變電站GPS校時產品（GPS對時設備）在線監測技術

變電站GPS校時產品（GPS對時設備）在線監測技術

變電站GPS校時產品（GPS對時設備）在線監測技術

京準電子科技技術交流VX（ahjzsz）

1 、引言
       智能變電站時間同步是智能變電站運行的基本組成部分，它利用時間同步系統為智能變電站中的所有智能電子設備提供可靠穩定的時間同步資訊，目前基本采用PPS.PPM.IRIG-B等單向時間信號或基于網路的NTP網路時間協議，隨著智能變電站及更高時間性能需求的出現，PTP精確時間同步協議也應用而生，評價智能變電站時間同步好壞的標志是所有授時設備及被授時設備的時間質量在運行程序中的準確度和穩定度，因此，驗證授時和被授時設備的準確度和穩定度是變電站的重要生產維護作業，目前，智能變電站建設實施中，往往通過離線檢查來判斷時間同步設備和被授時設備是否滿足時間同步的技術要求，這種檢查方式只能說明設備在被檢查時刻的準確度，不能具有長期的判斷力，為了在運行程序中能及時反應智能變電站時間同步中授時設備及被授時設備的運行狀態，建立對智能變電站時間同步的在線監測將是作業中的重中之重，才能對時間系統中授設備和被授時設備在運行程序中出現的任何問題做到實時掌握和快速決策，

       對于智能變電站的授時設備，可以建立對授時設備輸出信號的比對來監測精度的長期變化或通過授時裝置的通訊通道由授時設備直接輸出裝置狀態完成對其的監測，而對于變電站中通過PPS. PPM. IRIG-B等單向發送的時間信號進行同步的設備，由于通過時間信號的同步程序不能發現被授時設備的準確度變化，因此可以通過對被授時裝置在準時刻觸發的SOE記錄進行對比和篩選來決策時間準確度的變化范圍是否滿足技術要求，或者可以通過被授時裝置應用資訊的時間性能來判斷裝置時間同步的穩定度，同時對于智能變電站中目前已經使用的NTP及PTP網路技術，由于他們是基于網路的雙向時間同步協議，因此，在時間同步程序中就可以確認時間同步精度的變化，而且網路通道也為這些設備通過已用通道進行自身狀態的傳輸提供了很方便的通訊渠道，目前智能變電站實施中，合并單元、保護裝置、測控裝置、智能終端等電子設備也可以利用GOOSE， SV9-2等資訊的時刻標志來分析運行程序中這些裝置的時間準確度和穩定度，
       本文旨在研究和分析智能變電站各種不同型別的時間同步裝置和被授時裝置的在線監測技術，為智能變電站時間同步在線監測系統的建設提供合理的解決方法，

 2 、概述
       智能變電站時間同步包括:授時和被授時部分兩個方面、因此，智能變電站時間同步在線監測的物件必須包括:對授時部分的在線監測和被授時部分的在線監測，智能變電監測的主要內容是研究和分析各種被監測裝置的時間狀態，通過分析判斷被監測裝置的時間準確度及穩定度，對各種潛在的問題提前進行分析和預警，減少智能變電站事故發生的概率，
       授時部分主要功能是通過輸出各種時間同步信號，如PPS、 PPM、 IRIG-B、NTP和PTP等各種專線或者網路時間信號，目的是為被授時設備提供統一的時間源，被授時設備主要是智能變電站內的智能設備，如合并單元、智能終端、保護裝置、測控裝置、故障濾波裝置、表計等智能變電站必備設備，每種智能設備都肩負不同的作業使命確保智能變電站的安全穩定運行，
       智能變電站時間同步在線監測技術主要是完成對授時設備和被授時設備的時間在線監測，而由于設備種類多、性能差別大等因素的存在，對在線監測的技術提出了很高要求，如何監測、如何實施等諸多方面的作業都必須考慮進去，因此，通過研究和分析各種針對性的監測技術手段，避免智能變電站時間同步在線監測的實施復雜性及廠家成本的無限擴張，

3、時間信號 
       時間信號由智能變電站的時間同步系統提供，智能變電站時間同步系統中最復雜的主備式系統結構如圖1所示，

圖1 時間同步系統(主備式)

       主備式時間同步系統由兩臺主時鐘、多臺從鐘和信號傳輸介質組成，與主從式的差別在于使用主備兩套主時鐘與從時鐘之間建立同步互備關系，通過穩定的時間同步網為被授時設備或系統提供對時功能，這樣做的優勢在于時間同步系統的容錯性增強，正常狀態下從時鐘只接收其中一個主時鐘的信號作為自己外部基準、當其中一臺主時鐘發生問題的時候，從時鐘可以快速切換到另外一個備用主時鐘，這樣可以確保整個時間同步網的時間年會發生偏差，
       時間同步信號包括脈沖信號、IRIG-B碼信號、網路時間同步資訊等，PPS和PPM都屬于脈沖信號，網路時間資訊包括NTP和當前比較新型的IEEE 1588資訊，
       時間同步系統輸出的時間信號及特征見表1所示，

       1PPS是脈沖對時，每秒發送一次，通過脈沖的上跳沿或下跳沿來調整時間與秒實作對齊的時間同步方式，屬于點對點單向同步技術、沒有時間反彼，時間補償也是靜態補償，而且PPS脈沖對時方式，不能告訴設備絕對的時間資訊，只能滿足時間誤差控制在秒資訊內時間同步需求，1PPM是脈沖對時，每分鐘發送一次，屬于點對點單向同步技術，沒有時間反饋，時間補償也是靜態補償，對時周期長，只能滿足慢速對時共求的設備，

        IRIG-B碼是由美國國防部下屬的靶場間測f儀器組(IRIG)制定的一種對時標準格式，傳輸資訊每秒一次，需要鋪設專線進行時間同步，無距離限制，屬于點對點單向同步技術，沒有時間反饋資訊，不能通過同步程序確定同步裝置是否真的同步上，而且對于同步裝里而宮其時間延遲不能動態補償，需要根據實際工況進行固定補倦，IRIG-B的DC方式采用IRIG-B000格式進行發送，IRIG-B的AC方式采用IRIG-B120格式發送， 
       NTP是使用最普遮的互聯網時間傳輸協議，是一種基于軟體協議的同步方式DL/T 860標準中已經引入了簡單網路協議SNTP，它是網路時間協議NTP的簡化版本，NTP/SNTP根據客戶機和服務器之間資料包所攜帶的時間戳來確定時間誤差，并通過一系列的演算法來消除網路傳輸的不確定性，進行動態補償，
       PTP則是最新的網路時間同步協議，它由相關網路時間同步領域的技術人員成立的網路精密時間同步委員會提出的，2002年底獲得IEEE標準委員會通過并作為IEEE 1588標準，IEEE 1588的全稱是網路測量和控制系統的精密時鐘同步協議標準，PTP的基本構思是通過硬體和軟體將網路設備的內時鐘與主控機的主時鐘實作同步，與NTP相比，PTP的時標由硬體完成，根據時間標簽計算出傳輸時延和時鐘偏差，IEC組織也完成對其的擴充定義為IEC 61588標準， 
       綜上所述，對于PPS/PPM/IRIG-B等專線單向通道傳輸的信號需要通過橫向比對原則進行仲裁判斷來分析時間信號的相對偏差，當某個信號的偏差增大時，可以通過決策系統給出告警，對于NTP/PTP等以太網的雙向通訊同步機制，可以通過網路通道通過NTP/PTP各自提供的時間精度分析機制進行時間準確度的判斷和分析，另外對于主時鐘和從時鐘的外部時間源的狀態，可以通過主時鐘和從時鐘自身的通訊通道報告狀態資訊，在線監測系統只要通過獲取狀態資訊就可以識別主時鐘和從時鐘的外部時間源的作業狀態，

 時間信號的在線監測基本方法如圖2：

       時間監測單元TMU主要負責時間信號的橫向對比和NTP/PTP等時間信號準確度的收集，同時通過以太網通訊通道的MMS標準通訊協議獲取各個主時鐘和從時鐘的作業狀態包括外部源狀態、內部時間狀態等等，

4 、智能設備
       智能變電站的設計規范完全采用DL/T 860標準體系結構，因此智能設備的通訊完全遵循DL/T 860的標準結構，目前各個廠家在智能設備的設計規范上已經基本將PPS輸出和網路通訊口作為了最基本的介面定義，PPS輸出的主要目的是提供時間同步準確度的檢測介面，網路通訊口的主要目的是提供滿足DL/T 860的通訊介面，

       由于智能設備都采用了DL/T 860作為了標準架構，因此智能設備通過網路可以輸出GOOSE, SMV等資訊，而這些資訊又具有鮮明的時刻資訊，這就為在線監測設備提供了時間依據，DL/T 860中定義的時間準確度的測驗方法，如圖3所示，

       圖中IED表示智能設備，通過GPS時間源、時間裝置或發生器等多種裝置作為智能設備的信號輸入使智能設備產生DL/T 860相關的報文資訊，通過多報文中的時刻資訊進行分析和比較可以判斷智能設備的時間準確度，
       通過時間注入進行分析的理論依據主要是所有設備產生含有時間資訊報文的觸發源是相同的，如果時間資訊報文的觸發源都是相同的，如果決議發現時間資訊報文通過比對存在個別差異，就能間接判斷這些差異化設備的時間精度存在問題，由于智能變電站的實施就是依據DL/T 860進行的設計，因此這種監測方法的實施是經濟和簡單的，并沒有太多刻意的增加額外的資訊，一切都是利用了智能變電站的現有資源進行整合，具有快速、簡便、經濟的操作可行性，

5、結束語
       目前國內外對于時間同步的運行基本都是處于離線監測手段，很多廠家都提供始終檢測儀幫助用戶進行時間性能檢測，或者通過時間同步技術指標監測是否滿足設計規范要求，但這只能停留在除錯階段或檢修階段，不能充分保證系統運行時的例外情況被及時發現和處理，因此，對智能變電站時間同步在線監測的技術研究在很大程度上幫助用戶更有效的掌握智能變電站時間同步的運行情況，大大減少智能變電站因時間同步原因引起的事故概率，

智能變電站時間同步在線監測技術的研究與分析

1 、引言
       智能變電站時間同步是智能變電站運行的基本組成部分，它利用時間同步系統為智能變電站中的所有智能電子設備提供可靠穩定的時間同步資訊，目前基本采用PPS.PPM.IRIG-B等單向時間信號或基于網路的NTP網路時間協議，隨著智能變電站及更高時間性能需求的出現，PTP精確時間同步協議也應用而生，評價智能變電站時間同步好壞的標志是所有授時設備及被授時設備的時間質量在運行程序中的準確度和穩定度，因此，驗證授時和被授時設備的準確度和穩定度是變電站的重要生產維護作業，目前，智能變電站建設實施中，往往通過離線檢查來判斷時間同步設備和被授時設備是否滿足時間同步的技術要求，這種檢查方式只能說明設備在被檢查時刻的準確度，不能具有長期的判斷力，為了在運行程序中能及時反應智能變電站時間同步中授時設備及被授時設備的運行狀態，建立對智能變電站時間同步的在線監測將是作業中的重中之重，才能對時間系統中授設備和被授時設備在運行程序中出現的任何問題做到實時掌握和快速決策，

       對于智能變電站的授時設備，可以建立對授時設備輸出信號的比對來監測精度的長期變化或通過授時裝置的通訊通道由授時設備直接輸出裝置狀態完成對其的監測，而對于變電站中通過PPS. PPM. IRIG-B等單向發送的時間信號進行同步的設備，由于通過時間信號的同步程序不能發現被授時設備的準確度變化，因此可以通過對被授時裝置在準時刻觸發的SOE記錄進行對比和篩選來決策時間準確度的變化范圍是否滿足技術要求，或者可以通過被授時裝置應用資訊的時間性能來判斷裝置時間同步的穩定度，同時對于智能變電站中目前已經使用的NTP及PTP網路技術，由于他們是基于網路的雙向時間同步協議，因此，在時間同步程序中就可以確認時間同步精度的變化，而且網路通道也為這些設備通過已用通道進行自身狀態的傳輸提供了很方便的通訊渠道，目前智能變電站實施中，合并單元、保護裝置、測控裝置、智能終端等電子設備也可以利用GOOSE， SV9-2等資訊的時刻標志來分析運行程序中這些裝置的時間準確度和穩定度，
       本文旨在研究和分析智能變電站各種不同型別的時間同步裝置和被授時裝置的在線監測技術，為智能變電站時間同步在線監測系統的建設提供合理的解決方法，

 2 、概述
       智能變電站時間同步包括:授時和被授時部分兩個方面、因此，智能變電站時間同步在線監測的物件必須包括:對授時部分的在線監測和被授時部分的在線監測，智能變電監測的主要內容是研究和分析各種被監測裝置的時間狀態，通過分析判斷被監測裝置的時間準確度及穩定度，對各種潛在的問題提前進行分析和預警，減少智能變電站事故發生的概率，
       授時部分主要功能是通過輸出各種時間同步信號，如PPS、 PPM、 IRIG-B、NTP和PTP等各種專線或者網路時間信號，目的是為被授時設備提供統一的時間源，被授時設備主要是智能變電站內的智能設備，如合并單元、智能終端、保護裝置、測控裝置、故障濾波裝置、表計等智能變電站必備設備，每種智能設備都肩負不同的作業使命確保智能變電站的安全穩定運行，
       智能變電站時間同步在線監測技術主要是完成對授時設備和被授時設備的時間在線監測，而由于設備種類多、性能差別大等因素的存在，對在線監測的技術提出了很高要求，如何監測、如何實施等諸多方面的作業都必須考慮進去，因此，通過研究和分析各種針對性的監測技術手段，避免智能變電站時間同步在線監測的實施復雜性及廠家成本的無限擴張，

3、時間信號 
       時間信號由智能變電站的時間同步系統提供，智能變電站時間同步系統中最復雜的主備式系統結構如圖1所示，

圖1 時間同步系統(主備式)

       主備式時間同步系統由兩臺主時鐘、多臺從鐘和信號傳輸介質組成，與主從式的差別在于使用主備兩套主時鐘與從時鐘之間建立同步互備關系，通過穩定的時間同步網為被授時設備或系統提供對時功能，這樣做的優勢在于時間同步系統的容錯性增強，正常狀態下從時鐘只接收其中一個主時鐘的信號作為自己外部基準、當其中一臺主時鐘發生問題的時候，從時鐘可以快速切換到另外一個備用主時鐘，這樣可以確保整個時間同步網的時間年會發生偏差，
       時間同步信號包括脈沖信號、IRIG-B碼信號、網路時間同步資訊等，PPS和PPM都屬于脈沖信號，網路時間資訊包括NTP和當前比較新型的IEEE 1588資訊，
       時間同步系統輸出的時間信號及特征見表1所示，

       1PPS是脈沖對時，每秒發送一次，通過脈沖的上跳沿或下跳沿來調整時間與秒實作對齊的時間同步方式，屬于點對點單向同步技術、沒有時間反彼，時間補償也是靜態補償，而且PPS脈沖對時方式，不能告訴設備絕對的時間資訊，只能滿足時間誤差控制在秒資訊內時間同步需求，1PPM是脈沖對時，每分鐘發送一次，屬于點對點單向同步技術，沒有時間反饋，時間補償也是靜態補償，對時周期長，只能滿足慢速對時共求的設備，

        IRIG-B碼是由美國國防部下屬的靶場間測f儀器組(IRIG)制定的一種對時標準格式，傳輸資訊每秒一次，需要鋪設專線進行時間同步，無距離限制，屬于點對點單向同步技術，沒有時間反饋資訊，不能通過同步程序確定同步裝置是否真的同步上，而且對于同步裝里而宮其時間延遲不能動態補償，需要根據實際工況進行固定補倦，IRIG-B的DC方式采用IRIG-B000格式進行發送，IRIG-B的AC方式采用IRIG-B120格式發送， 
       NTP是使用最普遮的互聯網時間傳輸協議，是一種基于軟體協議的同步方式DL/T 860標準中已經引入了簡單網路協議SNTP，它是網路時間協議NTP的簡化版本，NTP/SNTP根據客戶機和服務器之間資料包所攜帶的時間戳來確定時間誤差，并通過一系列的演算法來消除網路傳輸的不確定性，進行動態補償，
       PTP則是最新的網路時間同步協議，它由相關網路時間同步領域的技術人員成立的網路精密時間同步委員會提出的，2002年底獲得IEEE標準委員會通過并作為IEEE 1588標準，IEEE 1588的全稱是網路測量和控制系統的精密時鐘同步協議標準，PTP的基本構思是通過硬體和軟體將網路設備的內時鐘與主控機的主時鐘實作同步，與NTP相比，PTP的時標由硬體完成，根據時間標簽計算出傳輸時延和時鐘偏差，IEC組織也完成對其的擴充定義為IEC 61588標準， 
       綜上所述，對于PPS/PPM/IRIG-B等專線單向通道傳輸的信號需要通過橫向比對原則進行仲裁判斷來分析時間信號的相對偏差，當某個信號的偏差增大時，可以通過決策系統給出告警，對于NTP/PTP等以太網的雙向通訊同步機制，可以通過網路通道通過NTP/PTP各自提供的時間精度分析機制進行時間準確度的判斷和分析，另外對于主時鐘和從時鐘的外部時間源的狀態，可以通過主時鐘和從時鐘自身的通訊通道報告狀態資訊，在線監測系統只要通過獲取狀態資訊就可以識別主時鐘和從時鐘的外部時間源的作業狀態，

 時間信號的在線監測基本方法如圖2：

圖2 時間信號在線監測方法

       時間監測單元TMU主要負責時間信號的橫向對比和NTP/PTP等時間信號準確度的收集，同時通過以太網通訊通道的MMS標準通訊協議獲取各個主時鐘和從時鐘的作業狀態包括外部源狀態、內部時間狀態等等，

4 、智能設備
       智能變電站的設計規范完全采用DL/T 860標準體系結構，因此智能設備的通訊完全遵循DL/T 860的標準結構，目前各個廠家在智能設備的設計規范上已經基本將PPS輸出和網路通訊口作為了最基本的介面定義，PPS輸出的主要目的是提供時間同步準確度的檢測介面，網路通訊口的主要目的是提供滿足DL/T 860的通訊介面，

       由于智能設備都采用了DL/T 860作為了標準架構，因此智能設備通過網路可以輸出GOOSE, SMV等資訊，而這些資訊又具有鮮明的時刻資訊，這就為在線監測設備提供了時間依據，DL/T 860中定義的時間準確度的測驗方法，如圖3所示，

圖3 時間同步及準確度測驗方法

       圖中IED表示智能設備，通過GPS時間源、時間裝置或發生器等多種裝置作為智能設備的信號輸入使智能設備產生DL/T 860相關的報文資訊，通過多報文中的時刻資訊進行分析和比較可以判斷智能設備的時間準確度，
       通過時間注入進行分析的理論依據主要是所有設備產生含有時間資訊報文的觸發源是相同的，如果時間資訊報文的觸發源都是相同的，如果決議發現時間資訊報文通過比對存在個別差異，就能間接判斷這些差異化設備的時間精度存在問題，由于智能變電站的實施就是依據DL/T 860進行的設計，因此這種監測方法的實施是經濟和簡單的，并沒有太多刻意的增加額外的資訊，一切都是利用了智能變電站的現有資源進行整合，具有快速、簡便、經濟的操作可行性，

5、結束語
       目前國內外對于時間同步的運行基本都是處于離線監測手段，很多廠家都提供始終檢測儀幫助用戶進行時間性能檢測，或者通過時間同步技術指標監測是否滿足設計規范要求，但這只能停留在除錯階段或檢修階段，不能充分保證系統運行時的例外情況被及時發現和處理，因此，對智能變電站時間同步在線監測的技術研究在很大程度上幫助用戶更有效的掌握智能變電站時間同步的運行情況，大大減少智能變電站因時間同步原因引起的事故概率，

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