电厂变电站GPS时钟同步系统
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电厂/变电站GPS时钟同步系统
方
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建
议
书
烟台赤龙电子高科有限公司
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目 录
一、系统概述····························································································2
二、对时方式和NTP协议简介································································3
三、电厂/变电站时间同步系统设计方案···············································5
四、系统特点·····························································································9
五、系统设备规格型号及介绍 ······························································10
六、设备工作条件及技术指 选择舒心是您的权利 选择赤龙您可以舒心
2 标·······························································17
七、典型应用····························································································20
八、相关检测····························································································21
九、公司简介····························································································22
第一部分 系统概述
一、建设时钟同步系统的重要性
随着电厂、变电站自动化水平的提高，电力系统对时钟统一对时的要求愈来愈迫切，有了统一精确的时间，既可实现全厂（站）各系统在GPS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、调整的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。统一精确的时间是保证电力系统安全运行，提高运行水平的一个重要措施。
二、时钟同步系统的优越性
电厂（站）的时钟同步是一件十分重要的基础工作，现在电厂（站）大多采用不同厂家的计算机监控系统、DCS分布式控制系统、自动化及线路微机保护装置、故障录波装置、电能量计费系统、电液调速系统DEH、SCADA系统及各种输煤PLC、除灰PLC、化水PLC、脱硫 选择舒心是您的权利 选择赤龙您可以舒心
3 PLC等，以前的时间同步大多是各设备提供商采用各自独立的时钟，而各时钟因产品质量的差异，在对时精度上都有一定的偏差，从而使全厂各系统不能在统一时间基准的基础上进行数据分析与比较，给事后正确的故障分析判断带来很大隐患。
如今，人们已经充分意识到时间统一的重要性。但是，统一时钟并不是单纯地并用GPS时钟设备。目前，人们普遍采用一台小型GPS接收机，提供多个RS232端口，用串口电缆逐一连接到各个计算机，实现时间同步。但事实上，这种同步方式的缺点是，使用的电缆长度不能过长；服务器的反应速度、客户机的延迟都直接影响对时精度。而且各电厂（站）往往有不同的装置需要接收时钟同步信号，其接口类型繁多，如RS-232/422/485串行口、脉冲、IRIG-B码、DCF77格式接口 等；装置的数量也不等，所以在实际应用中常感到GPS 装置的某些类型接口数量不够或缺少某种类型的接口，其结果就是电厂中有些装置不能实现时钟同步，或者需要再增加一台甚至数台GPS装置，而这往往受到资金不足或没有安装位置等限制。若各系统实施统一GPS时钟同步方案，就可实现全厂（站）各系统在统一GPS时间基准下的运行监控和事故后的故障分析，大大提高了电厂（站）系统的安全稳定性。因此采用GPS时钟同步系统比采用传统的GPS同步设备有着明显的优势，也是技术发展的必然趋势。
第二部分 对时方式和NTP协议简介
一、对时方式
目前，国内的同步时间主要以GPS时间信号作为主时钟的外部时间基准信号。现在各时钟厂家大多提供硬对时、软对时、编码对时三种方式，我公司的时间同步产品除了提供以上三种对时方式外，还可提供先进的NTP网络对时方式，大大提高了产品的技术含量及系统的完整性。以下是各对时方式的介绍：
1、硬对时（脉冲节点）
主要有秒脉冲信号（lpps，即每秒 1个脉冲）和分脉冲信号门(1ppm，即每分1个脉冲)。秒脉冲是利用GPS所输出的lpps方式进行时间同步校准，获得与 UTC同步的时间准确度较高，上升沿的时间准确度不大于lus。分脉冲是利用GPS所输出的lppm方式进行时间同步校准，获得与UTC同步的时间准确度较高，上升沿的时间准确度不大于3us，这是国内外保护 选择舒心是您的权利 选择赤龙您可以舒心
4 常用的对时方式。另外通过差分芯片将lpps转换成差分电平输出，以总线的形式与多个装置同时对时，同时增加了对时距离，由 lpps几十米的距离提高到差分信号1km左右。
用途：对国产故障录波器、微机保护、雷电定位系统、行波测距系统对时。
故障录波装置分别由不同的厂家生产；保护装置国内以南自股份、南瑞、许继、阿继及四方公司的产品为主。
2、软对时（串口报文）
串口校时的时间报文包括年、月、日、时、分、秒，也可包含用户指定的其他特殊内容，例如接收 GPS卫星数、告警信号等，报文信息格式为ASCll码或BCD码或十六进制码。如果选择合适的传输波特率，其精确度可以达到毫秒级。串口校时往往受距离限制，RS-232口传输距离为30 m，RS-422口传输距离为 150 m，加长后会造成时间延时。
用途：对电能量记费系统、输煤PLC、除灰PLC、化水PLC、脱硫PLC、自动化装置、控制室时钟对时。
3、编码对时
编码时间信号有多种，国内常用的有IRIG（Inter－range Instrumentatlon group）和DCF77（Deutsche，long wave signal，Frankfurt，77.5 kHZ）两种。IRIG串行时间码共有6种格式，即A，B，D，E，G，H。其中B码应用最为广泛，有调制和非调制两种。调制IRIG-B输出的帧格式是每秒输出1帧，每帧有100个代码，包含了秒段、分段、小时段、日期段等信号。非调制IRIG－B信号是一种标准的TTL电平，用在传输距离不大的场合。
为了提高对时精度，一般采用硬对时和软对时相结合的方式，即装置通过串口获取年、月、日、时、分、秒等信息，同时，通过脉冲信号精确到毫秒、微秒，对于有编码对时口（例如 IRIG-B）的装置优先采用编码对时。
用途：给某些进口保护或故障录波器对时。如GE公司的保护、ABB公司的保护、HATHAWAY的故障录波器、ALSTOM公司的保护、惠安公司的自动化装置、莱姆公司的BEN5000故障录波器、SEL公司的保护、西门子设备等。
4、NTP网络对时
Network Time Protocol（NTP）是用来使计算机时间同步化的一种协议，它可以使计算机对其服务器或时钟源（如石英钟，GPS等等）做同步化，提供高精准度的时间校正（LAN上与标准间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒），且可采用加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。
用途：给电厂的MIS系统、SIS厂级监控信息系统、工程师站及需要网络对时的系统进 选择舒心是您的权利 选择赤龙您可以舒心
5 行对时。
二、NTP协议简介
NTP（Network Time Protocol）是由美国德拉瓦大学的David L. Mills教授于1985年提出，除了可以估算封包在网络上的往返延迟外，还可独立地估算计算机时钟偏差，从而实现在网络上的高精准度计算机校时，它是设计用来在Internet上使不同的机器能维持相同时间的一种通讯协定。时间服务器（time server）是利用NTP的一种服务器，通过它可以使网络中的机器维持时间同步。在大多数的地方，NTP可以提供1-10ms的可信赖性的同步时间源和网络工作路径。
NTP(Network Time Protocol)协议自1985年创立至今，已发展为全球通用的一种计算机对时方式。它利用一种独特的算法，将网络的延时、网络的阻塞有效地通过复杂的“算法”对客户机时钟予以修正。据科学统计，小型的计算机网络，NTP的对时精度可以达到1ms。可以肯定地说，NTP网络对时是一种更为先进、更为可靠的时间同步方式，并且距离不受任何限制。
第三部分 电厂/变电站时钟同步系统方案设计
一、引用技术标准
华东电网时间同步系统技术规范（QB/HD01-2002）
上海电网GPS同步时间系统技术原则和运行管理规定
时统装置通用规范（GJB2242-1994）
B时间码接口终端（GJB2991-1997）
IRIG-B标准（200－89）和IEEE Std 1344-1995
船用全球定位系统（GPS）接收通用技术条件（GB/T15527-1995）
平衡电压数字接口电路的电气特性(GB 11014—90)
远动设备和系统：术语（IEC 870-5-3）(GB/T 14429—1993) 选择舒心是您的权利 选择赤龙您可以舒心
6 远动设备和系统：接口（电气特性）(GB/T 16435—1996)
远动设备和系统：性能要求(GB/T 17463—1998 )
工业过程测量和控制装置的电磁兼容性(GB/T 13926—1992)
二、方案设计
1、概述
目前电力系统中的时间同步方式是以全球定位系统（GPS）导航卫星发送的无
线标准时间信号为统一时钟信号源，再由统一时钟信号源向电网中各类装置提供
标准时间。民用GPS给出的是世界协调时（UTC），加 8 h后，即转换为北京时间，
精度可达到微秒级。
根据有关技术规范，结合各电厂的实际情况和我们以往的工程经验，我们提出组屏式GPS时钟统一系统对时方案。在电厂、变电站主控制室及机组监控室，500KV、220KV继电保护小室分别安装一面GPS时钟同步系统屏，时钟同步系统屏配置的GPS卫星同步时钟提供各种时间同步信号用于实现电厂（站）内计算机监控系统、保护装置、故障录波器 、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU及各级能量管理系统、用电负荷管理系统、通信网监控系统、电能量记费系统、电网频率按秒考核系统、功角测量装置、线路故障行波测距装置、雷电定位装置、调度录音电话、各类信息管理系统MIS、DCS系统、及各种输煤PLC、除灰PLC、化水PLC、脱硫PLC等的时间同步，使电厂（站）内各设备具有统一的时间基准。
