卫星统一对时系统在巴西伊利亚水电站监控中的应用

袁平路，张 捷，郭超一，郭万森

（北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

0 引言

随着电力系统的供电质量和可靠性要求的不断提高，电网的稳定运行越来越重要。电力系统要求各厂、站时间同步，电厂内部要求各系统时间同步。水电站由于其自身的特点，其时间同步系统不同于变电站，水电站涉及对时的设备种类多，对时距离较远，为达到全厂时钟的统一，需要建立一套全厂时钟同步系统。BSS-3系列卫星同步时钟是北京中水科水电科技开发有限公司（中水科技）研发的时间同步装置，可单钟工作，也可组成双机热备时钟系统，2台主时钟组成双机热备主时钟系统，主时钟通过光纤连接子时钟，组成全厂统一对时系统，目前已在上百个水电站得到了成功应用。

伊利亚水电站位于圣保罗州与南马托格罗索州交界的巴拉那河流域，距离圣保罗州750 km，装有20台17.4万kW混流式机组，总装机容量344.4万kW，年均发电量151.68亿kW·h。2018年中水科技与中国水电十一局以FOB方式签订计算机监控系统等设备的国内供货合同，对伊利亚水电站计算机监控系统进行现代化升级改造，监控系统的对时系统采用自主研发的BSS-3卫星统一对时系统[2，3]。

1 伊利亚监控系统方案

伊利亚水电站监控系统采用中水科技公司研发的智能一体化平台iP9000，满足智慧电厂的核心需求，具备计算机监控、高级软件应用及大数据应用三大功能，具有标准化、通用性、可扩展性、可配置的特点。

本次改造采用现地层、厂站层、卫星对时系统、COG集控系统，4层设计方式；现地层用于采集现地数据，控制现地自动化设备；厂站层用于操作员下令并监视全厂的数据；COG集控系统用于采集伊利亚电站的数据并进行分析，同时通过COG下令控制电站的设备；卫星对时系统为现地层、厂站层的设备提供统一对时。当设备发生故障时可以清晰的知道事故的发生顺序，用以确定事故的来源。伊利亚监控系统框图如图1所示。

图1 伊利亚监控系统框图

2 伊利亚水电站时钟对时方案

由于伊利亚电站需要对时的设备的位置比较分散，需对时的设备与时钟的距离较远，根据电站设备的实际分布情况，采用分层分布式时钟系统方案。时钟系统配置框图如图2所示，在服务器机房数据中心设置主时钟A，在维护室设置主时钟B，主时钟A和主时钟B通过光纤热备组成高可靠主时钟系统，任何一台主时钟接收到GPS信号并锁定卫星之后，主钟系统即可正常工作，输出对时信号，两台主时钟共享时间数据。每台主时钟采用双电源热备，提高了供电的可靠性。主时钟配备高精度恒温守时模块，当时钟接收卫星信号不良时，时钟仍能保持高精度的时间输出。主时钟通过单模光纤扩展子时钟，每子时钟均为双路信号接收，信号可以无缝切换。

伊利亚电站监控系统共有25台扩展时钟，在现地控制单元U1～U20每处安装一台二级时钟，共18台，其中U3，U17未配置二级时钟，每台扩展时钟配置脉冲对时接口12路，串口4路，直流IRIB-B接口8路，NTP接口6路。开关站、公用现地LCU每处安装一台二级时钟共7台，配置脉冲对时接口12路，串口4路，NTP对接口12路，交流B码8路给现地设备对时。时钟系统结构示意图如图2所示。

图2 伊利亚电站时钟系统结构框图

3 对时关键技术及对时模块

伊利亚电站监控系统需要对时的设备包括，上位机监控系统的计算机，下位机PLC，另外时钟系统还要给多功能数字故障记录仪、保护继电器、振动监测系统、计量系统等提供对时信号。上位机监控系统采用NTP对时方式，将计算机的IP和NTP服务器的IP设置在同一网段，在计算机的配置文件里面指定NTP服务器的IP地址，系统会定时更新时间。NTP服务器支持客户端/服务器模式，广播模式。保护设备采用IRIG-B码对时方式，码元标准采用B000格式，只要对时接口电平兼容，设备即可正常对时。

主时钟与二级时钟采用IRIG-B码传输数据，由于巴西的一些城市会采用夏令时，要求时钟的时间根据当地的时间运行夏令时功能，IRIG-B码含有夏令时预告等标志位，当主时钟进行夏令时切换时，可以提前预告，让扩展时钟能够及时进行时间调整，保证了全厂时间的一致性。

3.1 IRIG-B码对时模块

IRIG-B码具有对时精度高，时间信息量丰富的优点，适用于对时精度较高的场合。IRIG-B码调光输出模块用来扩展二级时钟，采用单模光缆传输数据。直流IRIG-B码电口输出分为TTL电平信号和485差分电平信号，模块有8路信号输出，各路之间采用光耦隔离，保证了输出稳定可靠。IRIG-B码AC模块输出信号为1KHz的正弦波，高电平峰峰值为10V，低电平峰峰值为3.3V，幅度比从3：1到6：1可调，8路变压器隔离输出，IRIG-B码模块的外观如图3所示。

图3 IRIG-B码对时模块

3.2 NTP对时模块

NTP网络模块也称NTP服务器，一般应用于电力系统的局域网计算机对时，有单网口和双网口两种。局域网内计算机对时，应设置NTP服务器的IP地址，与计算机在同一网段，NTP模块的IP地址在其网段应是唯一的。NTP服务器的IP地址可使用中水科技提供的专用配置软件配置。计算机侧的对时客户端可以安装专门的软件，或者采用Windows系统自带的NTP服务，Linux系统需启动NTP服务进程。NTP模块的外观如图4所示。

图4 NTP对时模块

3.3 脉冲对时模块

脉冲对时模块为空接点对时和有源脉冲对时两种，空接点对时模块输出12路，每通道可根据需要分别设置为秒脉冲或分脉冲。有源脉冲模块，每个模块输出8路，输出电压为24 V或5 V，依据现场需求，各路输出信号均采用光耦隔离。脉冲模块的外观如图5所示。

图5 脉冲对时模块

4 结束语

iP9000计算机监控系统在伊利亚水电站投入运行后，提高了电站运行的经济效益和安全运行的水平，使电站的自动化程度全面提升。对时系统采用分层分布式时钟系统方案，不仅解决了监控系统设备的对时问题，同时完成了现场其他系统的设备对时服务，时钟系统的稳定运行，为其他系统提供了准确的时标，进一步保证了电厂的安全生产。