GPS衛星時(shí)鐘同步系統在綜自變電站中的應用

　　GPS時(shí)鐘同步系統主要有同步脈沖輸出、串行時(shí)間信息輸出和IRIG-B碼輸出三種對時(shí)方式。脈沖同步輸出方式，即同步時(shí)鐘每隔一定的時(shí)間間隔輸出一個(gè)精確的同步脈沖。被授時(shí)裝置在接收到同步脈沖后進(jìn)行對時(shí)，消除裝置內部時(shí)鐘的走時(shí)誤差。脈沖同步的缺點(diǎn)是無(wú)法直接提供時(shí)間信息，被授時(shí)裝置如果時(shí)間源就出錯，會(huì )一直錯誤走下去。串行同步輸出方式，是將時(shí)刻信息以串行數據流的方式輸出。各種被授時(shí)裝置接收每秒一次的串行時(shí)間信息獲得時(shí)間同步，在未接收到廣播對時(shí)令的這段時(shí)間間隔內，裝置時(shí)鐘存在自身走時(shí)誤差問(wèn)題，使用串行方式對時(shí)比脈沖對時(shí)方式復雜，另外在接收過(guò)程中，信息處理耗費的時(shí)間也會(huì )影響對時(shí)精度，所以主要用于給事件加上時(shí)間標記，如果要提高對時(shí)精度，現場(chǎng)應用時(shí)還需要再給出秒對時(shí)脈沖信號。利用1PPS（秒脈沖）信號的上升沿來(lái)實(shí)現外部時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘的同步以及將同步誤差抑制在滿(mǎn)足系統精度要求范圍之內。

　　IRIG-B碼輸出方式，IRIG組織發(fā)布的用于各系統時(shí)間同步的時(shí)間碼標準,其中應用最廣泛的是IRIG-B版本，簡(jiǎn)稱(chēng)B碼。B碼以BCD碼方式輸出，每秒輸出一次，內含100個(gè)脈沖，輸出的時(shí)間信息為：秒、分、時(shí)，日期順序排列。B碼信號一般有（TTL）電平方式、RS422電平方式、RS232電平方式、調制信號（AM）四種形式。脈沖對時(shí)和串行口對時(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者精度高但是無(wú)法直接提供時(shí)間信息；而后者對時(shí)精度比較低，尤其是多小室模式或者監控系統中有多個(gè)管理機、多個(gè)子系統的時(shí)候時(shí)間精度受串口通信時(shí)延的影響尤為突出。B碼對時(shí)兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種精度很高并且又含有標準的時(shí)間信息的對時(shí)方式，當變電站的智能設備采用B碼對時(shí)，就不再需要現場(chǎng)總線(xiàn)的通信報文對時(shí),也不再需要GPS輸出大量脈沖接點(diǎn)信號。按技術(shù)規范規定凡新投運的需授時(shí)變電站自動(dòng)化系統間隔層設備，原則上應采用IRIG-B碼（DC）時(shí)鐘同步信號。

3 GPS衛星時(shí)鐘同步系統在綜自變電站中的接入與應用

　　現行的GPS衛星時(shí)鐘同步系統支持硬對時(shí)（脈沖節點(diǎn)PPS、PPM、PPH）、軟對時(shí)（串口報文）、編碼對時(shí)（IRIG-B、DCF77）和網(wǎng)絡(luò )NTP對時(shí)，滿(mǎn)足國內外不同設備的對時(shí)接口要求，變電站內微機保護裝置、測控裝置、故障錄波器、自動(dòng)化系統站控層設備等均可接入GPS時(shí)鐘同步系統。GPS對時(shí)接口一般有：RS232串口輸出、RS485串口輸出，非調制IRIG-B輸出信號，分脈沖1PPM輸出信號，秒脈沖1PPS輸出信號等。綜自變電站中往往有許多不同的新老裝置需要接收時(shí)鐘同步信號，其接口類(lèi)型繁多，在實(shí)際的工程應用中往往是幾種對時(shí)方式結合在一起使用的，這樣就需要增加硬接點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò )對時(shí)來(lái)統一時(shí)間。比如變電站自動(dòng)化系統中有很多設備不支持B碼對時(shí)，則多采用串行口對時(shí)和1PPM脈沖對時(shí)相結合的對時(shí)方式，串行口對時(shí)將智能設備的時(shí)間基準精確到毫秒級，而1PPM每整分鐘發(fā)一個(gè)脈沖作用于智能裝置的時(shí)鐘清零線(xiàn),從而實(shí)現時(shí)鐘的精確同步。具有B碼對時(shí)功能的智能裝置，原則上是不能再接受串行通信報文對時(shí)的，否則會(huì )出現時(shí)間跳變，而比較先進(jìn)的智能裝置會(huì )在通信程序里增加一個(gè)判據，當B碼對時(shí)功能發(fā)生故障時(shí)才接受串行口的對時(shí)報文進(jìn)行對時(shí)。

　　變電站的時(shí)鐘同步系統由主時(shí)鐘、時(shí)間信號傳輸通道、時(shí)間信號用戶(hù)設備接口（擴展裝置）組成。主時(shí)鐘一般設在變電站的控制中心，包括標準機箱、接收模塊、接收天線(xiàn)、電源模塊、時(shí)間信號輸出模塊等，對變電站設備和間隔層IED設備（包括智能電能表等）按要求實(shí)現GPS對時(shí)，并具有時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò )傳輸校正措施。

　　結合實(shí)際的運行經(jīng)驗和實(shí)際情況，以110kV中星站的綜自改造為例。在變電站保護室和高壓室各安裝一面GPS時(shí)間同步系統屏，配置一臺標準同步鐘本體，主時(shí)鐘完成GPS衛星信號的接收、處理，及向信號擴展裝置提供標準同步時(shí)間信號（RS422電平方式IRIG-B）；并且每臺主時(shí)鐘具有內部守時(shí)功能。各標準同步鐘本體應能接收兩路IRIG-B（DC）時(shí)碼時(shí)間信息功能。主時(shí)鐘內部的時(shí)鐘當接收到外部時(shí)間基準信號時(shí)，被外部時(shí)間基準信號同步，當接收不到外部時(shí)間基準信號恢復時(shí)，保持一定的走時(shí)準確度，直到外部時(shí)間基準信號恢復時(shí)自動(dòng)切換到正常工作狀態(tài)。綜自改造的中星變電站是采用以太網(wǎng)方式組網(wǎng)，存在有些廠(chǎng)家的舊設備只存在RS232串口或RS485接口。新安裝的主變線(xiàn)路測控裝置、#1主變保護、#2主變保護及10kV高壓室的所有線(xiàn)路保護等都有B碼的接口，采用了422B碼對時(shí)，選用了RVVP兩芯的屏蔽通訊電纜，1為+，2為―，依次將各裝置接入GPS同步時(shí)鐘裝置的B碼輸出標號段。110kV故障錄波器沒(méi)有B碼接口，空接點(diǎn)接入分脈沖和秒脈沖，實(shí)現硬接點(diǎn)對時(shí)。兩臺遠動(dòng)主機的RS232串口分別接入GPS時(shí)間同步系統對時(shí)，#3主變壓器保護及110kV線(xiàn)路保護裝置為老型號，無(wú)法實(shí)現B碼對時(shí)，和當地監控后臺也只能通過(guò)遠動(dòng)主機實(shí)現綜自網(wǎng)絡(luò )對時(shí)。

　　在500kV博羅站，如圖1所示，500kV繼保小室和220kV繼保小室內各設1套主時(shí)鐘，負責本小室二次設備的對時(shí)，包括軟對時(shí)、硬對時(shí)（1PPS、1PPM、差分信號）、編碼對時(shí)（IRIG－B、DCF77）。保護小室主時(shí)鐘的時(shí)間信號接收單元除了接收本小室的GPS時(shí)間信號外，還接收另一小室的GPS時(shí)間信號作為備用的標準時(shí)間源輸人（通過(guò)光纖以IRIG－B時(shí)碼方式輸入），兩臺主時(shí)鐘之間能夠互為備用,當一個(gè)小室的時(shí)間信號接受單元出現問(wèn)題時(shí)（例如跟蹤不到衛星、天線(xiàn)受損等），自動(dòng)切換到另一小室GPS上，獲取標準時(shí)間信號，保證本小室對時(shí)信號正常輸出。另外，在主控室設一套擴展時(shí)鐘，主時(shí)鐘和時(shí)間擴展裝置之間通過(guò)光纖連接，時(shí)間信號接收單元分別從兩臺主時(shí)鐘獲取時(shí)間信號，互為備用，自動(dòng)切換，完成對本室設備的對時(shí)，擴展裝置接受主時(shí)鐘提供的時(shí)間信息，經(jīng)過(guò)擴展向其它裝置提供多路輸出接口。