4METALLURGICALPOWER冶金动力2015年第7期总第185期变电站同步时钟对时系统的优化改造李超（首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部，河北唐山063200）【摘要】阐述了同步时钟对时系统在智能化变电站中的作用和要求，简要介绍了几种变电站常用对时方式，并结合其各自特点，通过案例分析，说明了变电站各系统时钟设备在提供统一基准时钟方面存在的缺陷，提出了优化改造方案。【关键词】智能电站；时钟同步；改造；对时系统【中图分类号】TM76【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2015)07-0004-04OptimizingTransformationofSynchronousClockTimingSystemofSubstationsLIChao(EnergyandEnvironmentDept.ofShougangJingtangUnitedIronandSteelCo.,Ltd.,Tangshan,Hebei063200,China)【Abstract】Thefunctionandrequirementofsynchronousclocktimingsysteminintelli-genttransformersubstationsaredescribed.Somecommontime-settingmethodsforsubstationsareintroduced;andcombiningwiththerespectivecharacteristicsofthesemethodsandthroughcaseanalysis,somedefectsintheaspectsofunifiedreferenceclocksystemprovidedbytheclockdevicesofvarioussystemsinasubstationarepointedoutandanoptimizingplanisproposed.【Keywords】intelligentpowerstation;clocksynchronization;transformation;synchroniza-tionsystem1引言随着工业系统范围的不断扩大、自动化水平的不断提高以及分散控制技术的发展，网络分散系统中各节点内部、之间的时钟统一对时需求变得愈来愈重要。近年来数字化智能化变电站的推广以及电网系统的大区域互联，时钟同步更是实现各类装置和系统基于统一时间基准运行的必要条件。有了统一精确的时间基准，不仅可以实现全厂（站）各系统的同步运行监控，为电网事故分析和处理提供准确的时间依据，而且可以通过同步数据采样来分析事故产生的原因及过程。可以说时钟同步是保证电力系统安全运行，提高运行水平的重要技术手段。（3）全站应采用唯一的数据采集同步时钟源，同步时钟信号可支持不同的传输方式。（4）同步时钟源应具备时间同步校准功能，与UTC(协调世界时)保持一致，具备抗干扰能力，不受错误脉冲影响。（5）支持NTP、PTP等网络以及B码对时方式。3变电站常见对时方式常见的对时方式分以下几大类：（1）脉冲对时（硬对时）。主要分为秒脉冲对时2智能变电站同步对时要求（1）应建立基于统一时钟基准的同步对时系统。采用卫星时钟与地面时钟主从、互备方式工作，保证时间的精确可靠。（2）站内时钟系统应支持光纤传输设备提供的时钟扩展功能。（PPS），分脉冲对时（PPM）。通过电路振荡器输出的脉冲同步信号进行时间校准，信号传输介质一般为电缆或光纤。脉冲对时的优点：获取UTC（协调世界时)的精度较高（＜1滋s），不受传输距离的限制；缺点：秒脉冲只能对时到秒，分脉冲对只能时对时到分，而且脉冲信号无法携带时间信息。脉冲对时按接线方式又可分成差分对时与空接点方式两种。差分对时是GPS装置定时向挂在总线上的各装置发出电平变化的脉冲对时信号，空接点2015年第7期总第185期METALLURGICALPOWER冶金动力5方式是GPS装置通过一一对应的输入、输出接点将继电器接点信号发送到对时装置。（2）报文对时（软对时）。将包含年、月、日、时、分、秒在内的完整时钟信息，以通讯报文的方式通过串行接口输出数据流。比如：监控后台或远动装置通过通讯获取GPS装置时间，在总线上以广播报文方式传送到对时装置上。缺点：报文传输受距离限制，如RS-232串口传输距离30m，RS-422/485串口传输距离为150m。对时间隔长，传输中存在固有延时误差，不满足高精度需求。（3）复合对时(脉冲对时+报文对时)。脉冲、报文对时配合使用，装置接受到监控后台下发的包含完整时间信息的通讯报文的同时，通过脉冲信号进行时间校准。优点：弥补脉冲对时只能对时到秒、报文对时精度低的缺点。（4）编码对时。将包含秒、分、时等在内的绝对时间信息编写为二进制格式码（包含串行、并行码），以每秒一帧的频率（相当于秒脉冲信号）向对时设备发送，对时设备再通过解码提取时间信息，转换成可识别形式。目前国内变电站常用的时间编码格式有DCF77/IRIG-B。优点：是一种兼顾软、硬对时优点的综合对时方法，不再需要现场总线，也不需要输出大量脉冲节点信号，对时精度高（＜0.5滋s），满足变电站间隔层设备的授时精度需求。缺点：受传输距离限制（一般为300m）。无法实现有源脉冲多装置对时共用节点的方式。（5）网络对时。针对网络系统中的计算机、测控装置进行的对时方法。网络校时服务器将GPS获取的标准时间信号，通过各种类型的接口传输到系统中需要对时的设备上，如计算机，保护、测控、故录装置，事件顺序记录装置、远动RTU、自动安全装置等，从而达到网络系统时钟同步的要求。常用的网络对时协议：ARP，UDP，NTP/SNTP等。优点：对时精度高（＜500ms），应用范围广泛，适用于大范围（局域网、广域网）的同步对时。4站内时钟对时现状及改造方法我公司110kV及以上输配电体系涵盖能源管理中心、2座220kV变电站、12座110kV变电站。14座变电站内部均采用单GPS主钟模式（110kV变电站GPS主钟不具备高精度守时功能），由于没有接受除GPS以外其他途径的时间基准能力，因此一旦GPS装置发生故障或受到干扰，将造成站内时间混乱。所以我们改进站内时钟同步系统结构，由原有的单主钟结构（图1）改为时钟冗余结构（图2）。图1单GPS主钟图2DB、GPS时钟冗余站内增置1台BD扩展钟，与原有GPS主钟互为备用，BD扩展钟具备恒温晶振守时功能，保证在卫星时间基准信号丢失的情况下，仍能保持一定的走时准确度。同时，站内不同装置采用各自独立的时钟，虽然各装置都能实现时间的收发功能。但是接收时钟同步信号的接口类型繁多，且对时方式与精度均不统一。以站内原单时钟扩展方式为例，如图3所示。主时钟与时间扩展设备之间，因装置差异，时钟信号采用了不同的传输通道、信号接口及对时方式。比如：220kV、110kV系统保护、测控装置（包括主变、线路、母联等）采用B码或秒脉冲对时方式，计算机监控系统采用时间报文对时方式，故录装置采用分脉冲对时方式。这些串、并行，脉冲，编码格式接口的繁多，通讯规约的差异以及对时装置数量的不等，常使得实际应用中GPS对时装置的接口数量及接口种类欠缺，其结果就是无法实现工业现场对时设备的同步时钟全覆盖，需要通过加装GPS对时装置弥补缺陷。这样不仅浪费资金，而且占用空间。因此在考虑到站内不同类型装置的扩展性及时间同步准确度要求的前提下，我们采取站内编码+网络的对时方式，改造方案如（图4）所示。从经济性考虑对可以通过B码+NTP对时的装置进行升级或模块化改造。以消除接口类型及数量的限制，保证站内所有对时装置时钟同步全覆盖。同时实现装置对时方式的整合，大幅提高时钟同步精度。6METALLURGICALPOWER冶金动力2015年第7期总第185期图3单时钟扩展方式例如，对220kV站内220kV、110kV系统的部分南瑞、四方、武汉中元等厂家的测控、保护、故录装置，由原有的脉冲对时方式统一升级为B码对时方式；保留原有的部分装置的NTP对时方式。对110kV站内采用规约对时的四方保护装置，脉冲对时的南瑞保护、银山故录装置进行模块改造，配置B码、NTP输入模块。对其他精度要求不高或改造经费较大的装置保留原有的对时方式。对因站内主时钟对时节点不足而无法满足对时要求的装置，采取时间扩展设备与主时钟通过光纤以太网连接，以B码+NTP等方式来传送GPS时间信息。扩展时钟在向其他微机保护装置、故障录波装置等提供对时信号接口。及现地扩展层、10kV级子站（工艺站）及现地扩展层。各层级间通过以太网交换机连接，构成可靠的网络冗余，减轻时钟信号意外中断、丢失的风险。其中主站层能源管理中心采用含有守时功能的GPS/BD双冗余时钟源，对本层装置进行IRIG-B码对时。各220kV、110kV变电站又通过公司既有通讯网络接收来自主站层的NTP对时信号，作为本站主钟丢失时的后备钟。具体实施方法是在各110kV级以上变电站冗余时钟装置内加装NTP网络输入模块。对于有对时需求的10kV变电站以及生产单位工艺站，可以在上、下层级配置NTP输出、输入模块。通过现有光纤以太网将上层站所的时钟信号传递到下层站所及工艺站，实现二级时钟扩展功能。同时采取图4中增加光纤时钟扩展插件的方式，可以向站内其他小室、附近区域设备传递时钟信号，实现了同层级现地扩展功能。5厂区时钟系统改造方法虽然解决了站内部时钟同步存在的问题。但从局域网的角度出发，这些变电站（节点）时钟是各自独立的，显然这并不满足厂区内时钟系统的同步要求。因此要实现时钟系统的统一化，需要进行系统改造，构建新的时钟体系如图5所示。以能源管理中心与14座变电站为主节点。采用能源中心集中监控，各等级站所分层、分布的开放式网络对时结构。系统共分三层：能源中心主站层、110kV级（以上）子站6结束语经过对厂区时钟同步系统的改造后：（1）统一的时间基准能实现变电站内计算机监控系统、保护装置及故障录波器等设备的时间同步。同时对时方式的整合大幅提高站内设备的对时精度。2015年第7期总第185期METALLURGICALPOWER冶金动力7图4冗余时钟扩展方式的开放式对时方案是一种合理的、完善的多节点网络对时方案，可行性、可操作性很高。它使厂区整个网络体系有了统一的时间基准，消除了层级间的时钟偏差，为充分了解故障动作情况及分析区域故障提供了精准的依据和有力的保障。随着时钟同步技术的不断发展和深入推广，其不仅对当前智能电网的建设具有十分重要的意义，展望未来，在其他应用领域中，一个高质量的网络时钟同步系统也必将发挥至关重要的作用。[参考文献][1]宋冰，李玉庆.浅谈电力通讯时钟同步网的建设[J].电力系统通信，2008.[2]刘浩.应用于电力系统中的GPS同步时钟[J].继电器，2008.[3]DL/T1100.2-2013，电力系统的时间同步系统[S].第2部分：基于局域网的精确时间同步.图5时钟系统构架[4]IEEEC37.118-2005.StandardforSynchrophasorsforPowerSystems[S].（2）由主时钟（GPS）和扩展钟（BD）组成的双机冗余同步系统时钟源，保证了系统时钟的可靠性。多通道模式的时间信号扩展插件，为新建变电站的接入和现有工艺站的改造提供了便利。（3）能源中心集中监控，各等级站所分层、分布收稿日期：2015－03－13作者简介：李超（1984-），男，2008年毕业于哈尔滨理工大学电气工程及其自动化专业，助理工程师，在职工程硕士，现从事电气设备维护检修管理工作。