GPS衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)在綜自變電站中的應(yīng)用

　　GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)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(duì)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(duì)時(shí)，消除裝置內(nèi)部時(shí)鐘的走時(shí)誤差。脈沖同步的缺點(diǎn)是無法直接提供時(shí)間信息，被授時(shí)裝置如果時(shí)間源就出錯(cuò)，會(huì)一直錯(cuò)誤走下去。串行同步輸出方式，是將時(shí)刻信息以串行數(shù)據(jù)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(duì)時(shí)令的這段時(shí)間間隔內(nèi)，裝置時(shí)鐘存在自身走時(shí)誤差問題，使用串行方式對(duì)時(shí)比脈沖對(duì)時(shí)方式復(fù)雜，另外在接收過程中，信息處理耗費(fèi)的時(shí)間也會(huì)影響對(duì)時(shí)精度，所以主要用于給事件加上時(shí)間標(biāo)記，如果要提高對(duì)時(shí)精度，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)還需要再給出秒對(duì)時(shí)脈沖信號(hào)。利用1PPS（秒脈沖）信號(hào)的上升沿來實(shí)現(xiàn)外部時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘的同步以及將同步誤差抑制在滿足系統(tǒng)精度要求范圍之內(nèi)。

　　IRIG-B碼輸出方式，IRIG組織發(fā)布的用于各系統(tǒng)時(shí)間同步的時(shí)間碼標(biāo)準(zhǔn),其中應(yīng)用最廣泛的是IRIG-B版本，簡(jiǎn)稱B碼。B碼以BCD碼方式輸出，每秒輸出一次，內(nèi)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(hào)一般有（TTL）電平方式、RS422電平方式、RS232電平方式、調(diào)制信號(hào)（AM）四種形式。脈沖對(duì)時(shí)和串行口對(duì)時(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者精度高但是無法直接提供時(shí)間信息；而后者對(duì)時(shí)精度比較低，尤其是多小室模式或者監(jiān)控系統(tǒng)中有多個(gè)管理機(jī)、多個(gè)子系統(tǒng)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信息的對(duì)時(shí)方式，當(dāng)變電站的智能設(shè)備采用B碼對(duì)時(shí)，就不再需要現(xiàn)場(chǎng)總線的通信報(bào)文對(duì)時(shí),也不再需要GPS輸出大量脈沖接點(diǎn)信號(hào)。按技術(shù)規(guī)范規(guī)定凡新投運(yùn)的需授時(shí)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層設(shè)備，原則上應(yīng)采用IRIG-B碼（DC）時(shí)鐘同步信號(hào)。

3 GPS衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)在綜自變電站中的接入與應(yīng)用

　　現(xiàn)行的GPS衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)支持硬對(duì)時(shí)（脈沖節(jié)點(diǎn)PPS、PPM、PPH）、軟對(duì)時(shí)（串口報(bào)文）、編碼對(duì)時(shí)（IRIG-B、DCF77）和網(wǎng)絡(luò)NTP對(duì)時(shí)，滿足國(guó)內(nèi)外不同設(shè)備的對(duì)時(shí)接口要求，變電站內(nèi)微機(jī)保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波器、自動(dòng)化系統(tǒng)站控層設(shè)備等均可接入GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)。GPS對(duì)時(shí)接口一般有：RS232串口輸出、RS485串口輸出，非調(diào)制IRIG-B輸出信號(hào)，分脈沖1PPM輸出信號(hào)，秒脈沖1PPS輸出信號(hào)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(hào)，其接口類型繁多，在實(shí)際的工程應(yīng)用中往往是幾種對(duì)時(shí)方式結(jié)合在一起使用的，這樣就需要增加硬接點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)來統(tǒng)一時(shí)間。比如變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中有很多設(shè)備不支持B碼對(duì)時(shí)，則多采用串行口對(duì)時(shí)和1PPM脈沖對(duì)時(shí)相結(jié)合的對(duì)時(shí)方式，串行口對(duì)時(shí)將智能設(shè)備的時(shí)間基準(zhǔn)精確到毫秒級(jí)，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,從而實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的精確同步。具有B碼對(duì)時(shí)功能的智能裝置，原則上是不能再接受串行通信報(bào)文對(duì)時(shí)的，否則會(huì)出現(xiàn)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(jù)，當(dāng)B碼對(duì)時(shí)功能發(fā)生故障時(shí)才接受串行口的對(duì)時(shí)報(bào)文進(jìn)行對(duì)時(shí)。

　　變電站的時(shí)鐘同步系統(tǒng)由主時(shí)鐘、時(shí)間信號(hào)傳輸通道、時(shí)間信號(hào)用戶設(shè)備接口（擴(kuò)展裝置）組成。主時(shí)鐘一般設(shè)在變電站的控制中心，包括標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱、接收模塊、接收天線、電源模塊、時(shí)間信號(hào)輸出模塊等，對(duì)變電站設(shè)備和間隔層IED設(shè)備（包括智能電能表等）按要求實(shí)現(xiàn)GPS對(duì)時(shí)，并具有時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)傳輸校正措施。

　　結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況，以110kV中星站的綜自改造為例。在變電站保護(hù)室和高壓室各安裝一面GPS時(shí)間同步系統(tǒng)屏，配置一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)同步鐘本體，主時(shí)鐘完成GPS衛(wèi)星信號(hào)的接收、處理，及向信號(hào)擴(kuò)展裝置提供標(biāo)準(zhǔn)同步時(shí)間信號(hào)（RS422電平方式IRIG-B）；并且每臺(tái)主時(shí)鐘具有內(nèi)部守時(shí)功能。各標(biāo)準(zhǔn)同步鐘本體應(yīng)能接收兩路IRIG-B（DC）時(shí)碼時(shí)間信息功能。主時(shí)鐘內(nèi)部的時(shí)鐘當(dāng)接收到外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，被外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)同步，當(dāng)接收不到外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)恢復(fù)時(shí)，保持一定的走時(shí)準(zhǔn)確度，直到外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)恢復(fù)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)，存在有些廠家的舊設(shè)備只存在RS232串口或RS485接口。新安裝的主變線路測(cè)控裝置、#1主變保護(hù)、#2主變保護(hù)及10kV高壓室的所有線路保護(hù)等都有B碼的接口，采用了422B碼對(duì)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(biāo)號(hào)段。110kV故障錄波器沒有B碼接口，空接點(diǎn)接入分脈沖和秒脈沖，實(shí)現(xiàn)硬接點(diǎn)對(duì)時(shí)。兩臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)的RS232串口分別接入GPS時(shí)間同步系統(tǒng)對(duì)時(shí)，#3主變壓器保護(hù)及110kV線路保護(hù)裝置為老型號(hào)，無法實(shí)現(xiàn)B碼對(duì)時(shí)，和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺(tái)也只能通過遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)實(shí)現(xiàn)綜自網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)。

　　在500kV博羅站，如圖1所示，500kV繼保小室和220kV繼保小室內(nèi)各設(shè)1套主時(shí)鐘，負(fù)責(zé)本小室二次設(shè)備的對(duì)時(shí)，包括軟對(duì)時(shí)、硬對(duì)時(shí)（1PPS、1PPM、差分信號(hào)）、編碼對(duì)時(shí)（IRIG－B、DCF77）。保護(hù)小室主時(shí)鐘的時(shí)間信號(hào)接收單元除了接收本小室的GPS時(shí)間信號(hào)外，還接收另一小室的GPS時(shí)間信號(hào)作為備用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源輸人（通過光纖以IRIG－B時(shí)碼方式輸入），兩臺(tái)主時(shí)鐘之間能夠互為備用,當(dāng)一個(gè)小室的時(shí)間信號(hào)接受單元出現(xiàn)問題時(shí)（例如跟蹤不到衛(wèi)星、天線受損等），自動(dòng)切換到另一小室GPS上，獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，保證本小室對(duì)時(shí)信號(hào)正常輸出。另外，在主控室設(shè)一套擴(kuò)展時(shí)鐘，主時(shí)鐘和時(shí)間擴(kuò)展裝置之間通過光纖連接，時(shí)間信號(hào)接收單元分別從兩臺(tái)主時(shí)鐘獲取時(shí)間信號(hào)，互為備用，自動(dòng)切換，完成對(duì)本室設(shè)備的對(duì)時(shí)，擴(kuò)展裝置接受主時(shí)鐘提供的時(shí)間信息，經(jīng)過擴(kuò)展向其它裝置提供多路輸出接口。