變電站自主可控時鐘同步系統技術與應用

武天龍

摘要：時鐘同步技術在變電站電力系統故障分析、維護控制、運行管理等方面具有重要意義。本文著重介紹了當前國際上普遍采用的時鐘同步技術以及變電站中常用的時鐘同步技術。對GPS同步誤差、應采取的措施及變電站同步的具體應用進行了系統分析。在此基礎上，展望了時鐘同步技術的發展方向和發展趨勢。指出了GPS主要指的是時鐘源，將脈沖信號與時間信息結合起來實現綜合授時是保證時間同步精度的最有效方法。

關鍵詞：智能變電站;時鐘同步;變電運維

0.引言

伴隨著電力企業體制改革的不斷深入，電力自動化水平得到了提高。電力控制、保護、測量、記錄設備在變電站工作管理中，離不開精確的時鐘基準。由于技術的廣泛應用，GPS時鐘同步技術得到了進一步推廣和應用。該方法實用、精確，可實現變電站、變電站和變電站的精確時間同步，具有很強的實用性和精確性。現代變電站的時間同步精度可以達到微秒級，因此將其應用于電力自動化具有重要意義。

1.時鐘同步源

1.1無線電授時

在北美，無線電授時一般包括WWV、WWVB和WWVB。對于WWV與WWVH的精度通常保持在10ms之內，但是由于其絕對時間與語音時間的關系，通常難以將其轉化為相應的數字信號。WWVB主要通過65kHz的載波信號傳輸時間信息，保證精度在1ms以內。

1.2衛星授時

GPS是以人造衛星為主要載體的無線電導航與GPS定位系統，可實現覆蓋和不間斷的全球定位。能有效地進行導航、定位和授時。現在國際上主要的衛星定位技術有美國的GPS、俄羅斯發射的GLONASS、歐洲航天局的伽利略、我國的北斗導航系統等。GPS在實現用戶設備定位、授時、系統可靠性、產業化發展等方面具有巨大優勢，在電力系統中得到廣泛應用。當前，北斗系統在我國迅速發展。新的變電站需要配置雙主時鐘，以支持北斗系統和GPS系統的單向標準時間信號。

1.3網絡授時

NTP也就是網絡系統中的網絡時間協議，NTP協議和基本網絡事件協議SNTP是因特網上廣泛使用的傳輸協議。NTP是一種TCP/IP協議，其時間同步算法相對復雜。這種方法能有效、精確地測量1-50毫秒范圍的數據。另外，SNTP是一個簡化的NTP版本。NTP中沒有復雜的算法，適用于更簡單的網絡。在IEC61850中有相關規定。對于時間的同步，實際上就是SNTP協議。多數情況下，精度保證是10毫秒。

2.時鐘同步技術在變電站中的應用

2.1脈沖對時（硬對時）

主要有秒脈沖信號PPS（PulseperSecond，每秒1個脈沖）和分脈沖信號（PulseperMinute，每分鐘1個脈沖）。GPS輸出的一次脈沖模式與UTC同步，其時間精度高，上升沿時間誤差不超過1μ。國內外IED都采用這種施工同步方式。分脈沖主要是運用GPS在每分鐘所發出的脈沖形式來進行準確的時間的同步與授時。針對南瑞的RCS-8000和RCS-8600變電站自動化系統，采用靜態空接點或RS-485差分信號來傳送脈沖信號，具有一定的優越性，可實現多個IED同時定時定時信號傳輸距離。

2.2編碼對時

編碼對時信號有許多種，國內最常用的是IRIG-B，有調制和非調制兩種。1kHz正弦調制信號可達到1ms的時間同步精度，可達到納秒級的非調制精度。傳送距離所用的非調制TTL電平信號，用在傳輸距離不大的場合。南瑞繼保開發的GPS主時鐘可以通過RS-485總線傳輸非調制的IRIG-B碼。實際上，IRIG-B碼也可視為一種綜合的時間同步機制。其消息包含時間信息，如秒、分、時、日。每一幀的第一次變換對應整個第二信號。這與第二脈沖同步信號相等。

2.3綜合對時

將時間報文和脈沖信號相結合是一種比較完善的對時方式。通常脈沖信號發出一秒鐘后，主時鐘就會發出相應的信號。IED系統通常首先接收相應的脈沖信號，然后接收相應的信息。IED認為，如果IED接收到一秒脈沖，但技術毫秒信號并未達到零，那么IED認為認為當地時鐘偏快，則將秒計數保持不變，那么如果已經超過了零，就意味著時間總是快于正常時間。這樣，以秒為單位的計數就會保持不變。IED在接收到相應的消息之后計算出IED秒數或者更少。這一計數還包括秒表的復位，它只是簡單地以一秒為單位改變計數器，將毫秒或更小的時間單位保持不變。

3.時鐘同步技術的運用

近幾年來，時鐘同步技術以碼對時、硬對時和網絡 NTP為支撐。時鐘同步系統能很好地與變電站設備集成。時序接口有RS232串口輸出、RS485串口輸出、1 PPS/秒輸出等多種輸出方式。為保證變電站電氣自動化系統準確、高效的運行，大多數設備都需要嵌入時鐘同步系統來進行時間同步，增加了設備的接口類型。所以，在現實工作中，通常會結合利用多樣式對時端口方式。科學結合變電站高壓室與保護室時鐘同步系統屏，具有接收功能、衛星信號處理功能、反饋標準同步時間信號等標準化同步主時鐘。接收機同步系統反饋參考信號，根據參考信號完成時間同步工作。當主時鐘未能獲取到時間同步系統反饋出的基準信號后，將自行走時，形成標準行走方式。時間基準進入正常狀態下，主時鐘將自覺同步時間。

4.結束語

綜上所述，時鐘同步技術是電力系統運行的一個重要方面。IRIG-B在現有技術條件下仍是保證變電站時間同步精度的一種有效手段，實現時間信息與脈沖信號的一體化時間同步。IEEE1558將逐漸成為時間同步的主要工具。除 GPS外，北斗星導航系統提供了可靠的時鐘源。這種基于時鐘同步技術的新型應用功能將得到進一步的發展，如步相測量。

參考文獻

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