張河灣電廠時鐘同步系統(tǒng)設計與改造

李世昌，李 勇，王宗收，張一波，李苜苒

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

1 引言

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測魚鎮(zhèn)附近的甘陶河干流上，距離石家莊市區(qū)77km，裝機4臺，單機容量250MW，電站總裝機容量1000MW。張河灣抽水蓄能電站介入冀南電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔負調峰填谷、調頻調相和緊急事故備用等任務。

電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行離不開各種測量、自動控制裝置，為確保線路故障測距、相量和功角動態(tài)監(jiān)測、機組和電網(wǎng)參數(shù)校準的準確性，滿足事件順序記錄（SOE）、故障錄波、實時數(shù)據(jù)采集的時間一致性，提高電網(wǎng)事故分析和穩(wěn)定控制水平，就要求各設備基于統(tǒng)一的時間基準運行。而GPS/北斗時鐘同步裝置就是為了全網(wǎng)時間同步提供標準時間參考的精密授時儀器。

2 背景

張河灣電站時間同步系統(tǒng)采用以北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）為主，全球定位系統(tǒng)（GPS）為輔的時間同步方式。電站設置統(tǒng)一時鐘源的時鐘同步系統(tǒng)，站內各系統(tǒng)和設備的授時均與全站時間同步系統(tǒng)對時。但通過對原上海漢鼎時HDTSS-1000/EX間同步系統(tǒng)及其接入情況進行的全面排查后發(fā)現(xiàn)存在以下幾個問題：

（1）PMU系統(tǒng)與全廠統(tǒng)一時鐘信號不統(tǒng)一；

（2）視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及同期裝置不支持對時；

（3）發(fā)變組和線路故障錄波系統(tǒng)未接入對時；

（4）500 kV開關保護、母差保護、短差保護裝置以及實時系統(tǒng)未接入對時；

（5）勵磁系統(tǒng)、SFC系統(tǒng)、調速系統(tǒng)以及機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)不支持對時；

（6）時間同步裝置無日志存儲功能。

因此為了解決上述問題，進一步完善時間同步裝置的性能，對張河灣電站站內時鐘同步系統(tǒng)進行改造。

3 同步系統(tǒng)技術規(guī)范

3.1 時間同步技術要求

（1）基本組成：時間同步裝置主要由接收單元、時鐘單元、輸出單元和檢測單元組成。

（2）功能要求：應具備本地日志保存功能，且存儲不少于200條，日志內容應正確記錄系統(tǒng)要求的事件；狀態(tài)信息宜采用DL/T 860標準建模；應具備運行、告警、故障等指示燈；裝置應支持多時鐘源選擇判據(jù)機制；裝置應具備閏秒、閏日的處理功能，能接受上級時源給出的閏秒預告信號并正確執(zhí)行和輸出；裝置應具備時間同步監(jiān)測功能，裝置應使用獨立的板卡實現(xiàn)該功能。

（3）守時精度：預熱時間不應超過2 h。在守時12 h狀態(tài)下的時間準確度應優(yōu)于1 μs/h。

3.2 時間同步檢測技術要求

（1）時間同步檢測模塊技術要求：應具備NTP、GOOSE時間同步監(jiān)測接口。網(wǎng)口數(shù)量應不少于4個，GOOSE（光纖）接口數(shù)量應不少于2個，監(jiān)測接口應能根據(jù)現(xiàn)場需要進行擴展；應支持通過NTP或者GOOSE方式獲取被監(jiān)測裝置對時偏差的功能；監(jiān)測被授時設備時偏差宜采用輪詢方式，輪詢周期可設，默認1 h，按照輪詢周期定期輪詢被監(jiān)測設備的對時偏差；應具備對時偏差告警門限設置及調整功能，默認告警門限值為10 ms；應支持DL/T 634.5104規(guī)約，DL/T 860傳輸規(guī)約；應具備數(shù)據(jù)召喚上傳和超限自動上傳功能；應具備數(shù)據(jù)存儲功能，數(shù)據(jù)至少保存半個月。

（2）主備時鐘監(jiān)測方式：主備時鐘監(jiān)測功能互為備用，并同時接入到站控層網(wǎng)絡中，主時鐘作為授時源為站內設備提供時間同步信號，備時鐘監(jiān)測模塊負責站內被授時設備時間同步監(jiān)測，對站內設備時間同步監(jiān)測的結果進行統(tǒng)一分析處理。當備時鐘的監(jiān)測模塊發(fā)生故障時，主時鐘的監(jiān)測模塊負責站內備授時設備時間同步監(jiān)測。

3.3 時間同步裝置運行要求

（1）運行環(huán)境：正常工作的大氣條件為環(huán)境溫度 -5～+45℃、；大氣壓力 70～106 kPa；相對濕度5%～95%（內部裝置無凝露，也不結冰）。

（2）環(huán)境要求：裝置的使用地點應無爆炸危險，無腐蝕性氣體及導電塵埃，無嚴重霉菌、無劇烈振動源，不允許有超過電站正常運行范圍內可能遇到的電磁場存在，有防御雨、雪、風、沙、塵埃及防靜電措施。

（3）電源要求：時間同步裝置應配置雙電源模塊，單個電源模塊容量應滿足本裝置的負載要求。電源電壓為110 V或220 V，允許偏差為-20%～+15%，直流電源電壓紋波系數(shù)小于5%。

4 時間同步系統(tǒng)改造

4.1 改造原則

（1）電站時間同步系統(tǒng)主時鐘源應以天基授時為主，地基授時為輔；天基授時應采用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）為主、全球定位系統(tǒng)（GPS）為輔的單向方式。

（2）電站應設置統(tǒng)一時鐘源的時間同步系統(tǒng)，實現(xiàn)對站內各系統(tǒng)和設備的授時；時間同步系統(tǒng)宜采用主備式配置，組成結構見圖1。時間同步系統(tǒng)建設應充分考慮可擴展性，以滿足后續(xù)增加設備的對時需求。

圖1 主備式時間同步系統(tǒng)

（3）電站監(jiān)控系統(tǒng)、事件順序記錄系統(tǒng)（SOE）、繼電保護及其錄波裝置、安全自動裝置等應具備對時功能，接收電站統(tǒng)一的時間同步系統(tǒng)授時信號。

（4）電站勵磁控制系統(tǒng)、調速控制系統(tǒng)、SFC控制系統(tǒng)、同期裝置、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、實時系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)原則上應與全站時間同步系統(tǒng)對時。

4.2 改造方案

同步時鐘系統(tǒng)改造后采用主備式結構，由主時鐘裝置、匯聚時鐘裝置、對時擴展裝置組成，主時鐘裝置采用雙機配置。主時鐘裝置安裝于下庫LCU柜旁工業(yè)電視柜中。在計算機室服務器柜中設置1套匯聚時鐘裝置，主時鐘裝置先將對時信號擴展至匯聚時鐘裝置，再由匯聚時鐘裝置將對時信號擴展至8套對時擴展裝置。主時鐘裝置與匯聚時鐘裝置、擴展時鐘裝置間使用單模光纜連接。擴展時鐘裝置布置位置如下：1號機組LCU、2號機組LCU、3號機組LCU、4號機組LCU、線路保護盤室PMU柜、附屬用房公用設備LCU、故障錄波室PMU柜、35 kV變電站、光纖配線柜。在對PMU、發(fā)變組故障錄波等目前具備接入條件的系統(tǒng)完成同步時鐘源接入外，也為勵磁系統(tǒng)、SFC系統(tǒng)等不具備接入條件的系統(tǒng)預留接口。

4.3 時鐘系統(tǒng)統(tǒng)計配置

（1）1、2 號主時鐘裝置配置（見表 1）

表1

（2）匯聚時鐘裝置配置（見表2）

（3）1～4號機組 LCU 配置（見表 3）

（4）線路保護盤室PMU柜配置（見表4）

（5）附屬用房公用設備LCU配置（見表5）

（6）故障錄波室PMU柜配置（見表6）

（7）35 kV變電站光纖配線柜配置（見表7）

表2

表3

表4

表5

表6

表7

5 結語

張河灣抽水蓄能電站時鐘同步系統(tǒng)的改造是十分有必要的。改造后的時鐘同步裝置時間基準信號的多輸入、雙主機或擴展時鐘冗余、雙時標信號傳輸信道構成了一個強壯、穩(wěn)定和可靠授時網(wǎng)絡。同時主時鐘和擴展時鐘均支持互換性結構的內部守時模塊，主機和擴展時鐘也可自動適應不同精確度和穩(wěn)定度等級的守時模塊，確保了時鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為日后電站安全穩(wěn)定運行提供了強力保障。