HR系列GPS北斗時間同步服務器在電力系統典型應用

HR系列GPS北斗時間同步服務器在電力系統典型應用

時間同步系統主要由主時鐘、若干從時鐘、時間信號傳輸介質組成，根據時間同步現場的不同要求，時間同步系統的結構配置有多種形式，主要分為三種：基本式、主從式、主備式，

1、 基本式

由一臺主時鐘和信號傳輸介質組成，為被授時設備提供時間同步信號，根據需要和技術要求，主時鐘可設接收上一級時間同步系統下發NTP時鐘基準信號的介面，該系統由一面主時鐘屏組成，主時鐘屏一般設在電廠/變電站/機房的控制室，

2、 主從式

由一臺主時鐘、多臺從時鐘和信號傳輸介質組成，為被授時設備時間同步，根據實際需要和技術要求，主時鐘可設接收上一級時間同步系統下發的有線時間基準信號的介面，該系統由一面主時鐘或和多面時鐘擴展屏組成，主時鐘屏一般設在電廠/變電站/機房的控制室，時鐘擴展屏數量根據電廠/變電站/機房內小室的情況而定，各小室時鐘屏負責本小室二次設備的時鐘同步，

3、 主備式

由兩臺主時鐘、多臺從時鐘和信號傳輸介質組成，為被授時設備提供時間同步信號，根據實際需要和技術要求，主時鐘可預留介面，用來接收上一級時間同步系統下發的有限時間基準信號，該系統由一面主時鐘屏和多面時鐘擴展屏組成，主時鐘屏有兩臺主時鐘、時鐘擴展屏數量根據電廠/變電站內小室的情況而定，主時鐘屏一般設在電廠/變電站/機房的主控制室，各遠方小室時鐘屏負責當地小室二次設備的對時，

近年來，隨著電網運行水平的提高，大部分變電站采用綜合自動化方案，遠方集中控制、操作，既提高了勞動生產率，又減少了人為誤操作的可能，采用變電站自動化技術是變電站計算機應用的方向，也是電網發展的趨勢，由于自動化系統（設備）內部的實時時鐘的作業建立在脈沖計數的原理上，因而，自動化系統實時時鐘的時間同步要求是變電站自動化系統的最基本要求，目前山西電網已經建立了同步時鐘系統，并預留了同步時間介面，為全省的通信設備提供同步信號（頻率），如果能夠利用該系統為全網提供時間同步信號，將會大大提高全網的可靠性，并帶來一定的經濟效益，

1、 電網實作時間同步的必要性

隨著時代的進步，電力系統的不斷發展，人們對電網的穩定、安全、高效提出了更高的要求，而作為電網基本單位的變電站、發電廠和調度所內部均有眾多的計算機監控系統、保護裝置、故障錄波器、故障資訊管理系統、安全自動裝置、遠動ＲＴＵ、ＤＣＳ系統及能量計費系統等自動化設備，其中大部分設備的運行變數可謂瞬息萬變，對時間精度要求很高，如果設備之間沒有同步到高精度的時間基準，大家各自為政，就不能保證實時系統等重要資訊的準確性，另外，各管理監控裝置對時間同步的精度要求應與所連接的自動化裝置保持同一水平，以便于故障的分析、定位，鑒定不同專業設備的責任，例如通過故障錄波、保護資訊管理系統等設備記錄事件的時間、事件發生的先后次序等，對事故進行分析，這對于查找事故的原因、分析事故發生程序，從而減少事故隱患有著至關重要的作用，同時也利于明確責任，加強管理，在通信資訊網路中，隨著網路規模的擴大，網路的系統安全日益顯得重要，口令保護、加密、電子認證等安全措施越來越多，而許多安全措施也都需要時間同步信號，

另外，隨著ＧＰＳ系統的全面民用化，國內外在基于ＧＰＳ的同步相量測量單元（ＰＭＵ）方面已經開展研究，尤其在硬體性能方面取得了很大進展，已經開始裝備于電力系統，這些裝置可以直接測量節點電壓的幅值和相角，并經由通信傳輸網路傳到調度中心，以對電力系統實時動態程序進行檢測和分析，相量測量裝置是電力系統實時動態檢測系統的基本核心組成部分，必須具備高穩定性、高精確度，而這些設備的應用都離不開高精度的時間，例如行波測距裝置、功角測量裝置等的正常運行都必須建立在高精度的同步時間基礎上，

總之，電網中的時間因素越來越重要，只有建立完善的時間同步機制，才能保證電網的可靠、高質運行，

2、 電網實作時間同步的重要性

以往的變電站、電廠內的絕大部分設備所使用的時間都是由設備內部時鐘提供的，由于設備內部時鐘的質量差異，作業一段時間后，會導致各設備的時間出現較大偏差，在目前新近投產的變電站、電廠中一般在站內配置一套小型的同步系統，接收統一的ＧＰＳ時間信號作為統一的信號源，然后傳到站內各設備，我們稱之為“區域同步”，

隨著電網的日趨復雜，我們不能僅僅局限于站內、廠內的區域同步，也就是說不能僅保證站內各設備的時間統一，而應在更大范圍內實作時間同步，做到全地區、全省范圍內所有站、所有設備的時間完全一致，因為電網是一個整體，站與站之間的同步、監控、調度遠比站內的同步更重要，山西電網將逐步形成以大機組、高壓輸電、自動化控制為特征的現代化電網，運行實作分層控制，設備的運行要靠遠方調度中心來指揮，而電網的運行可謂瞬息萬變，發生事故后更需要掌握實時資訊，以便及時決策處理，各種以計算機和通信技術為基礎的自動化裝置都需要統一的時間，這些都離不開整個系統的統一時間基準，

整個電網的時間統一性是不容忽視的，時間如同電網的命脈，它在快速準確分析電網的故障、支持電網自動化系統及市場運作、支持保護故障管理系統、支持安全穩定控制裝置系統等方面都起著極為重要的作用，

3、山西電網同步時鐘系統應用現狀

山西電網已于２００３年建設了一套覆寫全省的同步時鐘系統，全部采用美國 Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃｏｍ 公司的高精度、高可靠和穩定性同步產品，為整個山西電網通信設備提供（頻率）同步信號，

山西省數字同步網由時鐘節點設備和同步時鐘鏈路組成，時鐘節點設備包括區域基準時鐘（ＬＰＲ）、同步供給單元（ＳＳＵ），ＬＰＲ提供全數字同步網的同步基準頻率，ＳＳＵ是數字同步網的節點從鐘，具有頻率基準選擇、處理和定時分配的功能，每個基準時鐘控制的同步網內的同步方法采用等級主從同步，同步網內各同步節點之間是主從關系，每個同步網的節點都賦予一個等級地位，只容許某一等級的節點向較低等級或同等級的節點傳送定時基準信號達到同步，在省公司設定了ＬＰＲ（雙ＧＰＳ），另外在各地區設定了單ＧＰＳ系統，通過ＳＤＨ電路的ＳＴＭ—Ｎ將省公司ＬＰＲ時鐘傳至各地區的ＳＳＵ，正常情況下，所有ＳＳＵ都跟蹤于省公司ＬＰＲ，各地區的ＧＰＳ作為備用，當ＧＰＳ信號消失時，接收來自上級地面傳來的時鐘信號，而且在建設同步時鐘網時，已經預留了同步時間介面，格式為ＩＲＩＧ—Ｂ，

目前，大部分變電站內計算機監控系統、微機保護裝置、故障錄波器、事件記錄儀、安全自動裝置、遠動ＲＴＵ及能量計費系統等自動化設備大都預留了通用的時間介面，但是，實作這些設備時間同步的方式還主要是依靠許許多多分散的低端ＧＰＳ接識訓，可以說，一些設備雖然具有時間介面，但根本還未接入時間信號；已經接入時間信號的，還沒有真正實作時間同步，

在一些新設計的變電站中，采用了“區域同步”的方式，即在變電站設定一臺ＧＰＳ接識訓及時鐘分配單元，為站內各種設備提供時間信號，這種方式較原先那種采用許多分散的ＧＰＳ接識訓的方案有所改進，但仍然存在諸多不足之處，主要體現在以下幾個方面：

一是ＧＰＳ接識訓的品質性能欠缺，ＧＰＳ主時鐘是全站時間同步系統的核心裝置，可靠性是對它的最主要要求，而多數變電站內的ＧＰＳ接識訓均為單ＧＰＳ系統（非１＋１冗余），設備投資較低，帶來的問題就是性能較差，另一方面，保持性能又是可靠性的最主要的表現，保持性能，是指在特殊條件下（如饋線被老鼠咬斷、惡劣天氣等）或戰爭或政治原因，無法收到美國的ＧＰＳ衛星信號，主時鐘依靠系統內部晶體振蕩器或原子鐘，仍然可以保持高精度的時間輸出，振蕩器不同，ＧＰＳ主時鐘的保持性能就會有明顯的不同，目前，變電站內配置的同步系統中一般為內置的振蕩器（或沒有），時鐘的保持性能較差，

二是并未形成“網同步”，目前，變電站的同步僅為“區域同步”，并未實作真正的同步，電力時間同步是一個系統工程，它不僅僅是各個變電站內保護、控制、錄波等裝置的時間統一，更重要的是要做到全地區、全省范圍內所有設備的時間都完全一致，為避免突發事件下區域ＧＰＳ時鐘信號受到干擾而影響電力生產的安全，必須建立切實可行的地面傳輸鏈路，按照“主從同步”的原則，規劃整個同步網，

4、同步網綜合應用解決方案

4.1時間信號的鏈路傳輸方式

時鐘系統的組網方式可采用以下兩種方式：（１）采用６４ ｋｂ透明傳輸通道：就山西電網的通信網路條件，可以利用ＳＤＨ的６４ ｋｂ通道將位于省公司或地調的時間信號傳至各電廠、變電站，由于６４ ｋｂ通道誤碼率很小（小于１０－６），且不需要對資料進行協議封裝，也不需進行分組交換式的存盤轉發，因此網路時延很短，能夠獲得更高的時間精度，就山西時鐘同步網而言，可利用已有時鐘設備的ＩＲＩＧ—Ｂ碼介面，采用６４ ｋｂ通道將時間信號傳至各廠、站，（２）采用ＩＰ網組網方式：時間信號可以采用ＮＴＰ協議，通過ＩＰ網路進行傳輸，利用ＮＴＰ協議通過ＩＰ網路進行對時已成為趨勢，ＮＴＰ可以獲得并且分發時間，用復雜的計算增強時間的準確度，實作準確度低于毫秒級的服務，山西電力資料通信網已經建立，覆寫了所有２２０ ｋＶ及以上的變電站、主要電廠及省地調，且每個點都通過兩個不同的設備、路徑進行了組網，因此可利用現有網路資源、現有時鐘設備通過ＮＴＰ協議對全網各個站點進行授時，

4.2 時延的補償

無論采取何種傳輸方式，由于傳輸設備的固有傳輸時延以及干擾、損耗等因素，都會產生不同程度的時間延遲，但都可通過時延補償技術來解決這一問題，對于６４ ｋｂ通道傳輸方式：可根據固定的傳輸距離、固定的傳輸電路，用標準的時間作基準，測量出因傳輸帶來的時延，然后在設備上預先設定好補償值，由于傳輸網的傳輸通道相對是固定的，因此在運行中可以一直采用該值進行補償，即所謂的固定補償方式，對于ＩＰ網組網方式：可以傳送網路時間協議ＮＴＰ或簡單網路協議ＳＮＴＰ，這種協議能夠通過演算法取得網路阻塞引起的時間延遲以及設備造成的時延，并進行補償，由于ＩＰ網路的阻塞是動態的，因此ＮＴＰ的演算法也是動態的，可以適應各種網路，即所謂的動態補償，

4.3 網同步實施方案

本方案將充分利用已建的同步時鐘網路及豐富的傳輸網路資源，組建一個服務于整個山西電網的、可靠的時間同步網路，首先，利用省公司的同步時鐘設備作為整個網路時鐘基準（即一級主時鐘），利用各地區的現有時鐘節點設備作為本地區二級時鐘，在各變電站設定三級時鐘設備，變電站的時鐘設備接收一、二級時鐘地面傳來的時間信號，同時配置晶體振蕩器提供保持性能，一級主時鐘利用ＩＲＩＧ—Ｂ介面通過６４ ｋｂ鏈路傳輸至各站的三級時鐘設備，作為主用時鐘，為站內設備提供時間信號； 二級時鐘設備利用ＮＴＰ協議，通過ＩＰ網路給三級時鐘設備提供時間信號，作為備用時鐘，在主、備用時鐘消失情況下，三級時鐘同時具備良好的保持性能，見圖１，只有這樣，網內所有設備都跟蹤于省公司的同一套時鐘設備，才算是真正的網同步，而且，通過兩種不同的技術、不同的網路進行組網，使得整個同步系統具有很高的可靠性和靈活性，

5、結語

目前，山西同步時鐘系統已經建設（現僅用于頻率同步），覆寫全省各主要站點的ＩＰ資料網路也已建成，ＳＤＨ傳輸網路已成規模，而且時間信號組網技術、時延調整技術以及設備本身均已成熟，組建一個用于頻率、時間的綜合同步時鐘系統，實作真正的網同步可以說已經萬事俱備，

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