IRIG-B碼對時(shí)方式在繼電保護裝置中的應用

摘要：隨著(zhù)變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，對變電站內時(shí)間的精確和統一提出了更高的要求。本文提出了一種采用IRIG-B時(shí)間碼來(lái)時(shí)時(shí)的方案。在這種對時(shí)方案中，每個(gè)變電站只安裝一個(gè)GPS接收裝置，利用RS422／485總線(xiàn)傳輸IRIG-B碼，保護裝置對IRIG-B碼解碼器后，來(lái)設置自己的時(shí)間。本文還詳細介紹了IRIG-B碼的概念和原理以及用CPLD實(shí)現IRIG-B碼解碼器的設計思想和實(shí)現方法。IRIG-B碼時(shí)時(shí)方式簡(jiǎn)化了回路設計，并且能夠可靠地提供精確的時(shí)間信息，必將在電力系統中得到廣泛的應用。
關(guān)鍵詞：IRIG-B時(shí)間碼；繼電保護；對時(shí)；CPLD

時(shí)間的精確和統一是變電站自動(dòng)化系統的最基本要求。只有電力系統中的各種自動(dòng)化設備(如故障錄波器、繼電保護裝置、RTU微機監控系統等)采用統一的時(shí)間基準，在發(fā)生事故時(shí)，才能根據故障錄波數據，以及各開(kāi)關(guān)、斷路器動(dòng)作的先后順序和準確時(shí)間，對事故的原因、過(guò)程進(jìn)行準確分析。統一精確的時(shí)間是保證電力系統安全運行，提高運行水平的一個(gè)重要措施。全球定位系統(GPS)的出現為實(shí)現這些需求提供了可能。
基于GPS的對時(shí)方式有3種：1)脈沖對時(shí)方式；2)串行口對時(shí)方式；3)IRIG-B時(shí)間編碼對時(shí)方式。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。IRIG-B碼對時(shí)方式兼顧了兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種精度很高并且又含有絕對的精確時(shí)間信息的對時(shí)方式，采用IRIC-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輸出大量脈沖節點(diǎn)信號。國家電網(wǎng)公司發(fā)布的技術(shù)規范中明確要求新投運的需要授時(shí)的變電站自動(dòng)化系統間隔層設備，原則上應采用IRIG-B碼(DC)方式實(shí)現對時(shí)。

1 繼電保護裝置對時(shí)方案
一個(gè)變電站內配置一套時(shí)間同步系統，該時(shí)間同步系統可由一面或多面時(shí)鐘裝置屏組成。時(shí)問(wèn)同步系統的結構可采用主從式或主備式結構。時(shí)間同步系統與被授時(shí)的繼電保護裝置之間采用EIA RS-422／485接口標準來(lái)傳輸IRIG-B(DC)碼信號。不同廠(chǎng)家的保護裝置僅需具有EIA RS422／485接口的IRIG-B碼解碼器，即可接入變電站統一對時(shí)網(wǎng)絡(luò )。保護裝置內嵌IRIG-B碼解碼模塊，采用圖1中的對時(shí)模式，即由IRIG-B碼解碼模塊檢測出時(shí)間信息和對時(shí)脈沖，通過(guò)串口將時(shí)間信息直接下發(fā)到各個(gè)功能插件。各功能插件都直接從對時(shí)模塊引入對時(shí)脈沖。

2 IRIG-B碼解碼模塊的硬件設計
早期的B碼解碼設備多采用TTL集成電路與單片機相結合的方法來(lái)實(shí)現，利用門(mén)電路和觸發(fā)器從編碼信號中提取出秒同步信號，而用單片機實(shí)現時(shí)間信息的解碼。目前該方法仍在使用，但該方法存在器件較多，結構復雜，可靠性差、同步精度不高、通用性差、不利于功能擴展等問(wèn)題。
為了解決上述問(wèn)題，在本設計中，采用CPLD芯片來(lái)實(shí)現IRIG-B碼的解碼，采用的是Altera公司的EPM3256。開(kāi)發(fā)仿真軟件采用的是MAX+ PLUSⅡ，它可以進(jìn)行原理圖編輯和VHDL語(yǔ)言編輯，并支持這些編輯方式的混合設計。在本設計中利用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行底層模塊的設計，用原理圖進(jìn)行上層模塊的設計。該軟件具有門(mén)級仿真功能，可以進(jìn)行功能和時(shí)序仿真，并且支持目標程序在線(xiàn)下載。