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GPS 对时零碎（工夫同步安装）利用电力系统计划
GPS 对时零碎（工夫同步安装）利用电力系统计划
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前言
近几年来，随着变电站自动化程度的进步，在综自变电站中计算机监控零碎、微机保护装置、微机故障录波安装以及各类数据管理机失去了宽泛的利用，而这些自动装置的配合工作须要有一个准确对立的工夫。当电力系统产生故障时，既可实现全站各零碎在对立工夫基准下的运行监控和事变后故障剖析，也能够通过各爱护动作、开关分合的先后顺序及精确工夫来剖析事变的起因及过程。随着电网的日益简单、装机容量的进步和电网的扩充，提供规范工夫的时钟基准成为电厂、变电站乃至整个电力系统的迫切需要，时钟的对立是保障电力系统安全运行，进步运行程度的一个重要措施，是综自变电站自动化零碎的最根本要求之一。
一、GPS 时钟卫星同步零碎的优越性
变电站采纳不同厂家的计算机监控零碎、自动化及线路微机保护装置、故障录波安装、电能量计费零碎、SCADA 零碎等，变电站工夫同步模式次要有以下几种：
（1）各设施提供商采纳各自独立的时钟，而各时钟因产品质量的差别，在对时精度上都有肯定的偏差，从而使全厂各零碎不能在对立工夫基准的根底上进行数据分析与比拟，给预先正确的故障分析判断带来很大隐患。
（2）通过主站对时形式实现对时，调度核心主站通过通信通道下发对时命令同步零碎内各个电站的时钟，这种形式须要专用的通信通道，因为从调度核心达到各个变电站的间隔不一样，通信延时也不一样，因而只能保证系统时钟在 100 毫秒级误差的程度。
（3）采纳一台小型 GPS 接收机，提供多个 RS232 端口，用串口电缆逐个连贯到各个计算机，实现工夫同步。但事实上这种同步形式也存在毛病，应用的电缆长度不能过长；服务器的反应速度、客户机的提早都间接影响对时精度。而且各站往往有不同的安装须要接管时钟同步信号，接口不一，如 RS-232/422/485 串行口、脉冲、IRIG- B 码、DCF77 格局接口等；安装的数量也不等，造成 GPS 安装的某些类型接口数量不够或短少某种类型的接口，须要减少一台甚至数台 GPS 接收机，而这往往受到资金不足或没有装置地位等限度。
（4）用 GPS 卫星时钟同步系统对时。GPS（全球定位系统 Global Positioning System），美国军方建设的全球卫星导航定位系统，由专门的接收器接管卫星发射的信号，能够取得地位、工夫和其它相干信息。GPS 零碎每秒发送一次信号，其工夫精度在 1μs 以内，在任何时刻、在寰球任何地位均能牢靠接管到信号，卫星不间断地发送本身的星历参数和工夫信息，GPS 发送的工夫信息蕴含年、月、日、时、分、秒以及 IPPS（规范秒）信号，因此具备很高的频率精度（可达 l0-12 量级）和工夫精度。在综自变电站中采纳 GPS 卫星同步时钟零碎有着显著的劣势，能够实现全站各零碎在对立 GPS 工夫基准下的运行监控和事变后的故障剖析。变电站的各种自动化设施（如故障录波器、微机保护装置、监控零碎等），依据 GPS 提供的准确时钟同步信号，对立变电站、调度核心的工夫基准，在电力系统产生故障后，进步了 SOE 的工夫准确性，大大提高了电力系统的平安稳定性，为剖析故障的状况及断路器动作的先后顺序提供无力的证据，为电网平安稳固监督和控制系统发明了良好的技术条件。
GPS 卫星时钟同步零碎很好地解决变电站对立工夫基准的问题，实现站内甚至站间的精确对时，目前曾经成为最佳的对时计划，也是技术倒退的必然趋势。依据《广东电网 110～220kV 变电站自动化零碎技术规范》要求，咱们在近年的新建站或综自革新站中均采纳工夫同步系统对变电站安装进行校时。在 05 年 9 月份广东电网公司公布了《广东电网变电站 GPS 工夫同步零碎技术规范》，而尔后的新建站或革新站 GPS 工夫同步零碎的治理、设计、装置、测试和运行均按该技术规范要求施行。
二、GPS 卫星时钟同步零碎的简介及工作原理
GPS 卫星时钟同步零碎利用 RS232 接口接管 GPS 卫星传来的信号，而后经主 CPU 地方处理单元的规约转换、当地工夫转换成满足各种要求的接口标（RS232/RS422/RS485 等）和工夫编码输入（IRIG_B 码，ASCII 码等）。GPS 卫星时钟同步零碎个别由 GPS 卫星信号接管局部、CPU 局部、输入或扩大局部、电源局部、人机交互模块局部组成。
GPS 时钟同步零碎次要有同步脉冲输入、串行工夫信息输入和 IRIG- B 码输入三种对时形式。脉冲同步输入形式，即同步时钟每隔肯定的工夫距离输入一个准确的同步脉冲。被授时安装在接管到同步脉冲后进行对时，打消安装外部时钟的走时误差。脉冲同步的毛病是无奈间接提供工夫信息，被授时安装如果工夫源就出错，会始终谬误走上来。串行同步输入形式，是将时刻信息以串行数据流的形式输入。各种被授时安装接管每秒一次的串行工夫信息取得工夫同步，在未接管到播送对气节的这段时间距离内，安装时钟存在本身走时误差问题，应用串行形式对时比脉冲对时形式简单，另外在接管过程中，信息处理消耗的工夫也会影响对时精度，所以次要用于给事件加上工夫标记，如果要进步对时精度，现场利用时还须要再给出秒对时脉冲信号。利用 1PPS（秒脉冲）信号的回升沿来实现内部时钟与 GPS 时钟的同步以及将同步误差克制在满足零碎精度要求范畴之内。
IRIG- B 码输入形式，IRIG 组织公布的用于各零碎工夫同步的时间码规范, 其中利用最宽泛的是 IRIG- B 版本，简称 B 码。B 码以 BCD 码形式输入，每秒输入一次，内含 100 个脉冲，输入的工夫信息为：秒、分、时，日期顺序排列。B 码信号个别有（TTL）电平形式、RS422 电平形式、RS232 电平形式、调制信号（AM）四种模式。脉冲对时和串行口对时各有优缺点，前者精度高然而无奈间接提供工夫信息；而后者对时精度比拟低，尤其是多小室模式或者监控零碎中有多个治理机、多个子系统的时候工夫精度受串口通信时延的影响尤为突出。B 码对时兼顾了两者的长处，是一种精度很高并且又含有规范的工夫信息的对时形式，当变电站的智能设施采纳 B 码对时，就不再须要现场总线的通信报文对时, 也不再须要 GPS 输入大量脉冲接点信号。按技术规范规定凡新投运的需授时变电站自动化零碎距离层设施，原则上应采纳 IRIG- B 码（DC）时钟同步信号。
三、GPS 卫星时钟同步零碎在综自变电站中的接入与利用
现行的 GPS 卫星时钟同步零碎反对硬对时（脉冲节点 PPS、PPM、PPH）、软对时（串口报文）、编码对时（IRIG-B、DCF77）和网络 NTP 对时，满足国内外不同设施的对时接口要求，变电站内微机保护装置、测控安装、故障录波器、自动化零碎站控层设施等均可接入 GPS 时钟同步零碎。GPS 对时接口个别有：RS232 串口输入、RS485 串口输入，非调制 IRIG- B 输入信号，分脉冲 1PPM 输入信号，秒脉冲 1PPS 输入信号等。综自变电站中往往有许多不同的新老安装须要接管时钟同步信号，其接口类型繁多，在理论的工程利用中往往是几种对时形式联合在一起应用的，这样就须要减少硬接点或网络对时来对立工夫。比方变电站自动化零碎中有很多设施不反对 B 码对时，则多采纳串行口对时和 1PPM 脉冲对时相结合的对时形式，串行口对时将智能设施的工夫基准准确到毫秒级，而 1PPM 每整分钟发一个脉冲作用于智能安装的时钟清零线, 从而实现时钟的准确同步。具备 B 码对时性能的智能安装，原则上是不能再承受串行通信报文对时的，否则会呈现工夫跳变，而比拟先进的智能安装会在通信程序里减少一个判据，当 B 码对时性能产生故障时才承受串行口的对时报文进行对时。
变电站的时钟同步零碎由主时钟、工夫信号传输通道、工夫信号用户设施接口（扩大安装）组成。主时钟个别设在变电站的控制中心，包含规范机箱、接管模块、接管天线、电源模块、工夫信号输出模块等，对变电站设施和距离层 IED 设施（包含智能电能表等）按要求实现 GPS 对时，并具备时钟同步网络传输校对措施。
结合实际的运行教训和理论状况，以 110kV 中星站的综自革新为例。在变电站爱护室和低压室各装置一面 GPS 工夫同步零碎屏，配置一台规范同步钟本体，主时钟实现 GPS 卫星信号的接管、解决，及向信号扩大安装提供规范同步工夫信号（RS422 电平形式 IRIG-B）；并且每台主时钟具备外部守时性能。各规范同步钟本体应能接管两路 IRIG-B（DC）时码工夫信息性能。主时钟外部的时钟当接管到内部工夫基准信号时，被内部工夫基准信号同步，当接管不到内部工夫基准信号复原时，放弃肯定的走时准确度，直到内部工夫基准信号复原时主动切换到失常工作状态。综自革新的中星变电站是采纳以太网形式组网，存在有些厂家的旧设施只存在 RS232 串口或 RS485 接口。新装置的主变线路测控安装、#1 主变爱护、#2 主变爱护及 10kV 低压室的所有线路爱护等都有 B 码的接口，采纳了 422B 码对时，选用了 RVVP 两芯的屏蔽通信电缆，1 为 +，2 为—，顺次将各安装接入 GPS 同步时钟安装的 B 码输入标号段。110kV 故障录波器没有 B 码接口，空接点接入分脉冲和秒脉冲，实现硬接点对时。两台远动主机的 RS232 串口别离接入 GPS 工夫同步系统对时，#3 主变压器爱护及 110kV 线路保护装置为老型号，无奈实现 B 码对时，和当地监控后盾也只能通过远动主机实现综自网络对时。
在 500kV 博罗站，如图 1 所示，500kV 继保小室和 220kV 继保小室内各设 1 套主时钟，负责本小室二次设施的对时，包含软对时、硬对时（1PPS、1PPM、差分信号）、编码对时（IRIG-B、DCF77）。爱护小室主时钟的工夫信号接管单元除了接管本小室的 GPS 工夫信号外，还接管另一小室的 GPS 工夫信号作为备用的规范工夫源输人（通过光纤以 IRIG-B 时码形式输出），两台主时钟之间可能互为备用, 当一个小室的工夫信号承受单元呈现问题时（例如跟踪不到卫星、天线受损等），主动切换到另一小室 GPS 上，获取规范工夫信号，保障本小室对时信号失常输入。另外，在主控室设一套扩大时钟，主时钟和工夫扩大安装之间通过光纤连贯，工夫信号接管单元别离从两台主时钟获取工夫信号，互为备用，主动切换，实现对本室设施的对时，扩大安装承受主时钟提供的工夫信息，通过扩大向其它安装提供多路输入接口。
为保障 GPS 卫星同步时钟零碎的性能、精度和效率，应做好日常的颐养和保护工作，应定时对 GPS 对时零碎各个部件进行查看，首先应查看安装显示面板上的天线信号是否失常，再查看显示面板上锁定的卫星数量（个别应大于 3），以上两项失常后再用显示面板上所显示的工夫与各个对时设施上所显示或打印的工夫进行比对，以确认对时零碎内所有参加对时的设施的对时单元工作失常，定时对系统内的各个部件进行巡检以保障整个零碎的可靠性。
在 GPS 屏内还应加装监督安装, 运行状态的告警接点输入，包含电源隐没告警、IRIG- B 信号隐没告警以及本安装自检异样告警以便及时反馈 GPS 运行状况。失常工作时，电源批示应该失常，“1PPS”脉冲指示灯每秒闪动一次，当收回“IRIG- B 信号隐没告警”示意本机未正确收到 IRIG- B 的输出信号，应做进一步查看。
四、结束语
GPS 卫星同步时钟零碎在综自革新站中和新建站中广泛应用，它岂但能无效地缩小检修和运行人员的工作量，还使咱们变电站内大多数的运行设施有了对立、规范的工夫基准，不便对运行中呈现的各种事件的剖析和追溯，进步了电力系统的自动化程度，为变电站乃至整个电网向更高治理档次迈进提供强有力的技术保障。