智能化变电站时钟同步精度测试方法研究

马成久，张武洋

（东北电力科学研究院有限公司，辽宁沈阳 110006）

智能化变电站是目前电力系统发展的重要方向之一，智能化变电站的技术与常规变电站的技术有很大的不同，智能化变电站采用的是非常规互感器、智能化的一次设备和网络化的二次设备等，由于新技术的引进及实际应用，对电力系统的安全稳定运行提出了新的课题。

智能化变电站安全稳定运行的关键技术之一就是时钟同步问题。因为智能化变电站用网络化的二次设备取代了常规变电站的硬接线方式，所有采样数据由传统的模拟量变为光纤传输的数字量，这就给电力系统安全防护设备采样数据的实时性和采样时刻的同一性提出了更高的要求。

对于智能化变电站的时钟同步精度测试目前还没有一个完整的体系，相关部门只是针对智能化变电站各对时IED设备的对时精度提出了要求，但没有指出具体测试方法。因此，在相关对时精度标准的基础上，结合各种不同对时方式原理，制定了一种准确度高、测试方法简单，并适合理论研究和现场调试的时钟同步精度测试方法。

1 智能化变电站时钟同步精度测试

目前，关于时钟同步精度的测试方法还没有一个统一的要求，相关标准只是对时钟同步的精度提出了明确的要求。为了按照相关行业标准对智能化变电站的时钟精度和各被授时IED的时钟同步精度进行测试，提出了一种原理简单、操作方便的时钟同步测试方法。该方法针对IRIG－B码、秒脉冲、RS485和IEEE1588等对时方式采用相同机理的对时测试方法进行时钟同步精度测试。

1.1 智能化变电站同步对时

脉冲对时也称硬对时，是利用脉冲的准时沿（上升沿或下降沿）来校准被授时设备。常用的脉冲对时信号有秒脉冲（1PPS）和分脉冲（1PPM），有些情况下也会用时脉（1PPH），其中1PPM和1PPH也可以通过累计1PPS得到。脉冲对时信号分为有源脉冲和无源接点。有源脉冲电源由授时设备提供，电压等级常用的有TTL电平+5 V、24 V和差分电平±5 V;无源接点等效于断路器，准时闭合/断开，被授时设备自身提供电源，通过无源接点转换为有源脉冲。实际应用中常用无源接点，因而授时设备与被授时设备之间不需约定电压等级。脉冲对时的优点是授时精度高，使用无源接点时，适应性强;缺点是只能校准到秒（用1PPS），其数据需要人工预置。

IRIG－B是每秒一帧的串行时间码，最符合实际使用习惯，而且传输也较容易，IRIG－B（DC）码的同步精度可达亚微秒级，IRIG－B（AC）码的同步精度一般为10～20 ms。

IEEE1588是一种网络对时方法，网络时钟传输是以1900年1月1日00:00:00为计算时间起始点用户数据协议（UDP）报文。网络中报文往返时间是可以估算的，因此，采用补偿算法可以达到精确对时目的。IEEE1588v2的核心思想是采用主从时钟方式，对时间信息进行编码，周期性时钟发布（一般是announce报文2 s 1次，sync报文1 s 1次），利用网络链路的对称性和延时测量技术，实现主从时钟频率、相位和绝对时间同步，PTP的关键是延时测量。IEEE1588v2的时间同步模式有普通时钟（OC）、边界时钟（BC）、End－to－End透传时钟和Peer－to－Peer透传时钟。

1.2 智能化变电站同步对时精度测试

首先应选用一款时钟同步精度较高的时钟源（如铯钟等原子钟）作为被测设备的比照标准源，然后将标准源和被测设备分别锁定同一时间信号源（如GPS或北斗），待2台设备的时钟与GPS （或北斗）时间信号同步锁定，时钟信号输出稳定后，将被测设备的时钟同步信号（B码、IEEE1588、秒脉冲等）输入标准源，完成时钟同步精度测试。采用该方式的时钟同步精度测试试验，要求标准源的精度要高于被测设备精度2个等级以上，以确保测试结果的准确性，具体测试接线图如图1所示。

图1 智能化变电站时钟同步对时精度测试图

2 智能化变电站时钟同步精度测试实例

2.1 IEEE1588时钟同步精度测试

由于IRIG－B码和秒脉冲同步对时方法已比较成熟，因此，针对智能化变电站时钟同步精度测试方法，只对IEEE1588精密时钟协议对时精度进行测试。试验过程如下:任选某一厂家的主时钟设备（支持IEEE1588）和1台时钟精度等级高的原子钟标准源（支持IEEE1588测试），对该时钟厂家的主时钟IEEE1588输出时钟同步精度进行测试，试验接线如图2所示，测试时间为30 min。

2.2 IEEE1588时钟同步精度测试结果

图2 IEEE1588时钟同步精度测试接线

图2为IEEE1588时钟同步精度测试每s采样1次，30 min连续测试，得IEEE1588时钟同步精度测试数据（如图3所示）。由图3试验数据可得IEEE1588时钟同步精度是ns级，符合其对时协议要求精度，说明该测试方法对于时钟同步精度测试可行。

图3 IEEE1588时钟同步精度测试结果

3 结束语

在实际仿真分析的基础上，提出的时钟同步精度测试方法可以对智能化变电站主时钟及各被授时设备的同步对时精度进行有效、精确的测试，对于实验室的研究和工程现场的调试也提供了便捷、准确的测试方法。但对同步精度测试标准源的精度要求和经交换机后同步对时精度的测试方法还需进行进一步的研究。

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