京准电子、北斗GPS卫星同步时钟（对时装置）在电力体系中的应用
京准电子、北斗GPS卫星同步时钟（对时装置）在电力体系中的应用
京准电子科技官微——ahjzsz
前言
近几年来，随着电厂自动化水平的进步，在电厂中计算机监控体系、微机掩护装置、微机故障录波装置以及各类数据管理机得到了广泛的应用，而这些自动装置的配合工作必要有一个精确同一的时间。当电力体系发生故障时，既可实现全站各体系在同一时间基准下的运行监控和事故后故障分析，也可以通过各掩护动作、开关分合的先后次序及准确时间来分析事故的缘故起因及过程。随着电网的日益复杂、装机容量的进步和电网的扩大，提供尺度时间的时钟基准成为电厂、变电站以致整个电力体系的迫切必要，时钟的同一是保证电力体系安全运行，进步运行水平的一个重要措施，是综自变电站自动化体系的最基本要求之一。
一、GPS时钟卫星同步体系的良好性
电厂中采用不同厂家的计算机监控体系、自动化及线路微机掩护装置、故障录波装置、电能量计费体系、SCADA体系等，电厂时间同步形式重要有以下几种：
（1）各设备提供商采用各自独立的时钟，而各时钟因产物质量的差异，在对时精度上都有肯定的偏差，从而使全厂各体系不能在同一时间基准的基础上举行数据分析与比较，给事后正确的故障分析判断带来很大隐患。
（2）通过主站对时方式实现对时，调理中心主站通过通信通道下发对时下令同步体系内各个电站的时钟，这种方式必要专用的通信通道，由于从调理中心到达各个变电站的距离不一样，通信延时也不一样，因此只能保证体系时钟在100毫秒级误差的水平。
（3）采用一台小型GPS接收机，提供多个RS232端口，用串口电缆逐一连接到各个计算机，实现时间同步。但事实上这种同步方式也存在缺点，利用的电缆长度不能过长；服务器的反应速度、客户机的延迟都直接影响对时精度。而且各站每每有不同的装置必要接收时钟同步信号，接口不一，如RS-232/422/485串行口、脉冲、IRIG-B码、DCF77格式接口等；装置的数量也不等，造成GPS装置的某些类型接口数量不够或缺少某种类型的接口，必要增加一台甚至数台GPS接收机，而这每每受到资金不足或没有安装位置等限制。
（4）用GPS卫星时钟同步体系对时。GPS（全球定位体系Global Positioning System），美国军方建立的全球卫星导航定位体系，由专门的接收器接收卫星发射的信号，可以得到位置、时间和其它相关信息。GPS体系每秒发送一次信号，其时间精度在1μs以内，在任何时刻、在全球任何位置均能可靠接收到信号，卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，GPS发送的时间信息包含年、月、日、时、分、秒以及IPPS（尺度秒）信号，因而具有很高的频率精度（可达l0-12量级）和时间精度。在综自变电站中采用GPS卫星同步时钟体系有着显着的优势，可以实现全站各体系在同一GPS时间基准下的运行监控和事故后的故障分析。变电站的各种自动化设备（如故障录波器、微机掩护装置、监控体系等），根据GPS提供的精确时钟同步信号，同一变电站、调理中心的时间基准，在电力体系发生故障后，进步了SOE的时间准确性，大大进步了电力体系的安全稳定性，为分析故障的环境及断路器动作的先后次序提供有力的证据，为电网安全稳定监视和控制体系创造了良好的技术条件。
GPS卫星时钟同步体系很好地解决电厂同一时间基准的题目，实现站内甚至站间的准确对时，目前已经成为最佳的对时方案，也是技术发展的一定趋势。根据《广东电网110～220kV变电站自动化体系技术规范》要求，我们在近年的新建站或综自改造站中均采用时间同步体系对变电站装置举行校时。在05年9月份广东电网公司发布了《广东电网变电站GPS时间同步体系技术规范》，而此后的新建站或改造站GPS时间同步体系的管理、计划、安装、测试和运行均按该技术规范要求实施。
二、GPS卫星时钟同步体系的简介及工作原理
GPS卫星时钟同步体系利用RS232接口接收GPS卫星传来的信号，然后经主CPU中心处理单元的规约转换、本地时间转换成满意各种要求的接口标（RS232/RS422/RS485等）和时间编码输出（IRIG_B 码，ASCII 码等）。GPS卫星时钟同步体系一样平常由GPS卫星信号接收部分、CPU部分、输出或扩展部分、电源部分、人机交互模块部分组成。
GPS时钟同步体系重要有同步脉冲输出、串行时间信息输出和IRIG-B码输出三种对时方式。脉冲同步输出方式，即同步时钟每隔肯定的时间隔断输出一个精确的同步脉冲。被授时装置在接收到同步脉冲后举行对时，消除装置内部时钟的走时误差。脉冲同步的缺点是无法直接提供时间信息，被授时装置如果时间源就堕落，会一直错误走下去。串行同步输出方式，是将时刻信息以串行数据流的方式输出。各种被授时装置接收每秒一次的串行时间信息得到时间同步，在未接收到广播对时令的这段时间隔断内，装置时钟存在自身走时误差题目，利用串行方式对时比脉冲对时方式复杂，别的在接收过程中，信息处理耗费的时间也会影响对时精度，所以重要用于给事件加上时间标记，如果要进步对时精度，现场应用时还必要再给出秒对时脉冲信号。利用1PPS（秒脉冲）信号的上升沿来实现外部时钟与GPS时钟的同步以及将同步误差克制在满意体系精度要求范围之内。
IRIG-B码输出方式，IRIG构造发布的用于各体系时间同步的时间码尺度,其中应用最广泛的是IRIG-B版本，简称B码。B码以BCD码方式输出，每秒输出一次，内含100个脉冲，输出的时间信息为：秒、分、时，日期次序排列。B码信号一样平常有（TTL）电平方式、RS422电平方式、RS232电平方式、调制信号（AM）四种形式。脉冲对时和串行口对时各有优缺点，前者精度高但是无法直接提供时间信息；而后者对时精度比较低，尤其是多小室模式或者监控体系中有多个管理机、多个子体系的时间时间精度受串口通信时延的影响尤为突出。B码对时兼顾了两者的优点，是一种精度很高并且又含有尺度的时间信息的对时方式，当变电站的智能设备采用B码对时，就不再必要现场总线的通信报文对时,也不再必要GPS输出大量脉冲接点信号。按技术规范规定凡新投运的需授时变电站自动化体系隔断层设备，原则上应采用IRIG-B码（DC）时钟同步信号。
三、GPS卫星时钟同步体系在电厂中的接入与应用
现行的GPS卫星时钟同步体系支持硬对时（脉冲节点PPS、PPM、PPH）、软对时（串口报文）、编码对时（IRIG-B、DCF77）和网络NTP对时，满意国表里不同设备的对时接口要求，变电站内微机掩护装置、测控装置、故障录波器、自动化体系站控层设备等均可接入GPS时钟同步体系。GPS对时接口一样平常有：RS232串口输出、RS485串口输出，非调制IRIG-B输出信号，分脉冲1PPM输出信号，秒脉冲1PPS输出信号等。综自变电站中每每有许多不同的新老装置必要接收时钟同步信号，其接口类型繁多，在现实的工程应用中每每是几种对时方式联合在一起利用的，这样就必要增加硬接点或网络对时来同一时间。比如变电站自动化体系中有很多设备不支持B码对时，则多采用串行口对时和1PPM脉冲对时相联合的对时方式，串行口对时将智能设备的时间基准精确到毫秒级，而1PPM每整分钟发一个脉冲作用于智能装置的时钟清零线,从而实现时钟的精确同步。具有B码对时功能的智能装置，原则上是不能再担当串行通信报文对时的，否则会出现时间跳变，而比较先辈的智能装置会在通信程序里增加一个判据，当B码对时功能发生故障时才担当串行口的对时报文举行对时。
电厂的时钟同步体系由主时钟、时间信号传输通道、时间信号用户设备接口（扩展装置）组成。主时钟一样平常设在电厂的控制中心，包括尺度机箱、接收模块、接收天线、电源模块、时间信号输出模块等，对变电站设备和隔断层IED设备（包括智能电能表等）按要求实现GPS对时，并具有时钟同步网络传输校正措施。
联合现实的运行履历和现实环境，如下图：
为保证GPS卫星同步时钟体系的功能、精度和效率，应做好一样平常的保养和维护工作，应定时对GPS对时体系各个部件举行检查，起首应检查装置表现面板上的天线信号是否正常，再检查表现面板上锁定的卫星数量（一样平常应大于3），以上两项正常后再用表现面板上所表现的时间与各个对时设备上所表现或打印的时间举行比对，以确认对时体系内所有参与对时的设备的对时单元工作正常，定时对体系内的各个部件举行巡检以保证整个体系的可靠性。
四、电厂体系时钟设置
根据现场设备清单及信息中心网络，具体设备设置如下：
产物名称
| 产物设置
| 数量
| 报价（含税）
| GPS时钟（对时装置）
| 本体部分包括：信号输入（GPS+B码）、CPU板、B码生成板、守时单元、总线板、电源板、表现板，30米GPS天线。装置最多插7块信号输出板卡，任意组合。内置恒温晶振守时优于7*10-8(4.2μS/分钟)
| 1台
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| PPS脉冲对时板卡
| 空接点脉冲信号输出板，每块板卡输出12路可编程的空接点脉冲信号
| 1块
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| RS485/422对时板卡
| 12路串口信号输出板，每块板卡输出12路端子接线方式的RS232/422/485串行信号
| 2块
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| NTP网络授时板卡
| 网络对时信号输出板，每块板卡输出1路NTP网络对时信号
| 1块
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五、竣事语
GPS卫星同步时钟体系在综自改造站中和新建站中广泛应用，它不但能有效地淘汰检修和运行职员的工作量，还使我们变电站内大多数的运行设备有了同一、尺度的时间基准，方便对运行中出现的各种事件的分析和追溯，进步了电力体系的自动化水平，为变电站以致整个电网向更高管理层次迈进提供强有力的技术保障。
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