景洪電廠監(jiān)控系統(tǒng)衛(wèi)星時鐘同步裝置介紹

王江

摘要：本文結合實例，主要對景洪電廠監(jiān)控系統(tǒng)衛(wèi)星時鐘同步裝置進行介紹。

關鍵詞：衛(wèi)星時鐘同步裝置；SZ 系列GPS；

1.使用情況

衛(wèi)星時鐘同步裝置就是專門為電力系統(tǒng)的自動化提供高精度時間基準的時間同步設備。我國“北斗一號”衛(wèi)星為時間基準，時間同步精度優(yōu)于1μs，它同時跟蹤3 顆北斗衛(wèi)星，具有高精度的授時性能及完備的自主完好性監(jiān)測功能。我廠現(xiàn)使用時間同步裝置為SZ系列GPS，采用單片機控制，軟硬件結合的技術設計，充分利用GPS接收組件的潛力，使系統(tǒng)具有可靠性高、功能多、精度高、性價比好和操作方便等特點，完全滿足我廠時間同步要求。

2.技術指標

接收頻率：1575.42MHz，可同時跟蹤8～12顆GPS衛(wèi)星；天線射頻靈敏度：-166dbw；天線配帶30 米饋線；捕獲時間：20 秒～2 分鐘；1PPS輸出定時準確度：1μs；電平：485 電平；極性：正脈沖；脈寬：約20～200ms；阻抗：50Ω；前沿：<20ns；5.1PPM 輸出定時準確度：1μs；電平：485 電平；極性：正脈沖；脈寬：約20～200ms；阻抗：50Ω 前沿：<20ns；1PPH 輸出定時準確度：1μs；電平：TTL；極性：正脈沖；脈寬：約1s；阻抗：50Ω；前沿：<20ns；周波測量精度：0.001 周；安全運行天數(shù)：可人工預置或清除；突發(fā)事件測量：測量精度1μs，格式為XX 年XX 月XX 時XX 分XX 秒XXX 毫秒XXX 微秒。

本機可存儲三組突發(fā)事件時刻：工頻鐘：50Hz 市電驅(qū)動運行的時鐘，開機時與標準鐘同步；鐘差：標準鐘減去工頻鐘的差值，同步時差值為零，精度20 毫秒，鐘差值的大小反映電網(wǎng)運行的質(zhì)量；經(jīng)度、緯度：電網(wǎng)同步鐘所在的地理位置；顯示：顯示內(nèi)容包括周波數(shù)，日期，時間，安全運行天數(shù)，經(jīng)度，緯度，工頻鐘面，鐘差（標準鐘—工頻鐘），突發(fā)事件時刻；串行口：輸出編碼（年月日時分秒），工頻鐘時間（時分秒），鐘差、周波數(shù)和突發(fā)事件產(chǎn)生的時刻，每秒發(fā)一次。輸出有RS232 電平和RS485 電平；電源：輸入電壓范圍：交直流86～256V；最大輸出功率：15W；輸入頻率范圍：47～63Hz；工作溫度范圍：-10℃～+55℃。

3.對時信號種類

衛(wèi)星時鐘同步的對時方式有軟對時（即由通訊報文來對時）、硬對時（分對時或秒對時）、DCF 77對時和編碼對時（B碼對時）四種，現(xiàn)主要概述對時方式為軟對時、DCF 77對時和B碼對時三種。

3.1軟對時

軟對時是以通訊報文的方式實現(xiàn)的，這個時間是包括年、月、日、時、分、秒、毫秒在內(nèi)的完整時間，監(jiān)控系統(tǒng)中一般是：總控或遠動裝置與GPS裝置通訊以獲得GPS的時間，再以廣播報文的方式發(fā)送到裝置。這種廣播的對時一般每隔一段時間廣播一次，如南瑞RCS-9698CD是1分鐘下發(fā)一次。報文對時會受距離限制，如RS-232口傳輸距離為30m。由于對時報文存在固有傳播延時誤差，所以在精度要求高的場合不能滿足要求。

3.2 B碼對時

編碼對時：目IRIG-B碼實際上也可以看作是一種綜合對時方案，因為在其報文中包含了秒、分、小時、日期等時間信息，同時每一幀報文的第一個跳變又對應于整秒，相當于秒脈沖同步信號。B碼對時有交流B碼和直流B碼兩種，交流B碼的波形為正玄波，因此傳輸比較方便且距離較遠，但是交流B碼時間精度低。且交流B碼設備中的電容壽命有限所以故障率相對較高。直流B碼的波形為方波，傳輸距離要比正玄波的交流B碼短，但是直流B碼時間精較高，且故障率相對較低。目前國內(nèi)多數(shù)設備均采用直流B碼對時。

為提高精度，發(fā)電廠中一般采用硬對時和軟對時相結合的方式，即裝置通過通訊報文獲取年月日時分秒信息，同時通過脈沖信號精確到ms、us，對于有編碼對時口（如IRIG-B）的裝置優(yōu)先選用編碼對時。

3.3 DCFF 77對時

DCF77對時是類似于B碼對時的另一種對時方式。DCF77時間采用BCD碼進行時間編碼，時間碼在在秒信號的間隙傳輸年月日時分等信息。

4.通信規(guī)約

SZ 系列GPS 既可以采用報文方式軟件對時，又可以采用脈沖方式硬對時，其中報文方式的通訊規(guī)約有六種，下面介紹常用的兩種。

4.1規(guī)約1

接口標準：RS232 或RS422/RS485；通訊速率：4800b/s；數(shù)據(jù)位：8 位（ASCⅡ碼）；起始位：1 位；停止位：1 位；校驗位：無；輸出報文格式：語句1：BJT，YYMMDD，hhmmss，±XXXX.XX，HHFFPP，ff.f1f1f1；語句2：SOE，YYMMDD，hhmmss，UUUUUU；語句3：ERR，YYMMDD，hhmmss。其中：BJT 表示北京時間，SOE 表示外部事件，ERR 表示信號丟失或接收衛(wèi)星少于3 顆。YY 為年，MM 為月，DD 為日，hh 為時，mm 為分，ss 為秒，UUUUUU 為微秒，±表示鐘差的符號，XXXX.XX 為鐘差值（標準鐘—工頻鐘），單位為秒，HHFFPP分別為工頻鐘的時，分，秒。ff 為周波數(shù)的兩位整數(shù)部分，f1f1f1 為周波數(shù)的三位小數(shù)部分。正常情況，只發(fā)語句1；有外部事件時，發(fā)語句2；當出現(xiàn)信號丟失或接收的衛(wèi)星少于3 顆時，發(fā)告警語句3。語句3 中的 YYMMDD，hhmmss，表示失星時的年、月、日、時、分、秒。

4.2規(guī)約2

接口標準：RS232 或RS422/RS485；通訊速率；4800b/s；數(shù)據(jù)位：8 位（數(shù)據(jù)為壓縮BCD 碼，字符為ASCⅡ碼）；起始位：1 位；停止位：1 位；校驗位：無；輸出報文格式：HHMMSSYYM1M1DDFFF1F1F2F2H2H2M2M2S2S2。其中：為起始符，為工頻標志，為周波標志，為結束標志，以上均為ASCⅡ碼。HHMMSSYYM1M1DD 分別為北京時間：時，分，秒，年，月，日；FF 為周波數(shù)的整數(shù)部分；F1F1 為周波數(shù)的小數(shù)點后第一、第二位小數(shù)；F2F2 為周波數(shù)的小數(shù)點后第三、第四位小數(shù)；H2H2M2M2S2S2 為周波鐘的時分秒；以上數(shù)據(jù)均為壓縮BCD 碼。

5.電廠需要GPS時鐘信號的系統(tǒng)和設備

需要GPS時鐘信號的系統(tǒng)和裝置主要有監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護裝置、同步向量測量裝置、故障錄波系統(tǒng)、保信子站、行波測距裝置等。

監(jiān)控系統(tǒng)上位機對時方式為軟對時，對時裝置通過RS232和RS485接口將時間同步至站內(nèi)通信機，站內(nèi)通信機在將時間同步至監(jiān)控系統(tǒng)上位機各個節(jié)點。監(jiān)控系統(tǒng)下位機對時方式為DCFF 77對時，上位機FIB同步光纖接收器在接到GPS時鐘同步主機的時間信號后并通過光纖傳至下位機FIB光纖接收器通過解析后送至SOE模塊。繼保室繼電保護裝置、同步向量測量裝置、故障錄波系統(tǒng)、保信子站、行波測距等采用的對時方式為B碼對時（其中除阿?，m保護裝置用交流B碼對時外其他的均才采用直流B碼對時），他們均以硬接線方式將GPS的B碼對時信號引入，通過自有的解析程序后進行對時。在機旁盤的發(fā)電機保護，故障錄波器、主變保護等裝置的對時傳輸過程類似于監(jiān)控系統(tǒng)下位機，不同之處在與他們的對時方式采用的B碼對時。

6.結語

我廠時鐘同步裝置定時精準，從投產(chǎn)至今運行穩(wěn)定。為我廠監(jiān)控系統(tǒng)、保護裝置等重要設備提供精準時間，是電廠事故分析的重要依據(jù)，同時也是電廠無人值班建設的關鍵性因素。