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摘 要： 电力系统的运行状况瞬息万变，发生事故后更要及时处理、分析事故原因。自动控制系统要准确反映、判断、控制电力系统的运行，必须要有一个统一的时间基准。介绍GPS原理，GPS对时方式。论述XX电厂监控ECS系统中GPS系统的应用情况，分析目前GPS对时系统存在的问题，提出解决方案。
关键词： GPS；对时方式；自动控制系统；同步时钟；解决方案
由于电网微机化、自动化水平的不断提高，电力系统对高精度时钟的要求愈来愈迫切，电力系统对系统统一时钟的要求愈来愈迫切，特别是线路保护和故障录波装置尤其需要。统一时钟是保证电力系统安全运行，提高运行水平的一个重要措施。
1 GPS的工作原理
GPS系统是全球定位系统的简称。该系统有24颗卫星(其中三颗为备用卫星)分布于6个轨道平面上，构成一个全球定时定位网。GPS系统包括三大部分：空间部分－GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机。我们使用的是GPS信号接收机部分，它的任务是：能够捕获到按一定卫星高度所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解释出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。
2 GPS同步时钟的对时方式分类
2.1 脉冲同步信号（硬对时）
GPS装置的同步脉冲以空接点、TTL电平、422电平（差分）、24V/110V/220V有源、电流环方式输出。常用的脉冲信号有：1PPS-每秒钟发送一个脉冲；1PPM-每分钟发送一个脉冲；1PPH-每小时发送一个脉冲。
XX电厂现有的各类微机保护、测控装置（不含35KV出线保护器）采用了脉冲同步对时方式。
2.2 时间报文（软对时）
被对时设备通过串行口读取同步时钟每秒一次的串行输出的时间信息对时。串行口信息包括年、月、日、时、分、秒。
串行口分为RS232接口和RS422/485接口方式。
XX电厂电气控制ECS系统、集中控制PGP系统采用了RS485时间报文对时方式。
2.3 IRIG-B码对时
B码是一种串行时间交换码对时方式。国外进口装置常使用该信号输入方式对时。IRIG-B信号有直流偏置(TTL)电平、1KHz正弦调制信号、RS422电平方式、RS232电平方式四种形式。
XX电厂燃机MarkV系统及燃机发电机保护器采用B码对时对时方式，但目前没有对时信号源。
2.4 NTP网络对时
是用来在整个网络内发布精确时间的TCP/IP协议，它可以使计算机对其服务器或时钟源（如石英钟，GPS等）做同步化，提供高精度的时间校正。支持多种网络协议。网络接口有10/100M自适应以太网接口和RJ－45接口。XX电厂目前没有使用NTP网络对时方式，但在ECS、DCS等系统均可采用这种对时方式。
3 GPS在XX电厂的应用
3.1 GPS应用现状
XX电厂早期的微机保护装置、DCS系统采用的是定期人工手动对时方式，这种对时方式使用秒表作为时间基准，对时过程费时、对时精度只能精确到分钟，秒级误差在10秒左石。在2004年XX电厂进行的改扩建工程中，首次在许继公司电气控制ECS系统中采用了GPS接收机对时方式，实现了微机保护装置和ECS监控系统的时钟统一。在随后的技术改造项目中，又分别在北京四方公司电气控制ECS系统、110KV出线微机保护装置、110KV母线差动保护装置中配置了3台GPS对时装置。微机保护装置及ECS系统采用软硬对时方式，实现了时钟统一。
热控各DCS系统、信息采集SIS系统、燃机MarkV系统等自动控制系统目前仍然采用定期人工手动对时方式。
3.2 XX电厂采用的对时方式
XX电厂各类控制系统中目前只有电气ECS系统能实现GPS对时，GPS装置的对时信号通过RS-232串口输出与通讯管理机CSM-310E连接，通讯管理机CSM-310E通过以太网向现场微机保护装置下发时钟对时信号，实现时钟统一。
在XX电厂ECS对时系统中，对时方式采用软件对时和硬件对时2个部分。对时过程具体为：GPS时钟信号通过RS-232串口向系统计算机发送时间信息，安装在系统计算机上的接收软件接收该数据并实时修改计算机的时间，系统计算机通过现场总线给各微机保护装置发送时间信息，实现软对时。与此同时，GPS时钟向这些微机保护装置发送PPS脉冲，当脉冲处于上升沿时，各装置把系统计算机发送来的时间写入时间芯片，更新自身时间，从而达到整个系统的对时目的，实现硬对时。
4 目前GPS对时系统存在的问题
XX电厂现有4台GPS对时装置。目前仅有四方公司ECS系统及110KV出线微机保护装置的两台GPS投入正常使用。许继ECS系统在2007年ECS系统优化改造中退出运行，该系统的GPS对时装置停用。母差保护采用了与四方公司ECS系统网络对时，其GPS对时装置未用。
XX电厂另有各种自动控制系统，如热控的贝利DCS系统、和利时DCS系统、燃机MarkV系统、增压机ROCKWELL系统、燃机发电机DGP、DRS保护器、信息采集SIS系统、信息管理MIS系统、故障录波系统、电量计量系统、集中控制PGP系统、发电自动控制AGC系统、汽机电液调节DEH系统等目前均未实现GPS统一对时系统。这些自动控制系统控制、保护的各种自动装置、设备一旦发生事故，由于没有一个统一的时间基准，必然给事故后正确的故障分析判断带来很大困难。
5 解决方案设想
建立一套全厂统一的GPS对时系统，完成电气控制ECS系统、热控的贝利DCS系统、和利时DCS系统、燃机MarkV系统、增压机ROCKWELL系统、燃机发电机DGP、DRS保护器、信息采集SIS系统、信息管理MIS系统、故障录波系统、电量计量系统、集中控制PGP系统、发电自动控制AGC系统、汽机电液调节DEH系统、微机保护装置等自动控制系统、自动装置的统一对时。
目前，国内已有GPS生产厂家研制开发出适用电厂的对时系统，它将GPS卫星传送的世界时间或外部传送的时间基准信号作为定时信号源，产生用来传递时间信息的IRIG-B时间码、串行时间报文、脉冲信号、DCF77信号和NTP协议时间等各种对时信号。
由于XX电厂的自动控制系统、微机保护装置种类繁多，一台GPS对时装置不可能提供所有的对时接口来满足XX电厂的实际需要，必须采用主时钟装置与扩展时钟方式，通过扩展时钟提供XX电厂需要的对时接口，才能完全满足XX电厂各自动控制系统及微机保护装置的对时需要。
6 结论
由于发电厂微机化、自动化水平的不断提高，电厂对自动控制系统统一时钟的要求愈来愈迫切，特别是事故分析和故障录波装置尤其需要。正确 进行事故分析，必须要有一个统一的时钟基准，便于掌握事故发生的时间和分析事故产生的原因。从而缩短系统事故排除的时间，提高发供电系统的可靠性。统一时钟是保证电厂安全运行，提高运行水平的一个重要措施。
参考文献
[1] 闵勇,丁仁杰,任勇,王仲鸿. 电力系统全网同步监测系统 [J]. 清华大学学报(自然科学版). 1997 (07)
[2] 傅鸿志,朱祖仪. 关于电网时间统一系统的探讨 [J]. 电力系统自动化. 1994 (10)
论文作者:吴云龙
论文发表刊物:《电力技术》2016年第6期
论文发表时间:2016/10/16
标签：系统论文; 时方论文; 电厂论文; 时间论文; 时钟论文; 微机论文; 信号论文; 《电力技术》2016年第6期论文;