计量自动化系统时间同步技术实用化探讨

计量自动化系统时间同步技术实用化探讨

梁素杰沈涛赵中华吴真

（国网山东省电力公司临沂供电公司山东临沂276000）

摘要：随着电力系统计量自动化系统建设进程的加快，对计量自动化系统的时间准确性要求越来越高。计量自动化系统缺乏系统时钟对时功能，造成了包括电能表在内的系统时间准确性不在控，且无法对电量进行精确采集。对此，提出了一种计量自动化系统时间同步的基本结构，给出了一种“主站—计量终端—电能表”的分层对时方案，并指出了系统对时和运维管理方面的要求。对时方案实施后，可为计量自动化系统各类终端及计量表计提供准确的时钟，以满足系统和设备对时间同步的要求，确保实时数据采集时间一致性。

关键词：计量自动化系统；时间同步技术；实用化

中图分类号：F426文献标识码：A

引言

计量自动化系统实现了电能表运行情况和计量故障信息实时监控，电能量各类统计、分析，电网线损分压、分区、分线统计，以及变压器损耗电量、母线不平衡率的分析计算，为计量管理、决策和工作的开展提供了非常重要的技术依据。随着电力系统计量自动化系统建设进程的加快和应用的普及，对计量自动化系统时间同步的要求日益迫切，需要准确、安全、可靠的时钟源，为计量自动化系统各类终端及计量表计提供准确的时钟，以满足系统和设备对时间同步的要求，确保实时数据采集时间一致性。

1时间同步技术概述

TTE时钟同步协议遵循SAE的AS6802，该协议是在IEEE1588协议基础上改进得出的，是一种占用资源少、易实现、同步精度高的分布式容错时钟同步技术。TTE的时钟同步采用完全分布式的算法同步，最终同步的时问是集合因子，故障容忍允许个别节点时钟故障。TTE网络需要周期性地再同步以抵消节点晶振漂移带来的影响。网络节点按其功能可分3类：同步主(SM)、压缩主(CM)和同步客户端(SC)。第一步，同步主发送协议控制帧(PCF)ID1-3给压缩主。由于路径不同，各PCF帧的到达时问不同，压缩主“固化功能”恢复这些帧的发送顺序，之后根据“压缩功能”计算所有同步主的时问均值作为系统时问，并与该时问同步，之后将时钟信息写入协议控制帧ID4。第二步压缩主根据新生成的系统时问发送ID4给其它各节点，各节点接收ID4，并将自己的时问与系统时问进行同步。TTE网络的同步以PCF帧交换为基础。PCF帧是一个标准的最小长度46B的以太网帧，其网络类型域Ox891d，内含重要的延时信息，用于TTE网络的同步。

2计量终端对时策略

2.1负控、配电终端对时策略

负控、配电终端可接收主站对时命令对自身进行对时。流程为：（1）主站读取终端时钟，若在T1<5s接收到终端返回信息为有效，如果连续10次无效，取消本次对时；（2）主站先计算终端与主站的时钟误差ΔT，若ΔT<5s，主站不进行对时；若ΔT≥5s，主站将ΔT+T/2作为终端时钟误差，并以实时写对象命令方式下发给终端，有效时间默认为10min；（3）终端接收到命令后，判断该命令若是在有效时间内，则执行对时命令，将时钟更改为当前时钟加ΔT+T/2，否则命令失效，并通知主站。负控、配电终端对系统内电能表的对时：终端设置每日08:00:00启动，通过本地485信道对系统内电能表进行广播对时。

2.2集中器采集终端对时策略

集中器采集终端应有计时单元，集中器可接收主站或本地手持设备的时钟召测和对时命令，分为广播对时和直接对电表校时两种方式。广播对时时，要求终端设置每日08:00:00启动，通过本地信道（有线、无线、载波）对系统内的采集器和电能表进行广播对时。采用集中器时钟对电表进行对时，每次对时前，主站应先对集中器进行对时。

2.3厂站采集终端对时策略

厂站采集终端具有计时单元，可接收主站对终端对时命令，通过同步终端时钟命令对终端进行对时，终端设置每日08:00:00启动，通过本地485信道对系统内电能表进行广播对时或校时。

3计量主站数据采集流程和时钟管理

3.1计量主站数据采集流程

首先，根据不同业务对采集数据的要求编制采集任务。然后，根据编制好的采集任务，按照要求自动下发采集指令，获取终端或量测设备的数据。接着，对采集任务的执行质量进行检查，统计数据采集成功率、采集完整率。主站根据接收到的实时数据采集要求，通过远程技术手段，自动下发采集指令，实时召测终端或量测设备的数据。最后，对采集的数据的合理性、有效性进行检查。查询后按照规定的格式生成数据报表，并将已审核数据上传至系统。

3.2系统时钟管理措施

3.2.1运行环节时钟校准机制

（1）计量自动化系统主站中部署标准时钟源，运行环节的时钟应定期溯源。（2）计量自动化系统主站时钟每月定期对运行采集终端和对远程无线通信方式的运行电能表直接进行校时。（3）需要现场对电能表进行校时，应先用计量自动化系统时钟对手持移动终端进行校时，再通过手持移动终端对运行电能表进行现场校时。工作人员在现场抄表或巡检过程中，可利用手持移动终端校准电能表时钟。（4）校时时刻应避免在每日零点时刻附近，避免影响电能表数据冻结。

3.2.2对时超差管理

（1）要求责任运维部门根据计量自动化系统时钟巡检计划查询时钟运行状态，对时钟偏差在1~5min范围内的设备进行远程校时修正，时钟偏差大于5min的设备经审核确认后，由责任运维部门现场校时。（2）对时钟故障问题，责任运维部门应核查确认时钟故障情况，及时更换时钟故障的电能表和采集终端。日常运维时应开展时钟隐患排查和现场维护工作，统计分析电能表和采集终端时钟运行质量问题。

3.2.3运行管理

（1）责任运维部门应完善计量自动化系统主站时钟管理功能。主站时钟管理功能应包含电能表和采集终端时钟超差、电池欠压等异常事件监测分析、信息自动提示等。（2）责任运维部门应制定主站每月时钟巡检计划并开展主站日监测工作。按照校时周期，以台区、线路为单元编制主站每月的时钟巡检计划，每日按照计划发起对时任务。（3）责任运维部门应结合现场检定、用电检查、营业普查等工作同步开展现场对时。（4）责任运维部门应每年至少开展1次计量时钟隐患排查整治工作，存在批量质量隐患时立即处置，对时钟隐患制定改进措施，杜绝同类问题的蔓延或再次发生。

结束语

总而言之，本文给出了一种“主站—计量终端—电能表”的分层对时方案，结合计量自动化终端通讯规约设计了负控、配电终端、集中器、厂站终端对时策略，同时给出了主站数据采集流程和时钟管理措施，可满足系统和设备对时间同步的要求，确保了实时数据采集时间一致性。

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