提高500kV博尚串補(bǔ)站串補(bǔ)設(shè)備對(duì)時(shí)精度

段慧娟 申寶松 李 佳

（云南電網(wǎng)公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000）

近年來(lái)，變電站中計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)故障錄波裝置以及各類智能裝置得到了廣泛的應(yīng)用，極大地提高了變電站自動(dòng)化水平。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，各個(gè)智能裝置、監(jiān)控服務(wù)器設(shè)備各自硬件都有自己的硬件時(shí)鐘，不同硬件時(shí)鐘回路的品質(zhì)差異，其固有誤差難以避免，使系統(tǒng)中的各個(gè)自動(dòng)裝置的配合工作不能夠形成一個(gè)精確統(tǒng)一的時(shí)間。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，變電站各系統(tǒng)需要在統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)下的運(yùn)行監(jiān)控和事故后故障分析，通過(guò)各保護(hù)動(dòng)作、開(kāi)關(guān)分合的先后順序及準(zhǔn)確時(shí)間來(lái)分析事故的原因及過(guò)程，進(jìn)一步實(shí)施反措，可以保障電力網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

現(xiàn)代電網(wǎng)大部分都是以超高壓輸電、大機(jī)組和自動(dòng)化為主要特征的現(xiàn)代化大電網(wǎng)，規(guī)模龐大，運(yùn)行方式日益復(fù)雜，提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)鐘基準(zhǔn)成為電廠、變電站乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的迫切需要。因此，如何對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，達(dá)到全網(wǎng)的時(shí)間統(tǒng)一，長(zhǎng)期以來(lái)一直是電力系統(tǒng)追求的目標(biāo)。目前，GPS 衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是一種很精確的時(shí)鐘源，引入GPS衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源同步變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的各個(gè)智能設(shè)備的時(shí)鐘，是實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)鐘統(tǒng)一的重要手段。

1 問(wèn)題發(fā)現(xiàn)

2010年5月在博尚變串補(bǔ)站定檢實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)串補(bǔ)站的設(shè)備GPS 對(duì)時(shí)精度不滿足規(guī)程要求，誤差在600ms 左右。測(cè)試數(shù)據(jù)如圖1和圖2所示。

由圖可見(jiàn)，這樣的時(shí)間精度影響到運(yùn)行監(jiān)控和事故后故障分析，為了保障該串補(bǔ)站GPS 對(duì)時(shí)系統(tǒng)精度滿足運(yùn)行要求，使站內(nèi)各個(gè)自動(dòng)裝置能夠形成一個(gè)精確統(tǒng)一的時(shí)間，是下一步探討問(wèn)題的癥結(jié)所在。

圖1 測(cè)試時(shí)后臺(tái)信息截取

2 原因分析

1）串補(bǔ)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)時(shí)情況

該串補(bǔ)設(shè)備是西門子的設(shè)備，它的對(duì)時(shí)是通過(guò)原先站內(nèi)的B 碼擴(kuò)展單元引出兩路對(duì)時(shí)源，再通過(guò)成都可為公司CT-KZ001 擴(kuò)展裝置轉(zhuǎn)換給西門子系統(tǒng)SΙCLOCK TC 400 裝置，由這個(gè)裝置給西門子串補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)時(shí)。對(duì)時(shí)示意圖如圖3所示。

原因一：B 碼擴(kuò)展單元輸出接點(diǎn)不滿足要求。自動(dòng)化人員經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)B 碼擴(kuò)展單元輸出接點(diǎn)滿足精度要求，此原因排除。

原因二：CT-KZ001 時(shí)間信號(hào)輸出擴(kuò)展箱 與B 碼源的接口存在問(wèn)題。經(jīng)過(guò)測(cè)試，確定裝置與B碼源的接口沒(méi)有問(wèn)題。

原因三：CT-KZ001 時(shí)間信號(hào)輸出擴(kuò)展箱本身硬件問(wèn)題。經(jīng)過(guò)測(cè)試，確定裝置硬件本身沒(méi)有問(wèn)題。

原因四：西門子系統(tǒng)本身的對(duì)時(shí)存在問(wèn)題。經(jīng)過(guò)測(cè)試，確定西門子系統(tǒng)本身問(wèn)題。

原因五：西門子系統(tǒng)SΙCLOCK TC 400 對(duì)時(shí)轉(zhuǎn)換裝置與CT-KZ001 的接口存在問(wèn)題。

圖3 串補(bǔ)設(shè)備對(duì)時(shí)示意圖

3 實(shí)際測(cè)試逐一排查

對(duì)三方設(shè)備的連接點(diǎn)作測(cè)試。

1）用示波器在南瑞科技B 碼送到成都可為擴(kuò)展口處，測(cè)試值為1ms，測(cè)試結(jié)果滿足2ms 的要求。

2）用示波器在成都可為擴(kuò)展出口處，測(cè)試值為1ms，測(cè)試結(jié)果滿足2ms 的要求。

3）用示波器在西門子DCF77 接口處，測(cè)試值為65ms，測(cè)試結(jié)果不滿足2ms 的要求。

經(jīng)檢查，西門子對(duì)時(shí)轉(zhuǎn)換裝置（SΙCLOCK TC 400）接收的DCF77 信號(hào)波形與其輸出的DCF77 信號(hào)波形不一致，為方便對(duì)比，對(duì)時(shí)轉(zhuǎn)換裝置輸出的DCF77 信號(hào)波形做了反相處理。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作

對(duì)時(shí)轉(zhuǎn)換裝置輸出的DCF77 信號(hào)是經(jīng)過(guò)光纖送至各串補(bǔ)繼電器小室，然后經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換后送至串補(bǔ)通信接口裝置從而實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，通訊接口裝置接收的對(duì)時(shí)信號(hào)實(shí)際為經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換后的DCF77 對(duì)時(shí)信號(hào)。

圖5 測(cè)試波形比對(duì)

我們?cè)诖a(bǔ)繼電器小室內(nèi)對(duì)經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換后的DCF77 對(duì)時(shí)信號(hào)與TTL 秒脈沖信號(hào)再次進(jìn)行波形比對(duì)發(fā)現(xiàn)，真正為通信接口裝置對(duì)時(shí)的DCF77 對(duì)時(shí)信號(hào)與TTL 秒脈沖信號(hào)的時(shí)間差約為64μs。

圖6 脈寬測(cè)試

根據(jù)光纖傳輸理論，光在光纖介質(zhì)中的傳播速度為v的話，那么其表達(dá)式可為v=c/n，式中，n為傳輸光波的波長(zhǎng)為λ 時(shí)光纖纖芯的折射率，c為光波在自由空間的傳播速度。當(dāng)廣播在光纖中以速度v傳播的時(shí)候，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光纖產(chǎn)生的延時(shí)可以表示為Δt=L/v=Ln/c。取L=200m，n=1.5，c=3×108m/s，則Δt=1μs。

從上述計(jì)算結(jié)果可以得出，信號(hào)真正在傳輸?shù)倪^(guò)程中產(chǎn)生的光纖延時(shí)約 1μs，遠(yuǎn)小于實(shí)際延時(shí)64μs。這說(shuō)明從西門子對(duì)時(shí)轉(zhuǎn)換裝置開(kāi)始到串補(bǔ)繼電器小室內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換裝置結(jié)束的整條對(duì)時(shí)信號(hào)回路延時(shí)較大，從而造成通信接口裝置對(duì)時(shí)精度遠(yuǎn)大于1ms 的精度要求。

4 確定主要原因

通過(guò)逐一排查和測(cè)算，出現(xiàn)該問(wèn)題的主要原因得以確定，即：西門子系統(tǒng)SΙCLOCK TC 400 對(duì)時(shí)轉(zhuǎn)換裝置與CT-KZ001 的接口存在問(wèn)題。

5 主要解決措施

針對(duì)上述原因分析，從硬件和軟件兩大方面尋找解決問(wèn)題的措施：

1）硬件解決存在的問(wèn)題：難度大、增加費(fèi)用開(kāi)支、需要時(shí)間長(zhǎng)。

2）軟件解決：簡(jiǎn)單易行、費(fèi)用低、需要時(shí)間短。即修改接口程序，對(duì)對(duì)時(shí)差做補(bǔ)償。

最后確定了主要解決的措施軟件解決：即修改接口程序，對(duì)對(duì)時(shí)差做補(bǔ)償。

6 解決措施的實(shí)施及驗(yàn)證

1）試驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)接口程序的修改，對(duì)對(duì)時(shí)差做了補(bǔ)償之后，再次對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。對(duì)時(shí)精度誤差從起初的600ms 左右，縮小到120ms。圖7為補(bǔ)償后的波形測(cè)試。

圖7 補(bǔ)償后的測(cè)試波形效果檢查

2）效果檢查

經(jīng)過(guò)人為修正，提高了500kV 博尚串補(bǔ)設(shè)備的對(duì)時(shí)精度，對(duì)時(shí)精度誤差從起初的600ms 左右，縮小到120ms。

3）效果比對(duì)

圖9 程序修改后TTL 秒脈沖信號(hào)精度測(cè)試記錄

圖10 修正前與修正后信息截取比對(duì)

4）效益評(píng)價(jià)

在復(fù)雜的電網(wǎng)系統(tǒng)下，有效地保障和提高數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和正確性，使得現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員以及調(diào)度運(yùn)行人員能夠準(zhǔn)確的分析判斷，有利于對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控。

7 結(jié)論

對(duì)新投或改擴(kuò)建的變電站，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況認(rèn)真分析自動(dòng)化這塊工作的設(shè)計(jì)情況，審核其合理性，若發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題，要及時(shí)與相關(guān)部門聯(lián)系，把問(wèn)題消滅在萌芽狀態(tài)。通過(guò)本次消缺工作的開(kāi)展，我們緊緊圍繞如何提高500kV 博尚串補(bǔ)站串補(bǔ)設(shè)備對(duì)時(shí)精度問(wèn)題提出了切實(shí)可行的解決方案。

目前博尚串補(bǔ)站的對(duì)時(shí)精度還能夠進(jìn)一步提高，今后我們將繼續(xù)對(duì)此問(wèn)題跟蹤，并加以解決，使之進(jìn)一步完善。