电厂时钟同步系统解决方案

在大力发展电的前提下，国内的电厂项目越来越多，电厂作为电网中的重要电源点，其安全稳定运行对电网具有非常重要的意义。时钟同步系统是电厂重要的组成部分之一，不仅为电厂的重要设备，如仪器控制设备、继电保护设备、故障录波设备、通信设备等提供时钟基准信号授时，以保障其正常运行，还在电网调度中发挥着重要作用。

１时钟同步系统简介

全球定位系统（GPS）是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，由24颗卫星组成，分布在6条交点互隔60°的轨道面上，军民两用。北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。以GPS/北斗系统卫星上载有的精确时钟作为定时基准源，采用超短波无线电波授时的方法传播发布时间和频率的基准信息。

电厂的时间同步系统通过天线和信号接收器接收和恢复基准信息，或通过光缆等有线传播接收其他（如调度端）外部基准信号，将基准信号与本地钟相应信息比对，扣除在传播路径上的时延及各种误差因素的影响，实现时钟同步。

电厂时钟同步系统接收外部基准信息须能够在GPS、北斗系统和其他基准信号源之间无缝切换。当时钟同步系统接收到外部基准信息时，与基准信息同步；当时钟同步系统接收不到外部基准信息时，系统本身保持一定的走时准确度，使输出的时间同步信号仍能保证一定的准确度。当外部基准信息从消失到恢复时，系统自动切换到正常状态工作，与外部基准信息同步。

2、时钟同步系统方案分析

目前国内已建和在建的电厂项目很多，各电厂时钟同步系统方案也不尽相同，但大致上设计方案可以归结为以下３种类型：按机组设置时钟同步系统，辅助车间控制系统（BOP）范围（包括网控楼）的授时对象接入某台机组时钟同步系统；按系统设置时钟同步系统，如按电气相关系统和仪器控制系统来考虑，电气相关系统包括继电保护、励磁、网络化控制系统（NCS）、故障录波、同步相量测量、通信等，仪器控制系统主要包括分散控制系统（DCS）、汽轮机控制和保护设备等，另外，某些工程也会为部分设备设置单独时钟，如事件顺序记录（soe）设备；全厂设置１套时钟同步系统。

2.1按机组设置时钟同步系统

某电项目1，一期共2台机组，共设置2套时钟同步系统，均采用主备式结构。时钟同步系统拓扑图如图所示。　

从图可以看出，1号机组时钟同步系统负责1号机组岛、1号机组常规岛、网控楼和其他BOP范围授时对象；2号机组时钟同步系统只负责2号机组岛、2号机组常规岛范围授时对象。每套时钟同步系统只设置1套主时钟，两套时钟同步系统之间各自独立。本工程方案的优点是一台机组的时钟同步系统发生故障时，不会影响到另一台机组的时钟同步系统的运行，保证了其授时对象时钟信号的稳定可靠。

本工程方案的缺点：首先是1号机组时钟同步系统负责的范围超过整个厂区的70％，分区不够合理，若该系统故障，将直接影响厂前区及BOP的运行，进而影响到整个电厂的运行情况；其次是每套时钟同步系统只设置1套主时钟，一旦主时钟发生故障，将造成该系统的授时对象彻底失去时钟信号源，给电厂的生产运行带来一定的影响；再次是岛的主时钟只能接收gps信号，时间基准信号源过于单一，导致系统对此单一信号源的依赖性过强，不利于系统的稳定可靠运行。

2.2按系统设置时钟同步系统

某电项目2，一期共2台机组，电气相关系统（含继电保护、励磁、NCS、故障录波、同步相量测量、通信等）与仪器控制系统（DCS、汽轮机控制和保护设备等）分别设置自己专用的时钟同步系统，两套时钟同步系统相互独立。电气相关系统时钟同步系统拓扑图。

按系统设置时钟同步系统拓扑图可以看出，电气相关系统时钟同步系统为2台机组共用。

本系统采用主备式结构，主时钟采用2套主机热备用的方式。该电厂二期工程扩建时在一期的时钟同步系统上扩展，增设了扩展钟、二级母钟及子钟。本工程方案的优点是各机组及BOP电气相关系统设备时钟信号来源相同，不会出现由于不同时钟信号源的时钟漂移规律不同而导致的精度差异，同时主时钟采用双机热备的方式，并且每套主机均包含独立的GPS信号接收器、北斗系统信号接收器、天线、时间保持单元、时间输出单元等，因此能可靠地保证时钟同步系统运行的稳定性。

本工程方案的不足之处首先是服务厂房的二级母钟限于种种原因而接在了汽机房二级母钟的下游，一旦汽机房二级母钟发生故障或者网控楼主时钟到汽机房二级母钟之间的连接光缆出现问题，则同一机组的汽机房二级母钟和服务厂房的二级母钟将一起失去时钟信号源，因此系统的可靠性略差；其次是电气相关系统和仪控系统分别设置时钟同步系统，部分功能重复而并非冗余设置，不但增加了电厂的初期投资，也增加了后期系统的维护及升级成本，经济性略差。

2.3全厂设置1套时钟同步系统

某电项目3，一期共2台机组，共设置1套时钟同步系统。时钟同步系统拓扑图如图所示。

图6全厂设置1套时钟同步系统拓扑图从图6可以看出，本工程两台机组全部授时对象共用1套时钟同步系统，该系统采用主备式结构，主时钟采用2套主机热备用的方式。

本工程方案的优点是全部授时对象时钟信号来源相同，不会出现由于不同时钟信号源的时钟漂移规律不同而导致的精度差异，同时主时钟采用双机热备的方式，并且每套主机均包含独立的gps信号接收器、北斗系统信号接收器、天线、时间保持单元、时间输出单元等，因此能可靠保证时钟同步系统运行的稳定性。

考虑到电厂一次性规划、分期建设的特点，按本方案实施时，后续工程建设时不可避免地要对原有的时钟同步系统进行扩展设计，这就涉及到了各期工程之间的接口配合，比如光缆／电缆通道设计、主时钟屏光缆／电缆接口扩展或接线增加、以及新增的主时钟扩展屏（根据主时钟屏设备布置的需要考虑）的布置等等。这是本工程方案的不足之处，设计中需加以注意。

3、方案选择

通过目前国内3个电厂时钟同步系统设计方案相比较，全厂设置1套时钟同步系统的设计方案更具合理性，其不足之处也较容易弥补。

从这3个方案的比较和分析中可以看出，电厂的时钟同步系统设计方案的发展和改进方向是：建立一套覆盖全厂的时钟同步系统；采用主备式结构；两路无线授时基准信号，宜采用不同的授时源；虽然目前各个电厂的时钟同步系统是各自独立运行的，但考虑到建立电力系统时钟同步网的技术发展需求，电厂主时钟应可以接收上一级（如调度端）时钟同步系统下发的有线时间基准信号。