GPS衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)在綜自變電站中的應用

　　GPS時鐘同步系統(tǒng)主要有同步脈沖輸出、串行時間信息輸出和IRIG-B碼輸出三種對時方式。脈沖同步輸出方式，即同步時鐘每隔一定的時間間隔輸出一個精確的同步脈沖。被授時裝置在接收到同步脈沖后進行對時，消除裝置內部時鐘的走時誤差。脈沖同步的缺點是無法直接提供時間信息，被授時裝置如果時間源就出錯，會一直錯誤走下去。串行同步輸出方式，是將時刻信息以串行數(shù)據(jù)流的方式輸出。各種被授時裝置接收每秒一次的串行時間信息獲得時間同步，在未接收到廣播對時令的這段時間間隔內，裝置時鐘存在自身走時誤差問題，使用串行方式對時比脈沖對時方式復雜，另外在接收過程中，信息處理耗費的時間也會影響對時精度，所以主要用于給事件加上時間標記，如果要提高對時精度，現(xiàn)場應用時還需要再給出秒對時脈沖信號。利用1PPS（秒脈沖）信號的上升沿來實現(xiàn)外部時鐘與GPS時鐘的同步以及將同步誤差抑制在滿足系統(tǒng)精度要求范圍之內。

　　IRIG-B碼輸出方式，IRIG組織發(fā)布的用于各系統(tǒng)時間同步的時間碼標準,其中應用最廣泛的是IRIG-B版本，簡稱B碼。B碼以BCD碼方式輸出，每秒輸出一次，內含100個脈沖，輸出的時間信息為：秒、分、時，日期順序排列。B碼信號一般有（TTL）電平方式、RS422電平方式、RS232電平方式、調制信號（AM）四種形式。脈沖對時和串行口對時各有優(yōu)缺點，前者精度高但是無法直接提供時間信息；而后者對時精度比較低，尤其是多小室模式或者監(jiān)控系統(tǒng)中有多個管理機、多個子系統(tǒng)的時候時間精度受串口通信時延的影響尤為突出。B碼對時兼顧了兩者的優(yōu)點，是一種精度很高并且又含有標準的時間信息的對時方式，當變電站的智能設備采用B碼對時，就不再需要現(xiàn)場總線的通信報文對時,也不再需要GPS輸出大量脈沖接點信號。按技術規(guī)范規(guī)定凡新投運的需授時變電站自動化系統(tǒng)間隔層設備，原則上應采用IRIG-B碼（DC）時鐘同步信號。

3 GPS衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)在綜自變電站中的接入與應用

　　現(xiàn)行的GPS衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)支持硬對時（脈沖節(jié)點PPS、PPM、PPH）、軟對時（串口報文）、編碼對時（IRIG-B、DCF77）和網(wǎng)絡NTP對時，滿足國內外不同設備的對時接口要求，變電站內微機保護裝置、測控裝置、故障錄波器、自動化系統(tǒng)站控層設備等均可接入GPS時鐘同步系統(tǒng)。GPS對時接口一般有：RS232串口輸出、RS485串口輸出，非調制IRIG-B輸出信號，分脈沖1PPM輸出信號，秒脈沖1PPS輸出信號等。綜自變電站中往往有許多不同的新老裝置需要接收時鐘同步信號，其接口類型繁多，在實際的工程應用中往往是幾種對時方式結合在一起使用的，這樣就需要增加硬接點或網(wǎng)絡對時來統(tǒng)一時間。比如變電站自動化系統(tǒng)中有很多設備不支持B碼對時，則多采用串行口對時和1PPM脈沖對時相結合的對時方式，串行口對時將智能設備的時間基準精確到毫秒級，而1PPM每整分鐘發(fā)一個脈沖作用于智能裝置的時鐘清零線,從而實現(xiàn)時鐘的精確同步。具有B碼對時功能的智能裝置，原則上是不能再接受串行通信報文對時的，否則會出現(xiàn)時間跳變，而比較先進的智能裝置會在通信程序里增加一個判據(jù)，當B碼對時功能發(fā)生故障時才接受串行口的對時報文進行對時。

　　變電站的時鐘同步系統(tǒng)由主時鐘、時間信號傳輸通道、時間信號用戶設備接口（擴展裝置）組成。主時鐘一般設在變電站的控制中心，包括標準機箱、接收模塊、接收天線、電源模塊、時間信號輸出模塊等，對變電站設備和間隔層IED設備（包括智能電能表等）按要求實現(xiàn)GPS對時，并具有時鐘同步網(wǎng)絡傳輸校正措施。

　　結合實際的運行經驗和實際情況，以110kV中星站的綜自改造為例。在變電站保護室和高壓室各安裝一面GPS時間同步系統(tǒng)屏，配置一臺標準同步鐘本體，主時鐘完成GPS衛(wèi)星信號的接收、處理，及向信號擴展裝置提供標準同步時間信號（RS422電平方式IRIG-B）；并且每臺主時鐘具有內部守時功能。各標準同步鐘本體應能接收兩路IRIG-B（DC）時碼時間信息功能。主時鐘內部的時鐘當接收到外部時間基準信號時，被外部時間基準信號同步，當接收不到外部時間基準信號恢復時，保持一定的走時準確度，直到外部時間基準信號恢復時自動切換到正常工作狀態(tài)。綜自改造的中星變電站是采用以太網(wǎng)方式組網(wǎng)，存在有些廠家的舊設備只存在RS232串口或RS485接口。新安裝的主變線路測控裝置、#1主變保護、#2主變保護及10kV高壓室的所有線路保護等都有B碼的接口，采用了422B碼對時，選用了RVVP兩芯的屏蔽通訊電纜，1為+，2為―，依次將各裝置接入GPS同步時鐘裝置的B碼輸出標號段。110kV故障錄波器沒有B碼接口，空接點接入分脈沖和秒脈沖，實現(xiàn)硬接點對時。兩臺遠動主機的RS232串口分別接入GPS時間同步系統(tǒng)對時，#3主變壓器保護及110kV線路保護裝置為老型號，無法實現(xiàn)B碼對時，和當?shù)乇O(jiān)控后臺也只能通過遠動主機實現(xiàn)綜自網(wǎng)絡對時。

　　在500kV博羅站，如圖1所示，500kV繼保小室和220kV繼保小室內各設1套主時鐘，負責本小室二次設備的對時，包括軟對時、硬對時（1PPS、1PPM、差分信號）、編碼對時（IRIG－B、DCF77）。保護小室主時鐘的時間信號接收單元除了接收本小室的GPS時間信號外，還接收另一小室的GPS時間信號作為備用的標準時間源輸人（通過光纖以IRIG－B時碼方式輸入），兩臺主時鐘之間能夠互為備用,當一個小室的時間信號接受單元出現(xiàn)問題時（例如跟蹤不到衛(wèi)星、天線受損等），自動切換到另一小室GPS上，獲取標準時間信號，保證本小室對時信號正常輸出。另外，在主控室設一套擴展時鐘，主時鐘和時間擴展裝置之間通過光纖連接，時間信號接收單元分別從兩臺主時鐘獲取時間信號，互為備用，自動切換，完成對本室設備的對時，擴展裝置接受主時鐘提供的時間信息，經過擴展向其它裝置提供多路輸出接口。