一、             概述

1 建立時間同步系統的重要性

隨著電廠、變電站自動化水平的提高，各種以計算機技術和通信技術為基礎的自動化裝置廣泛應用，如調度自動化系統、廣域相量測量系統、繼電保護及故障信息管理系統、事件順序記錄裝置、變電站自動化系統、發電廠監控系統、微機繼電保護裝置、故障錄波裝置、**自動裝置、雷電定位系統等。其運行實行分層控制，設備的運行往往要靠數百公里外的調度員指揮；電網運行瞬息萬變，發生事故后更要及時處理，這些都需要有統一的時間基準。有了統一**的時間，既可實現全廠（站）各系統在 GPS時間基準下的運行監控，也可以通過事故后各開關動作、調整的先后順序及準確時間來分析事故的原因及過程。統一**的時間是保證電力系統**運行，提高運行水平的一個重要措施。

2 時間同步系統的優越性

電廠（站）的時間同步是一件十分重要的基礎工作，現在電廠（站）大多采用不同廠家的計算機監控系統、DCS分布式控制系統、微機保護、故障錄波裝置、電能量計費系統、電液調速系統 DEH、SCADA系統及各種輸煤PLC、除灰PLC、化水PLC、脫硫 PLC等，以前的時間同步大多是各設備提供商采用各自獨立的時鐘，而各時鐘因產品質量的差異，在對時精度上都有一定的偏差，從而使全廠（站）各系統不能在統一的時間基準基礎上進行數據分析和比較，給事故后正確的故障分析判斷帶來很大困難。

現在，人們已經充分意識到時間統一的重要性。但是，統一時間并不是單純地并用GPS時鐘設備。目前，許多電廠（站）普遍采用一臺簡單配置的GPS時鐘，提供的接口數量有限。而各個電廠（站）往往有不同的裝置需要接收時間同步信號，其接口類型繁多，如 RS232/422/485串行口、脈沖、IRIG-B碼、DCF77格式接口等，而且裝置的數量也不等，所以在實際應用中常感到GPS裝置的某些類型接口數量不夠或缺少某些類型接口，其結果就是電廠（站）中有些裝置不能實現時間同步，或者需要再增加一臺甚至數臺 GPS裝置，而這往往受到資金不足或沒有安裝位置等限制。若全廠（站）采用時間同步系統方案，就可實現全廠（站）各系統在統一時間基準下的運行監控和事故后的故障分析，大大提高了電廠（站）的**穩定性。因此，采用 GPS時間同步系統比采用傳統的分散的GPS時鐘設備有著明顯的優勢，也是技術發展的必然趨勢。

3 系統簡介

我公司根據用戶的實際需求，結合我們以往的工程經驗，研制開發了K800電廠（站）時間同步系統。其將GPS（全球定位系統）衛星傳送的協調世界時（UTC）或外部傳送的時間基準信號作為定時信號源，產生用來傳遞時間信息的IRIG-B時間碼、串行時間報文、脈沖信號、DCF77信號和NTP協議時間，用于實現全廠（站）計算機監控系統、保護裝置、故障錄波器、事件順序記錄裝置、**自動裝置、遠動 RTU及各級能量管理系統、調度自動化系統、配電網自動化系統、用電負荷管理系統、電能量記費系統、電網頻率按秒考核系統、同步相量測量裝置（ PMU）、線路故障行波測距裝置、雷電定位裝置、調度錄音電話、各類信息管理系統 MIS、DCS系統、輸煤PLC、除灰 PLC、化水PLC、脫硫 PLC等的時間同步，使電廠（站）內各設備具有統一的時間基準。

二、時間同步系統的配置和性能

1 ． 一個發電廠或一個變電站，配置一套時間同步系統，一套時間同步系統可由一面或多面時鐘裝置屏組成。

2 ． 變電站，按每幢建筑（保護小室或控制室）配置一面時鐘裝置屏。

3 ． 發電廠，按每臺發電機組配置一面時鐘裝置屏，升壓站系統按變電站原則配置。

4 ． 一套時間同步系統可配置一臺主時鐘或兩臺主時鐘（冗余方式）。大型發電廠及 500kV變電站應采用兩臺主時鐘，兩臺主時鐘以冗余熱備模式工作，提高了系統的可靠性。

5 ． 主時鐘接收 GPS（全球定位系統）衛星信號或接收外部IRIG-B（ DC）時間基準信號，并向信號擴展箱提供IRIG-B（DC）時間基準信號。

6 ． 時間同步系統各時鐘屏內需配置一臺或多臺信號擴展箱，信號擴展箱提供多路 脈沖信號（1PPS、1PPM、1PPH、事件，空接點、差分、TTL、24V/110V/220V有源）、IRIB-B信號（TTL、422、232、AC）、DCF77信號（有源、無源）、時間報文（RS232、RS422/485）、NTP網絡時間信號，可以滿足 電廠（站）內 不同設備的對時接口要求。信號擴展箱的數量及接口類型根據各小室內對時設備的情況而定。

7 ． 主時鐘的時間信號接收單元能接收 GPS衛星發送的協調世界時（UTC）信號作為外部時間基準信號。正常情況下，主時鐘的時間信號接收單元獨立接收 GPS衛星發送的時間基準信號。當某一主時鐘的時間信號接收單元發生故障時，該主時鐘能自動切換到另一臺主時鐘的時間信號接收單元接收到的時間基準信號，實現時間基準信號互為備用。當主時鐘的時間信號接收單元恢復正常后，該主時鐘自動切換回正常工作狀態，切換時間小于 0.5秒，切換時主時鐘輸出的時間同步信號不會出錯。

8 ． 主時鐘可輸出一路特殊的供主時鐘間互聯的 IRIG-B（DC）碼信號，該信號作為互聯主時鐘的“后備”外部時間基準，當主時鐘的“主”外部時間基準故障時，該信號停止輸出。消除當主時鐘互聯時“主”外部時間基準發生故障所引起的工作狀態不確定性。

9 ． 信號擴展箱的時間基準信號輸入包括兩路 IRIG-B（DC）輸入。當裝置只接一路 IRIG-B（DC）輸入時，該路輸入可以是“B碼輸入 1”，也可以是“B碼輸入2”。裝置接入兩路IRIG-B（ DC）輸入時，以“B碼輸入1”作為該裝置的“主”外部時間基準，“B碼輸入2”作為“后備”外部時間基準，當“B碼輸入1”異常時，裝置自動切換到“B碼輸入2”接收“后備”外部時間基準信號，當“B碼輸入1”恢復正常時，裝置自動切換回正常工作狀態，切換時間小于0.5S，切換時裝置輸出的時間同步信號不會出錯。

10 ． 主時鐘和信號擴展箱的外部時間基準（ B碼輸入）具有時延補償功能，消除時間基準因傳輸產生的誤差。

11 ． 時鐘裝置具有內部守時功能。當接收到外部時間基準信號時，被外部時間基準信號同步；當接收不到外部時間基準信號時，切換到內部守時，使主時鐘或信號擴展箱輸出的時間同步信號仍能保持一定的準確度。當外部時間基準信號接收恢復時，自動切換到正常狀態工作，切換時間小于 0.5S，切換時時鐘輸出的時間同步信號不會出錯。

12 ． 時鐘裝置的所有輸出信號均經隔離輸出，抗干擾能力強，且各路輸出在電氣上均相互隔離。 13． 時鐘裝置具有自復位能力，在因干擾造成裝置CPU瞬間故障時，能自動恢復正常工作。

14 ． 時鐘裝置的某一路輸出信號允許短路 5分鐘以上，不會造成對該輸出回路的長久性損壞。15． 時鐘裝置的某一路輸出信號短路，不會影響其它輸出信號。

16 ． 時鐘裝置采用模塊化結構設計， CPU板、B碼生成板、信號輸出板可熱拔插。

17 ． 時鐘裝置具有工作狀態指示、告警顯示和告警信號輸出功能。告警信號的電接口類型為繼電器空接點，接點耐壓 >250V DC。

18 ． 每臺時鐘裝置 都提供一路TTL脈沖信號（可編程輸出1PPS、1PPM、1PPH、事件），供時鐘的準確度指標測試。

19 ． 時鐘裝置具有時間顯示功能，可顯示年、月、日、時、分、秒。

20 ． 時間同步系統可采用 雙電源冗余供電，任何一路電源消失，系統仍能保持正常工作。 有兩種實現方式：a)時鐘屏采用時間繼電器和接觸開關組成電源切換電路。b)GPS裝置采用雙電源冗余供電，電源供電自適應。

三、時間同步系統的結構

時間同步系統由主時鐘、信號擴展箱、時間信號傳輸設備（介質）、時間信號用戶設備接口、屏柜、相關軟件和協議組成。根據時間同步系統的配置方式，時間同步系統的結構有多種形式，下面是幾種典型的形式。

1 一臺主時鐘系統結構

該系統結構由一面主時鐘屏或和多面時鐘擴展屏組成，主時鐘屏有一臺主時鐘。主時鐘一般設在電廠（站）的控制室。時鐘擴展屏數量根據廠（站）內小室的情況而定。各小室時鐘屏負責本小室二次設備的對時。

2 二臺主時鐘同屏系統的結構

該系統結構由一面主時鐘屏或和多面時鐘擴展屏組成，主時鐘屏有兩臺主時鐘，互為熱備，。主時鐘一般設在電廠（站）的控制室。時鐘擴展屏數量根據廠（站）內小室的情況而定。各小室時鐘屏負責本小室二次設備的對時。

3 二臺主時鐘不同屏系統的結構

該系統結構由兩面主時鐘屏或和多面時鐘擴展屏組成，每面主時鐘屏內各有一臺主時鐘，兩臺主時鐘互為熱備。時鐘擴展屏數量根據廠（站）內小室的情況而定。各小室 GPS屏負責本小室二次設備的對時。

四、             系統特點

1 ．專業廠家，專業品質

我公司專業致力于同步時鐘產品的研發和應用，引進先進的生產技術和生產設備，采用表面貼裝技術，產品性能穩定可靠。

2． 同步精度高

采用美國原裝高精度GPS模塊，時鐘同步精度可達30nS。

3． 守時精度高

主時鐘和信號擴展箱都有內部守時單元。 采用了智能馴服算法，晶體選用高精度恒溫晶體振蕩器，使裝置守時準確度優于 7*10^-9(0.42μS/分鐘)，即在外部時間基準異常的情況下，每天時鐘走時誤差不超過0.6mS。

4． 可靠性高

1 ）． 應用 GPS技術/B碼基準解碼接收技術/高穩晶體振蕩器守時技術授時，實現多基準冗余授時， 能夠智能判別 GPS 信號、 外部B碼時間基準信號的穩定性和優劣，并提供多種時間基準配置方法。

2 ） ． 采用精準的測頻與“智能學習算法”，使守時電路輸出信號與GPS 衛星/IRIG-B時間基準保持精密同步, 消除因晶體振蕩器老化造成的頻偏帶來的影響。

3 ） ． 由于裝置 輸出的1PPS 等時間信號是內置振蕩器的分頻秒信號輸出，同步于GPS 系統但并不受GPS 秒脈沖信號跳變帶來的影響，相當于UTC 時間基準的復現。

4 ）．GPS 接收天線重點考慮了防雷設計、穩定性設計、抗干擾設計，信號接收可靠性高，不受廠（站）地域條件和環境的限制。

5 ）． 采用雙電源冗余供電，并選用高性能、寬范圍開關電源，工作穩定可靠，裝置電源供電自適應。

5． 專用GPS防雷，保護更徹底

在廠（站）避雷針避雷范圍內，GPS天線加裝專用天線防雷器，使GPS時鐘具有雙重防雷效果。

6． 抗干擾能力強

1 ） ． 機箱經防磁處理。

2 ）． 系統電源經專門濾波、消除共模干擾電路處理。

3 ）． 裝置具有自復位能力，在因干擾造成裝置程序出錯時，能自動恢復正常工作。

4 ） ． 所有輸入、輸出信號均電氣隔離。

7． 可實現廠（站）內時間同步系統的在線運行監控

1 ）． 主時鐘前面板有“電源指示”燈、“秒脈沖指示” 燈、“GPS信號輸入” 燈、“B碼信號輸入” 燈、“GPS信號輸入異常” 燈、“B碼信號輸入異常” 燈多種狀態指示，信號擴展箱前面板有“電源指示”燈、“秒脈沖指示”燈、“B碼信號輸入1”燈、“B碼信號輸入 2”燈、“B碼信號輸入1異常”燈、“B碼信號輸入2異常”燈多種狀態指示，便于運行值班人員的日常巡視。                                        

2 ）． 主時鐘有電源中斷告警、 GPS失步告警、外部“B碼輸入”（后備時間基準）消失告警；信號擴展箱有電源中斷告警、外部“B碼輸入1”消失告警、外部“B碼輸入 2”消失告警。這些告警信號為繼電器空接點信號輸出，可接入廠（站）內的監控系統，隨時監控時間同步系統的運行狀況。

3 ）． 時間同步系統可輸出多路脈沖，按要求指定某一特定時間發送一個脈沖（即每天發送一個脈沖），將此脈沖接入自動化測控單元等二次設備，并將貼有時間標簽的事件上傳廠（站）內的監控系統或調度中心，在線檢測時間同步系統的信號輸出精度或廠（站）內二次設備的對時誤差。    

8 ．系統操作簡單，維護方便，信號接口配置靈活，易于擴展

1 ）． 時鐘裝置使用按鍵設置 , 脈沖、串口信號輸出可編程，操作簡單。

2 ）． 時鐘裝置采用模塊化結構設計，配置靈活。

3 ）． 時鐘裝置采用模塊化結構設計 ,為將來其它信號基準源(北斗、伽利略衛星信號等) 的接入提供了方便，同時為將來電廠（站）改造擴建時增加或更改對時信號接口提供了方便。

4）．CPU板、B碼生成板、信號輸出板可熱拔插，維護方便。

9 ．系統安裝調試**方便

1）．時鐘裝置為架裝式結構， 2U、19”標準機箱,安裝方便。

2 ）． 時鐘裝置采用模塊化結構設計， CPU板、B碼生成板、信號輸出板可熱拔插，易于調試。

3 ）． 屏柜端子采用帶隔離刀的端子排，方便分路調試。

4 ）． 每臺裝置提供一路可編程的 TTL脈沖信號（1PPS/1PPM/1PPH）供時鐘的準確度指標測試。

5）． 裝置可通過數碼管顯示跟蹤到的有效衛星個數，直觀地反映裝置接收 GPS衛星的狀況。

六、建立時間同步系統的意義

◆ 時間同步系統保證了電廠（站）內各個裝置具有統一的時間基準。

◆ 建立時間同步系統后，主時鐘和信號擴展箱都采用了冗余化配置，保證了時間同步系統的可靠性。

◆ 時間同步系統單獨組屏，為變電站將來改造時 GPS時間同步信號的擴展提供了方便。

◆ 建立時間同步系統，便于維護、管理。

在電廠（站）建立時間同步系統后，廠（站）內各個裝置有了統一時間基準，消除了各個裝置的時間偏差，為分析各開關的動作情況帶來了極大方便，大大提高了事故分析的準確性和可比性。

從客戶反饋回的信息來看，效果良好，時間基準統一，便于維護、管理和故障分析。

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