浅谈时间同步系统在电力系统中的应用

肖彤

摘 要：在电力系统中，电网的运行状态会随着设备的运行情况而不断改变。现在的变电站大多是无人值班的，不仅仅是调度主站端，就连变电巡维中心的值班员也不能接触到现场的一次设备和二次设备。因此，电网的自动化系统必须有一个统一、精确的时钟，这对运行操作、电网调度、事故分析等有十分重要的意义，对提高电能质量，保证电网的安全、稳定运行也起着非常重要的作用。简要论述和介绍了时间同步系统的相关内容，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：变电站；自动化系统；时间同步系统；智能化

中图分类号：TM76 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.078

随着社会经济的发展，电网的智能化程度越来越高，自动化电网和以高压输电为主的大电网占较大的比例，而这些高压设备长期处于无人值班状态，由数千米外的调度员监管。电网运行情况瞬息万变，为了在其发生事故时能够及时得到处理，需要统一的时间基准，以保证调度自动化系统、故障录波、SOE等一系列变电站自动化装置运行的准确性。统一的全网时间标准决定了这些装置的正常运行及其发挥的作用，因此，电网内的变电站和调度中心需要建立专用的时间同步系统，不断提高时间同步系统的对时精度，以保证电力系统运行的安全性、稳定性和可靠性。

1 时间同步系统概述

目前，时间同步对时方式有很多，包括无线电广播对时、天文台对时、电视对时等，而这些对时方式的精度、覆盖范围和可靠性都比不上GPS。由于电网具有特殊性，所以，电力系统中的时间同步系统一般采用的都是GPS。GPS是由美国国防部研制、建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统。美国国防部发射的24颗卫星绕地球运行，向接收装置发射标准的授时信号。

在整个电网中，电力设备都是在线运行，并实时进行数据采集和数据处理，而时间同步系统的可靠性在这里尤为重要。事故发生后，可以通过查找SOE装置的记录帮助运行维护人员明确事故发生的时间。这样做，可以及时解决问题，不走弯路。自动化装置自带的实时时钟受现代制作工艺的限制，其精度并不是统一的，有很小的误差。这些小误差随着设备的长时间运行慢慢积累，进而形成较大的误差，最终影响时钟的准确性，使其失去时间计量作用。为了实现时间同步，在电力自动化装置的内部加装了时间接收装置，用于接收来自GPS的标准时间，从而实现电网全网时间的统一，以保证自动化装置的有效性。

2 时间同步装置的选择

2.1 时间同步装置厂家和型号

当前，研发时间同步装置的厂家有很多，而笔者在日常工作中发现，本地变电站多采用的是武汉中元华电科技有限公司ZH系列的GPS时间同步装置。

中元华电ZH系列的GPS时间同步系统是根据《华东电网统一时钟系统技术规范》《广东电网变电站GPS时间同步系统技术规范》和《上海电网GPS时间同步系统技术原则和运行管理规定》设计的。它由时间同步时钟和时标信号扩展装置2部分组成。该系统利用GPS发送同步信号和时间信息，并向电力系统中的自动化装置提供准确的时间信息和同步信号。

2.2 时间同步装置的特点

大部分变电站采用的都是时间同步系统，其优点如下：该装置采用多同步源自适应同步技术，同步精度优于±0.1 μs。装备中有高精度授时时钟，主时钟和信号扩展装置都采用了冗余化装置，有效保证了GPS时间同步系统的可靠性和稳定性。另外，该装置采用模块化设计可定义的时分秒脉冲空接点、时间报文信息，每8路为一组，可任意组合。装置最多可输出56路，多种输出接口，使用灵活、方便。它采用的是“2U、19”标准机箱，与变电站大部分屏柜相契合，可单独组屏，为将来GPS时间同步信号的扩展提供了方便。该装置采用的是双CPU并行处理时间报文输出技术，脉冲输出采用脉冲大电流发生电路，同时，还采用闭环控制守时技术实现了高精度守时时钟和无过冲IRIG-B（AM）码产生技术。在此过程中，精度误差都是微秒级的，完全符合电力系统的要求。更重要的是，它支持光纤或同轴电缆级连输入和输出，信号接收可靠性高，不受电站地域条件的限制。所有信号输出口均经过光电隔离，电磁抗干扰达到Ⅲ级标准。为了使居民都能用上电、用好电，广泛建立变电站，有些甚至建在了人烟稀少的山区，但是，要保证信号接收的稳定性和灵敏度。

3 存在的问题和解决方法

3.1 装置时间源和同步网络单一

目前，时间同步系统主要应用于继保装置和自动化装置中，随着行业的发展，通信、远程抄表、计量等系统都将纳入时间同步系统中。迄今为止，电力设备是一个个孤立的时钟信号源，它们各自接收GPS卫星所提供的世界标准时间信号。笔者认为，这种方式存在很大的问题。

当前时间同步网的建立和运行完全依赖GPS，如果GPS出现问题，就会影响正常工作的进行。暂且不谈GPS卫星或者GPS天线的受损情况，单说GPS，它是美国军方研制的系统，如果其恶意干扰破坏，装置就会失去统一的时间基准。正如本文前面所述，仅仅依靠装置内设时钟是无法长时间保持时间统一性的。因此，完全依赖GPS的时间同步网的可靠性并不高。

电力系统中的每一台装置都是各自接收GPS卫星提供的时间信号，虽然能够实现时间上的统一，但是，却不是真正的时间网络。这些时间信号通过每一台装置自主处理后输出，而每台装置在工艺水平的限制下对时间信号的处理水平也不一样。装置之间互不通信，无法互相矫正也会降低时间同步精度。由此可见，时间同步网的统一性还是不尽如人意的，是需要注意的问题之一。由于现阶段电力自动化装置的时间信号不是通过网络传播的，所以，在处理各类信息管理系统的时间同步方面还会存在一定的问题。在其今后的发展过程中，在通信信息网络、远程抄表、计量系统的时间网络统一方面也会出现相应的问题。

结合电力系统的特点，要想建立一个真正的、庞大的电力时间同步网络，还需要有一个强大的网络管理系统。这个管理系统方便维护、可升级，能够远程监控时间网络，降低运行维护成本，提高生产效率。因此，迫切需要相关工作人员建立完善的时间同步系统和网络管理系统，这样才能使电网更好、更准确地工作。

3.2 引入北斗系统，组建统一时间同步网络

近些年，已经有一些研究者针对该系统中存在的问题提出了相应的解决方法。在卫星方面，GPS的安全性受到质疑，而我国自主研制的北斗系统越来越完善，所以，应该善加利用。笔者了解到，汕头一些新投运的新型变电站，比如近两年刚投运的南澳的柔性直流输电系统换流站就引进了国产的北斗系统，并且以北斗系统为主，GPS为辅，实现了双星系统。这样做，能够进一步保证电力系统中时间同步系统时间信号来源的可靠性和安全性。

要想建立真正的时间同步网络，就不能完全依赖卫星的时间源，因此，相关部门可以与电信或者移动等通讯公司合作，利用其已经建好的强大、稳定的光纤网络实现通信连接。这样做，不仅无需改造或重新敷设新的光纤，还大大降低了成本，以较低的投资获得高速的通信带宽。在外包的前提下，还有专业人员进行维护。电力设备自动采用高优先级的外部输入信号，而且设备之间互相通信，能互相矫正时间，使得时间同步系统更加稳定，具有更高的精度和更强的抗干扰能力。

对于时间网络管理问题，需要组建一个统一的时间网络管理平台来监控整个电力系统中的时间网络，让调度人员或者运维人员可以远程查看、配置和管理整个网络中的时间同步装置，以降低运行维护成本和操作的复杂性，使设备运行更加可靠、安全，为电网提供一个高稳定、高精度的时间同步网络。

4 结束语

应用时间同步系统可以有效防止电力系统全网时钟不同步造成的数据和信息丢失、SOE时间信息逻辑混乱、一些工作站死机甚至系统瘫痪的事故。本文简要论述了同步系统的发展现状，并提出了双星系统。随着我国高精度时间同步技术的提高，时间同步装置也应与时俱进，研制出高精度、高稳定性、高安全性、高可靠性的装置，使我国电力系统的稳定性、安全性和可靠性迈上新台阶。

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〔编辑：白洁〕

Abstract： In the power system， the operation of the power grid will continue to change with the operation of the equipment. Most of the substation is no one on duty， not only to the dispatch station， even the substation patrol maintenance center cant be exposed to the scene of first equipment and secondary equipment. Therefore， the power grid automation system must have a unified， accurate clock， which has a very important significance for the operation， power grid scheduling， and fault analysis and so on， to improve the power quality and ensure the safe operation of the power grid also plays a very important role. This article briefly discusses and introduces the relevant content of the time synchronization system， in order to provide a reference for the future work.

Key words： substation； automation system； time synchronization system； intelligent