電廠變電站GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)

電廠/變電站GPS寸鐘同步系統(tǒng)方

案

建

議

書煙臺(tái)赤龍電子高科有限公司一、系統(tǒng)述 二、對(duì)時(shí)方式和NTP協(xié)介 3電廠/變電站時(shí)間同步系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方案 5四、系統(tǒng)占 八、、五、、系統(tǒng)設(shè)備觀格型號(hào)及介10六、設(shè)備工作條件及技術(shù)指17七、典型應(yīng)TOC\o"1-5"\h\z用 20八、相關(guān)檢測(cè) 21九、公司簡介 22第一部分系統(tǒng)概述一、 建設(shè)時(shí)鐘同步系統(tǒng)的重要性隨著電廠、變電站自動(dòng)化水平的提高，電力系統(tǒng)對(duì)時(shí)鐘統(tǒng)一對(duì)時(shí)的要求愈來愈迫切，有了統(tǒng)一精確的時(shí)間，既可實(shí)現(xiàn)全廠（站）各系統(tǒng)在 GPS時(shí)間基準(zhǔn)下的運(yùn)行監(jiān)控和事故后的故障分析，也可以通過各開關(guān)動(dòng)作、調(diào)整的先后順序及準(zhǔn)確時(shí)間來分析事故的原因及過程。統(tǒng)一精確的時(shí)間是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，提高運(yùn)行水平的一個(gè)重要措施。二、 時(shí)鐘同步系統(tǒng)的優(yōu)越性電廠（站）的時(shí)鐘同步是一件十分重要的基礎(chǔ)工作，現(xiàn)在電廠（站）大多采用不同廠家的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、DCS分布式控制系統(tǒng)、自動(dòng)化及線路微機(jī)保護(hù)裝置、故障錄波裝置、電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、電液調(diào)速系統(tǒng) DEHSCADA系統(tǒng)及各種輸煤PLG除灰PLC化水PLG脫硫PLC等，以前的時(shí)間同步大多是各設(shè)備提供商采用各自獨(dú)立的時(shí)鐘，而各時(shí)鐘因產(chǎn)品質(zhì)量的差異，在對(duì)時(shí)精度上都有一定的偏差，從而使全廠各系統(tǒng)不能在統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與比較，給事后正確的故障分析判斷帶來很大隱患。如今，人們已經(jīng)充分意識(shí)到時(shí)間統(tǒng)一的重要性。但是，統(tǒng)一時(shí)鐘并不是單純地并用 GPS時(shí)鐘設(shè)備。目前，人們普遍采用一臺(tái)小型 GPS接收機(jī)，提供多個(gè)RS232端□，用串□電纜逐一連接到各個(gè)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。但事實(shí)上，這種同步方式的缺點(diǎn)是，使用的電纜長度不能過長；服務(wù)器的反應(yīng)速度、客戶機(jī)的延遲都直接影響對(duì)時(shí)精度。而且各電廠（站）往往有不同的裝置需要接收時(shí)鐘同步信號(hào)，其接□類型繁多，如 RS-232/422/485串行□、脈沖、IRIG-B碼、DCF77格式接口等；裝置的數(shù)量也不等，所以在實(shí)際應(yīng)用中常感到 GPS裝置的某些類型接□數(shù)量不夠或缺少某種類型的接□，其結(jié)果就是電廠中有些裝置不能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，或者需要再增加一臺(tái)甚至數(shù)臺(tái) GPS裝置，而這往往受到資金不足或沒有安裝位置等限制。若各系統(tǒng)實(shí)施統(tǒng)一GPS時(shí)鐘同步方案，就可實(shí)現(xiàn)全廠（站）各系統(tǒng)在統(tǒng)一 GPS時(shí)間基準(zhǔn)下的運(yùn)行監(jiān)控和事故后的故障分析，大大提高了電廠（站）系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。因此采用 GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)比采用傳統(tǒng)的GPS同步設(shè)備有著明顯的優(yōu)勢(shì)，也是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。第二部分對(duì)時(shí)方式和NTP協(xié)議簡介、對(duì)時(shí)方式目前，國內(nèi)的同步時(shí)間主要以 GPS時(shí)間信號(hào)作為主時(shí)鐘的外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)?，F(xiàn)在各時(shí)鐘廠家大多提供硬對(duì)時(shí)、軟對(duì)時(shí)、編碼對(duì)時(shí)三種方式，我公司的時(shí)間同步產(chǎn)品除了提供以上三種對(duì)時(shí)方式外，還可提供先進(jìn)的 NTP網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方式，大大提高了產(chǎn)品的技術(shù)含量及系統(tǒng)的完整性。以下是各對(duì)時(shí)方式的介紹：1、硬對(duì)時(shí)（脈沖節(jié)點(diǎn)）主要有秒脈沖信號(hào)（IPPS,即每秒1個(gè)脈沖）和分脈沖信號(hào)門（1ppm,即每分1個(gè)脈沖）。秒脈沖是利用GPS所輸出的lpps方式進(jìn)行時(shí)間同步校準(zhǔn)，獲得與 UTC同步的時(shí)間準(zhǔn)確度較高，上升沿的時(shí)間準(zhǔn)確度不大于 lus。分脈沖是利用GPS所輸出的lppm方式進(jìn)行時(shí)間同步校準(zhǔn)，獲得與UTC同步的時(shí)間準(zhǔn)確度較高，上升沿的時(shí)間準(zhǔn)確度不大于 3us，這是國內(nèi)外保護(hù)常用的對(duì)時(shí)方式。另外通過差分芯片將Ipps轉(zhuǎn)換成差分電平輸出， 以總線的形式與多個(gè)裝置同時(shí)對(duì)時(shí)，同時(shí)增加了對(duì)時(shí)距離，由 Ipps幾十米的距離提高到差分信號(hào) 1km左右。用途：對(duì)國產(chǎn)故障錄波器、微機(jī)保護(hù)、雷電定位系統(tǒng)、行波測(cè)距系統(tǒng)對(duì)時(shí)。故障錄波裝置分別由不同的廠家生產(chǎn)；保護(hù)裝置國內(nèi)以南自股份、南瑞、許繼、阿繼及四方公司的產(chǎn)品為主。2、 軟對(duì)時(shí)（串口報(bào)文）串口校時(shí)的時(shí)間報(bào)文包括年、月、日、時(shí)、分、秒，也可包含用戶指定的其他特殊內(nèi)容，例如接收GPS衛(wèi)星數(shù)、告警信號(hào)等，報(bào)文信息格式為 ASCII碼或BCD碼或十六進(jìn)制碼。如果選擇合適的傳輸波特率，其精確度可以達(dá)到毫秒級(jí)。串口校時(shí)往往受距離限制， RS-232口傳輸距離為30m，RS-422□傳輸距離為150m，加長后會(huì)造成時(shí)間延時(shí)。用途：對(duì)電能量記費(fèi)系統(tǒng)、輸煤 PLC除灰PLG化水PLC脫硫PLG自動(dòng)化裝置、控制室時(shí)鐘對(duì)時(shí)。3、 編碼對(duì)時(shí)編碼時(shí)間信號(hào)有多種，國內(nèi)常用的有 IRIG（Inter—rangeInstrumentatlongroup）和DCF77（Deutsche,longwavesignal,Frankfurt,77.5kHZ）兩種。IRIG串行時(shí)間碼共有6種格式，即A,B,D,E,G,H=其中B碼應(yīng)用最為廣泛，有調(diào)制和非調(diào)制兩種。調(diào)制IRIG-B輸出的幀格式是每秒輸出 1幀，每幀有100個(gè)代碼，包含了秒段、分段、小時(shí)段、日期段等信號(hào)。非調(diào)制IRIG—B信號(hào)是一種標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，用在傳輸距離不大的場(chǎng)合。為了提高對(duì)時(shí)精度，一般采用硬對(duì)時(shí)和軟對(duì)時(shí)相結(jié)合的方式，即裝置通過串□獲取年、月、日、時(shí)、分、秒等信息，同時(shí)，通過脈沖信號(hào)精確到毫秒、微秒，對(duì)于有編碼對(duì)時(shí)□（例如IRIG-B）的裝置優(yōu)先采用編碼對(duì)時(shí)。用途：給某些進(jìn)□保護(hù)或故障錄波器對(duì)時(shí)。 如GE公司的保護(hù)、ABB公司的保護(hù)、HATHAWAY的故障錄波器、ALSTON司的保護(hù)、惠安公司的自動(dòng)化裝置、萊姆公司的 BEN5000故障錄波器、SEL公司的保護(hù)、西門子設(shè)備等。4、 NTP網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)NetworkTimeProtocol（NTP）是用來使計(jì)算機(jī)時(shí)間同步化的一種協(xié)議，它可以使計(jì)算機(jī)對(duì)其服務(wù)器或時(shí)鐘源（如石英鐘， GPS等等）做同步化，提供高精準(zhǔn)度的時(shí)間校正（LAN上與標(biāo)準(zhǔn)間差小于1毫秒，WAN上幾十毫秒），且可采用加密確認(rèn)的方式來防止惡毒的協(xié)議攻用途：給電廠的MIS系統(tǒng)、SIS廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)、工程師站及需要網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)時(shí)。、NTP協(xié)議簡介NTP(NetworkTimeProtocol)是由美國德拉瓦大學(xué)的DavidL.Mills教授于1985年提出，除了可以估算封包在網(wǎng)絡(luò)上的往返延遲外，還可獨(dú)立地估算計(jì)算機(jī)時(shí)鐘偏差，從而實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的高精準(zhǔn)度計(jì)算機(jī)校時(shí)， 它是設(shè)計(jì)用來在Internet上使不同的機(jī)器能維持相同時(shí)間的一種通訊協(xié)定。時(shí)間服務(wù)器(timeserver)是利用NTP的一種服務(wù)器，通過它可以使網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)器維持時(shí)間同步。在大多數(shù)的地方， NTP可以提供1-10ms的可信賴性的同步時(shí)間源和網(wǎng)絡(luò)工作路徑。NTP(NetworkTimeProtocol)協(xié)議自1985年創(chuàng)立至今，已發(fā)展為全球通用的一種計(jì)算機(jī)對(duì)時(shí)方式。它利用一種獨(dú)特的算法，將網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)的阻塞有效地通過復(fù)雜的“算法”對(duì)客戶機(jī)時(shí)鐘予以修正。據(jù)科學(xué)統(tǒng)計(jì)，小型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)， NTP的對(duì)時(shí)精度可以達(dá)到 1mso可以肯定地說，NTP網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)是一種更為先進(jìn)、更為可靠的時(shí)間同步方式，并且距離不受任何限制。第三部分 電廠/變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、引用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)華東電網(wǎng)時(shí)間同步系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(QB/HD01-2002)上海電網(wǎng)GPS同步時(shí)間系統(tǒng)技術(shù)原則和運(yùn)行管理規(guī)定時(shí)統(tǒng)裝置通用規(guī)范(GJB2242-1994)B時(shí)間碼接□終端(GJB2991-1997)IRIG-B標(biāo)準(zhǔn)(200—89)和IEEEStd1344-1995船用全球定位系統(tǒng)(GPS接收通用技術(shù)條件(GB/T15527-1995)平衡電壓數(shù)字接□電路的電氣特性 (GB11014—90)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備和系統(tǒng)：術(shù)語(IEC870-5-3)(GB/T14429—1993)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備和系統(tǒng)：接□(電氣特性) (GB/T16435—1996)

遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備和系統(tǒng)：性能要求（GB/T17463—1998）工業(yè)過程測(cè)量和控制裝置的電磁兼容性 （GB/T13926—1992）一、萬案設(shè)計(jì)1、概述目前電力系統(tǒng)中的時(shí)間同步方式是以全球定位系統(tǒng)（GPS導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)送的無線標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)為統(tǒng)一時(shí)鐘信號(hào)源，再由統(tǒng)一時(shí)鐘信號(hào)源向電網(wǎng)中各類裝置提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。民用GPS給出的是世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC，加8h后，即轉(zhuǎn)換為北京時(shí)間，精度可達(dá)到微秒級(jí)。根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)范，結(jié)合各電廠的實(shí)際情況和我們以往的工程經(jīng)驗(yàn)，我們提出組屏式GPS時(shí)鐘統(tǒng)一系統(tǒng)對(duì)時(shí)方案。在電廠、變電站主控制室及機(jī)組監(jiān)控室，500KV、目前電力系統(tǒng)中的時(shí)間同步方式是以全球定位系統(tǒng)（GPS導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)送的無線標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)為統(tǒng)一時(shí)鐘信號(hào)源，再由統(tǒng)一時(shí)鐘信號(hào)源向電網(wǎng)中各類裝置提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。民用GPS給出的是世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC，加8h后，即轉(zhuǎn)換為北京時(shí)間，精度可達(dá)到微秒級(jí)。根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)范，結(jié)合各電廠的實(shí)際情況和我們以往的工程經(jīng)驗(yàn)，我們提出組屏式GPS時(shí)鐘統(tǒng)一系統(tǒng)對(duì)時(shí)方案。在電廠、變電站主控制室及機(jī)組監(jiān)控室，500KV、220KV繼電保護(hù)小室分別安裝一面GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)屏，時(shí)鐘同步系統(tǒng)屏配置的GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘提供各種時(shí)間同步信號(hào)用于實(shí)現(xiàn)電廠（站）內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)裝置、故障錄波器、事件順序記錄裝置、安全自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)RTU及各級(jí)能量管理系統(tǒng)、用電負(fù)荷管理系統(tǒng)、通信網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、電能量記費(fèi)系統(tǒng)、電網(wǎng)頻率按秒考核系統(tǒng)、功角測(cè)量裝置、線路故障行波測(cè)距裝置、雷電定位裝置、調(diào)度錄音電話、各類信息管理系統(tǒng) MIS、DCS系統(tǒng)、及各種輸煤PLG除灰PLC化水PLC脫硫PLC等的時(shí)間同步，使電廠（站）內(nèi)各設(shè)備具有統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。2、系統(tǒng)組成時(shí)鐘同步系統(tǒng)由主時(shí)鐘、時(shí)間信號(hào)傳輸通道、時(shí)間信號(hào)用戶設(shè)備接口（擴(kuò)展裝置）組成。主時(shí)鐘一般設(shè)在電廠（站）的控制中心，包括標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱、接收模塊、接收天線、電源模塊、時(shí)間信號(hào)輸出模塊等。對(duì)于電廠、變電站，考慮其重要性，整個(gè)電廠、變電站配置2臺(tái)HY-N系列網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器（主時(shí)鐘）或HY-Z系列主時(shí)鐘，一主一備，2臺(tái)主時(shí)鐘以冗余熱備模式工作，完成 GPS衛(wèi)星信號(hào)的接收、處理，及向時(shí)間擴(kuò)展設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)同步時(shí)間信號(hào)（RS422電平方式IRIG-B）。?每臺(tái)主時(shí)鐘同時(shí)具有接收另一臺(tái)主時(shí)鐘的 IRIG-B時(shí)間信息功能，達(dá)到兩臺(tái)主時(shí)鐘之間能夠互為備用。正常情況下，主時(shí)鐘的時(shí)間信號(hào)接收單元獨(dú)立接收 GPS衛(wèi)星發(fā)送的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)；當(dāng)某一主時(shí)鐘的時(shí)間信號(hào)接收單元發(fā)生故障時(shí)，該主時(shí)鐘能自動(dòng)切換到另一臺(tái)主時(shí)鐘的時(shí)間信號(hào)接收單元接收到的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)互為備用，切換時(shí)間小于0.5秒，切換時(shí)主時(shí)鐘輸出的時(shí)間同步信號(hào)不會(huì)出錯(cuò)。?主時(shí)鐘與時(shí)間擴(kuò)展設(shè)備之間采用光纖連接，以 IRIG-B來傳送GPS時(shí)間信息。信號(hào)擴(kuò)展裝置的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)輸入包括兩路 IRIG-B輸入。當(dāng)信號(hào)擴(kuò)展裝置只接一路IRIG-B輸入時(shí)，該路輸入可以是IRIG-B輸入1，也可以是IRIG-B輸入2。信號(hào)擴(kuò)展裝置接入兩路 IRIG-B時(shí)碼輸入時(shí)，以IRIG-B輸入1作為該擴(kuò)展裝置的外部時(shí)間基準(zhǔn)， IRIG-B（DC輸入2作為后備。擴(kuò)展時(shí)鐘向故障錄波裝置、繼電保護(hù)裝置、機(jī)組控制系統(tǒng)( DCS、脫硫控制系統(tǒng)、水、煤、灰渣控制點(diǎn)等提供對(duì)時(shí)信號(hào)接口。 同時(shí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器還可提供 13個(gè)NTP網(wǎng)絡(luò)接□，以滿足MIS及SIS等系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)需要。?主時(shí)鐘及時(shí)間擴(kuò)展設(shè)備所有時(shí)間同步信號(hào)輸出時(shí)， 在電氣上均相互隔離。輸出的時(shí)間同步信號(hào)可滿足秒(1PPS)、分(1PPM卜時(shí)(1PPH)、IRIG-B、空接點(diǎn)、DCF77串□以及NTP網(wǎng)絡(luò)接□等方式。?主時(shí)鐘及時(shí)間擴(kuò)展設(shè)備具有工作狀態(tài)指示、 告警顯示和告警信號(hào)輸出功能。告警信號(hào)的電接□類型為繼電器空接點(diǎn)，接點(diǎn)耐壓 >250VDC。?主時(shí)鐘及時(shí)間擴(kuò)展設(shè)備具有時(shí)間顯示功能，運(yùn)行狀態(tài)下顯示時(shí)、分、秒。?主時(shí)鐘及時(shí)間擴(kuò)展設(shè)備可根據(jù)需要配置恒溫晶振內(nèi)部守時(shí)功能。 當(dāng)接收到外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，被外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)同步；當(dāng)接收不到外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，切換到內(nèi)部守時(shí)，保持一定的走時(shí)準(zhǔn)確度，使主時(shí)鐘或擴(kuò)展裝置輸出的時(shí)間同步信號(hào)仍能保持一定的準(zhǔn)確度。當(dāng)外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)接收恢復(fù)時(shí)，自動(dòng)切換到正常狀態(tài)工作，切換時(shí)間小于 0?5S，切換時(shí)時(shí)鐘輸出的時(shí)間同步信號(hào)不會(huì)出錯(cuò)。?可采用兩路直流電源供電， 任何一路電源消失，主時(shí)鐘及信號(hào)擴(kuò)展裝置仍保持正常工作。?組屏式結(jié)構(gòu)可以根據(jù)用戶需要比較方便地?cái)U(kuò)展時(shí)間信號(hào)輸出量， 而且不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。時(shí)鐘屏采用2260*800*600標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜或根據(jù)實(shí)際情況定制。柜體前后開門。前門采用玻璃門，后門采用雙開門，以方便線纜的連接。機(jī)柜底部裝有公共接地銅排。屏內(nèi)預(yù)留足夠標(biāo)準(zhǔn)的插槽、面板和接線端子排，以滿足將來不同時(shí)間信號(hào)輸出接□數(shù)量的擴(kuò)展要求；所有時(shí)間輸出信號(hào)全部接入柜內(nèi)的端子排上。3、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：(1) 電廠時(shí)鐘同步系統(tǒng)2）變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)方案一:在主控室主時(shí)鐘柜設(shè)兩臺(tái)HY-Z系列主時(shí)鐘或一臺(tái)HY-Z系列雙GPS主時(shí)鐘，互為熱備用,數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 MIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 MIS系統(tǒng)及SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)當(dāng)主接收單元發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切換至備用接收單元，從而保證系統(tǒng)的可靠性。在 220kV和550kV下放的繼保小室內(nèi)各設(shè)1套HY-K系列擴(kuò)展時(shí)鐘，其時(shí)間信號(hào)取自主時(shí)鐘經(jīng)主備切換后的時(shí)間信號(hào)（通過光纖以IRIG—B時(shí)碼方式輸入），各小室負(fù)責(zé)本室二次設(shè)備的對(duì)時(shí)， 包括軟對(duì)時(shí)、硬對(duì)時(shí)（1pps、1ppm差分信號(hào)）、編碼對(duì)時(shí)（IRIG-B、DCF77。GPbKBr-!SI—曠躍旳鐘X22*kV■■十■IffIPTMI—曠躍旳鐘X22*kV■■十■IffIPTM兀怕,惟HfMW4?ft單幾JHl1ft審eINIIWM1LH叫叱伯峙■出林九|在500kV在500kV和220kV下放的繼保小室內(nèi)各設(shè)1套HY-Z系列主時(shí)鐘，負(fù)責(zé)本小室二次設(shè)備時(shí)間信號(hào)作為備用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源輸人間信號(hào)接受單元出現(xiàn)問題時(shí)時(shí)間信號(hào)作為備用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源輸人間信號(hào)接受單元出現(xiàn)問題時(shí)的對(duì)時(shí)，包括軟對(duì)時(shí)、硬對(duì)時(shí)（ 1pps、Ippm、差分信號(hào)）、編碼對(duì)時(shí)（IRIG—B、DCF77。保護(hù)小室主時(shí)鐘的時(shí)間信號(hào)接收單元除了接收本小室的 GPM間信號(hào)外，還接收另一小室的GP