還采用閉環控制守時技術實現了高精度守時時鐘和無過沖IRIG-B（AM）碼產生技術。在此過程中，精度誤差都是微秒級的，完全符合電力系統的要求。更重要的是，它支持光纖或同軸電纜級連輸入和輸出，信號接收可靠性高，不受電站地域條件的限制。所有信號輸出口均經過光電隔離，電磁抗干擾達到Ⅲ級標準。為了使居民都能用上電、用好電，廣泛建立變電站，有些甚至建在了人煙稀少的山區，但是，要保證信號接收的穩定性和靈敏度。

3 存在的問題和解決方法

3.1 裝置時間源和同步網絡單一

目前，時間同步系統主要應用于繼保裝置和自動化裝置中，隨著行業的發展，通信、遠程抄表、計量等系統都將納入時間同步系統中。迄今為止，電力設備是一個個孤立的時鐘信號源，它們各自接收GPS衛星所提供的世界標準時間信號。筆者認為，這種方式存在很大的問題。

當前時間同步網的建立和運行完全依賴GPS，如果GPS出現問題，就會影響正常工作的進行。暫且不談GPS衛星或者GPS天線的受損情況，單說GPS，它是美國軍方研制的系統，如果其惡意干擾破壞，裝置就會失去統一的時間基準。正如本文前面所述，僅僅依靠裝置內設時鐘是無法長時間保持時間統一性的。因此，完全依賴GPS的時間同步網的可靠性并不高。

電力系統中的每一臺裝置都是各自接收GPS衛星提供的時間信號，雖然能夠實現時間上的統一，但是，卻不是真正的時間網絡。這些時間信號通過每一臺裝置自主處理后輸出，而每臺裝置在工藝水平的限制下對時間信號的處理水平也不一樣。裝置之間互不通信，無法互相矯正也會降低時間同步精度。由此可見，時間同步網的統一性還是不盡如人意的，是需要注意的問題之一。由于現階段電力自動化裝置的時間信號不是通過網絡傳播的，所以，在處理各類信息管理系統的時間同步方面還會存在一定的問題。在其今后的發展過程中，在通信信息網絡、遠程抄表、計量系統的時間網絡統一方面也會出現相應的問題。

結合電力系統的特點，要想建立一個真正的、龐大的電力時間同步網絡，還需要有一個強大的網絡管理系統。這個管理系統方便維護、可升級，能夠遠程監控時間網絡，降低運行維護成本，提高生產效率。因此，迫切需要相關工作人員建立完善的時間同步系統和網絡管理系統，這樣才能使電網更好、更準確地工作。

3.2 引入北斗系統，組建統一時間同步網絡

近些年，已經有一些研究者針對該系統中存在的問題提出了相應的解決方法。在衛星方面，GPS的安全性受到質疑，而我國自主研制的北斗系統越來越完善，所以，應該善加利用。筆者了解到，汕頭一些新投運的新型變電站，比如近兩年剛投運的南澳的柔性直流輸電系統換流站就引進了國產的北斗系統，并且以北斗系統為主，GPS為輔，實現了雙星系統。這樣做，能夠進一步保證電力系統中時間同步系統時間信號來源的可靠性和安全性。

要想建立真正的時間同步網絡，就不能完全依賴衛星的時間源，因此，相關部門可以與電信或者移動等通訊公司合作，利用其已經建好的強大、穩定的光纖網絡實現通信連接。這樣做，不僅無需改造或重新敷設新的光纖，還大大降低了成本，以較低的投資獲得高速的通信帶寬。在外包的前提下，還有專業人員進行維護。電力設備自動采用高優先級的外部輸入信號，而且設備之間互相通信，能互相矯正時間，使得時間同步系統更加穩定，具有更高的精度和更強的抗干擾能力。

對于時間網絡管理問題，需要組建一個統一的時間網絡管理平臺來監控整個電力系統中的時間網絡，讓調度人員或者運維人員可以遠程查看、配置和管理整個網絡中的時間同步裝置，以降低運行維護成本和操作的復雜性，使設備運行更加可靠、安全，為電網提供一個高穩定、高精度的時間同步網絡。

4 結束語

應用時間同步系統可以有效防止電力系統全網時鐘不同步造成的數據和信息丟失、SOE時間信息邏輯混亂、一些工作站死機甚至系統癱瘓的事故。本文簡要論述了同步系統的發展現狀，并提出了雙星系統。隨著我國高精度時間同步技術的提高，時間同步裝置也應與時俱進，研制出高精度、高穩定性、高安全性、高可靠性的裝置，使我國電力系統的穩定性、安全性和可靠性邁上新臺階。

參考文獻

[1]高厚磊，厲吉文，文鋒，等.GPS及其在電力系統中的應用[J].電力系統自動化，1995（09）.

[2]張巖.電力系統GPS衛星同步時鐘裝置研究[D].天津：天津大學，2003.

[3]王崢，胡敏強，鄭建勇.基于GPS的變電站內部時間同步方法[J].電力系統自動化，2002（04）.

[4]孫蘊杰.國家電力骨干數字同步網技術改造方案[J].電力系統通信，2006（11）.

[5]陳萬壽.數字同步網[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[6]高志遠，劉長虹，劉瑞平.廠站自動化系統中應用網絡時間同步技術探討[J].電力自動化設備，2006（07）.

〔編輯：白潔〕

Abstract： In the power system， the operation of the power grid will continue to change with the operation of the equipment. Most of the substation is no one on duty， not only to the dispatch station， even the substation patrol maintenance center cant be exposed to the scene of first equipment and secondary equipment. Therefore， the power grid automation system must have a unified， accurate clock， which has a very important significance for the operation， power grid scheduling， and fault analysis and so on， to improve the power quality and ensure the safe operation of the power grid also plays a very important role. This article briefly discusses and introduces the relevant content of the time synchronization system， in order to provide a reference for the future work.

Key words： substation； automation system； time synchronization system； intelligent