變電站GPS時間同步系統(tǒng)的結構、時間同步方式與技術應用

王付衛(wèi)

（云南電網(wǎng)公司玉溪供電局，云南 玉溪 653100）

眾所周知，GPS技術可以覆蓋全球，每天24個小時，實時向人們提供精確度極高的位置、速度、時間等信息。目前，GPS技術為全球的資源共享，被人們廣泛應用在導航與定位及授時等相關領域。而在我國的電力系統(tǒng)中，GPS技術則主要應用在變電站中。通過網(wǎng)絡、RS232與RS485等方式將某些設備直接與前置機、遠動裝置網(wǎng)絡、串行口等進行連接。采用特定的協(xié)議達成通訊的目標。

1 變電站GPS時間同步系統(tǒng)的結構

變電站GPS時間同步系統(tǒng)主要是由同步時鐘的本體及時鐘的擴展裝置組成。同步時鐘的本體也可以叫做主時鐘，時鐘的擴展裝置也可以叫做時鐘。要根據(jù)實際狀況進行時鐘擴展裝置的組合。在時間同步的系統(tǒng)中，組合的形式多種多樣，根據(jù)不同用戶對于設備的不同要求，主時鐘能夠通過電網(wǎng)頻率的測量、網(wǎng)絡時間服務器等進行調配。

首先，最簡式的時間同步系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要通過一個主時鐘、時間信號傳輸?shù)慕橘|、用戶設備組合而成。顧名思義，最簡式的時間同步系統(tǒng)就是設備結構比較簡單，易于日常維護。但是缺點就是僅靠一個主時鐘來接收一路的GPS衛(wèi)星，如果在主時鐘接收不到傳遞的GPS信號后就可能影響內部晶振走時的精準確度。另外，當主時鐘出現(xiàn)某些故障時，用戶的設備中的時間信號就只能依靠自身的時間走時進行日?；顒印Ｒ虼俗詈喪綍r間同步系統(tǒng)非常適用在地縣調自動化系統(tǒng)和用戶設備較少且低于110kV的變電站中。

其次，主備式的時間同步系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要通過二個主時鐘、時間信號傳輸?shù)慕橘|、用戶設備組合而成。與最簡式的時間同步系統(tǒng)相比，主備式的時間同步系統(tǒng)補充了最簡式的時間同步系統(tǒng)中的不足之處，已經(jīng)完全能夠勝任網(wǎng)省調的自動化系統(tǒng)。

第三，主從式的時間同步系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要通過一個主時鐘、多個從時鐘、時間信號的傳輸介質、用戶設備組合而成。主從式的時間同步系統(tǒng)中，每一個用戶的設備只和與之相關的從時鐘進行聯(lián)系，因此，不會導致其他的設備同時發(fā)生時間失步的情況。但是，同時不能保證如果主時鐘接收不到GPS信號時或者主時鐘出現(xiàn)某些故障的情況下不發(fā)生時間失步的狀況。因此，主從式的時間同步系統(tǒng)往往使用于設備比較分散但是距離比較遠的環(huán)境中。

第四，主備主從式的時間同步系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要通過二臺主時鐘、多個從時鐘、時間信號傳輸?shù)慕橘|、用戶設備組合而成。主備主從式的時間同步系統(tǒng)主要由兩套GPS衛(wèi)星的接收信號、兩套的主時鐘構成，因此在一個主時鐘可能接收不到的GPS信號、出現(xiàn)某些故障之后仍然可以自動通過另一個主時鐘來接管。因此，這種主備主從式的時間同步系統(tǒng)主要適用在330 kV以上的二次設備分散式布置的變電站中。

2 變電站GPS時間同步系統(tǒng)的時間同步方式

變電站GPS時間同步系統(tǒng)的時間同步方式主要有三種：通信對時方式、脈沖對時方式、脈沖對時方式和串行通信方式相結合的方式。

首先，通信對時方式中的時間報文主要由年、月、日、時、分、秒等組成，也可以采用用戶所指定的特殊內容。比如，接收到的GPS衛(wèi)星數(shù)、警報信號等等。通信對時方式主要容易受距離的限制，因此造成時間的延時。但是通信式對時方式的GPS能夠用通信報文把精準的時間發(fā)送到總控制的通信單元。而總控通信的單元可以通過現(xiàn)場的總線及串行總線，以廣播報文的方式把時間的信號傳遞到各個保護裝置、測控裝置及第三方的智能化設備中。如果采用軟件對時，則系統(tǒng)可以妹分鐘發(fā)送一次對時報文。這樣，不但節(jié)省了專用的硬件設備，而且不用單獨敷設電纜，大大降低了成本。但是，這種對時方式的劣勢在于對時總線的環(huán)節(jié)比較多，容易出現(xiàn)對時拖延，導致不同裝置出現(xiàn)時間差。

其次，脈沖對時方式，這種方式主要通過秒脈沖信號與分脈沖信號構成。秒脈沖通過利用GPS進行時間同步的校準工作，以此獲得和UTC同步的時間精準度。這種方式的結構特點主要是通過GPS裝置將過脈沖的擴展板與同步脈沖進行擴展并放大隔離后傳送輸出。再次通過通訊電纜和保護裝置、測控裝置以及第三方的智能化設備進行連接。

第三，脈沖對時方式與串行通信的方式相結合。這種方式的結構特點比較明確：通過對當前變電站普遍采用的脈沖與串行通信進行組合，通過軟件對時，對時系統(tǒng)可以每分鐘就發(fā)送一次對時報文。對時裝置能夠獲取時間報文中的年，月，日，時，分，秒等信息。采用脈沖對時，則可以保證秒、毫秒的精準度。這種對時方式的組合，可以保證變電站的智能化設備時間同步。也是目前我國變電站中普遍采用的一種對時方式。

3 變電站GPS時間同步系統(tǒng)的技術應用

首先，對于比較小型的變電站中，各種保護及測量監(jiān)控裝置的自身一般不帶有硬件時間的同步接口電路。因此也就需要通過總控單元來進行串口或網(wǎng)絡方式保持時間同步。對于這種同步系統(tǒng)的應用，變電站可以不用裝GPS的接收設備，主要通過調度主站的GPS時鐘做為基準時間的來源。變電站的通信主機進行接收與解釋調度主站傳送的同步時間報文。變電站GPS時間同步系統(tǒng)技術應用在比較小型的變電站中，要先同步自身的時間，然后通過站內的網(wǎng)絡傳送報文。這樣，保持自動化裝置的時間同步。雖然這種方式的應用對對時要求的精度不太高，但由于非常節(jié)約資源減少了投資，因此非常適和應用在小型的變電站中。

第二，網(wǎng)絡時間的同步和脈沖時間的同步相結合。在l10kV以上的變電站中比經(jīng)常應用網(wǎng)絡時間同步方式，因為這種時間同步系統(tǒng)精度不太高。而脈沖時間的同步方式即使精準度比較高，但是也不經(jīng)常應用在變電站中，因為脈沖時間同步方式不能完整的提供時間信息。所以，為了能夠最大限度的保證時間的精準與完整，在110kV以上的變電站中，我們應用網(wǎng)絡時間同步與脈沖時間同步的組合形式。這樣，不僅僅綜合利用了網(wǎng)絡時間同步方式與脈沖時間同步方式兩者的優(yōu)勢，即對110kV以上的變電站設備進行了時間同步而且還提高了220kV以上等級的變電站的精確性和可靠性。所以，這種應用模式是軟硬相結合的時間同步方式。

第三，B碼時間的同步應用。通過這種方式的時間同步保護、測量、監(jiān)控主要智能化設備。當時間信號的輸出單元中的B碼傳輸出B碼對時模塊所接收到的時間同步信號，并對各種設備進行時間同步。在這種狀況下，可以單獨進行保護、測量、監(jiān)控主要的智能化設備的時間同步。這種應用模式，保證了時間同步的信號能夠通過網(wǎng)絡傳送到保護、測控等裝置。由于，保護測控等設備也利用B碼時間進行同步，所以被授時的設備應該屏蔽掉網(wǎng)絡時間的同步信號，單獨采用B碼時間同步信號。這種變電站GPS時間同步系統(tǒng)對于裝置不僅實現(xiàn)了時間同步，而且精準度達到了最高。

結語

伴隨我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國電力系統(tǒng)對于時間統(tǒng)一的要求越來越嚴格。尤其對于那些超高壓的變電站來說，時間的同步結構、方式、精度非常重要，對于時間同步系統(tǒng)的要求也越來越高。因此，采用變電站中GPS時間同步系統(tǒng)可以使變電站更加數(shù)字化、智能化。從以上對于GPS變電站GPS時間同步系統(tǒng)的結構、時間同步方式及技術應用的論述來展示對時技術對于電力系統(tǒng)的重大作用。采用變電站中GPS時間同步系統(tǒng)不但是內部時間得以統(tǒng)一，而且也實現(xiàn)了變電站無需人員值班的目標。在不斷達到國家電網(wǎng)調度的經(jīng)濟安全運行的目標的同時，更實現(xiàn)了變電站時間同步系統(tǒng)的應用更加簡單、可靠。

[1]陳宏,喻子易.變電站GPS授時方式與二次設備時間同步[J].湖北電力.2009(01).

[2]雷霆,李斌.220kV變電站GPS時間同步系統(tǒng)實現(xiàn)技術[J].電力自動化設備.2007(11).