水電廠同步時鐘系統(tǒng)分階段實施方案探析

萬 君，楊 敏

（1.豐滿大壩重建工程建設局，吉林省吉林市132108；2．豐滿發(fā)電廠，吉林省吉林市132108）

水電廠同步時鐘系統(tǒng)分階段實施方案探析

萬 君1，楊 敏2

（1.豐滿大壩重建工程建設局，吉林省吉林市132108；2．豐滿發(fā)電廠，吉林省吉林市132108）

電力系統(tǒng)的快速發(fā)展對時間同步的要求日益迫切，需要準確、安全、可靠的時鐘源為電力系統(tǒng)各類運行設備提供精確的時間基準。本文主要是研究基建與生產相結合復雜工況下的水電廠同步時鐘系統(tǒng)分階段解決方案，方案的實施節(jié)省了投資，縮短工期，形成無縫平衡過渡。

時鐘系統(tǒng)；同步；階段；實施方案；水電廠

1　概　述

電力系統(tǒng)的快速發(fā)展對時間同步的要求日益迫切，需要準確、安全、可靠的時鐘源為電力系統(tǒng)各類運行設備提供精確的時間基準。例如調度自動化系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和設備繼電保護裝置等，均要求確保實時數(shù)據采集時間一致性，從而提高電網事故分析和穩(wěn)定控制的水平，提高電網運行效率和可靠性。出于對國家安全的考慮，我國推出了北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，目前重要水電廠的時鐘系統(tǒng)均采用GPS和北斗雙系統(tǒng)授時方式。時鐘系統(tǒng)即接受時鐘同步信號。對時方式有報文對時和脈沖方式的硬對時，其中報文對時主要有IRIG-B碼、DCF77碼、NTP協(xié)議、串口時間報文等，脈沖有秒、分、時3種形式。〔1〕本文主要是針對某大型區(qū)域水電站進行大規(guī)模重建施工同時，保留三期電站機組、下游反調節(jié)水庫的復雜工況下，研究基建與生產相結合復雜工況下的水電廠同步時鐘系統(tǒng)分階段解決方案。

該項目針對基建與生產交叉、新老設備結合的特殊情況，采用IRIG-B（DC）時碼與串口時間報文方式，采用精度較高的秒脈沖，并需完成部分設備的GPS對時接口改造，以滿足現(xiàn)場實際需求。

2　工程概況

該工程項目是對1937年興建的全國第一座大型水電廠進行全面治理（重建），將老壩及10臺機組拆除，在下游120m新建大壩。保留三期水電站2臺機組及開關站，將原老廠2回220kV線路改接至三期側，接入地區(qū)電網，實現(xiàn)三期電站獨立運行。在大壩重建期間，三期電站將仍能起到發(fā)電、防洪及確保下游供水的重要作用。后期新壩建成后，形成總裝機容量1480MW，包括新建電站6臺200MW機組的500kV系統(tǒng)電站、三期電站2臺140MW機組的220kV系統(tǒng)電站，以及下游反調節(jié)水庫，形成流域調控水電站。

3　同步時鐘系統(tǒng)分階段解決方案

為解決基建與生產相結合復雜工況下的區(qū)域水電站對時問題，經分析，從經濟投資和安全穩(wěn)定方面考慮，采用了分階段實施的同步時鐘系統(tǒng)解決方案。該方案是根據工程進度，在不同施工階段，建設滿足不同需求的同步時鐘系統(tǒng)，最終形成全站同步時鐘系統(tǒng)。整個施工順序：1）三期電站獨立運行改造階段，形成三期電站側同步時鐘系統(tǒng)；2）老廠拆除、大壩重建階段，三期、下池、新建生產控制樓運行，上述系統(tǒng)建立同步時鐘系統(tǒng)；3）新廠建成后，江兩側的2個電壓等級電站并列運行階段，形成全站同步時鐘系統(tǒng)。期間過程復雜，既要保證改造施工期間部分電氣系統(tǒng)的正常對時，又要考慮后期新廠形成后的合理過度問題，需分階段建設同步時鐘系統(tǒng)，最終完成全站同步時鐘系統(tǒng)。在基建施工同時又要保證部分系統(tǒng)生產運行，工況極其復雜。

3.1三期電站獨立運行改造階段實施方案

豐滿三期獨立運行項目配置雙套雙源同步時鐘系統(tǒng)，GPS、北斗雙源同步時鐘系統(tǒng)，主時鐘接收單元能同時接收GPS衛(wèi)星與我國北斗衛(wèi)星時間信號。

主時鐘內部的時鐘，當接收到外部時間基準信號時，與外部時間基準信號同步；當接收不到外部時間基準信號時，要保持一定的走時準確度，使主時鐘輸出的時間同步信號準確度應優(yōu)于1.5× 10-8（0.92μs/min）。

時間信號輸出單元，當主時鐘接收到外部時間基準信號時，按照外部時間基準信號輸出時間同步信號；當接收不到外部時間基準信號時，按照內部時鐘保持單元的時鐘輸出時間同步信號。當外部時間基準信號接收恢復時，切換到正常狀態(tài)工作，切換時間應小于0.5s。切換時，主時鐘輸出的時間同步信號不出錯：時間報文無錯碼，脈沖碼無多發(fā)或少發(fā)。

接口擴展裝置功能，主要為IRIG-B（DC）時碼與串口時間報文方式，以滿足全站各設備的對時要求。

GPS衛(wèi)星時鐘裝置精度要求不大于150ns。時鐘系統(tǒng)配置見表1，結構圖如圖1所示。

表1　三期同步時鐘系統(tǒng)配置表

3.2老廠拆除、大壩重建階段方案

該階段要求在拆除后、重建的過度期間，將老廠原有系統(tǒng)與三期電站徹底分離，在距離三期電站3km（隔江）處新建生產控制樓通，并在其中建設滿足過渡階段需求的調控、數(shù)據網等系統(tǒng)，實現(xiàn)東北電網和吉林省網對三期電站的實時調控。為滿足控制樓中數(shù)據網、PMU、故障錄波等終端設備上傳數(shù)據的對時需求，為此形成此階段對時方案：

生產控制樓引入了一組擴展時鐘，擴展時鐘上加配雙口長距離光口B碼模塊，三期時鐘同步主鐘與備鐘分別加配雙端口長距離光口B碼模塊，才用雙光纖鏈路的方式分別連接至生產控制樓的擴展時鐘，生產控制樓擴展鐘提供B碼、脈沖及NTP信號。與豐滿三期獨立運行系統(tǒng)項目中建成的主備式冗余結構雙源同步時鐘系統(tǒng)同廠同型產品，以確保當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，既可實現(xiàn)全系統(tǒng)在統(tǒng)一時間基準下的運行監(jiān)控和事故后故障分析，也可以通過各保護動作、開關分合的先后順序及準確時間來分析事故的原因及過程。［2］

圖1　三期電站獨立運行改造階段同步時鐘系統(tǒng)結構圖

在三期側建成的主備式冗余結構雙源同步時鐘系統(tǒng)主、備時鐘屏上各增加一路光纖IRIG-B碼信號輸出模塊，實現(xiàn)三期和控制樓間的同步授時。配置見表2，系統(tǒng)結構如圖2所示。

表2　生產控制樓擴展時鐘系統(tǒng)配置表

3.3新廠建成后的方案

待新廠建設完畢投運后，將形成三期2臺機組，2回出線的220kV系統(tǒng)電站、新廠側6臺機組，2回500kV出線變電站，以及下池反調節(jié)水庫在內的總裝機容量1480MW的大型區(qū)域水電站。時鐘系統(tǒng)結構圖如圖3所示。

新廠建設期將增加1套雙網雙源的同步時鐘系統(tǒng)，以滿足大量新增設備的授時要求。同時保留三期電站同步時鐘系統(tǒng)授時天線，最為新廠側同步時鐘系統(tǒng)事故備用，按調度要求，全廠也將接受東北網調對時平臺的授時。

屆時將形成1廠2站和反調節(jié)水庫在內的完整、可靠同步時鐘系統(tǒng)將形成，實現(xiàn)基建與生產相結合復雜工況下的水電廠同步時鐘系統(tǒng)分階段解決方案。

新廠建成后，三期電站側前期形成的獨立對時裝置將作為新廠同步時鐘系統(tǒng)的擴展單元，改造方案的實施節(jié)省了投資，縮短工期，形成無縫平穩(wěn)過渡。

圖2　老廠拆除、大壩重建階段同步時鐘系統(tǒng)結構圖　

圖3　新廠建成后同步時鐘系統(tǒng)結構圖

［1］黃劍鋒.GPS對時技術在水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的應用［J］.華東科技（學術版），2014，（12）：5—5.

［2］黃明遠.大型發(fā)電廠電氣系統(tǒng)GPS對時現(xiàn)狀及對策［J］.大眾用電，2012，（08）：48—49.

1002－0624（2015）12－0066－03

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2015-08-20