电网自动化系统时间同步系统的构建

电网自动化系统时间同步系统的构建

张虎

陕西彬长矿业集团有限公司电力分公司 陕西省咸阳市 712000

摘 要：电网自动化时间同步系统主要是统一变电站内所有自动化设备及计算机服务器的时间，使各种设备工作在统一的时钟信号下。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。时间同步系统提高线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校验的准确性，从而提高电网事故分析和稳定控制水平，提高电网运行效率和可靠性。

关键词：电网自动化；时间同步系统；功能构建

一、工程概况

陕西彬长矿业集团有限公司成立于2014年2月，是彬长集团为确保矿区供电安全可靠，加强供电管理，达到专业化管理目的而成立的专业管理队伍。主要承担彬长矿区地面供电系统八站一所供配电设备、设施及产权线路的维护检修、运行管理、电费结算等工作；公司有110kV变电站4座，35kV变电站4座，10kV开闭所1座，年用电量60000kwh，根据公司发展需要还将建设3座变电站，到时对时间的统一要求更高；同时在彬长服务中心十楼设电力调度中心，集中对各站进行电力调度管理和咸阳地方电力公司调度中心进行业务对接工作。

目前公司各子站均配备一台GPS卫星对时装置，负责各自站内设备及各类系统的时间校准；调度中心配备一台GPS卫星对时装置，负责调度中心各套系统及设备进行对时。各之站对时装置与合调度中心对时装置未进行网络连接，各自对时装置自称系统，不能形成有效的网络对时，公司内时间严重不一致，发生事故时时间成为了最难解决的问题。

随着电网的快速发展，变电站自动化水平的提高，电力系统对同步业务的需求日益增大，对时钟统一的要求愈来愈迫切。有了统一时钟，既可实现全网各站以及站内系统在统一时间基准下的运行监控和事故后的故障分析，也可以通过各开关动作的先后顺序来分析事故的原因及发展过程。统一时钟（频率和时间）是电力通信网同时也是电力系统安全运行，提高运行水平的一个重要保证措施。因此，必须建立一个独立于电力业务网之外的频率时间同步网来支撑整个电力通信网以及电力业务网。

目前较为先进的是北斗对时装置和GPS卫星对时合二为一的对时装置，在调度中心配备一台该装置，利用局域网络向调度中心内各套系统、中心内部设备和各子站系统、设备下发对时指令，统一进行对时，确保局域网内所有系统及设备时间一致。总站和子站图如下：

二、电力系统时间同步及其原理

当前，电力系统的时间同步主要通过确定变电站内GPS和北斗卫星授时系统统一状态，以及对于一些比较陈旧的变电站要进行时间同步的配置。

在电力系统的运用中，时间同步是一种最基本的应用，也在不断的更新技术以及工艺。但是在GPS和北斗卫星授时系统中，由于设备的品牌不同，这就使得站内、站与站之间的时间不能统一。在运行的过程中，时间接受系统之间不能相互通用，这就会造成内部之间的运行不能准确备份，难以保障整个系统运行的可靠性。因此电力系统的设备更新要逐渐扩展到变电站内控制中心、检测系统、调度中心等，加强时间同步技术，并且要基于不同的授时源建立时间同步，而且要互为热备用。

现代的时钟同步的原理是在电力系统中安装了监控装置、PMU、故障录波器、微机保护装置、分时电能表等。这些自动化设备的内部都有实时时钟，但是这些电子钟也有可能出现的误差是：初始值设备的不够准确；石英晶体振荡频率误差及其频率振荡的温度漂移和老化漂移；电路中电容量的变化等。因此要对这些电子钟进行校准，其中的原理就与我们日常生活中的对手表一样，要定期对时间基准信号进行设置。当前主要是利用GPS和北斗卫星授时系统取得时间基准信号，且输出时间于北京时间的精确度要求必须要达到ns级，网络接口也必须能兼顾目前市场上的需要，才能确保时间完全相同，并转换成各种自动化设备需要的时间信号输出，这就实现了各个自动化设备的时间统一。

三、电网自动化时间同步系统功能

1.需要支持各类保护装置、监控系统、主备站通讯等规约。

2.支持 GPS 及北斗授时，支持天线传输延时补偿。

3.支持光纤、RS-485/422 接口，支持接收链路传输延时补偿。

4.具有长时间高精度守时能力，守时误差优于 1μs/h。

5.支持 SNTP/NTP 网络对时，可作为网络时间服务器。

6. 支持自检报文、变位报文、运行报文等日志记录。

7. 输出对时信号的物理接口种类齐全，包括：RS-485、RS-232、TTL、空接点、AC 调制、光纤、以太网等。

8. 具有友好的人机接口。PCS-9785-H2 采用大液晶，主界面直观显示实时时间、卫星跟踪状态、IRIG-B 输入状态、当前时钟源等。

9. 直流电源 110V 和 220V 通用，可选择配置交流输入电源。

10. 工作温度范围 -25°C ～ +55°C

贮存运输温度范围 -40°C ～ +70°C

相对湿度 5% ～ 95%，设备内部既不应凝露，也不应结冰。

11.该系统必须具备防静电设施、抗辐射电磁场干扰、浪涌、射频传导干扰等设施。

四、电网自动化时间同步系统的重要性

电力是一种关系到民用、工业及科技发展的基础性资源，是社会和经济运行的总开关，而我公司电力调度中心更是彬长矿区供电安全的中心，为矿区持续供电、旷工兄弟的安全提供坚实的基础，所以说保障电力系统的安全稳定运行显得极其重要，而确保时间同时是保障电力安全的一项最基本、最重要的技术。

根据公司目前电力系统情况，首先搞基本单元的变电站，即时间同步系统是目前必须需要解决的，这不仅能提高电力数据传输的能力，而且也为将来建设全网的电力系统时钟打下良好的基础。而公司处于的位置就要求时间统一系统必须可靠，要能在湿度极高、温差极大，且要求双电源输入，满足电力系统EMC标准要求，装置必须具有自复位能力，在因干扰造成装置程序出错时，能自动恢复正常工作。该系统还应具有外部时间基准信号时延补偿功能，能够分别独立补偿两路外部时间基准信号（IRIG-B）的传输延时，从而保证时间基准信号的精度。变电站、发电厂和调度所涵盖有计算机监控系统、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，这些系统和装置都要求很高精度的时间同步。

在系统调度自动化等方面，由于电网的发展建设，对系统自动化程度要求很高。尤其是在系统出现故障时通过对故障的分析，可采取相应措施消除故障。而对于系统故障的分析主要是依靠故障录波和时间基准，而微机保护装置和录波装置能够比较全面地记录故障信息，但是如果时间基准不统一将给故障分析带来困难，调度中心和子站设备故障时间不一致导致事故报告时间不一致，无法准确判断各类故障时间，致使故障点无法进行分析，对电网排查隐患造成了很大的隐患。时钟同步系统是电力系统稳定运行的关键，电力系统的安全性关乎着用电的安全和稳定，电力系统瞬息万变，时时刻刻都要保证它的正常运行，如果发生事故后处理不及时，就会导致系统内的自动化设备时间不同步,比如开关变位、继电器等设备发生的时间与实际动作顺序不符合,而导致无法对电力系统事故发展过程和原因进行分析和处理。所以电力系统时间同步系统是测量、控制和保护电网安全稳定运行的重要基础和支撑。

电力系统中卫星授时技术的作用在电力系统中时钟同步技术的作用是能够相位测量，这在电力系统中，频率是一样的，幅值是比较容易测量。对于故障测距。在电力系统中，输电线路会经常发生各种故障，但是由于线路比较长，不好排查，且操作不方便，但是卫星授时应用输电线路发生故障时，将产生线路以光速进行的传输，如果条件允许的话在同一时间基准下记录接受信息号的时间，通过高科技的计算，就可以大致算出故障点，然后进行排查，这就是行波测距的原理。在雷电闪产生电磁波往空间各个方向传播时，各个基站接收到电磁波的时间和电磁波的幅值，如果能够在第一时间传送到中心站，这样就可以测量出雷闪位置以及雷电流的大小从而避免后期的雷击；继电保护。卫星授时的继电保护有线路差劲保护和保护联合调试。通过卫星授时系统卫星同步时钟技术在电力系统中的使用，能够有效的减少检修和运行人员的工作量，能够使变电站内部的运行设备得到统一、标准的时间基准，这样就方便了设备运行，提高了电力系统中自动化的水平。在现代化的变电站中，通常有多个保护室，各室之间有一定距离。对于这类变电站有两种对时组网方案：方案一为集中式，全站只设一个主时钟，对时报文通过监控网络全站广播，脉冲在全站传送。保护小间之间可以采用光缆作为通信介质来传送脉冲信号。方案二：主时钟按保护小间布置。时间信息仍然来自主控制室。采用卫星校时技术之后，全网就可以维持一个统一的时间基准。这样通过收集分散在各个变电站的故障录波数据和事件顺序记录，可以在整个局域网检测事件的发生，监视系统的运行状态。

一旦解决了电力系统时间同步问题，我公司电力调度中心内部各套系统、各子站内部系统、子站内设备、产权线路检测系统等将统一时间，能有效解决电网故障的检测、事故的分析，并且能减少各子站采购GPS时钟的费用，只需在调度中心时钟系统留足接口，以后每建一座变电站均可接入该系统，将节省一大批费用，同时能减少站内设备故障，对电力系统安全运行奠定良好的基础。

五、电网系统时间同步的构建

1.加强对电力系统数字同步网和时间同步网的检测。使用带有事件记录功能的GPS检测仪进行时钟精度同步检测，例如：故障录波器、RTU等设备装置，可以实时记录开关节点的动作时间。

2.减少电力系统同步震荡问题。对于电力系统同步震荡问题，要考虑不同系统的内部结构、运行方式、发电机组合情况、负载情况、补偿运行方式等，再根据现场的调试检测进行有效控制，对于在控制范围内的参数，可以采取固定补串、可控补串、TSR等组合方式对电力系统进行监控和优化，以控制电力系统的同步震荡问题。

3.加强对电力系统GPS天线的防护。电力系统中的GPS天线的接收装置，应采用金属支架固定，并且支架远离避雷针、树林、铁塔、高压输电线等，金属支架应接地。接收天线禁止安装在防雷设备上，当GPS安装在建筑物防雷带外部时，必须至少距离建筑物防雷带的2m范围外。

4.加强电力系统时钟内部配置。根据不同的电力系统进行时间同步网的内部配置，可以加入微机保护装置、电网安全自动装置等，使用带有记录时间动作的控制装置、各种信息管理的MIS系统，灵活配置不同节点的不同时钟源，通过检测可以明确判断出电力系统数字同步网和时间同步网的总体效率和故障定位，对电力系统的稳定发展具有重要意义。

结束语

数字同步网和时间同步网的两网合一，对我国电力系统的发展具有重要的现实意义，优化数字时钟配置方案，可进一步提高电力系统的整体运行效率，为电力系统的安全运行保驾护航。

参考文献

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[2]张明昕.电力时间同步系统的建设方案[J].电力系统通信.2019(21):92-94.

[3]赵荣.时间同步系统在水电站建设中的应用[J].云南水力发电.2020(02)：177-179.