GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)在發(fā)電企業(yè)的應(yīng)用

桂俊倫，賀小明

（廣東粵江發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 韶關(guān) 512132）

0 引言

某火力發(fā)電企業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)具有信息類型多、系統(tǒng)分布分散、各自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)系緊密等特點(diǎn)，由于各設(shè)備制造廠家不同、投運(yùn)年限不同，造成時(shí)鐘參差不齊，給故障分析帶來(lái)困難。為此，該企業(yè)實(shí)施了GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)微機(jī)型設(shè)備自動(dòng)對(duì)時(shí)，以方便分析故障。

1 現(xiàn)有時(shí)鐘系統(tǒng)現(xiàn)狀

該火力發(fā)電企業(yè)現(xiàn)有2臺(tái)300?MW機(jī)組(10號(hào)、11號(hào))、2個(gè) 220?kV 變 電 站 (220?kV?A 站、220?kV?B站)。自動(dòng)化系統(tǒng)涉及電氣專業(yè)和熱控專業(yè)。電氣專業(yè)包括微機(jī)保護(hù)裝置(線路保護(hù)、母線保護(hù)、發(fā)變組保護(hù)、變壓器保護(hù)等)、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定裝置(FWK)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(RTU)、電能采集系統(tǒng)、功角測(cè)量系統(tǒng)(PMU)、故障錄波裝置、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、廠用電快速切換裝置、變電站監(jiān)控系統(tǒng)(NCS)等；熱控專業(yè)主要包括機(jī)組分布式控制系統(tǒng)(DCS)、脫硫分布式控制系統(tǒng)(DCS)等。

其中，220?kV?A站監(jiān)控系統(tǒng)隨自身設(shè)備配置1套GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)，功角測(cè)量系統(tǒng)(PMU)獨(dú)立配置1套GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)，電能采集系統(tǒng)采用軟件對(duì)時(shí)方式(接收中調(diào)主站的對(duì)時(shí)指令)；其余設(shè)備均未配置GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)，只能依靠手動(dòng)設(shè)置各裝置的軟件時(shí)鐘，且因?yàn)楦餮b置硬件的差異，存在時(shí)鐘不統(tǒng)一的情況，不利于設(shè)備管理及事故分析。

熱控專業(yè)各DCS系統(tǒng)均配置有GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)，其中11號(hào)機(jī)DCS系統(tǒng)、脫硫DCS系統(tǒng)配置的GPS為新華控制工程有限公司生產(chǎn)。運(yùn)行中該GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)曾偶爾出現(xiàn)程序出錯(cuò)的情況。此外，各套GPS對(duì)時(shí)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，相互間沒(méi)有對(duì)時(shí)校準(zhǔn)同步功能，且產(chǎn)品單體存在差異，因此各GPS時(shí)鐘間不可避免地存在同步差異。

2 GPS時(shí)鐘介紹

GPS時(shí)鐘是基于最新型GPS高精度定位授時(shí)模塊開發(fā)的基礎(chǔ)型授時(shí)應(yīng)用產(chǎn)品，能夠按照用戶需求輸出符合規(guī)約的時(shí)間信息格式，從而完成同步授時(shí)服務(wù)。其主要原理是通過(guò)GPS或其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)馴服晶振，從而實(shí)現(xiàn)高精度的頻率和時(shí)間信號(hào)輸出，可達(dá)到納秒級(jí)授時(shí)精度。

目前，GPS時(shí)鐘輸出信號(hào)主要有1PPS/1PPM/1PPH脈沖同步信號(hào)、IRIG-B(AC/DC)同步信號(hào)、RS-232/RS-422/RS-485時(shí)間同步信號(hào)、NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步信號(hào)、DCF77時(shí)間同步信號(hào)等幾種類型。

3 建設(shè)方案

該企業(yè)GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)所覆蓋區(qū)域，需包括220?kV?B站繼保室、10號(hào)機(jī)組控制室、11號(hào)?機(jī)組控制室，10號(hào)、11號(hào)脫硫控制室和行政辦公樓網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)房等5個(gè)區(qū)域。

(1)?在220?kV?B站繼保室安裝2套主時(shí)鐘裝置(冗余配置、互為備用)，每套主時(shí)鐘包括GPS接收器、北斗接收器、天線、時(shí)間保持單元、時(shí)間輸出單元等，天線安裝在網(wǎng)控樓樓頂。同時(shí)，在該處安裝1套時(shí)標(biāo)信號(hào)擴(kuò)展裝置(子時(shí)鐘)，為220?kV?B站站內(nèi)各線路保護(hù)屏、母差保護(hù)屏、母線輔助保護(hù)屏、故障錄波屏、遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)屏等設(shè)備提供授時(shí)信號(hào)。

(2)?在10號(hào)機(jī)組控制室的繼保間安裝1套時(shí)標(biāo)信號(hào)擴(kuò)展裝置(子時(shí)鐘)，為10號(hào)發(fā)變組保護(hù)A，B，C屏，6?kV?10A段、10B段、公用A，B段快切裝置，02號(hào)啟備變保護(hù)A，B屏，10號(hào)發(fā)變組故障錄波屏，10號(hào)機(jī)組DCS系統(tǒng)等設(shè)備提供授時(shí)信號(hào)。

（3）?在11號(hào)機(jī)組控制室的繼保間安裝1套時(shí)標(biāo)信號(hào)擴(kuò)展裝置(子時(shí)鐘)，為11號(hào)發(fā)變組保護(hù)A，B，C屏，6?kV?11A段、11B段快切裝置，11號(hào)發(fā)變組故障錄波屏，11號(hào)機(jī)組DCS系統(tǒng)等設(shè)備提供授時(shí)信號(hào)。

(4)?在10號(hào)、11號(hào)脫硫控制室熱工設(shè)備間安裝1套時(shí)標(biāo)信號(hào)擴(kuò)展裝置(子時(shí)鐘)，為10號(hào)、11號(hào)脫硫DCS系統(tǒng)設(shè)備提供授時(shí)信號(hào)。

(5)?在行政辦公樓網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)房安裝1套時(shí)標(biāo)信號(hào)擴(kuò)展裝置(子時(shí)鐘)，為SIS系統(tǒng)提供授時(shí)信號(hào)；其他需授時(shí)設(shè)備根據(jù)信息中心要求確定。

4 對(duì)時(shí)方式選擇

此次GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)可以提供1PPS/1PPM/1PPH脈沖同步信號(hào)、IRIG-B(AC/DC)同步信號(hào)、RS-232/RS-422/RS-485時(shí)間同步信息等多種信號(hào)。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，全廠需要接入GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)的設(shè)備中，接收IRIG-B(DC)信號(hào)的有11套，接收1PPM分脈沖信號(hào)有4套，接收RS232串口只有1套(見表1)。

1PPM分脈沖信號(hào)每分輸出1個(gè)脈沖，時(shí)鐘脈沖輸出不含具體時(shí)間信息。RS-232串口輸出通過(guò)EIA標(biāo)準(zhǔn)串行接口發(fā)送一串以ASCII碼表示的日期和時(shí)間報(bào)文，每秒輸出1次，時(shí)間報(bào)文中可插入奇偶校驗(yàn)、時(shí)鐘狀態(tài)、診斷信息等，但輸出目前無(wú)標(biāo)準(zhǔn)格式。IRIG標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間碼是美國(guó)the?Inter-Range?Instrumentation?Group制定的，有A，B，D，E，G，H幾種編碼標(biāo)準(zhǔn)。IRIG-B(DC)是IRIG的一種，由于該標(biāo)準(zhǔn)可靠性高、接口規(guī)范，在時(shí)鐘同步應(yīng)用中得到廣泛使用。

結(jié)合本廠設(shè)備實(shí)際情況及廠家意見，決定采用IRIG-B(DC)作為GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)的主要輸出信號(hào)，保留1PPM分脈沖輸出信號(hào)，取消RS232串口信號(hào)，對(duì)時(shí)方式選擇如表1所示。

表1 設(shè)備對(duì)時(shí)方式選擇

5 項(xiàng)目實(shí)施情況

(1)?由于該企業(yè)通信主網(wǎng)采用單模光纜，而此次GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)建設(shè)采用借用通信主網(wǎng)傳輸信號(hào)，不再單獨(dú)建設(shè)時(shí)鐘同步傳輸網(wǎng)絡(luò)的方式，以減少施工工作量及設(shè)備投資。中標(biāo)單位的設(shè)備采用雙模光纜傳輸，因此需要增加單多模光電轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換。經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)北京首佳訊通SJ1000S（M）單多模光電轉(zhuǎn)換器能滿足實(shí)際要求。

(2)?時(shí)鐘同步系統(tǒng)主時(shí)鐘雙重化配置，支持北斗系統(tǒng)和GPS標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)信號(hào)，優(yōu)先采用北斗系統(tǒng)。

(3)?時(shí)鐘同步系統(tǒng)的主時(shí)鐘裝置及時(shí)標(biāo)信號(hào)擴(kuò)展裝置(子時(shí)鐘)安裝位置均有UPS電源，因此設(shè)備交流電源采用UPS電源供電。