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TPS-2000时钟同步系统在电厂变电站中的应用

 

        近几年来,随着变电站自动化水平的提高,在电厂变电站中计算机监控系统、微机保护装置、微机故障录波装置以及各类数据管理机得到了广泛的应用,而这些自动装置的配合工作需要有一个精确统一的时间。当电力系统发生故障时,既可实现全站各系统在统一时间基准下的运行监控和事故后故障分析,也可以通过各保护动作、开关分合的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。随着电网的日益复杂、装机容量的提高和电网的扩大,提供标准时间的时钟基准成为电厂、变电站乃至整个电力系统的迫切需要,时钟的统一是保证电力系统安全运行,提高运行水平的一个重要措施,是电厂变电站自动化系统的最基本要求之一。

 

        电力系统的运行实行分层控制,设备的运行往往要靠数百公里外的调度员指挥;电网运行瞬息万变,发生事故后更要及时处理,这些都需要统一的时间基准。为保证电网安全、经济运行,各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置广泛应用,如调度自动化系统、故障录波器、微机继电保护装置、时间顺序记录装置、变电站计算机监控系统、火电厂机组自动控制系统、雷电定位系统等等。这些装置的正常工作和作用的发挥,同样离不开统一的时间基准。而作为电网基本单位的变电站、发电厂和各级调度内部均有众多的计算机监控系统、保护装置、故障录波器、故障信息管理系统、安全自动装置、远动RTU、DCS系统及能量计费系统等自动化设备,设备的运行对时间精度要求很高,如果设备之间没有同步到高精度的时间基准,就不能保证实时系统等重要信息的准确性。

 

        TPS-2000时钟同步系统的各级时钟可通过自身的管理接口连接到监控系统,接收变电站监控平台的管理。其中,系统通过NTP/SNTP协议将对时状态测量信息交由监控后台;时钟设备的自检状态信息以常规遥信的方式发送到监控后台,并以相应协议满足不同站内通讯环境。对于智能站采用DL/T860-MMS,而传统站则使用DL/T634.5104 协议。

 

        TPS-2000时钟同步系统接收多种时间基准信息,同时自身装备高精度的守时时钟,系统可不受地域限制的与UTC保持同步。主钟和扩展装置都采用了模块化设计,由CPU 模块、接收模块、电源模块和输出接口模块组成,系统的整体结构如下图。

 

 

 

时钟同步系统结构框图

 

 

电力系统常用设备和系统对时间同步准确度要求

 

 

电力设备常用设备或系统

时间同步准确度

推荐时钟同步信号

远动通讯装置

优于1ms

IRIG-B(DC)码或1PPS + 串口报文

同步相量测量装置

优于1us

IRIG-B(DC)码或1PPS + 串口报文

故障录波器

优于1ms

IRIG-B(DC)码或1PPS + 串口报文

线路行波故障测距装置

优于1us

IRIG-B(DC)码或1PPS + 串口报文

继电保护

优于1ms

IRIG-B(DC)码或1PPS + 串口报文

电能计量装置

优于1s

IRIG-B(DC)码或1PPS + 串口报文

配电网终端装置

优于10ms

IRIG-B(DC)码或1PPS + 串口报文

负荷/用电监控终端装置

优于1s

IRIG-B(DC)码或1PPS + 串口报文

调度生产和企业管理系统

优于1s

网络授时NTP/SNTP或IEC61850

配电自动化系统

优于1s

网络授时NTP/SNTP或IEC61850

负荷/用电监控系统

优于1s

网络授时NTP/SNTP或IEC61850

雷电定位系统

优于1us

网络授时NTP/SNTP或IEC61850

保护信息管理子站系统

优于1s

网络授时NTP/SNTP或IEC61850

后台监控系统

优于1s

网络授时NTP/SNTP或IEC61850

火电厂、水电厂、变电站计算机监控系统

优于1s

网络授时NTP/SNTP或IEC61850

 

 

        时钟同步系统由主钟(备钟)和时间扩展装置,以及连接电缆、光纤、卫星天线等组成,它们组成一个屏或几个屏放在主控室或继电器小室,可以连接变电站内所有间隔小室,在每个小室内对各二次设备进行授时。

 

        主钟(备钟)装置接收到GPS 或北斗发出的时间信息和地面有线授时信号,经信号判决和时间调整后,通过扩展装置将时间信号送至需要时间信息同步的设备上。时间信号输出有多种方式,如脉冲方式(1PPS、1PPM、1PPH)、串口报文方式(RS232)、IRIG-B码(DC)、网络方式(PTP,NTP/SNTP 协议)以适应不同的设备需要。

 

        主时钟一般采用双配置冗余结构。主/备时钟都安装于主时钟单元小室内,主时钟A 和主时钟B 都可通过天线接收GPS 或北斗发出的时间信息,同时主时钟A和主时钟B通过光纤信号发送IRIG-B码互相连接,构成互备系统。主/备钟装置输出的IRIG-B码信号,通过光纤连接到各扩展时钟装置,每个扩展时钟装置可以同时接收两路分别来自主钟和备钟的授时信号,安装于各室对二次设备进行授时。

 

        当有一种卫星信号出现故障时,会自动切换到另一种卫星信号。当两种卫星信号同时失效时,主时钟装置会查询备时钟提供热备的时间信号质量,若备时钟时间质量高于主钟,则选择备钟提供的时间信号保持装置的时间信息输出。否则,主钟会由内置的铷原子钟进入守时状态,来保持装置的高精准的时间信息输出,下图是一个500KV变电站典型组网应用图。

 

 

        TPS-2000时间同步系统在电厂变电站改造和新建站中广泛应用,为电厂变电站内运行的被授时设备提供统一、标准的时间基准,方便对运行中出现的各种事件追踪朔源,提高了电力系统的自动化水平,为变电站乃至整个电网向更高管理层次迈进提供强有力的技术保障。