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1、超高压变电站中的对时二次 陈武恝目前，我国电网是以大机组、高压和超高压输电，以高度自动化为主要特征。 电网的运行情况瞬息万变，超高压变电站是我国目前主干电网重要组成部分，发 生事故后必须掌握实时信息，以便能及时对事故原因、不同专业设备的责任进行 分析和判断，从而可以及时地进行决策处理。部分装置甚至如果没有与外部的 GPS系统对上时间就不能正常工作，如采用B码对时的GE公司保护L90及LPSD、 北京电科院的输电线路故障测距系统WFL2010等。为此，对变电站的时钟同步问 题要求极为严格。变电站中需要对时的设备有计算机监控系统、远动系统、电能 量计费系统、故障录波器、微机继电保护装置等。下面结合
2、江西超高压公司目前所辖 500kV 变电站的运行情况对变电站中同 步网的时间同步系统加以说明。（一）两种典型的变电站时钟同步系统1.方案一（以500kV鹰潭变为例）由图1可以看出，该方案在51小室和52小室各自设立一套GPS系统作为主 时钟。GPS系统包含有GPS接收器、天线、时间信号接收单元、时间信号输出单 元等。它们被置于GPS卫星同步时钟屏内。民用GPS系统提供的时钟信号是世界 协调时（UTC ）加8h后，即转换为北京时间。世界协调时精度很高，可达到微秒数量级。被用来对各保护小室内的二次设备及主控室内的计算机设备的对时用， 其中包括软对时、硬对时（利用秒脉冲信号lpps和分脉冲信号lpp
3、m）、编码对 时等。继保小室内的主时钟信号，除了接收来自本继保小室内的 GPS 的时钟信号 外，还接收来自另一个继保小室内 GPS 的时钟信号。后者被用作备用基准时间信 号。这个备用基准时间信号是通过两个光缆输入口引入的，一个为串口信号（RXD）,另一个为秒信号（PPS）。这样就省去了另备备用时钟源。当一个继保小 室的时间信号接收单元出现问题时，例如跟踪不到卫星、天线或其他方面受损伤 等，会自动地切换到来自另一个继保小室的备用时钟信号上。这样，就可以保证 本继保小室内的基准定时信号和基准对时信号的正常输出。在主控内，还设有一套时间同步信号扩展系统，安装在相应的扩展柜内。利 用时间同步信号扩展系
4、统，时间信号接收单元可以分别从设在各自继保小室内的 主时钟系统GPS获取时间基准信号（串口信号RXD及秒信号PPS）,并且对它们 自动切换，互为备用。在主控室内，时间信号接收单元还要对本主控室内其他二 次设备的对时工作。方案一的优点较多，例如，两台GPS系统分别配置在不同的地点，中间通过 光缆连接，构成互备系统。这样，不仅省去了各自在设置备用基准时钟源，而且 还因光缆的防雷性能强从而可降低设备受雷击造成损坏的概率。另外，由于主备 切换是分散在各自继保小室的时间信号接收单元内去完成的，所需光纤较少，而 且一个继保小室的切换单元发生故障，不会影响到另一个继保小室的切换单元， 所以该方案的可靠性较高
5、。远胡2.方案二（以500kV罗坊变为例）GPSX 线1 4-主控室GFS天线 U二112 2叶V讎民小室主时钟柜 网络软对时11小至H 1r11晅聂点荊阿柜门一 . - 一 . 1 1时间信号接收单兀1丨碾搂点对时柜21 1 .-n11,_ 1天线|时间信号输出草元靄主机系统由图2可以看出，在方案二中两个保护小室的GPS主时钟信号系统均只接收 本小室的主时钟信号，不将其他保护小室的时钟信号作为备用时钟源。这样，在 本小室的时间信号接收单元出现问题时，将只能接收到来自站内软对时时间信 号，而没有脉冲对时接点输入，校时精度下降。（二）对时方式利用GPS系统提供的世界协调时（UTC ）对基准时钟源
6、机房内二次设备进行 对时的方式主要有 3 种。1. 硬对时它又分为利用秒脉冲信号和分脉冲信号两种对时方式。（ 1）秒脉冲对时。它利用 GPS 输出的 1pps 秒脉冲信号进行时间同步校准的。 lpps秒脉冲信号是指每一秒钟内GPS输出的脉冲校准信号。利用GPS提供的lpps 秒脉冲世界协调时，其时间准确度较高，精度可达到微秒级。同时，该脉冲的上 升沿时间准确度小于lys。（ 2）分脉冲对时。它利用 GPS 输出的 1ppm 分脉冲信号进行时间同步对时的。 lppm分脉冲信号是指每一分钟内GPS输出的脉冲校准信号。利用GPS提供的lppm 分脉冲世界协调时，其时间准确度也较高，该脉冲的上升沿时间
7、准确度不大于3 y s。秒脉冲对时是在脉冲的上升沿到来时将被对时装置的秒以下的毫秒数清零； 分脉冲对时是在脉冲的上升沿到来时将被对时装置的分以下计数器清零。2. 软对时它又称为串口校时。串口校时的串口报文内容包括年、月、日、时、分、秒， 也可包含有用户指定的其他内容，例如接收 GPS 卫星数、告警信号等。报文信息 的格式有ASKII码、BCD码、或十六进制的码等。当选择合适传输速率的校准信 号时，其精确度可达到毫秒级。串口校 时方式 的 缺点是 对时距离短，例如 RS-232 接口的 传 输距离 30m,RS-422接口的传输距离为150m。如果将对时距离加长，会造成时延，也就 是定时信号相位
8、的偏移，这对定时信号不利。在变电站现场利用 GPS 的软对时一般采用网络对时，即采用远动机串口接收 GPS 串口对时报文，然后由远动机向连接在网络上的各具有通讯功能的装置广播 对时命令。由远动机发出的对时报文一般只包括年、月、日、时、分、秒。3.编码对时编码对时采用的对时码有称为编码时间信号，它有多种格式。我国常用的是 IRIG对时码。IRIG时间编码序列是美国靶场仪器组（IRIG ）提出的被普遍应用 于时间信息传输系统。 IRIG 对时码的串行时间对时码共有 6 种格式，分别称为 IRIG-A、IRIG-B、IRIG-C、IRIG-D、IRIG-E、IRIG-G、IRIG-H 对时码。其中，
9、 IRIG-B对时码的应用最为广泛。它又被分为调制IRIG-B对时码和非调制IRIG-B 对时码。调制IRIG-B对时码，其输出的桢格式是每秒输出一桢，每桢有100个 代码，包含了秒段、分段、小时段和日期段等信号。非调制IRIG-B对时码，是 一种标准的TTL电平，主要用在传输距离不大的场合。通过IRIG-B码发生器，可将GPS接收器输送的RS232数据及1PPS转换成 IRIG-B码，通过IRIG-B输出口及RS232/RS422/RS485串行接口输出，在同站内 的各种保护的管理机及测控单元内都装有IRIG-B码解码器，通过它输出标准北 京时间及1PPS，该时间有年、月、日、时、分、秒，各
10、种保护通过RS232接口 检测同步脉冲，以此完成继电保护的精确对时（见图3）。D t月十惶 D 年个後 D t年十菽 t橫头D t时十菽D t呈期D t日牛菽 D ts十後D t月个悅D t北京时间标志 t行IRIG-B时间码输出信息每秒一次，信息格式见图6a、b。IRIG-B码有交流码和直流码两种（亦即正弦调制输出和直流偏置输出）。前 者的调制信号频率为1000Hz，每个正弦调制的IRIG-B输出信号均与其周围的其 他部分完全隔离；后者的信号TTL电平，信息采用RIRG-B标准格式，每个直流 偏置 IRIG-B 输出信号也均与周围的其他部分完全隔离。信息每秒发送一次习惯称为一帧，每帧发送 1
11、00 个符号，每个符号占有的时 间是10ms。符号共有三种：逻辑值“0”（或称空码），逻辑“1”，起始符（或称 标识符）。通过改变直流电平的占空比或变化 1000Hz 调制信号的幅值来表示逻辑T”与“0”及起始符。如图6b中所示，逻辑“1”的直流电平的占空比为50%: 50%; 逻辑“0”的占空比为 20%： 80%; 起始符的占空比为 80%： 20%。发送的每帧信息均以起始符开头（以 MK 表示），也以 MK 表示每帧信息 的结束，帧头 MK 的上升沿标志新的一秒的开始，后面的符号则分别表示秒个 位、秒十位、分个位、分十位、日个位、日十位、日百位。每帧的信息中， 除了帧头和帧尾外，一帧中间是不会有相邻的两个M - K，由此可见，当出现两 个相邻的M - K，则表明前一个M - K是上帧之尾，后一个是本帧之头。（三）变电站对时方式的选择为提高对时精度，变电站一般采用硬对时和软对时相结合的方式。在相结合 的对时方式中，一方面利用软对时可以获取年、月、日、时、分、秒等相关信息； 另一方面可利用硬对时获取GPS提供的国际协调时的（UTC）的对时脉冲信号， 使对时信号的精度提高毫秒和微秒数量级。当对时设备有 IRIG-B 对时码接口时，应优先采用编码对时。对时网络结构 宜采用方案一。
