电力同步时钟系统在电力方面的应用

前言

随着现代科技的快速发展，计算机和网络通信技术的飞速发展，电厂热工自动化系统数字化、网络化的时代已经到来。这一方面为各控制和信息系统之间的数据交换、分析和应用提供了更好的平台、另一方面对各种实时和历史数据时间标签的准确性也提出了更高的要求。

使用价格并不昂贵的同步时钟来统一全厂各种系统的时钟，已是目前电厂设计中采用的标准做法。电厂内的机组分散控制系统(DCS)、辅助系统可编程控制器(PLC)、厂级监控信息系统(SIS)、电厂管理信息系统(MIS)等的主时钟通过合适的GPS同步时钟信号接口，得到标准的TOD(年月日时分秒)时间，然后按各自的时钟同步机制，将系统内的从时钟偏差限定在足够小的范围内，从而达到全厂的时钟同步。

目前，主时钟和扩展时钟已配置完成，在生产控制楼及反调节水库分别设一个扩展时钟单元，整个新的北斗电力授时系统原理图如下：

电力授时系统 整体设计原理图

电网内新配置的主时钟，可接收北斗二代/GPS卫星信号和IRIG-B码信号，通过NTP端口为电站级监控系统设备提供网络时钟同步信号，通过B码端口为扩展时钟提供时钟信号，扩展时钟为电站内设备提供多达40路的RS-232报文、直流B码、光口B码、PPS格式时钟同步信号。扩展时钟可接收GPS和北斗星定位系统卫星时钟信号，在上级时钟同步信号中断时，提供本地时钟信号，实现电站设备的时钟同步。

设计依据

电厂要求（一）：外参考输入信号必须包括一路卫星信号，两路IRIG-B(DC)信号，并且以卫星信号选择为主。

根据此要求我们特在设备上设计了三种工作模式，括自动模式，手动模式，守时模式等三种模式，其中自动模式表示优先选择卫星信号，然后选择IRIG-B信号；手动模式表示由用户手动选择外部参考；守时模式表示不接收外部参考，使用设备内部铷钟进行守时。

电厂要求（二）：由于电力化设备的多样复杂性，需要提供多达40路的多种同步接口方式。

根据此要求，我们的设备可以同时满足输出1PPS输出，RS232C,RS422/485，串口输出TTL,RS422/485，光纤信号，以及各种电力输出信号，可扩展输出120组的路数。

电厂要求（三）：电厂提供国家电网安全标准，要求整个系统工作的严谨性，必须具备安全报警功能，并不能接触外网。

根据此要求，我们选择的设备具备干接点报警功能：具有5个报警功能，分别为故障报警，卫星报警，IRIG-B(1)报警，IRIG-B(2)报警，失步报警。

方案设计

产品选型

响应电厂要求，所需设备必须满足，以下几点：

设备质量保证：产品必须满足质保至少1年；

设备生产厂家的地理位置要求：厂家必须在西北5省内，方便上门调试安装服务；

设备生产厂家资质：生产商必须提供至少三例西北5省电厂使用的成功案例；

鉴于以上几点，甘肃某电厂**西安同步电子科技有限公司作为北斗电力授时设备的****供应商。

我公司根据客户要求，特推荐使用SYN4505型标准同步时钟，作为新的北斗电力授时系统的主时钟。

产品结构及概述

SYN4505型标准同步时钟是由西安同步电子科技有限公司精心设计、自行研发生产的一款多功能时钟设备，设备前面板简易图如下所示：

SYN4505型 标准同步时钟 前面板简易图

内装高精度恒温晶振0CXO，接收北斗二代/GPS/GLONASS卫星信号和IRIG-B码信号，优先选择卫星信号，使用外部定时信号对本机进行时间同步，产生交直流IRIG-B码信号、时、分、秒脉冲信号、NTP网络授时，串行口时间信息和1PPS（秒信号）同步脉冲信号，是电力系统建立时间尺度、实现时间统一同步的实用电子仪器。

产品功能

1)外参考输入信号包括一路卫星信号，两路IRIG-B(DC)信号；

2)卫星选择功能：具有六种选择，分别为GPS北斗混合授时，GPS&GLONASS混合授时，北斗GLONASS混合授时，单GPS授时，单北斗授时，单GLONASS授时，满足客户对卫星信号的各种授时需求；

3)工作模式：包括自动模式，手动模式，守时模式等三种模式，其中自动模式表示优先选择卫星信号，然后选择IRIG-B信号；手动模式表示由用户手动选择外部参考；守时模式表示不接收外部参考，使用设备内部振荡器进行守时；

4)系统设置功能：用户通过按键对波特率、时区，延迟等进行设置；

5)输出IRIG-B交直流信号，输出5路RS232C串口，输出5路1PPS，5路1PPM；

6)1路NTP网络授时功能；

7)干接点报警功能：具有5个报警功能，分别为故障报警，卫星报警，IRIG-B(1)报警，IRIG-B(2)报警，失步报警；

自动保存各种配置状态，完全满足各种客户需求。

产品说明

SYN4505型标准同步时钟能同时接收GPS卫星与我国北斗卫星时间信号，当接收到外部时间基准信号时，被外部时间基准信号同步；当接收不到外部时间基准信号时，保持一定的走时准确度，当外部时间基准信号接收恢复时，切换到正常状态工作。接口扩展装置功能，主要为IRIG-B（DC）时码与串口时间报文方式，以满足全站各设备的对时要求。

结束语

目前火电厂各控制系统已不再是各自独立的信息孤岛，大量的实时数据需在不同地方打上时戳，然后送至SIS、MIS，用于各种应用中。因此，在设计中应仔细考虑各种系统的时钟同步方案和需达到的时钟同步精度。完全有理由相信，随着网络时钟同步技术的不断发展，通过网络对系统各时钟进行高精度的同步将变得十分平常。今后电厂各系统的对时准确性将大大提高，像SOE点分散设计这种基于高精确度GPS同步时钟系统的应用将会不断出现。

电力系统是与时间密切相关的系统,系统中的各个参数如电流、电压、相角等的变化,均是与时间相关的函数。随着社会与经济的快速发展以及电力系统自动化水平的提高,人们对电网的安全、稳定、高效提出了更高的要求,然而电网的运行瞬息万变,发生事故后更需及时处理,如果系统内的自动化设备时间不同步,就会造成各个自动化设备记录的 关变位、继电器动作等事件发生的时间与实际动作顺序不符合,进而导致无法对电力系统事故的发展过程及原因进行正确的分析和处理。因此电力系统各设备之间的时间同步是测量、控制和保护电网安全稳定运行的重要基础和支撑。