变电站自主可控时钟同步系统技术与应用

武天龙

摘要：时钟同步技术在变电站电力系统故障分析、维护控制、运行管理等方面具有重要意义。本文着重介绍了当前国际上普遍采用的时钟同步技术以及变电站中常用的时钟同步技术。对GPS同步误差、应采取的措施及变电站同步的具体应用进行了系统分析。在此基础上，展望了时钟同步技术的发展方向和发展趋势。指出了GPS主要指的是时钟源，将脉冲信号与时间信息结合起来实现综合授时是保证时间同步精度的最有效方法。

关键词：智能变电站;时钟同步;变电运维

0.引言

伴随着电力企业体制改革的不断深入，电力自动化水平得到了提高。电力控制、保护、测量、记录设备在变电站工作管理中，离不开精确的时钟基准。由于技术的广泛应用，GPS时钟同步技术得到了进一步推广和应用。该方法实用、精确，可实现变电站、变电站和变电站的精确时间同步，具有很强的实用性和精确性。现代变电站的时间同步精度可以达到微秒级，因此将其应用于电力自动化具有重要意义。

1.时钟同步源

1.1无线电授时

在北美，无线电授时一般包括WWV、WWVB和WWVB。对于WWV与WWVH的精度通常保持在10ms之内，但是由于其绝对时间与语音时间的关系，通常难以将其转化为相应的数字信号。WWVB主要通过65kHz的载波信号传输时间信息，保证精度在1ms以内。

1.2卫星授时

GPS是以人造卫星为主要载体的无线电导航与GPS定位系统，可实现覆盖和不间断的全球定位。能有效地进行导航、定位和授时。现在国际上主要的卫星定位技术有美国的GPS、俄罗斯发射的GLONASS、欧洲航天局的伽利略、我国的北斗导航系统等。GPS在实现用户设备定位、授时、系统可靠性、产业化发展等方面具有巨大优势，在电力系统中得到广泛应用。当前，北斗系统在我国迅速发展。新的变电站需要配置双主时钟，以支持北斗系统和GPS系统的单向标准时间信号。

1.3网络授时

NTP也就是网络系统中的网络时间协议，NTP协议和基本网络事件协议SNTP是因特网上广泛使用的传输协议。NTP是一种TCP/IP协议，其时间同步算法相对复杂。这种方法能有效、精确地测量1-50毫秒范围的数据。另外，SNTP是一个简化的NTP版本。NTP中没有复杂的算法，适用于更简单的网络。在IEC61850中有相关规定。对于时间的同步，实际上就是SNTP协议。多数情况下，精度保证是10毫秒。

2.时钟同步技术在变电站中的应用

2.1脉冲对时（硬对时）

主要有秒脉冲信号PPS（PulseperSecond，每秒1个脉冲）和分脉冲信号（PulseperMinute，每分钟1个脉冲）。GPS输出的一次脉冲模式与UTC同步，其时间精度高，上升沿时间误差不超过1μ。国内外IED都采用这种施工同步方式。分脉冲主要是运用GPS在每分钟所发出的脉冲形式来进行准确的时间的同步与授时。针对南瑞的RCS-8000和RCS-8600变电站自动化系统，采用静态空接点或RS-485差分信号来传送脉冲信号，具有一定的优越性，可实现多个IED同时定时定时信号传输距离。

2.2编码对时

编码对时信号有许多种，国内最常用的是IRIG-B，有调制和非调制两种。1kHz正弦调制信号可达到1ms的时间同步精度，可达到纳秒级的非调制精度。传送距离所用的非调制TTL电平信号，用在传输距离不大的场合。南瑞继保开发的GPS主时钟可以通过RS-485总线传输非调制的IRIG-B码。实际上，IRIG-B码也可视为一种综合的时间同步机制。其消息包含时间信息，如秒、分、时、日。每一帧的第一次变换对应整个第二信号。这与第二脉冲同步信号相等。

2.3综合对时

将时间报文和脉冲信号相结合是一种比较完善的对时方式。通常脉冲信号发出一秒钟后，主时钟就会发出相应的信号。IED系统通常首先接收相应的脉冲信号，然后接收相应的信息。IED认为，如果IED接收到一秒脉冲，但技术毫秒信号并未达到零，那么IED认为认为当地时钟偏快，则将秒计数保持不变，那么如果已经超过了零，就意味着时间总是快于正常时间。这样，以秒为单位的计数就会保持不变。IED在接收到相应的消息之后计算出IED秒数或者更少。这一计数还包括秒表的复位，它只是简单地以一秒为单位改变计数器，将毫秒或更小的时间单位保持不变。

3.时钟同步技术的运用

近几年来，时钟同步技术以码对时、硬对时和网络 NTP为支撑。时钟同步系统能很好地与变电站设备集成。时序接口有RS232串口输出、RS485串口输出、1 PPS/秒输出等多种输出方式。为保证变电站电气自动化系统准确、高效的运行，大多数设备都需要嵌入时钟同步系统来进行时间同步，增加了设备的接口类型。所以，在现实工作中，通常会结合利用多样式对时端口方式。科学结合变电站高压室与保护室时钟同步系统屏，具有接收功能、卫星信号处理功能、反馈标准同步时间信号等标准化同步主时钟。接收机同步系统反馈参考信号，根据参考信号完成时间同步工作。当主时钟未能获取到时间同步系统反馈出的基准信号后，将自行走时，形成标准行走方式。時间基准进入正常状态下，主时钟将自觉同步时间。

4.结束语

综上所述，时钟同步技术是电力系统运行的一个重要方面。IRIG-B在现有技术条件下仍是保证变电站时间同步精度的一种有效手段，实现时间信息与脉冲信号的一体化时间同步。IEEE1558将逐渐成为时间同步的主要工具。除 GPS外，北斗星导航系统提供了可靠的时钟源。这种基于时钟同步技术的新型应用功能将得到进一步的发展，如步相测量。

参考文献

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