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摘要：本文主要介绍了轨道交通电力监控系统校时方式，重点对某轨道交通线路实际运营过程中遇到的校时问题进行探讨和分析，并给出具体解决方案供参考。
关键词：轨道交通；校时；变电所；时钟
在变电所出现保护动作或故障跳闸时，我们需要明确知道各保护和开关的动作顺序，才能对故障进行分析和定位。这就要求变电所具有统一的时钟，各保护装置或终端使用统一的时钟标准，这样在进行故障分析时，才能对动作时序进行有效的分析。这是变电所校时的主要目的。数字化变电所对时钟的同步要求更加严格。在数字化变电所中采用了电子式互感器和合并单元，时钟同步是保证同步采样的基础，如果时钟不同步将可能影响保护动作的正确性。
一、校时时钟源及校时方式
现阶段变电所校时系统所用的卫星时钟源主要有GPS和北斗。GPS是由美国在20世纪70年代开发的全球定位系统，目前被广泛用于校时，由于GPS系统由美国所把控，存在一定的安全隐患。近年来随着我国北斗系统的完善，减少了我国对GPS系统的依赖，切实提高了我国供电系统的安全性。目前新建变电所多采用GPS加北斗的双时钟源模式。
脉冲对时分为秒脉冲信号对时和分脉冲信号对时。脉冲对时也称为硬对时，该校时方式具有对时精度高、易于实施的特点。该校时方式也存在一定的局限性，例如秒脉冲校只能对秒进行校对，如校时初始时和分如果是错误的，则无法得到校正。
串口对时也称软对时，该对时方式通过串口将时间信息以通讯报文的形式发送给校时对像。其传输长度与串口形式有关，如RS-232传输距离约为30米。由于串行通讯速率较低存在一定的时延，因此在具体运用当中可与秒脉冲校时方式配合使用（即复合对时），提高校时精度。
编码对时用于将同步信号和标准时间信息编码为时间序列码输出到对时设备上。常用的编码校时为IRIG-B码，俗称为B码校时。B码校时采用485双较线做为信号传输载体，具有校时精度高的特点。
随着变电所数字化的应用越来越广泛，网络对时也是变电所常用的对时方法。网络对时有NTP/SNTP校时、IEEE1588精确时间同步校时。NTP校时是因特网上普遍采用的一种校时协议，其典型校时精度为毫秒级，SNTP是其简化版。IEEE15888是一种精确时间校时协议，通过软、硬件的配合，IEEE15888能精确计算网络各环节的传输路径延时，提供同步建立时间小于10μs的运用。IEEE15888高校时精度的实现，需要支持IEEE1588的交换机才能实现，因此其应用成本较高。
另一种和轨道交通变电所种常见的校时方式为通过电力规约校时，如采用IEC60870-101/103/104或modbus通讯规约进行校时等。这种校时方式常用于轨道交通电力监控系统中控制中心主站与车站变电所通讯管理机之间或车站变电所通讯管理机与智能保护装置之间的校时。其中IEC60870协议对校时的标准报文有明确的规定，但标准modbus报文并未对校时报文做出相关规定，具体应用时上位厂家往往根据保护特点，按照固定的周期通过向保护装置指定的寄存器地址写入时间值来实现时间同步。该校时方式，精度受到校时周期参数的配置、通讯接口、通讯介质的影响，不确定因素较多。
二、规约校时问题探讨
某轨道交通综合监控（ISCS）系统有两台冗余FEP与主变电所所内冗余通讯管理机采用IEC60870-104协议通讯和校时，如通讯结构示意图所示。
通讯结构示意图
运营维护人员在检修时发现主变电所内通讯管理单元B机系统时间不正确，与所内GPS时间差了将近1个小时，初步怀疑校时功能失效。为解决此问题，维护人员在ISCS FEP双机上安装了wireshark网络抓包软件对104报文进行抓包和测试。
正常104协议通讯建立过程为通讯激活（U帧）->总召（I帧）->校时（I帧）示例报文如下所示：
主：680407000000，报文解析：通讯激活。
子：68040B000000，报文解析：通讯激活确认。
主：680E00 00 00 00640106 00010000 00 0014，报文解析：数据总如召唤。
子：（报文略）子站响应总召，上传总召数据。
主：68 14 02 00 0A 006701 06 00 010000 00 0001020304810905，报文解析：主站发送校时报文（含年、月、日、星期、时、分、秒、毫秒信息）。
子：6814 0C 00 04 006701 07 00 010000 00 0001 02 03 04810905，报文解析：子站确认接收校时。
正常状态下，主站完成通讯初始化完成后，将按照固定的周期向子站发送总召和校时报文。周期长短取决于104主站的驱动配置。104通讯建立后，如子站无数据上传，则在通讯闲时，主站会向子站发送测试短帧（U帧）用于测试主站与子站的通讯是否保持正常。
维护人员对wireshark软件抓取的104报文进行解析后发现ISCS FEP A 机严格按照标准104协议通讯流程在建立链接后按固定的周期向主变电所所内通讯管理单元A机发送校时报文，因此通讯管理单元A机的时间正确。
在对ISCS FEP B机的104协议报文解析后发现，104通讯链接激活确认（U帧）后，未再发送总召唤和时间同步帧，只有重复发送用于测试子站通讯是否正常的测试短帧（U帧），即ISCS FEP B机没有向主变电所通讯管理机B机发送校时报文，这是导致通讯管理机B机时间无法得到校正的直接原因。ISCS FEP上抓取的104报文如下所示：
主：680407000000，报文解析：通讯激活。
子：68040B000000，报文解析：通讯激活确认。
主：68 04 43 00 0000，报文解析：通讯测试。
子：68 04 83 00 0000，报文解析：回复主站通讯测试正常。
主：68 04 43 00 0000，报文解析：通讯测试。
子：68 04 83 00 00 00，报文解析：回复主站通讯测试正常。
同样使用104协议，采用相同的驱动，为何ISCS FEP B机不下发校时报文？技术人员推断与冗余机制有关。ISCS FEP双机采用冗余机制，FEP A机为强制主机，只要FEP A机正常运行，那么用于实时数据采集的IO服务将运行在FEP A机上,只有在FEP A机退出服务时，IO服务才会切换到FEP B机上。IO服务未运行在FEP B机上可能是导致FEP B机未下发校时和总召报文的原因。为证明该推断的正确性，我们强制将FEP A机退出了服务，这时IO服务切换至了FEP B机上，我们通过网络抓包软件看到FEP按照正常流程下发了校时报文，FEP时间同步成功。由此可见由于FEP冗余模式特点，FEP B机长期未运行IO服务，驱动未下发时间同步报文，导致了主变电所内通讯管理B机的时间出现错误。
为确保通讯管理机B机及进得到校时，我们将通讯管理机B机的校时方式由原来的104规约校时，改为NTP校时，时钟源为主变电所内的GPS时钟，有效解决了通讯管理机B机时间不同步的问题，同时提高了校时精度。
三、结束语
变电所可采用的校时方式较多，各种校时方式各有各自的特点。对于采用电力通讯规约校时的冗余设备，应考虑冗余机制对校时功能的影响。
参考文献:
[1]冉懋海，陈小川，徐毅.网络时间协议在电力监控系统时钟同步中的应用[J].电力系统通信，2006，27（159）：29-32
论文作者:陈楚楚
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
标签：报文论文; 时方论文; 通讯论文; 变电所论文; 时间论文; 时钟论文; 冗余论文; 《防护工程》2019年第3期论文;