智能变电站时间同步系统分析

智能变电站时间同步系统分析

周玲王建树曹一楠

（国网河北省电力有限公司检修分公司050000）

摘要：变电站同步系统主要作用是通过接收授时系统所发播的标准时间信号和信息来校准本地时钟，实现标准时间信号、信息的异地复制。从而为变电站内各类运行设备提供精确、安全、可靠的时间基准，以满足不同等级的时间同步精度要求。

关键词：智能变电站；时间同步；网络时间协议

一、智能变电站主要对时方式

1.1硬对时（脉冲对时）

主要有PPS（秒脉冲信号）、PPM（分脉冲信号），以及PPH（时脉冲信号）。对时脉冲是利用GPS（全球定位系统）所输出的脉冲的上升沿（或下降沿）来进行时间同步校准，对时精度高，但不包含年月日等时间信息，传输信道包括电缆和光纤。硬对时按接线方式可分成差分对时与空接点2种方式。

1.2软对时（串口报文对时）

主钟通过串口以报文的形式发送时间信息，报文内容包括年、月、日、时、分、秒等在内的完整时间。待对时装置通过串行口读取同步时钟每秒1次串行输出的时间信息实现对时，串口又分为RS232接口和RS485接口方式。一般精确度为ms级，输出距离从几十到上百米。串口对时往往和脉冲对时配合使用，弥补脉冲对时只能对时到秒的缺点。

1.3编码对时

目前普遍采用IRIG-B码（美国靶场仪器组B型码）对时，有调制和非调制2种。IRIG-B码实际上是一种综合对时方案，输出的帧格式既包含了对时的准时沿，又包含了串口报文对时的时间信息。IRIG-B码可靠性高、接口规范，因此得到了广泛的应用，但不便于组建时间同步网。根据传输介质的不同，B码对时又分为光B码和电B码，对时精度可以达μs级。

1.4网络对时

网络对时是以电力自动化系统现有数据网络提供的通信通道为依托，为接入网络的任何系统提供对时。主时钟将时间信息按特定协议封装为数据帧，发送给各被授时装置，被授时装置接收到报文后通过协议解析，获取当前时刻信息，校正时间，达到与主时钟时间同步的目的。网络对时方式的授时精度因所采用协议的不同而有所差异：其中NTP（网络时间协议）授时精度可达到50ms；SNTP（简单网络时间协议）授时精度可达到1s；PTP（精确时间协议）授时精度可达到1μs。目前变电站站控层网络大多采用SNTP，而智能变电站的IEEE1588协议标准使用的为PTP。

二、智能变电站时间同步系统典型方案

2.1典型方案1

采用简单网络对时SNTP和IRIG-B码对时方式相结合，各层设备对时方式如表1所示。

2.2典型方案2

采用SNTP与IRIG-B码对时和IEEE1588网络对时方式相结合。其中站控层、间隔层对时方式同方案1；过程层采用IEEE1588网络对时方式，将时间同步系统通过光缆接入过程层GOOSE（面向通用对象的变电站事件）网中心交换机，通过交换机对过程层的合并单元、智能终端等设备授时。

该方案对过程层交换机要求较高，但对时精度高，并节约了与过程层点对点的光缆及敷设施工，时间同步系统框图见图2。

三、站控层设备对时异常分析

站控层设备包括数据服务器、操作员工作站、远动通信装置、保护信息子站等，实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集和监视控制、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。

当对时出现异常或外部时钟信号短时失去时，站控层设备将按照装置内部的时钟进行自守时。如数据服务器可通过其内部的晶振时钟进行守时；现大多数厂商的远动装置内部每个CPU板均具有独立的实时时钟，装置内时钟精度在外部时钟源短时失去时，能满足生产系统对时间精度的要求。

但当外部时钟长时间失去时，各装置之间的内时钟误差会随时间逐渐变大，最后将造成站控层各装置之间的时间失步，以及站控层设备与系统电网之间的时间失步，这将给系统监控、数据采集以及事故分析带来严重影响。

四、结论

智能变电站时间同步系统是智能电网二次系统的重要组成部分，也是智能化技术发展的重要支撑。本文采用一种基于主成分分析和故障树分析的组合模型对智能变电站时间同步系统的可靠性进行了评估，具有一定的合理性及实用性，并对智能变电站时间同步系统的设计具有一定的指导作用，以此来引导智能电站二次系统的技术进步，使智能变电站二次系统化不断满足智能化电网发展的需要。

参考文献：

［1］李邱剑，王慧芳等．智能变电站自动化系统有效度评估模型［J］．电力系统自动化，2013年9月，第37卷，第17期．

［2］王世香，高仕斌．蒙特卡罗方法在变电站综合自动化可靠性评估中的应用［J］．电网技术，2006年3月，第30卷，第5期．

［3］徐志超，李晓明等．数字化变电站系统可靠性评估与分析［J］．电力系统自动化，2012年3月，第36卷，第5期．

作者简介：

周玲（1984.8.2），女；河北赵县；汉；工程硕士；工程师；主值班员；研究方向：变电。