紅沿河核電廠變電站時鐘同步系統(tǒng)設計優(yōu)化

田海松楊勝江陳良甲韋宏偉

（1. 中科華核電技術研究院有限公司，廣東 深圳　518124；2. 遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連　116319）

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紅沿河核電廠變電站時鐘同步系統(tǒng)設計優(yōu)化

田海松1楊勝江2陳良甲2韋宏偉2

（1. 中科華核電技術研究院有限公司，廣東 深圳518124；2. 遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連116319）

本文介紹了紅沿河核電廠全廠時鐘系統(tǒng)（DTC系統(tǒng)）的構成，以及核電廠變電站時鐘同步系統(tǒng)的現(xiàn)狀。針對核電廠存在多套時間同步系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間時鐘不同步或同步精度差，以及現(xiàn)有時間同步裝置供電方式不可靠的問題，提出了現(xiàn)有變電站時鐘同步系統(tǒng)的設計優(yōu)化方案。

核電廠；變電站；時鐘同步；設計優(yōu)化

隨著變電站自動化水平日益的提高，計算機監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護裝置、故障錄波器、遠動裝置、故障測距裝置等電氣二次設備對時鐘同步系統(tǒng)對時的統(tǒng)一性、精確性、穩(wěn)定性要求愈來愈高。時鐘同步系統(tǒng)在核電廠變電站運行監(jiān)控及事故后的故障分析中，提供統(tǒng)一的時間基準，保證時鐘同步系統(tǒng)精確統(tǒng)一是保證核電機組安全運行，同時也是提高電網(wǎng)運行管理水平的必要技術手段。

1　紅沿河核電廠時鐘同步系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

1.1紅沿河核電廠時鐘系統(tǒng)（DTC系統(tǒng)）簡介

紅沿河核電廠設置有全廠時鐘系統(tǒng)（DTC系統(tǒng)），為其他系統(tǒng)的同步設備及計算機系統(tǒng)提供時鐘同步信號。DTC系統(tǒng)由北京天合導航通信技術有限公司供貨，系統(tǒng)的構成主要包括：主鐘系統(tǒng)、子鐘系統(tǒng)、遠端系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)。

1）主鐘系統(tǒng)

主鐘系統(tǒng)的主要設備是SuperSTR2002D主鐘。主鐘系統(tǒng)采用銣原子鐘作為衛(wèi)星定時基準源的外參考本振信號，衛(wèi)星定時基準源跟蹤 GPS衛(wèi)星信號/北斗衛(wèi)星信號和IRIG-B基準時間信號，產(chǎn)生時間基準信號。主鐘系統(tǒng)通過光纖，采用光B碼時間信號傳遞方式，與子鐘系統(tǒng)連接，主鐘最多可管理2000個子鐘，光B碼時間信號傳遞方式具有高精度、遠距離傳輸、強抗干擾性能以及及時通訊的特點。NTP協(xié)議信號通過 24端口10/100M以太網(wǎng)交換機向系統(tǒng)提供具有足夠富余量的NTP接口，為下游計算機網(wǎng)絡授時。主鐘系統(tǒng)的監(jiān)控管理以RS232串口方式或TCP/IP方式接入時間同步系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，其中輸出的各類B碼信號均可通過B碼監(jiān)控軟件進行實時監(jiān)控。

2）子鐘系統(tǒng)

子鐘系統(tǒng)由子鐘管理控制服務器和各種類型子鐘組成。子鐘支持跟蹤子鐘管理控制服務器從主鐘授予的時間和自走時兩種工作方式，自走時方式時子鐘仍能在1s/月的誤差范圍內(nèi)正常工作。子鐘系統(tǒng)的監(jiān)控管理通過子鐘管理控制服務器以 TCP/IP方式接入子鐘管理系統(tǒng)。

3）遠端系統(tǒng)

遠端系統(tǒng)的主要設備是SuperSTR3008擴展鐘，擴展鐘通過光纖接收主鐘系統(tǒng)的光B碼，經(jīng)解碼后產(chǎn)生各種時鐘同步信號、串口報文信號和脈沖時標信號。脈沖時標信號可通過軟件供用戶自行定義及編程。擴展鐘可另配置擴展輸出單元，擴展輸出多達500路時標脈沖信號。由于擴展鐘輸出的時標脈沖信號驅(qū)動能力強、響應速度快、輸出路數(shù)可擴展性強，因此無需采用繼電器柜方式即可滿足核電廠現(xiàn)場應用要求。遠端系統(tǒng)的監(jiān)控管理通過RS232串口方式或TCP/IP方式接入時間同步系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)。

4）監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)由 B碼測試儀和監(jiān)控計算機組成，B碼監(jiān)測儀可以對主鐘、擴展鐘輸出的各類B碼信號進行實時監(jiān)控，并在監(jiān)控計算機上實時顯示B碼時間及B碼類型等相關信息，且同時進行監(jiān)控，對錯誤時間進行標識及記錄，以上信息也可以通過TCP/IP方式遠程進行監(jiān)控和顯示。

5）軟件系統(tǒng)

對于我國傳統(tǒng)的食品微生物檢測技術，其技術相對較為落后，且在檢測的過程中耗費的時間較長，對其中微生物的敏感度較低，使得食品中的一些有害微生物檢測準確度不高。而隨著食品微生物檢測技術的快速發(fā)展，檢測準確性和效率也在逐漸提高，且應用也在逐漸拓寬[1]。

軟件系統(tǒng)包括時間同步系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)、子鐘管理系統(tǒng)軟件以及B碼監(jiān)控軟件，可以在本地對主鐘、擴展鐘進行配置和監(jiān)控或也可以通過網(wǎng)絡方式遠程對主鐘、擴展鐘進行配置和監(jiān)控。

6）電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)采用48V通信直流電源供電，統(tǒng)采用低功耗設計，分布于各遠端的子鐘采用微功耗設計，大大降低電源消耗，提高了電源系統(tǒng)的可靠性和使用效率。

紅沿河核電廠的 DTC系統(tǒng)采用主從主備式配置，在XL樓通信機房內(nèi)設置有2臺SuperSTR2002D主鐘，500kV變電站TB樓通信機房內(nèi)設置有1臺SuperSTR2002D主鐘，主鐘通過GPS/北斗系統(tǒng)接收衛(wèi)星的時基信號。在 XL樓通信機房，1#、2#機組和3#、4#機組核島W601廠房通信設備間內(nèi)設置時鐘系統(tǒng)遠端模塊（SuperSTR3008擴展鐘），為全廠儀控、繼電保護等系統(tǒng)的設備提供時間基準信號，并通過信號電纜或單模光纜連接核島、常規(guī)島和BOP的子鐘。DTC系統(tǒng)原理圖請參如圖1所示。

圖1　DTC系統(tǒng)原理圖

1.2500kV變電站時鐘同步系統(tǒng)現(xiàn)狀

布置在紅沿河核電廠500kV變電站TB樓通信機房內(nèi)的SuperSTR2002D主鐘為變電站繼保室內(nèi)的同步時鐘擴展屏提供一路電B碼授時信號作為時間基準源，再由同步時鐘擴展屏為TB樓內(nèi)除PMU主站外的其他電氣二次盤柜提供時間基準源。

500kV變電站時鐘同步系統(tǒng)配置如圖2所示。

圖2　500kV變電站時鐘同步系統(tǒng)配置圖

1.3220kV變電站時鐘同步系統(tǒng)現(xiàn)狀

紅沿河核電廠220kV變電站時鐘同步系統(tǒng)采用基本式配置，由布置在TD樓繼保1室GPS對時柜中的 CSC-196型電力系統(tǒng)時間同步裝置作為主時鐘，為變電站中的各電氣二次設備提供時間基準信號。該變電站時間同步系統(tǒng)配置如圖3所示。

圖3　220kV變電站時鐘同步系統(tǒng)配置圖

1.4現(xiàn)有時鐘同步系統(tǒng)所存在的問題

紅沿河核電廠500kV，220kV變電站現(xiàn)有時鐘同步系統(tǒng)存在以下問題：

1）紅沿河核電廠 500kV變電站 PMU主站、220kV變電站GPS對時柜中的CSC-196型時間同步裝置僅有1路110V DC電源，不滿足DL/T 1100.1 —2009第5.3.2節(jié)中關于“時間同步裝置供電方式宜采用雙電源供電”的要求。

2）500kV變電站PMU主站、220kV變電站現(xiàn)有的時鐘同步系統(tǒng)采用基本式配置，未接入DTC系統(tǒng)，不滿足DL/T 1100.1—2009第4.3節(jié)中關于“發(fā)電廠或變電站應配置一套時間同步系統(tǒng)，大型發(fā)電廠、500kV開關站及有條件的場合宜采用主備式時間同步系統(tǒng)，以提高時間同步系統(tǒng)的可靠性”的要求。并且，由于核電廠存在多套時間同步系統(tǒng)，其固有誤差難以避免，且隨著運行時間的增加，累積誤差越來越大，會失去正確的時間計量作用，不利于進行事故分析、查找事故原因、明晰事故發(fā)生過程。

2　500kV、220kV變電站時鐘同步系統(tǒng)設計優(yōu)化方案

2.1變電站時間同步裝置供電方式優(yōu)化

在500kV變電站PMU主站屏內(nèi)的CSC-196型時間同步裝置中新增一個電源模塊，并在屏柜內(nèi)增加相應的空開，從布置在 TB樓直流配電室內(nèi)的110V DC配電盤 0LBM001TB上新引一路電源至PMU主站屏，以保證CSC-196型時間同步裝置采用雙電源供電方式。

在220kV變電站內(nèi)GPS對時柜內(nèi)新增空開，從220kV變電站內(nèi)的110V DC分配電盤0LBO001CR上新引一路直流電源至 GPS對時柜，以保證CSC-196型時間同步裝置采用雙電源供電方式。

2.2變電站時鐘同步系統(tǒng)配置方式的優(yōu)化

將500kV變電站PMU主站、220kV變電站現(xiàn)有的時鐘同步系統(tǒng)接入現(xiàn)有的全廠時鐘系統(tǒng)（DTC系統(tǒng)），即在紅沿河核電廠內(nèi)建立統(tǒng)一的時鐘同步系統(tǒng)。具體方案：將500kV變電站PMU主站屏、220kV變電站GPS對時柜中CSC-196型時間同步裝置中的J1型信號接收插件更換為 U2型信號插件，并分別在PMU主站屏、GPS對時柜中新增光纖終端盒。對布置于TB樓通信機房內(nèi)的SuperSTR2002D主鐘進行改造，增加2塊PHE光發(fā)板卡，分別給500kV變電站PMU主站屏、220kV變電站GPS對時柜提供1路多模光B碼時鐘信號。改進后的紅沿河核電廠500kV、220kV變電站時鐘同步系統(tǒng)原理圖如圖4所示。

3　結論

打破核電廠 500kV、220kV變電站時間同步系統(tǒng)各自為政的設計方式，在核電廠建立統(tǒng)一的時間同步網(wǎng)絡，可實現(xiàn)核電廠內(nèi)所有生產(chǎn)、調(diào)度管理及控制系統(tǒng)均運行在統(tǒng)一的時間基準下，并可在事故發(fā)生后，通過每個開關動作的先后順序及準確時間來分析事故的原因及過程。因此說統(tǒng)一精確的時間同步系統(tǒng)是保證核電站安全穩(wěn)定運行的一個重要措施。在核電廠設置統(tǒng)一的時間同步系統(tǒng)必然是今后的設計趨勢。

圖4　改進后的紅沿河核電廠500kV、220kV變電站時鐘同步系統(tǒng)原理圖

［1］ 系雷霆，李斌，黃太貴. 220kV變電站GPS時間同步統(tǒng)實現(xiàn)技術［J］. 電力自動化設備，2007（11）︰71-74.

［2］ 姬志民，宋博，任煥龍，等. GPS衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)在電廠變電站中的應用［J］. 河北電力技術，2011（6）︰12-14.

［3］ 鄒瑄，張曦. 330kV變電站GPS時間同步系統(tǒng)優(yōu)化設計［J］. 陜西電力，2009（1）︰49-51.

［4］ 陳紅艷，李亮亮，王玉東. 關于AP1000核電廠時間同步系統(tǒng)的方案研究［J］. 電氣技術，2014（5）︰86-91.

［5］ DL/T 1100.1—2009. 電力系統(tǒng)的時間同步系統(tǒng)第1部分︰技術規(guī)范［S］.

Optimized Design of Clock Synchronization System in Hongyanhe Nuclear Power Plant Substations

Tian Haisong1Yang Shengjiang2Chen Liangjia2Wei Hongwei2
（1.China Nuclear Power Technology Research Institute，Shenzhen，Guangdong518124；2. Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co.，Ltd，Dalian，Liaoning116319）

This article describes the constitution of the clock system for whole Hongyanhe nuclear power plant （DTC system），and the situation of the clock system in substations. Because of multiple sets of time synchronization system in nuclear power plant，the synchronization precision is low. Moreover，the power supply of the time synchronization device is unreliable. To solve the above problems，this paper presents the Optimized Design of existing clock synchronization system in substations.

nuclear power plant； substation； clock synchronization system； optimized design

田海松（1984-），男，遼寧大連人，碩士，工程師，主要從事核電領域電氣系統(tǒng)技術改進工作。