关键词：SOE 事故分析 GPS
0 概述
随着电力行业自动化程度越来越高，电厂在保护、通信、远动、监控、监视、录音、直流、自动化及故障录波等设备均从GPS（Time Synchronism Systm）时钟系统中取时钟，以便统一时间，便于数据信息的统一、事件时间的统一、事故调查的统一。而GPS系统由时间同步装置本体、时间信号输出扩展单元、时间信号传输通道、需授时设备接口所组成的系统称为时间同步系统。作为电厂的标准时钟，电厂对GPS时钟的基本要求是：至少能同时跟踪8颗卫星，有尽可能短的冷、热启动时间，配有后备电池，有高精度、可灵活配置的时钟输出信号。
1 时间同步测试
电厂设备时钟同步的精度要求依次为:稳控装置→继电保护→故障录波、自动装置→计算机监控系统、励磁、调速系统→计费系统、MIS 系统→闸门辅机控制→水库调度。要求时钟同步精度最高的是稳控装置与继电保护部分以及接入监控系统中断量输入部分。
规范电厂GPS时钟系统的管理，定期对GPS时钟系统和微机保护装置、远动装置、故障录波装置内部时钟误差进行测试，根据测试结果对变电站各种装置上的时钟进行校对，对误差较大的微机保护装置、远动装置、故障录波装置进行更换或维修，成为目前电厂的新需求。时间同步系统建立后要进行测试，包括主时钟技术指标的测试和用户设备接收时间同步信号后能达到的时间同步准确度的测试。
方法一：检验具有事件记录功能装置的时钟同步精度
被测装置一般具有事件记录功能，如GPS时钟、故障录波器、RTU、SOE等，能记录空接点开关量的动作时刻。时间同步测试仪输出一组或者多组测试秒脉冲（该脉冲输出时刻是由同步测试仪提供的标准时间），按照一定顺序触发被测装置信号，从记录或报文中读出装置显示的动作时刻，比较这两个时刻，就可判断被测装置内部时钟的时间同步准确度。
方法二：装置的时间同步准确度测试?
装置模拟故障（可多个装置同步进行），使装置动作，时间同步测试仪负责记录动作信号准确时刻，将其与微机保护装置动作报文显示的时刻比较，可判断微机保护装置内部时钟的误差是否合格。
通过这两种应用方式可以看出，不但可以对现场安装的GPS时钟进行精度测试，还可以对其各个电力用户设备的时钟精度同时进行测试，通过测试可对电厂整个时钟同步性给出总体评价和故障定位。
2 时间同步问题解析
通过对电厂的GPS测试，我们发现造成各个电厂装置时钟不统一的因素多种多样。
GPS时钟系统作为系统重要组成部分，经过多年运用依然存在依靠运行人员或二次专业人员的自我判断，来断定GPS时钟系统是否存在问题，但判断的依据是人为因素，而且对于较小的时间误差，人为是根本无法判断的，若在电厂出现事故时，我们查看多个涉及事故的保护、故障录波、监控、远动等信息时，信息时间的混乱将加大我们判断事故的难度，并在一定程度上导致我们的判断失误。微机保护装置、监控系统(SOE)、远动装置、故障录波装置是我们了解事件发生时，电厂情况的根本判断依据，但其内部时钟的误差是多少，有没有出现时间延迟，也是我们人为根据无法了解的。目前电厂内各个系统中对时方式一般分为：
（1）装置与GPS装置通讯以获得GPS的时间，再以广播报文的方式发送到装置。
（2）硬对时一般用分对时或秒对时，分对时将秒清零、秒对时将毫秒清零。理论上讲，秒对时精度要高于分对时。硬对时按接线方式又可分成差分对时与空接点方式两种。如RCS-9000系列装置就是采用差分方式对时。
（3）编码对时目前常用的IRIG-B对时，分调制和非调制两种。IRIG-B码实际上也可以看作是一种综合对时方案，因为在其报文中包含了秒、分、小时、日期等时间信息，同时每一帧报文的第一个跳变又对应于整秒，相当于秒脉冲同步信号。如：GE 公司、ABB、SEL 公司的保护,上海惠安公司的RTU 、电厂AVC 自动装置要求采用B码。
（4）火电厂DCS、水库调度及闸门控制系统、MIS 系统、电能量计费系统已经形成的局域网。一般采用网络协议对时。
而上述四种对时方式，由于各自的局限性，又带来各种问题：
（1）GPS在对时过程中由于设备性能问题会产生多项误差，如：时钟误差、GPS时钟与卫星发射的UTC(世界协调时)的误差、分系统主时钟与GPS时钟的同步误差。一般电厂只设置一套独立的GPS母钟，并通过上述对时方式与监控、微机保护、安稳等装置对时同步。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但也存在自带GPS对时母钟的，如故障录波装置。多套时钟间就存在时钟的误差。
（2）主时钟与各站点从时钟通过网络进行同步，其间存在着时钟报文的发送时延、传播时延、处理时延。现在国内广播的对时一般每隔一段时间广播一次，如南瑞RCS-9698CD是1分钟下发一次。报文对时准确度受发送时间和距离限制。
（3）现在国内微机保护较常采用分脉冲对时方式，而分对时将秒清零，无法把时间精确到ms级。
3 时间同步问题建议
为避免上述问题出现，电厂应综合考虑：
3.1电厂设计时应统筹考虑
1）需要对时系统分属监控、电气专业，如决定由监控系统厂商提供的GPS时钟实现时间同步(目前通常做法)，则在监控系统合同谈判前，就应进行专业间的配合，确定时钟信号接口的要求。(GPS时钟一般可配置不同数量、型式的输出模块，如事先无法确定有关要求，则相应合同条款应留有可调整的余地)。
2）各系统应尽量共用一套GPS时钟装置，应根据系统时钟接口配合的难易程度、系统所在地理位置等综合考虑。各专业如对GPS时钟信号接口型式或精度要求相差较大时，可各自配置GPS时钟，这样一可减少专业间的相互牵制，二可使各系统时钟同步方案更易实现。另外，当系统之间相距较远时，为减少时钟信号长距离传送时所受的电磁干扰，也可就地单设GPS时钟。分设GPS时钟也有利于减小时钟故障所造成的影响。
3）IRIG-B码可靠性高、接口规范，如时钟同步接口可选时，可优先采用。但要注意的是，IRIG-B只是B类编码的总称，具体按编码是否调制、有无CF和SBS等又分成多种(如IRIG-B000等)，故时钟接收侧应配置相应的解码卡，否则无法达到准确的时钟同步。
4）1PPS/1PPM脉冲并不传送TOD信息，但其同步精度较高，故常用于SOE模件的时钟同步。RS-232时间输出虽然使用得较多，但因无标准格式，设计中应特别注意确认时钟信号授、受双方时钟报文格式能否达成一致。
3.2全厂GPS时钟同步系统如果发生故障。首先应检查GPS安装是否合理，天线头要求安装在视野开阔的地方，以使卫星时钟接收最多数量的卫星信号。天线安装在屋顶时只要视野足够，高出屋面距离不要超过正确安装必需的高度，以尽可能减少雷击危险。在多个装置使用时钟信号时，装置的安装位置选择原则应尽量减少电缆线的长度。装置后面板的接线应注意与端子的对应，以免误接，造成不能对时；在使用串行口对时方式时，应注意后面板的拨动开关的位置是否在对应的RS232或RS422处，并应调整对应端口的波特率。其次确认装置是靠什么对时的,分脉冲,秒脉冲或是B码，是有源的还是无源的?还是通过通信软对时? 时码是否接进来？GPS装置能否正确的输出你所需要的信号类型。再检查输出是否正常，接线是否正确。
3.3目前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。
4 结语
随着电力系统自动化技术的发展，系统对时间统一的要求越来越迫切，对时间同步的精度要求也越来越高，国内电厂已初步建成以大机组和自动化为主要特征的现代化集控中心。它的运行实行分层控制，设备的运行往往要靠数百公里外的调度员指挥；电厂运行瞬息万变，发生事故后更要及时处理，这些都需要统一的时间基准。统一的全网时间基准，在保证电厂安全、经济运行中起到了越来越大的作用。
参考文献：
[1]《全球定位系统(GPS)测量规范》 GB/T 18314-2009
[2]云南电力GPS时间频率校准系统使用说明书
[3]全球定位系统(GPS)术语及定义 GB 19391-2003
[4]《火电厂GPS时钟及DCS时间同步浅谈》 包一鸣
作者简介：
李俊东（1981），男，高级工程师，云南电力技术有限责任公司，研究方向为水、火、风电厂热工自动化系统调试及试验工作
论文作者:李俊东
论文发表刊物:《中国电业》2019年20期
论文发表时间:2020/3/10
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