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GPS时间同步系统实施方案
2017-09-06 10:51作者:syn029浏览数:114 

GPS时间同步系统采用双GPS卫星时间信号互为备用,保证了时间源的可靠性,采用铷原子钟、IRIG-B时间源的输入方式,保证了基准时间信号的高精度性和稳定性,冗余设计,确保时间输出信号永不丢失。

1、时间同步系统构成

时间同步系统由主时钟、时间同步信号传输通道和时间同步信号用户设备接口所组成。全厂设一个一级主时钟,负责提供并保持全厂时间同步系统的时间基准。所有二级主时钟由一级主时钟提供时间同步信号,采用传输中造成失真比较小、对时间同步准确度影响比较小的时间同步信号,这样可以做到整个系统的时间同步准确度比较高。

二级主时钟在全厂时间同步系统中起时间信号扩展和分配作用,它接收一级主时钟发来的IRIG-B(DC)时间码信号,解码后转换成所需各种类型并扩展到所需数量后输出。为确保系统的可靠性,二级主时钟应尽量配置高稳定度的恒温晶体钟,作为线路信号中断情况下的备用时钟源,并要求具有极佳的保持能力。

GPS时间同步系统原理图

电力时钟同步系统组建应考虑到运行的可靠性,要求信号接收和稳时要实现双回路的通道。选择一级主时钟必须具有各种类型时间同步信号输出,输出接口的数量满足现场装置的配置,也要考虑到时间同步信号传输通道的费用和敷设的工作量,信号长距离传输造成的失真对时间同步准确度的影响以及系统的可靠性要求。根据现场的具体情况,全厂在通信机房设一级主时钟一套,提供时间同步信号。

2、一级主时钟

(1)对一级主时钟的技术要求

一级主时钟是全厂时间同步系统的核心装置,准确度和可靠性是对它的主要要求。所以在选择时首先要考虑它的准确度和可靠性。按照《华东电网时间同步系统技术规范》提出的要求,确定准确度的指标是10-10;为确保一级主时钟工作的可靠性,要求有两个时间基准信号,要求一个基准信号取自GPS系统,另一个基准信号取自于铷原子钟。输出时间同步信号接口的类型和数量应满足现场设备的信号扩展装置和二级主时钟的需要,同时也考虑到今后扩建的需要。

为了便于对一级主时钟的工作状况进行监视,主时钟除应具有工作状况的指示,同时具有电源、时间基准信号锁定状况供值班人员监视。提供相应成熟的管理软件,并提供两个空接点类型的报警信号,电源中断和外部时间基准信号消失,接到监控系统,以便及时发出报警信号,提醒值班人员处理并作事件记录。

由于一级主时钟是全厂时钟同步系统的心脏,要求在GPS的天馈线中装备合适的防雷器。在没有加装放大器的情况下,天馈线的长度要求在60米范围内不影响主时钟的性能。

(2)fe5650铷原子振荡器作为时间基准源,一个是铷原子振荡器,另一个是GPS卫星信号接收器。铷原子振荡器的频率准确度可达±5×10-11。该铷原子振荡器内部采用俄罗斯的专利技术,即使在每天有10小时以上只能接收到一颗卫星信号的恶劣条件下,仍能保证主时钟的技术指标。

3、时间信号扩展设备

对于一级主时钟,由于对性能、功能方面的要求较高,因而往往输出端口的数量有限,需要增加时间信号扩展装置。时钟扩展设备为19英寸标准机箱,可以有两路DCIRIG-B作为主备用输入,并有交、直流B码、1PPS、1PPM、1PPH、RS232、RS422等多种卡板输出,每块卡板有8路输出。

4、时间同步信号的传送

近距离的时间传送可直接采用双绞线。由于传输的衰耗和电厂内的强磁场干扰,远距离的传送(如一级主时钟到二级主时钟)则应选用同轴电缆、光纤或64K数据专线进行。对于计算机网络,为了有效地避免网络的延时和阻塞对时间精度造成的影响,应采用网络时间协议(NTP)方式对时。

5、主时钟屏的组成

一级主时钟机箱装在标准屏内的19英寸宽的标准机箱。由于主时钟输出信号的接线较多,为了安装维护方便,应装在标准尺寸的屏内。屏内布置接线端子排、电源开关。屏后下部装试验用电源插座。屏的前门应有玻璃窗,方便值班人员巡视时观察主时钟的工作状态。屏的颜色应与安装地点相邻屏的颜色选择一致。

6 时间同步信号传输通道

MIS系统的时间信号传输通道办公楼的MIS系统需要的时间信号从通信机房的一级主时钟的RJ45口输出,由于采用了NTP协议,传输介质为TYPE-5网络线,因而传输距离不受限制。

其它被同步系统(装置)的时间信号传输通道从扩展装置到各被同步系统(装置)的距离不远,最长不超过60米,可以用带屏蔽的双绞线电缆,芯线的截面积不小于0.3mm2。对于RS-232或RS-422串口,如果电缆不经过端子排直接连接到9芯插头的话,考虑焊接电线的方便,电缆芯线的截面积可选不小于0.5mm2。

后续接入系统的传输通道从一级主时钟向第二批接入系统传输的时间同步信号类型是IRIG-B(DC)时间码,考虑到今后系统的发展和设备的更新,留有一定的备用接口,设备上马后即可接入同步时钟系统,使系统规模逐步得到扩大,在时间的一致性上更加准确,优化时间不同带来的负面影响,提高系统或设备利用精确的时间给予的时效性。

7、GPS时间同步系统的可靠性分析

(1)一级主时钟选用西安同步电子科技有限公司生产的SYN4505A型时钟同步系统,该产品集成了绝大多数电力时钟输入输出信号,采用插卡式设计,方便扩展使用。

(2)一级主时钟具有两个基准时间源,一个是全球定位系统GPS,一个是内部的高稳晶钟。GPS的天线安装的地方必需天空视野开阔,可见GPS卫星数量多,这样可以稳定可靠地接收GPS卫星信号,除了下非常大的暴雨情况下,GPS卫星信号的传输基本上是全天候的,所以全厂时间同步系统发送的时间基准将有很高的准确度和稳定性。在恶劣天气条件下,依靠内部的高稳晶钟,仍然可以保证时间基准的准确度和稳定性。

(3)采用两路GPS卫星时间信号互为备用。当接收不到GPS卫星的信号时,则依靠内部的高稳铷原子振荡器,仍然可以保证时间基准的准确度和稳定性。按照铷原子振荡器的技术指标,即1×10-10,这相当于317年的误差不超过1秒。

(4)GPS接收天线安装屋顶,应确认在厂区防雷保护范围内。GPS天线电缆带防雷保护,可以避免感应雷进入一级主时钟。

(5)1PPS秒脉冲输出采用光电隔离器件,避免不同设备地电位不同的干扰。

(6)采用模块化插件设计,输出数量任意扩展,以满足更多设备及系统的需要。(7)电源应采用交直流两种供电方式,互为备用,以提高系统运行的可靠性。系统内使用的开关电源必须选用质量好的品牌产品,以提高电源使用的可靠性。交流电源的引入必须经过防浪涌保护器后接入系统。

(8)在系统中利用人机对话,方便调试和检查系统的运行情况。

8、GPS时间同步系统总结

西安同步电子科技有限公司生产的GPS时间同步系统已经为上百家电力单位提供时间同步服务,系统运行的可靠性和稳定性好。使得维护人员从日常工作中解脱出来(不再定期手动进行内部时钟的调校),节约了许多时间来处理别的事情,同时提高了时间的准确度,能够将故障发生的前后事件量完全展现出来,为分析事故奠定良好的基础,提高了工作效率,有很好的借鉴意义。

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