浅谈GPS对时系统在智能变电站中的应用

马艳 杨军伟

【摘要】介绍了GPS（全球定位系统）在电力系统中的应用，重点讨论了变电站中基本的授时方式和典型变电中的授时方案，为GPS时间同步系统的设计、运行提供了参考。

【关键词】GPS；智能变电站；时间同步；授时方案

中图分类号：TM411文献标识码： A

随着电网智能化水平的发展，智能变电站也逐渐普及，同时智能变电站自动化系统对时间同步系统的要求也越来越高。全球定位系统GPS（Global Positioning System）为全球提供了统一的高精度时间基准，GPS时间同步系统在电力系统的广泛应用，不但使变电站实现精确时间同步也对电力系统事故分析有着十分重要的意义。

变电站GPS系统简介

GPS（全球卫星定位系统）是新一代卫星导航、授时和定位系统。它由空间卫星、地面监控站和用户装置三大部分组成，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点。GPS时间同步系统是利用GPS卫星精确的时间信号，通过软、硬件的处理，将国际标准时间转换为当地标准时间，对用户设备进行授时的时间同步系统。

目前GPS时间同步技术已广泛应用于电力系统中故障录波、事件记录、故障测距、相位测量以及电流差动保护中。

变电站对时方式

智能变电站设备的对时方式主要有以下几种方式：脉冲对时、串行对时、IRIG-B码对时等。

2.1 脉冲对时方式：脉冲对时方式采用空接点接入方式，它主要有以下三种方式：

秒脉冲（PPS）——GPS时钟1秒钟对设备对时1次；

分脉冲（PPM）——GPS时钟1分钟对设备对时1次；

时脉冲（PPH）——GPS时钟1小时对设备对时1次；

2.2 串行口对时方式：装置通过串行口读取同步时钟每秒一次的串行输出的时间信息进行对时。串行口又可分为RS232接口和RS422/485接口方式。

2.3 IRIG-B码对时方式：B码对时是专为时钟的传输制定的时钟码，每秒输出一帧按秒、分、小时、日期顺序排列的时间信息。IRIG-B码信号有直流IRIG-B（DC）时码和交流IRIG-B（AC）时码两种方式。

变电站时间同步方案

3.1典型变电站设备授时方案

变电站为了常规二次设备时间同步于同一时钟源，通常采用监控网络与脉冲校正、授时专网等应用方式。

如上图所示，变电站的常规二次设备时钟同步，通常采用上述两种方式，其中TM为GPS授时装置，COM和REM分别为通信管理单元和远动管理单元，D为常规二次设备。方式一：串行报文经通信管理COM规约转换后，通过监控网络送达二次设备D，同时采用授时装置扩展的校时脉冲对二次设备D时钟校正；方式二：采用B码授时专网同步二次设备D的时钟。

3.2常用授时方式

目前新建智能变电站均采用B码对时，由GPS装置专线分别对每个智能装置进行对时，从而使每个智能装置均不互相影响。已建或者需要进行技改的变电站实际工程应用中往往采用几种对时方式结合在一起使用。例如在某地区电网智能化改造的110kV智能变电站中有部分厂家设备不支持B码对时，则多采用串行口对时或者秒脉冲对时相结合的对时方式，串行口对时将智能设备的时间基准精确到毫秒级，同样可以实现时钟的精确同步。同时具有B码对时功能的智能装置，原则上不能再接受串行通信报文对时的，否则会出现时间跳变，而比较先进的智能装置会在通信程序里增加一个判据，当B码对时功能发生故障时才接受串行口的对时报文进行对时。

GPS在电力系统故障分析时的应用

GPS精确统一的时间基准，保证电力系统安全运行有着重要意义。精确的时间基准，可以在发生故障和操作，特别是短时间内发生连续故障的情况下，方便地分析研究各微机保护的动作行为、故障原因、故障类型、故障发生发展过程，同样也可以为行波测距进行精确的故障分析提供可靠的依据；可以利用GPS精确的时间基准在电力系统保护调试中真正模拟短路故障试验有了可能，为电力系统故障的再现、再分析提供了可靠依据。

结束语

GPS具有全球性、精度高、全天候等优点,利用GPS精确对时功能可以快速、精确、同步地向智能变电站自动化系统中的各个智能装置进行精确对时。实践证明GPS的高精度时间同步系统在电力系统故障分析中发挥了十分重要的作用,GPS对时的应用必将对电力系统的安全运行、稳定控制带来革命性的变革,GPS 技术的采用将大大促进和带动智能变电站自动化技术的发展和提高。

参考文献：

【1】国家电力调度通信中心电力系统继电保护实用技术问答（第二版）[M] 北京：中国电力出版社，2000

【2】李天文 GPS原理及应用[M]北京：科学出版社，2004

【3】黄益庄 变电站综合自动化技术.[M]北京：中国电力出版社，2000

作者简介：

杨军伟（1985-），男，河南周口人，助理工程师，从事继电保护、安全自动装置的设计、安装、调试及维护管理工作。工作单位：安徽省电力公司滁州供电公司239000

马艳（1969- ），女，安徽滁州人，工程师，长期从事继电保护、安全自动装置的设计、安装、调试及维护管理工作。工作单位：安徽省电力公司滁州供电公司239000