時間同步系統的設計與優化

摘要：隨著電力生產設備自動化程度越來越高，對設備安全運行管理的水平也提出了更高的要求，這就需要一套高精度的時鐘系統來實現。現就時鐘系統的配置方案進行了詳細分析，各廠站需結合自身的需求進行配置;同時對時鐘系統功能、要求、原理、配置方案及故障后對被授時設備的影響進行了詳細闡述。完善的時鐘系統不僅有利于加快事故的分析處理，更是提高了電力系統的穩定運行能力。

關鍵詞：配置;對時系統;安裝要求

0? ? 引言

時鐘是電氣二次系統進行實時數據采集、控制、事故分析的基礎，是電力系統不可或缺的一部分。隨著智能電網建設的不斷推進，電力系統發、輸、配、用電的智能化要求對時間同步的要求會非常高，電力控制技術不斷發展，更高精度的控制技術和事故分析都離不開更為精確的統一時間。為確保電氣系統各部分能夠穩定可靠工作，時鐘系統的配置尤為重要。本文對時鐘系統功能、要求、原理、配置方案及故障后對被授時設備的影響進行了詳細闡述。

1? ? 托克托電廠概況

托克托發電公司共有12臺機組，總裝機容量6 720 MW，共有4個網控樓。原廠站對時系統由多個系統組成，改造后，在1號網控樓設立統一時鐘系統，由兩套北斗衛星對時系統組成，通過光纖分別傳輸給一期至五期機組電子間、2號網控樓電子間、220 kV變電站網控樓電子間及呼鋁網控樓電子間的擴展箱，通過各擴展箱給區域內設備對時，以實現全廠時間的統一。

2? ? 對時系統

2.1? ? 對時系統的功能

近年來電力系統自動化技術迅速發展，發電廠、變電站監控系統、調度自動化系統、RTU、故障錄波器、微機繼電保護裝置、機組DCS和DEH系統等的正常工作和作用發揮，都離不開時間記錄和統一的時間基準，而在這些裝置內部都有自己的時鐘，即所謂的“實時時鐘”。這些實時時鐘都是電子式的，它的準確度一般都不是很高，長時間運行后累計誤差越來越大，如不及時校正，將影響它們正常作用的發揮。因此，這些裝置的實時時鐘實現自動時間同步是電力系統自動化的一個重要任務。

2.2? ? 時鐘系統的要求

（1）主時鐘要雙機冗余備用：至少要有兩臺主時鐘（北斗或GPS），每臺主時鐘要通過天線接收衛星時間信號。

（2）擴展時鐘信號輸入也應雙重化配置：擴展時鐘的接收模塊應有兩路輸入接口，可以分別接收兩路主時鐘時間信號。

（3）高精度守時：擴展時鐘和主時鐘可配置普通晶振和高精度的恒溫晶振，當外部時間信號失去后，可使輸出時間精度達到規程要求，完全滿足各被授時設備的時間精度要求。

（4）時間輸出模塊：每臺主時鐘和擴展時鐘均可按被授時設備要求輸出多種時間形式，如RS232、RCS485、RS422串行接口，IRIG-B電B碼、光B碼，脈沖信號（秒脈沖、分脈沖、時脈沖等），網絡NTP/TPT等。

（5）電源模塊：要求主時鐘和擴展時鐘都具有雙路電源，電源電壓范圍達85～240 V，交直流通用，任意電源失去后發出電源告警信號，但不影響時鐘運行。

（6）人機界面：液晶面板上應能顯示年、月、日、時、分、秒，接收衛星數量、衛星狀態、電源模塊狀態及各時間信號運行狀態等。如有需要，可以在時鐘裝置菜單內顯示報警信息、收星數量等，良好的人機界面既能降低用戶操作的復雜程度，又有利于實時掌握時鐘系統運行工況，給用戶提供便利。

（7）告警：主時鐘至少應有電源告警、時鐘失星告警及時間異常告警等，將告警信號送給NCS或DCS后臺，方便運行人員及時發現告警，可以更快地處理時鐘系統的異常。

（8）安裝：主時鐘接收器（蘑菇頭）的主要功能是接收同步衛星發出的時鐘信息，接收到的衛星數量越多則主時鐘輸出的對時精度越高。由于主時鐘接收機的接收功率有限，無法穿越建筑物或遮擋物，因此主時鐘接收器的安裝位置點應選在樓頂最高處，安裝點周圍應無遮擋，才能保證接收器穩定可靠地接收同步衛星發出的時鐘信息。

（9）投運前檢測試驗：在時鐘系統安裝投運前要測量星歷分布、衛星強度等，找出最佳安裝位置;安裝后，要進行主時鐘精度檢測、擴展箱精度檢測、守時精度檢測、報警信號上送、切換試驗等，并留有相關試驗報告，這樣才能確保時鐘系統穩定可靠運行。

3? ? 時鐘系統的重要性

3.1? ? 時鐘系統對保護裝置、故障錄波器、信息子站系統的影響

繼電保護裝置、故障錄波器、信息子站等自身有對時功能，是靠裝置本身的時間晶振完成守時的，但裝置守時精度不夠，隨著時間的推移，各保護裝置的事件記錄時間會不一致，對事件的追憶及分析產生影響，因此繼電保護裝置、故障錄波器、信息子站等必須接入統一時鐘系統。

3.2? ? 時鐘系統對PMU的影響

PMU通過接入時鐘系統進行對時，能保證全網數據同步性，時標信息與數據同時存儲并發到主站。PMU采集的相關數據是兩個細則中一次調頻考核的重要依據，如果時鐘系統與PMU對時中斷，造成PMU采集的數據上傳不同步，就會影響電力系統經濟效益。因此，時鐘系統的穩定性對PMU系統起著關鍵作用。

3.3? ? 時鐘系統對DCS的影響

對于發電廠，DCS和NCS是非常重要的控制系統，需要采集大量事實數據用來監測設備狀態，并實時發出控制指令用于調節，因此時鐘統一對于發電廠有重要意義，但當對時系統本身出問題時，可能對DCS造成致命影響。此次改造時對DCS的時間參數做了試驗，發現時間調整會對實時趨勢及歷史數據歸檔產生影響，當時間向未來調整時，實時趨勢會產生數據缺失，系統自動補充趨勢顯示導致實時趨勢內所有點均變為一條直線，直線長度為調整時間的長度;當時間向過去調整時，由于時間回到過去，而實時趨勢最新的數據已屬于未來數據，實時趨勢會卡死，一直等到時間恢復到調整前的時間為止。也就是說，向后調整多長時間，實時趨勢就會卡死多長時間，此時若運行人員不明原因就進行操作，很容易發生誤操作導致機組跳閘。

4? ? 時鐘系統的配置方案

我國電力系統所用的同步時鐘源主要是美國的GPS和中國的北斗，美國已成功掌握“局部屏蔽GPS信號”技術，給我國各種應用帶來了潛在的隱患。電網作為國家重要基礎設施，要盡量避開潛在隱患。北斗系統是我國自主研發的，至今已有三代北斗產品，目前北斗對時系統完全可以獨立精準地工作，因此各廠站要根據所轄設備的多少及位置合理選擇時鐘系統配置方案。常用的配置方法有以下四種：

4.1? ? 配置雙套GPS

GPS授時系統開發時間早，因此早期對時系統都是由GPS時鐘組成的，即兩臺GPS主時鐘+雙機切換器，當有一臺GPS故障時會切到另一臺GPS工作。

4.2? ? 配置一套北斗、一套GPS

隨著北斗系統的建立，越來越多的廠站設置一套北斗和一套GPS時鐘系統雙機切換模式，由于北斗系統不如GPS系統完善，不能單獨依靠一套北斗系統，需要GPS系統互為備用，保證授時設備的時間精度。

4.3? ? 配置雙套北斗

目前北斗系統發展較為完善，授時精度高，可以采用雙北斗授時系統，兩套北斗系統互為備用，確保時間的正確和穩定。

4.4? ? 配置雙套北斗、GPS雙模系統

目前，各時鐘廠家均可以生產一套時鐘裝置，包括北斗和GPS時鐘，它可以采用北斗/GPS雙模接收機，即一個蘑菇頭、一根天線可以同時給北斗和GPS授時，本身可以互為備用，這樣的時鐘裝置可以設置為雙套，雙套之間也可以互為備用，每套裝置都可以設置為北斗時鐘優先，當北斗時鐘出現故障時才會切換到GPS工作，當該套裝置北斗/GPS都出現問題時，會自動切換至另一套時鐘裝置上。這種模式比以上幾種授時系統成本高，但可靠性較高。

綜上所述，電力系統中的各廠站可根據自身特點，如主時鐘的安裝位置、數量，被授時設備數量、類型及所在位置等，合理選擇最優配置方案。

5? ? 結語

隨著電力生產設備自動化程度越來越高，對設備安全運行管理的水平也提出了更高的要求，這就需要一套高精度的時鐘系統來實現。本文就時鐘系統的配置方案進行了詳細分析，各廠站需結合自身的需求進行配置;同時對時鐘系統功能、要求、原理、配置方案及故障后對被授時設備的影響進行了詳細闡述。時鐘系統是各廠站的管理弱項，完善的時鐘系統不僅有利于加快事故的分析處理，更能提高電力系統的穩定運行能力。

[參考文獻]

[1] 電力系統的時間同步系統 第1部分：技術規范：DL/T 1100.1—2009[S].

收稿日期：2020-02-27

作者簡介：鄧杰瑩（1987—），女，內蒙古通遼人，工程師，從事繼電保護與儀器儀表的維護工作。