变电站时钟同步系统施工改造方案

一、变电站时钟同步系统概述

随着智能变电站自动化控制技术水平的不断提高以及IEC61850标准在电力系统建设中的逐步推广，对大量采用旧电力行业标准建设的电厂和变电站进行技术改造升级，原有的电力时钟同步系统也必须适应新的发展要求。时钟同步系统为变电站和电厂实时运行监控提供精准统一的时钟同步信号是保证电力自动化设备安全运行的必要条件，同时也是提高电力控制系统稳定性、提升电网运行管理水平的必要技术手段。

二、变电站改造遇到的问题

在旧站改造过程中，原有的时钟同步系统存在大量设备采用的对时原理不统一，需要重新架设对时系统的设备较多。目前的改造方案过于依靠设计人员的经验和记忆，容易出现设计人员因经验不足造成电缆遗漏、设计与现场情况不符等问题，可能影响施工进程，甚至延误送电。

三、面向对象解决方案

在当今计算机科学领域，面向对象方法具有的诸多优点使其成为搭建大型系统的主流趋势。对比现有的各个同步对时系统，虽然存在不同的实现原理，但其施工改造方案具有一定的相似性，可以抽象看成位于站内主控室的同步时间源与站内不同地点的对时装置之间通过消息传递来保持相互联系，因此可以引入面向对象的方法来提高施工改造同步对时系统的效率，将时钟同步系统抽象形成“类”（class），即将现实世界或思维世界中的事物，经过抽象形成数据类型和对这些数据的操作，并封装在一起。

基于面向对象思想，对应用于站内的时钟同步系统进行抽象，应用类的封装性，使施工改造过程中需采用的多种同步对时系统层次结构清晰，从而提高施工改造方案的重用性，提升改造效率。

3.1对时信号及其传输方式

旧变电站同步对时系统采用的主时钟源信号主要来自GPS发送的对时信号和高精度原子钟。而随着北斗卫星对时技术的成熟以及降低未来电网可能存在的安全风险，新的改造往往要求站内时钟同步系统优先采用北斗对时，同时采用GPS构成冗余主时钟源。

目前，市场上主流的时钟同步对时装置可以输出脉冲对时、串口对时、IRIG-B（DC）码对时、IRIG-B(AC)码对时、NTP/SNTP网络对时、IEEE1588对时等，不同的对时信号由于原理上的不同，精度也就不同，影响对时信号精度的因素不仅与对时原理有关，还与对时信号所采用的传输原理有关。不同的信号传输原理在传输介质、传输距离以及传输信号等方面各有不同，它们的关系见表１。

表1时钟同步系统信号传输特性

从表１可看到，只有通过选择合适的信号传输原理与传输信号，才能正确配置对时系统的输出板卡，从而输出符合精度要求的对时信号。

3.2 时钟同步系统类的设计与实现

对时装置的对时流程可以归纳为装置上电→对时源对时→对时设备对时。为此，时钟同步系统可以抽象为由电源和对时设备构成。不同的对时设备需要相应的电缆为对时设备电源供电，也需要相应的电缆与对时源进行传递对时信号，最终确定改造工程所需的电缆清单。为此分别设计电缆类、电源类、对时源类、对时设备类和对时系统类来满足时钟同步系统改造的实际需求。

图1　时钟同步系统电源及电缆分类

施工方案需要确定的电缆清单包括电缆的型号、规格（芯数×截面）、长度、编号、起点及其终点，为此设计的电缆清单如图１（ａ）所示。

目前上电方式既可以采用交直流单供，也可以采用交直流同时供电，设计电源类清单如图１（ｂ）所示。对时设备的电源类型根据改造现场提供的上电方式来予以确定；电源电缆则声明为电缆类的一个实例，其中具体的电缆规格由电源类型确定。注：名称前的“＋”表示该项变量为公有成员变量，可以与外部对象进行信息传递；“－”表示该项变量为私有成员变量，其信息只能在本类的内部进行传递，而无法被外部对象直接获取，下同。

对１台对时设备的改造施工前需要确定对时设备与其对时源之间的信号及其传输类型，才能最终确定对时源和对时设备之间的电缆清册，对时源的设计如图２（ａ）所示。

图2 时钟同步系统类

目前站内需对时的设备大致可以划分为保护设备、测控设备以及监控主机、故障录波装置、小电流选线装置等在内的其他设备。改造过程中，若没有更换屏柜中的设备，则对时设备电源无需重新布置电源电缆，其具体设计如图２（ｂ）所示。

对时系统的施工与停电计划配合进行，避免拆除运行中保护测控设备的对时电缆，降低作业风险。在布置电缆时，同一个小室内设备的对时电缆可以与其他功能电缆一起铺设，因此，以２２０ｋＶ变电站中的对时系统为例，可以按照不同的小室划分为２２０ｋＶ保护小室对时系统、１１０ｋＶ保护小室对时系统、１０ｋＶ配置室对时系统、主变压器保护小室对时系统以及主控室对时系统，如图３（ａ）所示，

图3　变电站时钟同步系统结构图

将不同小室的对时系统抽象形成对时系统类，其设计如图３（ｂ）所示。

设备数量指的是对时系统中包含保护、测控和其他设备的总数，新设置的对时系统屏柜需要重新布置电源供电。设计中，利用对象数组对每台设备按照对时设备类进行实例化，最终确定对时系统的改造流程和电缆清单。

3.3 时钟同步系统施工流程

站内对时系统的施工流程，归纳起来可以按照以下步骤：首先在主控室建立主时钟对时源，并确定每个保护小室时钟扩展屏的位置，为了方便布置电缆，还要与各个小室的其他屏位置相互配合；其次，根据工程需要，布置对时装置的交直流电缆，为各个小室的对时装置上电；最后结合停电计划，将原有间隔的设备接入新的对时信号，完成对时系统改造。当出现对时不准确时，应查看对时电缆及对时设备原有的设计方案，及时排查。

四、时钟同步系统厂家及产品推荐

西安同步电子科技有限公司成立近10年，专注从事时钟同步系统研发、生产、销售以及售后等服务，生产的时钟同步系统品类多大十几种，为各电网，供电局，变电站，各大工厂等提供质量可靠的时钟同步系统数百套，得到用户的一致认可与好评。

目前电力行业常用的两款时钟同步系统如下：

SYN4505A型时钟同步系统内装铷原子振荡器或者高精度恒温晶振，接收gps北斗卫星信号和直流B码信号，获得精准时钟信息，产生IRIG-B码交直流信号、1PPS秒脉冲空节点、1PPM分脉冲空节点、1PPH时脉冲空节点、串口tod、NTP/SNTP网络授时接口、IEEE1588对时及各种干接点报警，是电力行业通用的标准时钟同步产品。

SYN4505型标准同步时钟是由西安同步研发生产的具有多种电力对时信号输出的多功能时钟同步装置，内装原子钟或者ocxo，接收北斗/GPS/GLONASS卫星和直流B码，产生交直流B码信号、空节点和422差分的时、分、秒脉冲信号、NTP、sntp网络授时，串行tod和同步脉冲信号，是电力系统常用的标准时钟同步系统。