(内蒙古电力（集团）有限责任公司锡林郭勒电业局 内蒙古锡林浩特市 026000)
摘要：GPS（Global Positioning System），即全球卫星定位系统，目前被广泛应用于变电站综合自动化及各种继电保护装置的同步精确对时。随着电网自动化、智能化水平的提高，电力系统对统一时钟的要求也越来越高，特别是数字化、智能化变电站合并单元等智能装置的出现，数据同步已成为影响电力系统安全稳定运行的重要因素。本文分析了变电站GPS对时装置频繁异常告警影响内容。
关键词：变电站；GPS对时装置；频繁异常；
根据被授时设备和系统的数量、与主时钟的距离和对可靠性要求的不同，GPS时间同步系统主要分为基本式时间同步系统、主从式时间同步系统、主备式时间同步系统。主备式时间同步系统由于适用于对可靠性要求高且被授时设备／系统的数量多或与主时钟的距离远的情况，因此目前应用普遍。主备式时间同步系统由两套主时钟（互为备用）、多套从时钟组成，对被授时设备或系统对时，实现时间同步。
一、概述
1.GPS 对时原理。变电站GPS 卫星对时系统即是利用GPS 卫星精确的时间信号，通过软、硬件的处理，将误差小于1 s 的国际标准时间转换为北京时间输出。一是GPS 信号接收器：用于接收GPS 卫星信号，其内部硬件电路和处理软件通过对接收到的信号进行解码和处理，从中提取并输出两种时间信号[2]。二是同步脉冲发生电路：通过编程输出间隔为1s的脉冲信号1PPS，其脉冲前沿与国际标准时间（UTC）的同步误差不超过1 s。脉冲可以是光电隔离的有源TTL 电平或者是静态空接点形式输出。三是中心处理单元：对整个系统进行监控。通过前面板LED显示和键盘接口，进行人机交互，同时控制对外输出端口的状态。
2.GPS 工作方式。由主时钟接受GPS 卫星发送的秒同步信号，扩展时钟接受主时钟TTL 电平IRIG-B 信号（电压约为1.0-2.0V左右），再输出信号至对应保护装置，主时钟与扩展时钟通过光纤信号传输，再经光电转换器转为电信号接至扩展时钟然后输出信号至对应保护测控装置。因光电转换器的型号不同，有的为TTL 电平IRIG-B 信号（电压约为-2.5~+2.5V 左右），有的为差分电平即RS422 电平IRIG-B 信号（-4.5~+4.5V）。每一扩展时钟均能独立从两主时钟获得时间信号，两者互为备用。当某套GPS 扩展时钟出现问题时（如跟踪不到卫星、天线受损等），自动切换到另一GPS 主时钟获取标准时间信号，以保证本小室对时信号正常输出。
二、实例分析
1.故障现象。某日起某变电站监控工作站在某些时间段内频繁出现GPS时间同步信号系统主机柜第二套主时钟GPS异常告警动作信号。检查现场同步系统主时钟装置面板，发现面板上GPS告警灯亮，此时时间源为IRIG-B ，相应黄色指示灯亮，信号很快复归，面时间同步系统所配备的两套主时钟主机为冗余热备，当一套主机系统断电或故障后，仍能保证时钟信号自动切换，确保时间的正确性。目前，变电站较多采用时间同步系统两套主时钟主机冗余热备运行模式，确保自动化对时的正确性。
2.异常原因分析。由于在某些相对固定时间段内集中频发GPS异常信号，而其它时间段并未出现，所以第二套主时钟信GPS号告警回路并未存在问题。观察发现，正常运行时，第二套主时钟装置面板能显示GPS接收器锁定的卫星数为９颗；而异常告警时，该装置面板未显示锁定卫星数，即GPS接收器未能锁定到卫星，该装置未能接收到GPS时间信号，从而导致异常告警，该装置采用备用的IRIG-B 时间基准信号。影响接GPS收器锁定卫星的因素有工作环境、安装位置等。通过仔细检查，未发现明显的GPS接收器接线及外观问题。两台GPS接收器均安装在主控楼顶层阳台，附近无较高物体遮挡，能有较大空间对着天空接收卫星信号。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆两台接收器因安装位置较靠近，故在工作环境及安装位置条件上并无差异。综上分析，认为第二套主时钟GPS接收器内部存在问题，未能稳定地正常锁定卫星并接收卫星信号，从而导致异常告警。
3.异常影响分析。一是设备运行角度。GPS时间源异常时，本套主时钟可获取IRIG-B 时间码进行时间同步，面板上的IRIG-B 灯点亮，证明此时该套装置采用的是IRIG-B 备用基准信号。当GPS信号及IRIG-B 信号消失后，该装置将启用内部时钟进行时间信号输出。当一套主时钟装置无任何时钟信号输出时，仍有互为备用的另一套时钟装置进行时间输出。异常发生后，检查现场继保设备、自动装置等对时正确，自动化设备的运行未受影响。通过分析GPS时间同步系统本身功能，也可得出一套主时钟异常告警不会影响设备对时功能。二是运行监盘角度。操作员工作站频繁告警，会造成告警信息和告警声音较多现象，而且存在将其它故障信号（如直流异常告警、跳闸信号等）排挤出告警信息窗口的可能性，延误信息判断和故障处理。这对设备监控尤其不利，大大增加了运行监盘压力。三是保护异常分析。经现场检查，GPS 主时钟和扩展时钟屏均无异常和告警信息，在排查过程中发现保护装置通讯插件GPS-端子有松动现象，但经重新紧固后，异常并未消除。另与同类保护进行测量比对，发现该套保护GPS 有对时脉冲输入，电压为-1.8 V ~+1.8V 左右，远低于正常RS485 电平IRIG-B 信号电压输出范围：-4.5V~+4.5V。查阅GPS-S02 扩展时钟厂家说明书，GPS 扩展屏采用不同信号插板模块化输出对时信号，其中明确：为满足不同客户的需要，每种GPS 信号插板都有不同的同步信号输出。而在缺陷处理过程中通过更换该套保护GPS 输入模块接线端子，重启保护后，保护恢复正常，缺陷消除，这也完全证明了因该模块输出电压异常引起了IRIG-B 对时异常，进而引起保护装置的异常。
4.异常处理措施。一是从经济性方面考虑。从经济性方面考虑，该套主时钟GPS 异常告警接点可不接出线，即不上传该装置GPS 异常信号至操作员工作站。该操作并不影响本套装置的正常运行，因为在GPS 信号消失后，IRIG-B 信号会被采用成为基准时间信号，这并不影响该套装置运行，而且在IRIG-B 这个备用信号消失情况下，会发出IRIG-B 信号消失告警，此时的告警信号将表明本装置未能接收到GPS 卫星信号和IRIG-B 时间基准信号，只能通过内部时钟来输出时间信号。所以，采取该措施并不会影响设备运行，而且也可有效解决操作员工作站告警信息窗口频繁告警的现象。二是从设备正常运行考虑。从设备正常运行和长远性方面考虑，该套主时钟设备的GPS 接收器未能稳定接收信号是异常告警的根本原因，而不采用GPS 异常告警功能，只是暂时解决了问题。为了从根本上解决问题，可联系厂家对GPS 接收器进行更换，未有备件时可考虑更换整套主时钟装置，以确保变电站时间同步系统的正常运行。板告警灯消失，却重复告警。正常运行时，时间源应为GPS 时间信号。三是按照南瑞继保PCS系列保护装置说明书要求，硬件脉冲对时空节点方式和RS485 总线IRIG-B 对时方式只能选用一种，推荐使用RS-485 总线对时方式，则硬件脉冲对时输入不接。对于GPS 对时异常如何会导致保护异常问题，保护厂家有关工程人员未给出合理解释，且该现象已在同一变电站同一厂家保护连续发生两次，在未真正消除这一疑问之前，建议存在GPS 问题的各变电站提高警惕，加大对该类型保护的巡查力度。
利用GPS卫星对时系统可以方便的在各站内获得精确、统一的时间基准，使各种自动化装置的时钟能够确保一致，给事故分析和运行管理带来了很大的方便。但同时我们也应清醒地认识到因GPS装置异常给保护装置带来的安全隐患。对于存在GPS对时问题的变电站，应加大缺陷排查力度，尽早消除可能给保护正常运行带来的安全风险。
参考文献：
[1]章巍,舒畅.GPS 卫星综合对时系统在发电厂的应用[J].浙江电力,2016(4)
[2]国家电网公司人力资源部组编.国家电网公司生产技能人员职业能力培训通用教材变电站综合自动化[M].中国电力出版社
[3]池勇.GPS 全球定位系统在电力系统中的应用[J].浙江电力,2015(3)
论文作者:刘阳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/14
标签：信号论文; 时钟论文; 时间论文; 异常论文; 变电站论文; 装置论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第29期论文;