通信方式對山東電力IRIG-B碼授時信號影響的測試方案探討

田安琪，朱尤祥，于秋生，劉 磊，周 潔

（國網(wǎng)山東省電力公司 信息通信公司，山東 濟南 270001）

0 引 言

電網(wǎng)內各電廠和變電站設備要求時間統(tǒng)一，包括調度自動化系統(tǒng)、繼電保護及故障信息系統(tǒng)、安穩(wěn)控制系統(tǒng)、PMU系統(tǒng)、電能量計量系統(tǒng)、行波測距系統(tǒng)以及故障錄波系統(tǒng)等[1]。目前，廠站時間同步系統(tǒng)多采用互備主從模式時間同步系統(tǒng)，相比子母鐘系統(tǒng)提高了運行可靠性。為進一步提高電力自動化時間同步系統(tǒng)的災備能力，本文利用BITS設備為自動化時間同步系統(tǒng)提供第三路路由，并基于IRIG-B碼選擇不同通信傳輸體制的信號接收可靠性測試方案。

1 現(xiàn) 狀

1.1 授時系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，山東電力廠站自動化時間同步系統(tǒng)授時源主要為中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）和美國的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS），暫未接收來自地面BITS設備的第三路授時源[2]。

為了克服天基衛(wèi)星定位導航授時（positioning，Navigation, and Timing，PNT）系統(tǒng)容易受電子干擾、環(huán)境以及地形的影響導致故障率較多等問題，實現(xiàn)將天空GPS北斗衛(wèi)星信號搬到地面。我國開始逐漸建立同步授時系統(tǒng)，而歐美等發(fā)達國家從多年前已經開始相關的技術研究，與之相比，我國的授時技術仍落后很多，所以在相關的文件中指出“適時啟動新一代授時系統(tǒng)建設，支撐超精密時間頻率技術開發(fā)，逐步形成高精度衛(wèi)星授時系統(tǒng)和高精度基地授時系統(tǒng)共同發(fā)展的格局”，不斷加快我國的基地授時系統(tǒng)建設與早日建成授時系統(tǒng)對我國的進步與發(fā)展同等重要。

1.2 山東電力省級傳輸網(wǎng)現(xiàn)狀

山東電力省級SDH光傳輸網(wǎng)主要由10G（A網(wǎng)）和2.5G（B網(wǎng)）兩個獨立傳輸系統(tǒng)組成，主要承載繼電保護業(yè)務等E1業(yè)務。A網(wǎng)覆蓋范圍為省公司及省備調，所有500 kV及以上等級變電站、各地市公司，B網(wǎng)覆蓋范圍為省公司本部及省備調，所有500 kV及以上等級變電站、各地市公司及地市第二匯聚點[3]。

山東電力省級PTN光傳輸網(wǎng)由一個傳輸系統(tǒng)組成，主要承載視頻會議等以太網(wǎng)業(yè)務，覆蓋范圍為省公司及省備調、地市公司、支撐單位，所有500 kV及以上等級變電站。

山東電力省級OTN光傳輸網(wǎng)由一個傳輸系統(tǒng)組成，主要承載大顆粒業(yè)務，覆蓋范圍為省公司及省備調、地市公司、部分支撐單位，所有500 kV及以上等級變電站。

1.3 山東電力頻率同步網(wǎng)現(xiàn)狀

2018年，山東電力建成全面覆蓋且安全可靠的頻率同步網(wǎng)，為傳輸網(wǎng)和業(yè)務網(wǎng)提供高質量定時基準信號。省中心節(jié)點配置一臺全網(wǎng)基準時鐘作為全網(wǎng)基準源，配置一臺銫鐘和雙衛(wèi)星接收機，以提供高精度的基準信號。覆蓋地市公司和部分500 kV變電站的時鐘可通過省級傳輸網(wǎng)進行溯源，覆蓋縣公司和部分220 kV變電站的時鐘可通過各地市通信網(wǎng)進行溯源[4]。

1.4 時間同步網(wǎng)建設的必要性以及意義

1.4.1 必要性

數(shù)字式的監(jiān)控設備和繼電保護時間基準的獲取，最早由設備內部時鐘提供，由于各裝置內部時鐘的質量有所差異，所以在工作一段時間后，各個設備的時間就會在一定程度上存在差異，從而為社會和人們的生產生活帶來不利影響，嚴重阻礙社會的發(fā)展。

1.4.2 意 義

時間同步系統(tǒng)的建立有利于為電力系統(tǒng)的計費、運行以及維護確定統(tǒng)一的時間標準，提高電力系統(tǒng)的服務質量，為提供更優(yōu)質的服務奠定良好的基礎。對于電力生產系統(tǒng)，精確的時間有利于保證設備的良好運行和更準確的計費，減少與客戶之間的矛盾，對于維護部門，時間同步有利于排除定位系統(tǒng)故障，解決系統(tǒng)中存在問題，而對于電力測試部門，有利于保證試驗結果的有效性和完整性。

2 測試方案探討

2.1 測試系統(tǒng)

IRIG是靶場間測量儀器組（Inter Range Instrumentation Group）的簡稱，IRIG-B碼的時幀速率為1幀/s，可傳遞100位的信息，完成時間和頻率同步。省中心節(jié)點的全網(wǎng)基準時鐘可輸出IRIG-B碼時間信號，供其他設備使用。為測試通信方式對IRIG-B碼時間信號的影響，在省中心節(jié)點和備用中心節(jié)點之間搭建如圖1所示的測試環(huán)境，利用單一變量法進行對比測試。

利用省中心節(jié)點全網(wǎng)基準時鐘為測試系統(tǒng)提供時間源，銫原子鐘用于發(fā)送時間校準頻率信號給雙銣鐘BITS，雙銣鐘BITS用于接收衛(wèi)星基準時間信號，并根據(jù)時間校準頻率信號對衛(wèi)星基準時間信號進行校準，得到IRIG-B碼授時信號并發(fā)送給省中心節(jié)點時間同步系統(tǒng)[5]。

圖1 時間同步測試系統(tǒng)

省中心節(jié)點自動化時間同步系統(tǒng)用于接收IRIG-B碼時間信號，進行時間信號分發(fā)，還可以接收來自安裝在廠站側時間同步系統(tǒng)的時間信號，并發(fā)送至監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析對比。廠站側安裝時間同步系統(tǒng)，通過通信傳輸通道接收時間信號。監(jiān)控系統(tǒng)安裝于省中心節(jié)點，能夠實現(xiàn)全網(wǎng)時間信號的實時監(jiān)控，并對比分析時間信號。

2.2 測試因素選擇

為了方便進行測試，選用省級傳輸網(wǎng)承載時間信號進行傳遞。山東電力省級傳輸網(wǎng)主要包括SDH、PTN以及OTN，基于IRIG-B碼的小顆粒業(yè)務及省級傳輸網(wǎng)的現(xiàn)狀，OTN系統(tǒng)暫不能傳輸小顆粒業(yè)務，因此選用SDH網(wǎng)絡和PTN網(wǎng)絡作為通信傳輸通道進行測試。但是SDH的傳輸通道是剛性帶寬，而PTN的傳輸通道是彈性帶寬，這可能會對時間信號的延時產生影響[6]。

備用中心節(jié)點配有省級SDH設備、PTN設備以及OTN設備，設備類型齊全，且省中心節(jié)點與備用中心節(jié)點之間地理距離居中，省級SDH傳輸網(wǎng)與省級PTN傳輸網(wǎng)在省中心節(jié)點與備用中心節(jié)點之間的路由基本一致，交通方便，適合開展測試，于是選用備用中心節(jié)點作為測試的另一端節(jié)點[7]。

2.3 測試方法

為了測試通信方式對時間信號的影響，需要按照以下步驟進行開展工作。首先在衛(wèi)星接收正常的情況下，省中心節(jié)點和備用中心節(jié)點安裝時間同步系統(tǒng)設備，基于SDH和PTN開通省中心節(jié)點與備用中心節(jié)點之間的傳輸通道，按照圖1進行連線。其次經過一個月的測試后，在監(jiān)控系統(tǒng)中分析數(shù)據(jù)，查看兩種通信方式對時間信號精度和偏差值的影響。最后在關閉衛(wèi)星接收功能即模擬衛(wèi)星實效情況下，在監(jiān)控系統(tǒng)中觀測數(shù)據(jù)，查看兩種通信方式對時間信號的精度和偏差值。

3 結 論

隨著科學技術的不斷進步與發(fā)展，通信網(wǎng)絡逐漸被廣泛應用，同時也對網(wǎng)絡的時間同步與傳輸協(xié)議提出了更嚴格的要求，并且隨著社會的不斷進步與發(fā)展，對時間精確度的要求也越來越高。利用IRIG-B碼授時既含有秒脈沖信息又含有時間報文，對外傳輸采取標準的RS-422總線，可以直接接到有IRIG-B碼的輸入接口的設備上進行對時。本文從山東電力授時現(xiàn)狀出發(fā)，通過測試探討通信方式對時間信號的影響，為基于地面時鐘的時間同步技術應用提供數(shù)據(jù)依據(jù)，驗證地面時鐘為時間同步系統(tǒng)提供第三路由的可行性。