變電站時鐘系統(tǒng)同步異常的判斷方法

彭飛進，車 磊，鄧智廣

（佛山供電局，佛山528000）

時間同步對于電力系統(tǒng)的故障分析、監(jiān)視控制和運行管理具有重要意義。隨著電網(wǎng)的日益復(fù)雜，統(tǒng)一的時間基準是對電力系統(tǒng)故障期間各類裝置、設(shè)備、系統(tǒng)動作情況分析的基礎(chǔ)。事件順序記錄SOE（sequence of event）是電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中一類重要信息，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，常常依靠SOE 記錄來分析整個事件發(fā)生的過程。每條SOE 記錄自身均有一個帶毫秒的時間，在分析故障發(fā)生過程時就是依靠SOE 記錄自身的時間來分辨每一條故障信息發(fā)生的先后順序，從時間維度上得到一個清晰完整的故障事件發(fā)生過程，從而判斷電力系統(tǒng)各類裝置、設(shè)備、系統(tǒng)的動作順序、動作結(jié)果是否正確。如果SOE 記錄自身時間出現(xiàn)問題，就會對故障發(fā)生過程的分析造成混亂，進而影響到對故障的分析判斷，最終影響到故障的處理效率。

SOE 記錄自身的時間來源于變電站內(nèi)的裝置，站內(nèi)裝置一般通過與站內(nèi)時鐘系統(tǒng)對時來獲取正確的時間[1-12]。各變電站的時鐘系統(tǒng)都是與GPS（global positing system）系統(tǒng)同步對時，從而實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的時間同步。如果站內(nèi)時鐘系統(tǒng)時間同步異?；蛘緝?nèi)裝置與站內(nèi)時鐘系統(tǒng)的對時出現(xiàn)異常時，就會導(dǎo)致SOE 記錄時間的錯誤。目前很多變電站均為無人值班變電站，站內(nèi)時鐘系統(tǒng)時間同步異常或站內(nèi)裝置與站內(nèi)時鐘系統(tǒng)的對時出現(xiàn)異常時不能夠通過現(xiàn)場的巡視第一時間發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)階段缺乏一種有效的技術(shù)手段來實現(xiàn)對變電站時鐘系統(tǒng)同步異常的分析判斷。

本文在分析電力系統(tǒng)時間同步原理的基礎(chǔ)上，提出了一種簡易可行的變電站時鐘系統(tǒng)異常的判斷方法，通過在調(diào)度自動化主站SCADA（supervisor control and data acquisition）系統(tǒng)比較變電站自動化系統(tǒng)上送的SOE 記錄自身的時間與主站SCADA 系統(tǒng)接收到該條SOE 記錄的時間，當兩者相差超過設(shè)定的參數(shù)時，就判斷該條SOE 記錄的時間異常，從而得出站內(nèi)時間同步系統(tǒng)異常的結(jié)果。

1 調(diào)度自動化系統(tǒng)時鐘同步的實現(xiàn)方式

目前變電站自動化系統(tǒng)對時系統(tǒng)普遍采用直接接線對時和網(wǎng)絡(luò)對時相結(jié)合的方式，即通過1個或多個GPS 接收裝置引入高精度時鐘；站控層則一般只有1～2 臺服務(wù)器采用串口時間報文的方式從GPS 接收裝置獲取時間，其余站控層節(jié)點則采用網(wǎng)絡(luò)對時的方式；間隔層裝置采用直接接線到GPS 接收機的方式獲取時間，一般采用分/秒脈沖、IRIC-B 碼等方式。不同廠家出廠的GPS 接收裝置，其秒脈沖、IRIC-B 碼輸出進度略有不同。變電站時鐘同步示意如圖1 所示。

圖1 變電站時鐘同步示意Fig.1 Diagram of substation time synchronizing

調(diào)度自動化主站SCADA 系統(tǒng)一般通過2 個GPS 接收裝置引入高精度時鐘，在系統(tǒng)內(nèi)通過NTP 實現(xiàn)調(diào)度自動化主站SCADA 系統(tǒng)各設(shè)備的時間同步。調(diào)度自動化主站系統(tǒng)時鐘同步示意如圖2 所示。

圖2 調(diào)度自動化主站系統(tǒng)時鐘同步示意Fig.2 Diagram of the dispatching automation master station system time synchronizing

2 方案基本思路

SOE 記錄的時間來源于變電站內(nèi)時鐘系統(tǒng)，調(diào)度自動化主站SCADA 系統(tǒng)的時間來源于主站SCADA 系統(tǒng)的時鐘系統(tǒng)。站內(nèi)時鐘系統(tǒng)與主站SCADA 系統(tǒng)的時鐘系統(tǒng)都是與GPS 系統(tǒng)進行時間同步，可以認為站內(nèi)時鐘系統(tǒng)與主站SCADA 系統(tǒng)的時鐘系統(tǒng)時間基準是一樣的。由于調(diào)度自動化主站SCADA 系統(tǒng)每天都有值班員巡視檢查，當主站SCADA 系統(tǒng)的時鐘系統(tǒng)出現(xiàn)異常時都可得到及時的發(fā)現(xiàn)和處理，因此在本方案中認為主站SCADA 系統(tǒng)的時鐘系統(tǒng)是可靠和可信的（實際運行情況也表明如此）。

當一條事件發(fā)生時，變電站自動化系統(tǒng)一般會向調(diào)度自動化主站SCADA 系統(tǒng)上送該事件的SOE 記錄。目前調(diào)度自動化系統(tǒng)與變電站自動化系統(tǒng)一般通過四線專線通道或網(wǎng)絡(luò)通道進行通信，波特率不低于1 200 b/s。在電網(wǎng)正常情況下，變電站自動化系統(tǒng)不會在短時間內(nèi)有大量信息上送調(diào)度自動化主站SCADA 系統(tǒng)，而每幀報文長度不會超過256 個字節(jié)，當一條事件發(fā)生時，一般在1～2 s 內(nèi)主站SCADA 系統(tǒng)就可以收到該事件的SOE記錄；在電網(wǎng)故障情況下，變電站自動化系統(tǒng)會在短時間內(nèi)上送大量信息（主要是變化數(shù)據(jù)和SOE記錄），考慮到變化數(shù)據(jù)會優(yōu)先上送，主站SCADA系統(tǒng)收到SOE 記錄的時間會稍晚，但在10 s 內(nèi)主站也可以收到。因此不論在電網(wǎng)正?；蚬收锨闆r下，調(diào)度自動化SCADA 系統(tǒng)一般都會在10 s 內(nèi)收到某一事件的SOE 記錄。根據(jù)該特點，比對主站SCADA 系統(tǒng)接收到SOE 記錄的時間與SOE 記錄自身時間的時間差，就可以判斷該條SOE 記錄的時間是否異常，從而得出站內(nèi)時鐘系統(tǒng)時間同步是否異常的結(jié)果。存在如下兩種情況：

（1）SOE 記錄自身的時間（T1） 晚于主站SCADA 系統(tǒng)接收到該條SOE 記錄的時間（T2）（如圖3 所示），即

則可判斷SOE 記錄的時間異常，從而得出站內(nèi)時間同步系統(tǒng)異常的結(jié)果。舉例如下：

SOE 記錄自身的時間為2012-08-07 14：50：16：897（T1）

主站SCADA 系統(tǒng)接收到該條SOE 記錄的時間為2012-08-07 14：50：15（T2）

則判斷SOE 記錄的時間異常，從而得出站內(nèi)時間同步系統(tǒng)異常的結(jié)果。

圖3 SOE 記錄自身時間晚于SCADA 系統(tǒng)接收到該條SOE 記錄的時間Fig.3 Time record of SOE is latter than that of SCADA

（2）SOE 記錄自身的時間早于主站SCADA 系統(tǒng)接收到SOE 記錄的時間超過設(shè)定的時間差值H（如圖4 所示，時間差值可以根據(jù)具體情況調(diào)整設(shè)置），即

則判斷該條SOE 記錄的時間異常，從而得出站內(nèi)時間同步系統(tǒng)異常的結(jié)果。舉例如下（H 為10 s）：

SOE 記錄自身的時間為2012-08-07 14：50：16：897（T1）

SCADA 系統(tǒng)接收到該條SOE 記錄的時間為2012-08-07 14：50：30（T2）

則判斷該條SOE 記錄時間有問題，從而得出站內(nèi)時鐘系統(tǒng)時間同步異常的結(jié)果。

當發(fā)生上述兩種情況時，即可以判斷站內(nèi)時間同步系統(tǒng)異常，從而提醒運行維護人員檢查系統(tǒng)或設(shè)備。

圖4 SOE 記錄自身時間早于SCADA 系統(tǒng)接收到該條SOE 記錄的時間Fig.4 Time record of SOE is earlier than that of SCADA

3 工程應(yīng)用

根據(jù)上文所述的基本思路，佛山供電局在調(diào)度自動化SCADA 系統(tǒng)實現(xiàn)了相關(guān)功能。該功能的實現(xiàn)流程如圖5 所示。

圖5 功能實現(xiàn)流程Fig.5 Flow chart of function realization

通過比對主站SCADA 系統(tǒng)接收到SOE 記錄的時間與SOE 記錄自身時間的時間差，判斷該條SOE 記錄的時間是否異常，從而得出站內(nèi)時鐘系統(tǒng)時間同步是否異常的結(jié)果。當判斷該條SOE 記錄時間異常時，則在主站系統(tǒng)產(chǎn)生一條“SOE 時間有問題”的事件記錄（如圖6 所示），工作人員就可以根據(jù)該事件記錄去對具體的站點、具體的裝置進行對時故障分析判斷，大大提高了變電站時間同步系統(tǒng)對時故障發(fā)現(xiàn)的及時性和故障處理效率，進一步提高時間同步系統(tǒng)和變電站自動化系統(tǒng)的可靠性。

圖6 事件信息窗Fig.6 Window of event information

4 結(jié)語

本文所提出的判斷變電站時鐘系統(tǒng)同步異常方案充分利用現(xiàn)有的信息和系統(tǒng)，不需額外增加硬件設(shè)備投資，只需在主站系統(tǒng)進行功能改進即可。在佛山供電局調(diào)度自動化SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用驗證了本方案的可行性。本方案易實施、見效快，具有很好的推廣應(yīng)用價值。

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