淺談時(shí)間同步系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

肖彤

摘 要：在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)隨著設(shè)備的運(yùn)行情況而不斷改變?，F(xiàn)在的變電站大多是無(wú)人值班的，不僅僅是調(diào)度主站端，就連變電巡維中心的值班員也不能接觸到現(xiàn)場(chǎng)的一次設(shè)備和二次設(shè)備。因此，電網(wǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)必須有一個(gè)統(tǒng)一、精確的時(shí)鐘，這對(duì)運(yùn)行操作、電網(wǎng)調(diào)度、事故分析等有十分重要的意義，對(duì)提高電能質(zhì)量，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行也起著非常重要的作用。簡(jiǎn)要論述和介紹了時(shí)間同步系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：變電站；自動(dòng)化系統(tǒng)；時(shí)間同步系統(tǒng)；智能化

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.078

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)的智能化程度越來(lái)越高，自動(dòng)化電網(wǎng)和以高壓輸電為主的大電網(wǎng)占較大的比例，而這些高壓設(shè)備長(zhǎng)期處于無(wú)人值班狀態(tài)，由數(shù)千米外的調(diào)度員監(jiān)管。電網(wǎng)運(yùn)行情況瞬息萬(wàn)變，為了在其發(fā)生事故時(shí)能夠及時(shí)得到處理，需要統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，以保證調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、故障錄波、SOE等一系列變電站自動(dòng)化裝置運(yùn)行的準(zhǔn)確性。統(tǒng)一的全網(wǎng)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)決定了這些裝置的正常運(yùn)行及其發(fā)揮的作用，因此，電網(wǎng)內(nèi)的變電站和調(diào)度中心需要建立專用的時(shí)間同步系統(tǒng)，不斷提高時(shí)間同步系統(tǒng)的對(duì)時(shí)精度，以保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

1 時(shí)間同步系統(tǒng)概述

目前，時(shí)間同步對(duì)時(shí)方式有很多，包括無(wú)線電廣播對(duì)時(shí)、天文臺(tái)對(duì)時(shí)、電視對(duì)時(shí)等，而這些對(duì)時(shí)方式的精度、覆蓋范圍和可靠性都比不上GPS。由于電網(wǎng)具有特殊性，所以，電力系統(tǒng)中的時(shí)間同步系統(tǒng)一般采用的都是GPS。GPS是由美國(guó)國(guó)防部研制、建立的一種具有全方位、全天候、全時(shí)段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。美國(guó)國(guó)防部發(fā)射的24顆衛(wèi)星繞地球運(yùn)行，向接收裝置發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)的授時(shí)信號(hào)。

在整個(gè)電網(wǎng)中，電力設(shè)備都是在線運(yùn)行，并實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，而時(shí)間同步系統(tǒng)的可靠性在這里尤為重要。事故發(fā)生后，可以通過(guò)查找SOE裝置的記錄幫助運(yùn)行維護(hù)人員明確事故發(fā)生的時(shí)間。這樣做，可以及時(shí)解決問(wèn)題，不走彎路。自動(dòng)化裝置自帶的實(shí)時(shí)時(shí)鐘受現(xiàn)代制作工藝的限制，其精度并不是統(tǒng)一的，有很小的誤差。這些小誤差隨著設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行慢慢積累，進(jìn)而形成較大的誤差，最終影響時(shí)鐘的準(zhǔn)確性，使其失去時(shí)間計(jì)量作用。為了實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，在電力自動(dòng)化裝置的內(nèi)部加裝了時(shí)間接收裝置，用于接收來(lái)自GPS的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)全網(wǎng)時(shí)間的統(tǒng)一，以保證自動(dòng)化裝置的有效性。

2 時(shí)間同步裝置的選擇

2.1 時(shí)間同步裝置廠家和型號(hào)

當(dāng)前，研發(fā)時(shí)間同步裝置的廠家有很多，而筆者在日常工作中發(fā)現(xiàn)，本地變電站多采用的是武漢中元華電科技有限公司ZH系列的GPS時(shí)間同步裝置。

中元華電ZH系列的GPS時(shí)間同步系統(tǒng)是根據(jù)《華東電網(wǎng)統(tǒng)一時(shí)鐘系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》《廣東電網(wǎng)變電站GPS時(shí)間同步系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》和《上海電網(wǎng)GPS時(shí)間同步系統(tǒng)技術(shù)原則和運(yùn)行管理規(guī)定》設(shè)計(jì)的。它由時(shí)間同步時(shí)鐘和時(shí)標(biāo)信號(hào)擴(kuò)展裝置2部分組成。該系統(tǒng)利用GPS發(fā)送同步信號(hào)和時(shí)間信息，并向電力系統(tǒng)中的自動(dòng)化裝置提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息和同步信號(hào)。

2.2 時(shí)間同步裝置的特點(diǎn)

大部分變電站采用的都是時(shí)間同步系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)如下：該裝置采用多同步源自適應(yīng)同步技術(shù)，同步精度優(yōu)于±0.1 μs。裝備中有高精度授時(shí)時(shí)鐘，主時(shí)鐘和信號(hào)擴(kuò)展裝置都采用了冗余化裝置，有效保證了GPS時(shí)間同步系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。另外，該裝置采用模塊化設(shè)計(jì)可定義的時(shí)分秒脈沖空接點(diǎn)、時(shí)間報(bào)文信息，每8路為一組，可任意組合。裝置最多可輸出56路，多種輸出接口，使用靈活、方便。它采用的是“2U、19”標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，與變電站大部分屏柜相契合，可單獨(dú)組屏，為將來(lái)GPS時(shí)間同步信號(hào)的擴(kuò)展提供了方便。該裝置采用的是雙CPU并行處理時(shí)間報(bào)文輸出技術(shù)，脈沖輸出采用脈沖大電流發(fā)生電路，同時(shí)，還采用閉環(huán)控制守時(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高精度守時(shí)時(shí)鐘和無(wú)過(guò)沖IRIG-B（AM）碼產(chǎn)生技術(shù)。在此過(guò)程中，精度誤差都是微秒級(jí)的，完全符合電力系統(tǒng)的要求。更重要的是，它支持光纖或同軸電纜級(jí)連輸入和輸出，信號(hào)接收可靠性高，不受電站地域條件的限制。所有信號(hào)輸出口均經(jīng)過(guò)光電隔離，電磁抗干擾達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。為了使居民都能用上電、用好電，廣泛建立變電站，有些甚至建在了人煙稀少的山區(qū)，但是，要保證信號(hào)接收的穩(wěn)定性和靈敏度。

3 存在的問(wèn)題和解決方法

3.1 裝置時(shí)間源和同步網(wǎng)絡(luò)單一

目前，時(shí)間同步系統(tǒng)主要應(yīng)用于繼保裝置和自動(dòng)化裝置中，隨著行業(yè)的發(fā)展，通信、遠(yuǎn)程抄表、計(jì)量等系統(tǒng)都將納入時(shí)間同步系統(tǒng)中。迄今為止，電力設(shè)備是一個(gè)個(gè)孤立的時(shí)鐘信號(hào)源，它們各自接收GPS衛(wèi)星所提供的世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。筆者認(rèn)為，這種方式存在很大的問(wèn)題。

當(dāng)前時(shí)間同步網(wǎng)的建立和運(yùn)行完全依賴GPS，如果GPS出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)影響正常工作的進(jìn)行。暫且不談GPS衛(wèi)星或者GPS天線的受損情況，單說(shuō)GPS，它是美國(guó)軍方研制的系統(tǒng)，如果其惡意干擾破壞，裝置就會(huì)失去統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。正如本文前面所述，僅僅依靠裝置內(nèi)設(shè)時(shí)鐘是無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保持時(shí)間統(tǒng)一性的。因此，完全依賴GPS的時(shí)間同步網(wǎng)的可靠性并不高。

電力系統(tǒng)中的每一臺(tái)裝置都是各自接收GPS衛(wèi)星提供的時(shí)間信號(hào)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)間上的統(tǒng)一，但是，卻不是真正的時(shí)間網(wǎng)絡(luò)。這些時(shí)間信號(hào)通過(guò)每一臺(tái)裝置自主處理后輸出，而每臺(tái)裝置在工藝水平的限制下對(duì)時(shí)間信號(hào)的處理水平也不一樣。裝置之間互不通信，無(wú)法互相矯正也會(huì)降低時(shí)間同步精度。由此可見(jiàn)，時(shí)間同步網(wǎng)的統(tǒng)一性還是不盡如人意的，是需要注意的問(wèn)題之一。由于現(xiàn)階段電力自動(dòng)化裝置的時(shí)間信號(hào)不是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播的，所以，在處理各類信息管理系統(tǒng)的時(shí)間同步方面還會(huì)存在一定的問(wèn)題。在其今后的發(fā)展過(guò)程中，在通信信息網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程抄表、計(jì)量系統(tǒng)的時(shí)間網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一方面也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的問(wèn)題。

結(jié)合電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，要想建立一個(gè)真正的、龐大的電力時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)，還需要有一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。這個(gè)管理系統(tǒng)方便維護(hù)、可升級(jí)，能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)間網(wǎng)絡(luò)，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高生產(chǎn)效率。因此，迫切需要相關(guān)工作人員建立完善的時(shí)間同步系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，這樣才能使電網(wǎng)更好、更準(zhǔn)確地工作。

3.2 引入北斗系統(tǒng)，組建統(tǒng)一時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)

近些年，已經(jīng)有一些研究者針對(duì)該系統(tǒng)中存在的問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方法。在衛(wèi)星方面，GPS的安全性受到質(zhì)疑，而我國(guó)自主研制的北斗系統(tǒng)越來(lái)越完善，所以，應(yīng)該善加利用。筆者了解到，汕頭一些新投運(yùn)的新型變電站，比如近兩年剛投運(yùn)的南澳的柔性直流輸電系統(tǒng)換流站就引進(jìn)了國(guó)產(chǎn)的北斗系統(tǒng)，并且以北斗系統(tǒng)為主，GPS為輔，實(shí)現(xiàn)了雙星系統(tǒng)。這樣做，能夠進(jìn)一步保證電力系統(tǒng)中時(shí)間同步系統(tǒng)時(shí)間信號(hào)來(lái)源的可靠性和安全性。

要想建立真正的時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)，就不能完全依賴衛(wèi)星的時(shí)間源，因此，相關(guān)部門可以與電信或者移動(dòng)等通訊公司合作，利用其已經(jīng)建好的強(qiáng)大、穩(wěn)定的光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信連接。這樣做，不僅無(wú)需改造或重新敷設(shè)新的光纖，還大大降低了成本，以較低的投資獲得高速的通信帶寬。在外包的前提下，還有專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)。電力設(shè)備自動(dòng)采用高優(yōu)先級(jí)的外部輸入信號(hào)，而且設(shè)備之間互相通信，能互相矯正時(shí)間，使得時(shí)間同步系統(tǒng)更加穩(wěn)定，具有更高的精度和更強(qiáng)的抗干擾能力。

對(duì)于時(shí)間網(wǎng)絡(luò)管理問(wèn)題，需要組建一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)來(lái)監(jiān)控整個(gè)電力系統(tǒng)中的時(shí)間網(wǎng)絡(luò)，讓調(diào)度人員或者運(yùn)維人員可以遠(yuǎn)程查看、配置和管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間同步裝置，以降低運(yùn)行維護(hù)成本和操作的復(fù)雜性，使設(shè)備運(yùn)行更加可靠、安全，為電網(wǎng)提供一個(gè)高穩(wěn)定、高精度的時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用時(shí)間同步系統(tǒng)可以有效防止電力系統(tǒng)全網(wǎng)時(shí)鐘不同步造成的數(shù)據(jù)和信息丟失、SOE時(shí)間信息邏輯混亂、一些工作站死機(jī)甚至系統(tǒng)癱瘓的事故。本文簡(jiǎn)要論述了同步系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了雙星系統(tǒng)。隨著我國(guó)高精度時(shí)間同步技術(shù)的提高，時(shí)間同步裝置也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，研制出高精度、高穩(wěn)定性、高安全性、高可靠性的裝置，使我國(guó)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性邁上新臺(tái)階。

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〔編輯：白潔〕

Abstract： In the power system， the operation of the power grid will continue to change with the operation of the equipment. Most of the substation is no one on duty， not only to the dispatch station， even the substation patrol maintenance center cant be exposed to the scene of first equipment and secondary equipment. Therefore， the power grid automation system must have a unified， accurate clock， which has a very important significance for the operation， power grid scheduling， and fault analysis and so on， to improve the power quality and ensure the safe operation of the power grid also plays a very important role. This article briefly discusses and introduces the relevant content of the time synchronization system， in order to provide a reference for the future work.

Key words： substation； automation system； time synchronization system； intelligent