时间同步在电力交换网中的作用

赵良敏

（武威供电公司，甘肃武威 733000）

1 引言

时钟系统是数字程控交换电话设备的基础，它为交换设备的电话控制单元提供时钟、定时和同步信号。交换机时间是各系统对交换机信息进行分析处理的基础，交换机的时间如果和标准时间不一致，会造成各种处理错误，降低为用户提供服务的质量。尤其在数字通信网内，时间同步与否直接影响着交换机之间语音、数据、图像信息的交换与处理。同步信号的好坏在很大程度上决定了整个交换系统的运行稳定程度，尤其决定着语音、数据、图像信息交换持续的正常进行。

2 时间同步系统在电力交换网中的作用

在数字通信系统中，时钟的作用是使数字网中所有节点设备的时钟频率都控制在预定的容限之内，使通过网内节点设备的数字流实现正确、有效的传送与交换。数字交换机在进行时隙交换时，要求各交换时隙在时间上对准，即要求交换设备与其各入中继接口的数据流同步，解决办法是在入中继接口中设置缓冲存储器。该存储器以中继传输线路所提取的时钟写入，以交换机时钟读出，由于两者时钟的差异，有可能隔一定时间重读一帧或丢失一帧，称为滑码（滑动）。滑动会造成话音通路杂音或数据通路的误码［1］，数据通信时造成数据丢失。

2.1 交换机时钟的工作方式

电力交换网是一个星形网络，与电力专网、电信公网等通过2M数字中继互连。而程控交换机本身的时钟采用高稳定度石英晶体振荡器，为电话控制单元的其它电路板提供时钟、定时和同步信号。交换机可以在没有外控时钟信号的情况下自由运行，也可在外控信号控制下工作，此时频率锁定在外控信号的频率上。因此程控交换机的时钟工作方式有以下几种。

（1）使用参考定时单元：提供一个外部输入时钟源来允许交换机主振荡器能够锁定到一个用户提供的参考源上。如主振荡器被锁定到一个RTU外部输入源，就有了外部参考源的计时精确度，这样就允许时钟系统依靠外部参考源达到I级精确度（1×10-11）；

（2）时钟提取，2M数字中继接收电路从接收到的PCM码流中提取时钟信号，一方面为接收端能够准确的接收信号，另一方面作为本地交换机的基准时钟；

（3）内部时钟，如果没指定一个RTU外部输入源或2M数字中继线路时钟作参考时钟源，那么系统时钟处于自由运行状态，即系统时钟不与外部源同步。交换机的时钟工作原理如图1所示。

图1 交换机时钟工作原理

2.2 时间同步差异产生的后果

电力专网内的交换机作为用户交换机工作，各交换机的时钟工作于独立时钟，网内各局或采用独立的时钟源，或从线路提取时钟，或者工作于自由运行状态，没有统一的时钟精度要求，各局的时钟频率不一定完全相等。对于交换机的时间设置，通常通过交换机网管系统，利用交换机的人机命令查询和修改交换机时间。因此对交换机进行时间设置会产生误差，导致网内各交换机在时间同步上存在个别误差。交换机时钟的相位差异、传输系统的时延差异和变化，都可能引起传输到某台数字交换机的码流相位与本地交换机的时钟相位之间产生差异［2］。此差异的积累，就可能使交换机产生漏读或重读输入信号的现象，造成信息传递的差错。各类数字交换机均采取了各种措施来解决这个问题，如在数字交换机中设置帧调整器（弹性储存器），或采用帧排齐技术，使外来PCM链上的帧定时经过全帧的延时，最后与本地交换机的帧定时排齐。但不论采用什么措施，当这种时钟相位的差异积累到一定程度，超出了帧调整器的调节范围时，必然造成整帧信号的重读或漏读现象，即滑码（滑动）现象。滑码的结果使通信系统噪声增加，数据丢失。这种损伤，对于采用随路信令的通信系统影响还不十分明显，一般只在耳机中听到“咔嚓”一声干扰，严重滑动时也可能产生失步。但对于采用No.7号信令方式的通信系统，滑动将可能造成整“包”信令的丢失。使系统紊乱。同样，如果交换系统还用来交换数据，就可能丢失大块数据，造成不能允许的误差［3］。因此实现数字网的同步，尤其作为数字网的重要组成部分之一的数字程控交换机，其同步性能是否符合要求，是保证同步网正常运行的基本条件，因此，加强数字程控交换机时钟同步建设是十分必要的。

3 时间同步故障分析

故障现象：某地调电力交换网由河北远哈、昆明塔迪兰、深圳华为等厂商的交换机组成，采用No.1信令、No.7信令和Q信令方式组网。在运行过程中发现，采用No.7信令连接的电信公网2M电路常出现信令链路不能进入服务状态，将本端2M电路板及信令链路电路板复位后，故障消失，中继电路运行正常。运行一段时间后，故障会再次出现。同时该中继还出现不能正常收发传真、远程MODEM不能工作的故障现象。

原因分析：地调Harris数字程控交换机未配置外部参考定时单元（RTU），通过软件管理程序查询，交换机运行于自由运行时钟方式。

交换系统的时间通过人机会话程序设置后，在交换机未升级前，采用No.1信令方式与电信公网连接，无论是语音通信、163上网业务、传真、远端MODEM都工作正常。自Harris数字程控交换机升级后，与电信公网之间采用No.7信令方式连接，经常出现信令链路不能进入服务状态的现象，而且不能正常收发传真、远程MODEM不能工作，而与电力专网（采用Q信令方式）的通信正常。维护人员通过维护软件对交换机的时钟情况进行查询对照分析，发现交换机处于自由运行时钟方式，时钟为交换机内置时钟，精度不高，长期运行引起系统时钟的漂移，性能变差，对于采用No.7号信令方式的通信系统，时钟不同步导致2M中继电路误码增加，导致通信中断，造成数据业务的断续现象，但对于No.1及Q信令连接的中继，语音业务未受影响。将Harris数字程控交换机的时钟设置跟踪电信中继线路时钟，传真、远程MODEM不能工作的故障现象消除，信令链路故障现象随之减少。故认为是交换机同步设置不合理引起的故障。

4 结束语

随着电网的日趋复杂和智能化程度的不断提高，精准的同步系统很必要。统一的时间在快速准确分析判断电网故障原因、支持电网自动化系统以及支持电力市场运作等方面都将发挥极为重要的作用。尤其在智能电网的建设中，如调度自动化系统、电量计费系统、负荷监控系统、事件顺序记录装置、故障录波器、微机继电保护装置、雷电定位系统、各级MIS系统、电厂、变电站监控系统、关口计费乃至电力市场等的应用中，时间同步显得尤为重要。有的不仅依赖于时钟同步网来保证传输数据完整高效，而且要利用同步系统网中的时钟来计算、处理在线信息。采用电力通信网已经建成的SDH网络或者光纤网络作为传输平台，建立全网统一、主从等级结构完善、同时实现可管理、易运维的高精度时间同步网，为数字通信网乃至电网智能化提供强有力的保障。

［1］李伟章，时钟同步与时间同步网［J］.数字通信世界2008，（7）：75.

［2］苏明，程控数字交换机同步性能指标的测试［J］.电信技术 1994，（1）：19.

［3］藤亚连，时钟同步在程控交换网中的应用［J］.电力系统通信 2011，（1）：79.

［4］国家电网公司生产技能人员职业能力培训教材电力通信［Z］.中国电力出版社.