火电厂一体化时间同步系统配置浅析

王英明

(国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁　沈阳　110006)

目前，火电厂时间同步系统存在全厂时间同步基准不统一、设备未能全覆盖、外部基准信号单一、时间同步配置方案不合理等问题。本文结合火电厂实际运行情况及需求分析火电厂一体化时间同步系统配置方案。

1　卫星对时系统

时间同步系统是一种能接收外部时间基准信号，并按照要求的时间精度向外输出时间同步信号和时间信息的系统[1]。外部时间基准信号主要来自卫星定位系统，卫星定位系统利用卫星进行无线电定位，可分为静止卫星定位系统和非静止卫星定位系统两大类。全球四大知名卫星定位系统有美国全球定位系统(GPS)、欧盟“伽利略”卫星定位系统、俄罗斯“格洛纳斯”全球导航系统和我国“北斗”卫星导航系统(北斗)。目前，在我国电力系统广泛应用的有美国全球定位系统(GPS)和我国的“北斗”卫星导航系统。

2　对时方式

a. 硬对时即脉冲对时，是利用脉冲的准时沿(上升沿或下降沿)来校准被授时设备[2]。常用的脉冲对时信号有秒脉冲(1PPS)、分脉冲(1PPM)和时脉冲(1PPH)，硬对时需要手动校准且其精确度只能校准到秒。

b. 软对时一般用串行口对时方式，通过接收年、月、日、时、分、秒信息来校正自身的时钟，按照RS232和RS422/485对时规约进行对时，其精度只有毫秒级[3]。

c. IRIG时间标准有两大格式：一类是并行时间码；另一类是串行时间码。IRIG-B时间码的时帧速率为1帧/s；可传递100位的信息，作为广泛应用的时间码，B码携带信息量大，经译码后可获得1 c/s、10 c/s、100 c/s、1 000 c/s的脉冲信号和BCD编码的时间信息及控制功能信息，调制后的B码带宽适用于远距离传输，分为直流、交流两种，并具有接口标准化、国际通用等特点。

3　时间同步系统配置存在问题

社会经济的快速发展促进火电厂逐步快速兴建，不同时期的电厂时间同步系统配置不同，随着微机化、智能化保护及自动化设备的全面应用，对时间同步系统的配置要求也越来越高。火力发电企业的时间同步系统配置主要存在如下问题。

3.1　全厂时间同步基准不统一

微机保护装置、自动化装置、故障录波装置、电能量计费系统、计算机监控系统、安全稳定控制装置以及调度自动化系统等大多数系统/设备虽有各自独立的时钟源，但各系统设备间经过长时间运行会产生一定的时间误差，不能在同一时间基准上进行运维管理、事故分析等工作。

各类被授时设备分别采用不同厂家、不同型号的授时设备或同厂家、同型号的多套授时设备，但不同授时设备分别授时依然存在时间同步精度差异，造成了厂内不同被授时设备时间同步精度不同，依然无法满足生产要求。

测量参数为:测前速度1.0mm/s，测中速度2.0mm/s，测后速度10.00mm/s，触发力15g，每秒采集数据200个，单位以g表示。每个样品测6次平行。

3.2　全厂被授时设备未能全覆盖

有些火电厂内已配置时间同步对时系统，但由于授时设备输出端口不足、被授时设备对时功能未调试、应授时设备未接入对时系统等因素导致部分被授时设备未实现与时间同步对时系统的对时功能。

3.3　授时设备外部基准信号单一

国内电力系统时间同步系统授时设备外部授时基准信号主要采用GPS和北斗2种，但由于火电厂的建设时间和后期技术改造过程较长，在实际应用中存在只有GPS或北斗外部基准信号，一旦外部基准信号异常将引起全厂时间混乱。

4　火电厂时间同步系统配置方案

目前，国内电力系统时间同步系统配置方式多样化，常用基本式、主从式、主备式3种配置方式。但受目前运行模式、管理方式等限制，并未实现由调度机构统一接收无线时间基准信号后向下级调度机构或火电厂提供有线时间基准信号，进而实现全网范围内相关设备的时间信号同步。基本式和主从式时间同步系统配置方式只有单台主时钟，存在授时设备单一、易造成全厂时间混乱等安全隐患。主备式时间同步系统配置方式在不接收上级有线时间基准信号情况下，为系统提供全厂统一的双主时钟、双无线时间基准且覆盖全厂范围的被授时设备，能够确保全厂时间同步系统的安全、可靠运行。

4.1　配置组成

“双钟双源主备式”一体化时间同步系统主要由2台独立的主时钟、多台从时钟、信号传输介质及被授时设备/系统组成。

主时钟应具备同时接收至少2种外部时间基准信号，具有晶振或原子频标内部时间基准，按照要求的时间精确度向外输出时间同步信号和时间信息的装置。

从时钟应具备同时接收主时钟通过有线传输方式发送至少两路的时间同步信号，具有晶振或原子频标内部时间基准[4]，按照要求的时间精确度向外输出时间同步信号和时间信息。

火电厂的主时钟应具备同时接收GPS和北斗2种外部基准信号且互为热备用，并为从时钟提供可靠的授时源。从时钟接收主时钟授时并完成对被授时设备的授时功能。

4.2　实现方式

双钟双源主备式时间同步系统的基本实现方式(本文以双主时钟、双从时钟的配置方式为例)如图1所示。

图1　双钟双源主备式时间同步系统配置

双套主时钟分别接收GPS和北斗无线外部基准授时源，设置北斗授时源为优先级，并形成双主时钟互为热备用。当北斗卫星基准信号发生异常时，主时钟自动切换至GPS授时源对时；当其中1台主时钟外部双基准授时源信号接收全部异常时，由另1台主时钟为异常主时钟提供授时功能；当双套主时钟GPS和北斗外部基准授时源信号接收全部异常时，主时钟进入守时状态，且应满足守时时间准确度优于55 μs/h要求。双主时钟的配置方式增强了全厂时间同步系统的稳定性和可靠性。

从时钟接收上一级时间同步装置(主时钟)发送的有线时间基准信号，并向厂内被授时设备/系统提供时间基准信号，使全厂被授时设备/系统实现统一、标准的时间基准。

4.3　监控报警

火电厂时间同步系统应增加与后台监控系统的通信连接设备接口，将主时钟的授时源有效报送至后台监控系统，监控系统应显示主时钟的授时状态、卫星接收情况(锁定卫星数量)等信息，当外部基准授时源发生切换或信号异常时，后台监控系统应及时、准确发出报警信号，为运维人员及时、有效处理问题提供可靠依据。

5　结束语

火电厂一体化时间同步系统的配置应优先考虑电厂运行的安全性，为厂内相关被授时设备/系统提供安全、精准、可靠的时间基准信号，实现全厂时间同步系统一体化。为适应我国大电网互联、特高压输电的发展需要，时间同步系统应由发电厂、变电站的局域网逐步发展至区域电网乃至全网时间基准的高度统一，为电力系统设备管理、能耗分析、生产控制和电网调度提供统一、标准的时间基准，为快速查找故障、分析事故、电网持续运行提供可靠保障，从而确保电力系统安全、稳定、健康发展。

参考文献：

[1]电力系统的时间同步系统：DL/T 1100.1—2009[S].

[2]马成久，张武洋．智能化变电站时钟同步精度测试方法研究[J]．东北电力技术，2011，32 (8)：8-9．

[3]黄明远．大型发电厂电气系统GPS对时现状及对策[J]．大众用电，2008，24(8)：48-49．

[4]曲艺，陈德丰，李鹏里．变电站时间同步系统配置方案研究[J]．东北电力技术，2016，37(4)：46-48．