1、gps时间同步装置的必要性

精确统一的时间基准,对电力系统事故分析,保证电力系统安全运行有着重要意义。精确统一的时间基准,可以在发生故障和操作,特别是短时间内发生连续故障的情况下,方便地分析研究各微机保护的动作行为、故障原因、故障类型、故障发生发展过程。

随着电网自动化水平的提高,电力时间同步装置的要求越来越高。全球定位系统GPS为全球提供了统一的高精度时间基准,GPS时间同步系装置在电力系统的应用,使变电站实现精确时间同步成为可能。

2、GPS时间同步装置简介

GPS(全球卫星定位系统)是新一代卫星导航、授时和定位系统。它由空间卫星、地面监控站和用户装置三大部分组成,具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点。目前GPS时间同步技术已广泛应用于电力系统中故障录波、事件记录、故障测距、相位测量以及电流差动保护中。

GPS时间同步装置是利用GPS卫星精确的时间信号,通过软、硬件的处理,将国际标准时间转换为当地标准时间,对用户设备进行授时的时间同步系统。变电站的GPS时间同步系统一般由以下几部分组成:

1)GPS时间同步装置是接收和发送时间同步信号和时间信息的基准时间装置,它一般包括GPS信号接收器、中心处理单元、同步脉冲发生电路以及为适应各种厂家而设计的各种接口等几个部分见图。

GPS时间同步装置原理图

2)时间信号输出单元。一般GPS同步装置本体应能提供足够数量的不同类型的时间同步信号,当输出单元不够时,可以增加扩充单元来满足被授时装置的需要。

3)时间信号的传输根据不同的接口来选择不同的通道。一般有光纤、同轴电缆、屏蔽双绞线、音频通讯电缆等。

4)各种被授时设备。变电站内各种需要授时的设备,如故障录波装置、事件记录、故障测距装置、同步相量测量装置、测控、保护装置及各类智能单元等。

3、时间同步信号

1）串口或网络时间同步信号

主时钟的时间报文通过串口或网络将时间信息传送给前置机或远动工作站,由该设备通过网络向全网所有设备进行时间报文的广播,各被授时装置接收时间报文后进行自身的时间同步。由于在这种方式中,网络总有一定延时,因此其时间同步精度稍低。

2）脉冲时间同步信号

脉冲时间同步信号是GPS时间同步装置每隔一定的时间间隔输出一个同步时钟,被授时设备在收到同步脉冲后进行时间同步,消除内部时钟的时间误差。脉冲时间同步信号有秒脉冲、分脉冲、时脉冲信号等。

3）IRIG-B码信号

IRIG编码是美国靶场仪器组(IRIG)提出的一种时间同步编码,共有A,B,E,G,H,D六种格式,其中IRIG-B时间码在GPS时间同步系统中得到了广泛应用。IRIG-B时间码其基本的码元是“0”码元、“1”码元和“P”码元,每个码元占用10ms时间,一帧含100个码元。码元“0”和“1”对应的脉冲宽度为2ms和5ms,“P”码元是位置码元,对应的脉冲宽度为8ms。

IRIG-B码是一种比较优秀的时间编码格式,能提供非常高的时间同步精度且包含了全部的时间信息,正常误差小于1μS。IRIG-B码有DC、AC码两种,在变电站中应用的一般是DC码。

4、变电站时间同步方案

1）串口或网络时间同步方案

在小型变电站中,保护、测控装置等自身不带硬件时间同步接口电路,需要总控单元以串口或网络方式进行时间同步。这种方式下,变电站不装GPS接收装置,而以调度主站GPS时钟为基准时间来源,变电站通信主机接收并解释调度主站下发的时间同步报文,先同步自身时间,再通过站内网络发送报文向保护及自动化装置进行时间同步。这种方式对时精度不高,但节约投资,适用于小型变电站。

2）网络时间同步与脉冲时间同步相结合方案

由于网络时间同步方式精度不高,在110kV以上变电站的应用中很少单独使用。而脉冲时间同步方式虽然精度很高,但却不能提供全部的时间信息。为了保证时间的精确性和完整性,在110kV及以上变电站中,通常使用网络时间同步方式与脉冲时间同步方式相结合的方案。

在该种方案下,GPS主钟用网口或串口向远动主站或通信服务器发送时间同步报文,远动主站或通信服务器修正自身的时间信息后再通过站内网络向测控、保护装置及后台计算机系统转发时间同步报文实现网络软时间同步,提供年、月、日、时、分等信息。而时间信号输出单元通过脉冲时间同步回路向测控、保护及其它智能装置输送国际协调时(UTC)脉冲信号,提供精度更高的时间信息对网络时间同步的精度进行修正。

该种方案综合利用网络时间方式同步与脉冲时间同步方式的优点,对变电站设备进行了时间同步,属于软硬结合的时间同步方式。在220kV及以上等级变电站中,时间的精确性及可靠性要求更高,GPS时间同步装置一般采用冗余配置。

3）B码时间同步方案

采用这种时间同步方案的保护、测控及其它智能装置应具备IRIG-B码对时模块及接口电路。时间信号输出单元的B码输出接至被授时装置B码输入接口,B码对时模块收到时间同步信号后对装置本身进行时间同步。IRIG-B码是比较优秀的时间码,本身已包含了当前所有时间信息,因此对保护、测控及智能装置的时间同步可以单独使用,而对监控系统的时间同步仍然由网络进行。

在这种方案下,时间同步信号也由网络送至保护、测控装置,但保护测控装置采用B码时间同步,因此被授时装置应屏蔽网络时间同步信号,单独由B码时间同步信号对装置实现时间同步,该种同步方案精度最高。

从上表来看,第一种方案由于精度不高,已基本不能满足变电站授时精度的需要,新建变电站应不予考虑;第二种方案精度高,但接线复杂,缺陷多,应继续完善;第三种方案应用还不多,但最为优越,在已经投运的几个变电站中,运行情况都比较良好。当变电站被授时设备具有IRIG-B码接口时,时间同步系统应优先采用B码时间同步方案。

5、GPS时间同步装置厂家

西安同步电子科技有限公司生产研发销售GPS时间同步装置，注册资本1000万元人民币，坐落于西安市高新区，拥有数十名专业技术人才，是我国少有的几个专业生产gps时间同步装置的厂家。

西安同步生产的gps时间同步装置有SYN4505A型时钟同步系统和SYN4505型标准同步时钟，该两款装置在变电站得到广泛应用，得到客户的一致认可，是目前变电站时间同步系统的最佳选择。

6、gps时间同步装置应用总结

GPS时间同步装置在我国电力系统中得到广泛应用，为我国电力系统的发展做出了巨大贡献，我们从时间同步信号和时间同步分案两方面做了详细介绍，分别给出了合适的时间同步解决方法，希望对使用及设计单位有所帮助。