GPS對時系統（NTP對時裝置）助力電力資訊化建設
GPS對時系統（NTP對時裝置）助力電力資訊化建設
京準電子科技官微——ahjzsz
摘 要：集控站時鐘同步是影響電力系統運行穩定性和可靠性的重要因素之一，本文首先詳細介紹了利用GPS時鐘實作集控站全網部時鐘同步的原理和程序，繼而分析了目前某供電公司所轄集控站時鐘同步系統的不足，最后提出了一種改進方案，該方案中GPS時鐘冗余互備，極大的提高了時鐘同步系統的準確性，
1 、電力系統時鐘同步系統概述
電力系統時鐘同步系統是利用全球定位系統GPS時鐘對電廠、變電站的計算機監控系統、測控裝置、線路微機保護裝置、故障錄波裝置、電能量計費系統等進行統一對時，實作整個電廠、變電站的時鐘完全統一，全網時鐘不同步會造成一些較為特殊的故障，如資料和資訊丟失、SOE事件資訊邏輯混亂、某些作業站死機甚至系統癱瘓[1]，因此，時鐘同步是影響電力系統運行穩定性和可靠性的重要因素之一，
1.1 GPS對時
GPS是美國于1993年全面建成并運行的新一代衛星導航、定位和對時系統，如圖1所示，GPS系統由地面控制部分（監控主站），空間部分（GPS衛星），用戶部分（接識訓）組成，GPS對時是利用GPS衛星搭載的高精度原子鐘，產生基準信號和時間標準，提供覆寫全球的時間服務，其授時精度高達20億分之一秒，電力系統主要是利用GPS精確對時的特點，GPS接收器在任意時刻能同時接收其視野范圍內4-8顆衛星信號，其內部硬體電路和處理軟體對接收到的信號進行解碼和處理，從中提取并輸出兩種時間信號：（1）時間間隔為1s的脈沖信號PPS，其脈沖前沿與國際標準時間（格林威治時間）的同步誤差不超過1μs；（2）經串行口輸出的與PPS脈沖前沿對應的國際標準時間和日期代碼，若以PPS信號作為標準時鐘源去同步電網內運行的各個時鐘，則能保證各廠站時鐘的高精確度同步運行[2]，
1.2 時鐘同步原理
現代電力系統安裝了各種自動化設備，如測控裝置，RTU，故障錄波器，微機保護裝置，分時電能表等，這些自動化設備內部都有實時時鐘，實時時鐘實際上都是電子鐘，電子鐘不可避免的會有誤差：（1）初始值設定不準確；（2）石英晶體振蕩頻率誤差及其頻率振蕩的溫度漂移和老化漂移；（3）電路中電容器電容量的變化等，隨著時間的推移，累積誤差會越來越大，所以需要對電子鐘進行定時校準，其原理就像我們日常校對手表的方式一樣，隔一定時間間隔根據某時間基準信號設定一次，這個實作時鐘自動校對的程序稱為時鐘同步，目前，利用GPS衛星取得時間基準信號，是一種方便，經濟的手段，GPS時鐘接收GPS衛星的精確時間信號作為時間基準信號，并轉換成各種自動化設備需要的時間信號輸出，實作各個自動化設備的時間統一，
2、 集控站時鐘同步系統
集控站自動化系統分為主站系統和子站系統兩部分，主站系統是指集控站，子站系統是指集控站控制的各個變電站，通常，在集控站全網范圍內，由集控站主站接收GPS時間，然后通過通信通道與各變電站監控系統進行對時，確保集控站全網范圍內時間統一，實作全網時鐘同步一般分三步：
（1）集控站內各操作員站、前置機、服務器對時，
（2）集控站前置機下發對時報文與各變電站監控系統對時，
（3）變電站監控系統與各間隔保護、測控等裝置對時，
2.1 集控站內對時
集控站內各操作員站、前置機、服務器對時，是保證資料發生增加、更改、洗掉等操作時全網的一致性和完整性，資料的不一致和殘缺會造成主備系統切換或歷史資料存盤時，不能正確識別資料的一致性和完整性，從而造成資訊和資料的丟失，甚至會導致系統的癱瘓[3]，操作員站、前置機和服務器的石英晶體振蕩芯片長時間運行后，會出現時鐘不準問題，因而需采取相應的對時方式來實作集控站的時鐘同步，如圖2所示：操作員站、歷史服務器、SCADA服務器、前置機分別接入A網和B網，GPS時鐘輸出的時間信號直接接入A網和B網，通過網路廣播對時命令與各個服務器對時從而實作集控站內時鐘同步， 
2.2 變電站內對時
變電站內時鐘同步的目的是保證系統事件順序記錄，事故追憶的正確性，為事故調查提供依據，集控站內的前置機和GPS對時后，會有一個精確的時間，前置機按一定周期對各個變電站發送對時報文，使各個變電站監控系統與集控站時間一致，監控系統通過網路廣播對時命令，實作與各間隔保護、測控等裝置對時，從而實作與集控站時間同步，這樣就實作了集控站全網范圍內所有設備的時間統一，有些變電站已安裝了GPS時鐘裝置，正常情況下，變電站內設備通過變電站內的GPS時鐘對時，GPS時鐘偶爾也會發生故障，GPS時鐘故障時，變電站內設備根據集控站下發的對時報文對時，
3 、某供電公司集控站時鐘同步系統現狀
目前，某供電公司的220kV變電站基本上都已安裝了GPS時鐘，110kV綜合自動化變電站大部分都安裝了GPS時鐘；110kV常規變電站沒有安裝，所以，很多110kV變電站需要依靠集控站下發對時報文，才能進行時鐘同步，此外，已經安裝GPS的變電站，GPS時鐘可能會出現故障，如2007年8月，110kV龍王廟變電站GPS時鐘損壞，保護動作時間不一致，無法分清事件的先后順序，給運行人員造成很大的困擾，2008年3月，220kV金銀灘變電站GPS時鐘損壞，站內各測控裝置時間不同步，在GPS時鐘損壞期間，同樣需要依靠集控站下發對時報文進行時鐘同步，所以集控站時鐘精確與否，意義十分重大，
4、 集控站時鐘同步系統設計
GPS天線收不到信號或損壞將嚴重影響GPS時鐘的準確性， 為了提高時間基準信號的準確性，我們把原來的GPS時鐘同步系統作了改進，
如圖3所示：集控站內設定兩個GPS時鐘，兩個時鐘的天線盡量遠離，確保同一時刻至少有一個天線能接收到衛星信號，時鐘A和時鐘B的時間信號接收單元通過光纖連接，互為備用，光纖的防雷性能強從而可降低設備受雷擊造成損壞的概率，時間信號輸出單元接到網路上，同一時刻只有一個時鐘輸出時間信號，當主時鐘時間信號接收單元出現問題時，例如跟蹤不到衛星，天線或其他方面損壞等，會自動地切換到備用時鐘信號上，保證基準對時信號的正常輸出，
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