电力系统综合对时系统

方 案 建 议 书

XX工程公司 年月日

1.概述

随着电厂、变电站自动化水平的提高，电力系统对统一时钟的要求愈来愈迫切，有了统一时钟，既可实现全站各系统在GPS时间基准下的运行监控和事故后的故障分析，也可以通过各开关动作的先后顺序来分析事故的原因及发展过程。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。因此，原国家电力公司在1999年10月发布的《微机母线保护装置通用技术条件》(DL/T670-1999)及部颁标准《220KV～500KV电力系统故障动态记录装置检测要求》（DL/T663-1999）中，都明确要求采用外部GPS时钟对电站装置进行校时。

现在电站大多采用不同厂家的自动化装置、微机保护装置、故障录波装置、电能量计费系统、计算机监控系统、DCS系统、及输煤、除灰、脱硫等控制装置。各种装置大多数采用各自独立的时钟，而各时钟都有一定的偏差，全站各系统不能在统一时间基准的基础上进行数据分析；各种对时装置同时存在不利于现场运行维护。若各系统实施统一GPS对时方案，可实现全站各系统在GPS时间基准下的运行监控和事故后的故障分析。而且各电站往往有不同的装置需要接收时钟同步信号，其接口类型繁多，装置的数量也不等，所以在实际应用中常感到GPS 装置的某些类型接口数量不够或缺少某种类型的接口，其结果就是电站中有些装置不能实现时钟同步，或者需要再增加一台甚至数台GPS装置，而这往往受到资金不足或没有安装位置等限制。

为了解决这一问题，科汇公司根据客户的需求并结合自身的工程经验，开发出了T－GPS8000电力系统综合对时系统。 2. T－GPS8000对时方式介绍

T－GPS8000电力系统综合对时系统为电厂内各种自动化装置或系统对时，给保护、录波、监控、热工控制、能量计费等装置提供以下对时方式：

2.1 脉冲同步信号

装置的同步脉冲常用空接点方式输入。常用的脉冲信号有：

1PPS ---每秒钟发一次脉冲 1PPM ---每分钟发一次脉冲

1PPH ---每小时发一次脉冲

用途：对国产微机保护、故障录波器、雷电定位系统、行波测距系统对时。 2.2串行口对时方式

装置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,串行口又分为RS232接口和RS422接口方式。

用途：对变电站综合自动化、电能量记费系统、输煤PLC、除灰PLC、化水PLC、脱硫PLC、控制室时间显示器对时。

2.3 IRIG—B方式对时

IRIG-B为IRIG委员会的B标准，是专为时钟的传输制定的时钟码。国外进口装置对时常使用该信号输入方式。每秒输出一帧按秒、分、时、日期的顺序排列的时间信息。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。

用途：给某些进口保护或故障录波器对时。如GE公司的保护、ABB公司的保护、HATHAWAY的故障录波器、ALSTOM公司的保护、惠安公司的自动化装置、莱姆公司的BEN5000故障录波器、SEL公司的保护、西门子设备等。

有了以上对时接口方式，可以将电站内的所有具有对时功能的装置对时，达到统一时钟的目的。

3. T－GPS8000系统方案

T－GPS8000一般由两台主时钟(T-GPS-B1)及不同数量的B码、报文扩展装置(T-GPS-F3)和脉冲扩展装置(T-GPS-F4)构成，根据电厂/电站的实际情况并结合科汇电气公司的工程经验，我们提出如下的T－GPS8000具体构成方案。

在电厂、变电站主控制室及机组监控室，500KV、220KV继电保护小室分别安装一面GPS时间同步系统屏（见附件）。

两台主时钟完成GPS卫星信号的接收、处理，及向信号扩展装置提供标准同步时间信号（RS422电平方式IRIG-B）；

每台主时钟同时具有接收另一台主时钟所送处的IRIG-B时间信息的功能，达到两台主时钟之间能够互为备用；

每台主时钟具有内部守时功能。

扩展装置接受主时钟提供的时间信息，经过扩展向其它装置提供多路输出接口。 主时钟和时间扩展装置之间通过光纤连接。

T-GPS8000系统屏配置的GPS卫星同步时钟提供各种时间同步信号用于实现电站内计算机监控系统、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU及各级能量管理系统、用电负荷管理系统、通信网监控系统、电能量记费系统、电网频率按秒考核系统、功角测量装置、线路故障行波测距装置、雷电定位装置、调度录音电话、各类信息管理系统MIS、DCS系统、及各种输煤PLC、除灰PLC、化水PLC、脱硫PLC等的时间同步，使电厂内各设备具有统一的时间基准。

主时钟的时间信号接收单元能接收GPS卫星发送的协调世界时（UTC）信号作为外部时间基准信号。正常情况下，主时钟的时间信号接收单元独立接收GPS卫星发送的时间基准信号；当某一主时钟的时间信号接收单元发生故障时，该主时钟能自动切换到另一台主时钟的时间信号接收单元接收到的时间基准信号，实现时间基准信号互为备用，切换时间小于0.5秒，切换时主时钟输出的时间同步信号不会出错。

信号扩展装置的时间基准信号输入包括两路IRIG-B（RS-422）输入。当信号扩展装置只接一路IRIG-B（RS-422）输入时，该路输入可以是IRIG-B输入1，也可以是IRIG-B输入2。

信号扩展装置接入两路IRIG-B（RS422）时码输入时，以IRIG-B（RS422）输入1作为该扩展装置的外部时间基准，IRIG-B（DC）输入2作为后备。

主时钟及扩展装置具有内部守时功能。当接收到外部时间基准信号时，被外部时间基准信号同步；当接收不到外部时间基准信号时，切换到内部守时，保持一定的走时准确度，使主时钟或扩展装置输出的时间同步信号仍能保持一定的准确度。当外部时间基准信号接收恢复时，自动切换到正常状态工作，切换时间小于0.5S，切换时时钟输出的时间同步信号不会出错。

输出的时间同步信号可满足秒(1PPS)、分(1PPM)、时(1PPH)、IRIG-B、空接点、DCF77以及串口等方式。

主时钟及信号扩展装置所有时间同步信号输出时，各路输出在电气上均相互隔离。 主时钟及信号扩展装置具有工作状态指示、告警显示和告警信号输出功能。告警信号的电接口类型为继电器空接点，接点耐压>250V DC。

具有时间显示功能，运行状态下显示时、分、秒。

可采用两路直流电源供电，任何一路电源消失，主时钟及信号扩展装置仍保持正常工作。 T-GPS8000可以根据用户需要方便地扩展时间信号输出量，而且不会影响整个系统的正常工作。 4.样本介绍

在T－GPS8000中，包含不同数量的主时钟(T-GPS-B1)、B码/报文扩展装置(T-GPS-F3)和脉冲扩展装置(T-GPS-F4)，下面分别介绍这三种单元。

4.1 主时钟T-GPS-B1 用途及特点：

主时钟T-GPS-B1(以下简称T-GPS-B1)主要用来接收GPS（全球定位系统）卫星信号或接收IRIG-B（RS422）时间基准信号，并向信号扩展装置提供时间基准信号。T-GPS-B1具有TTL脉冲电平测试口和内部守时功能。如果GPS信号不足时，可以使用外接IRIG-B信号来获得时间信息，如果这两种信息都不正确，本装置通过内部时钟来输出时间信号。

装置的输出节点：

8路脉冲输出节点，可以将输出节点分组设置为秒脉冲(1PPS)、分脉冲（1PPM）、时脉冲（1PPH）；

4路RS232串行口，串行信息的波特率可以通过前面板上的按键调整； IRIG-B码输出，4路正弦调制的IRIG-B和8路RS422电平的IRIG-B.

监视本机运行状态的告警接点输出，包括电源消失告警、GPS信号消失告警、IRIG-B信号消失告警以及本装置自检异常告警。

装置的结构： 1）装置的前面板

图1 T-GPS-B1前面板示意图

本机运行时前面板上的数码管显示当前时间或状态，按键可以对输出进行设置。 主时钟前面板上有下列工作状态指示：

本机状态指示：含“电源指示”、“1PPS”脉冲指示灯，装置接通电源时，“电源指示”灯亮，正常运行时“1PPS”脉冲指示灯闪烁。

时间基准信号来源：指示本机当前时间基准信号来源，包括“GPS卫星”、“IRIG-B”两个指示灯。如果“GPS卫星”指示灯亮，说明本机当前是接收GPS卫星信号来获取时间信息，如果“IRIG-B”指示灯亮，说明本机当前是接收IRIG-B信号来获取时间信息，如果两个灯都不亮，则本机是靠内部时钟来维持时间信息。

输入信号监视：监视本机接收时间信号是否正常，如果“GPS信号异常”指示灯亮，则说明本机未接收到同步后的GPS卫星信号，如果“IRIG-B信号异常”指示灯亮，则说明本机未正确接收到IRIG-B卫星信号。

2）装置的后面板

图2 T-GPS-B1后面板示意图

3） T-GPS-B1配有一个易于安装的天线。有源天线头封装在长约100mm直径约30mm高的塑料圆盘内，天线的导引线是低损耗同轴电缆。天线长度可根据站内实际情况配置。

4.2扩展装置T-GPS-F3 装置的用途及特点

扩展装置T-GPS-F3(以下简称T-GPS-F3)提供多路B码信号和多路串行口信号。T-GPS-F3可以通过接收IRIG-B1或IRIG-B2以供本机工作，如果这两路信号都不足时，本装置通过内部时钟来输出时间信号。

输出节点:

有32路IRIG-B码输出，格式可为正弦调制的IRIG-B、RS422电平调制的IRIG-B和直流偏置IRIG-B；

有4路RS232串行信息输出，串行信息的波特率可以通过前面板上的按键调整； 有监视本扩展装置运行状态的告警接点输出，包括电源消失告警、IRIG-B1信号消失告警、IRIG-B2信号消失告警以及本装置自检异常告警。

装置的结构： 1)装置的前面板

图3 T-GPS-F3前面板示意图

本机运行时前面板上的数码管显示当前时间或状态，按键可以对输出进行设置。 前面板上有下列工作状态指示：

本机状态指示：含“电源指示”、“1PPS”脉冲指示灯，装置接通电源时，“电源指示”灯亮，正常运行时“1PPS”脉冲指示灯闪烁。

时间基准信号来源：指示本机当前时间基准信号来源，包括IRIG-B1、IRIG-B2两个指示灯。如果“IRIG-B1”指示灯亮，说明本机当前是接收IRIG-B1信号来获取时间信息，如果“IRIG-B2”指示灯亮，说明本机当前是接收IRIG-B2信号来获取时间信息，如果两个灯都不亮，则本机是靠内部时钟来维持时间信息。

输入信号监视：监视本机接收时间信号是否正常，如果“IRIG-B1异常”指示灯亮，则说明本机未接收到IRIG-B1信号，如果“IRIG-B2异常”指示灯亮，则说明本机未正确接收到IRIG-B2信号。

2)装置的后面板

图4 T-GPS-F3 后面板示意图

4.3脉冲信号扩展装置T-GPS-F4 装置的用途及特点：

脉冲信号扩展装置T-GPS-F4(以下简称T-GPS-F4)提供多路脉冲信号，可以满足需要GPS脉冲输出接点较多的场合。T-GPS-F4可以通过接收IRIG-B1信号或IRIG-B2信号以供本机工作，如果这两路信号都不足时，本装置通过内部时钟来输出时间信号。

装置的输出节点:

64路脉冲输出，可以通过前面板上的按键编程为秒脉冲(1PPS)、分脉冲（1PPM）、时脉冲（1PPH）；

4路RS232串行信息输出，串行信息的波特率可以通过前面板上的按键调整； 监视本扩展装置运行状态的告警接点输出，包括电源消失告警、IRIG-B1信号消失告警、IRIG-B2信号消失告警以及本装置自检异常告警。

装置的结构： 装置的前面板

图5 T-GPS-F4前面板示意图

本机运行时前面板上的数码管显示当前时间或状态，按键可以对输出进行设置。 前面板上有下列工作状态指示：

本机状态指示：含“电源指示”、“1PPS”脉冲指示灯，装置接通电源时，“电源指示”灯亮，正常运行时“1PPS”脉冲指示灯闪烁。

时间基准信号来源：指示本机当前时间基准信号来源，包括IRIG-B 1、IRIG-B2两个指示灯。如果“IRIG-B1”指示灯亮，说明本机当前是接收IRIG-B1信号来获取时间信息，如果“IRIG-B2”指示灯亮，说明本机当前是接收IRIG-B2信号来获取时间信息，如果两个灯都不亮，则本机是靠内部时钟来维持时间信息。

输入信号监视：监视本机接收时间信号是否正常，如果“IRIG-B1异常”指示灯亮，则说明本机未接收到IRIG-B1信号，如果“IRIG-B2异常”指示灯亮，则说明本机未正确接收到IRIG-B2信号。

2）装置的后面板

图6 T-GPS-F4后面板示意图

5.引用标准

T-GPS8000的设计、制造、检查、试验及特性都遵照最新版本的下列标准和规定进行。 QB/HD01-2002 华东电网时间同步系统技术规范 GJB2242-1994 时统装置通用规范 GJB2991-1997 B时间码接口终端

GB/T15527-1995 船用全球定位系统（GPS）接收通用技术条件 GB11014-1990 平衡电压数字接口电路的电气特性

GB/T6107-2000 使用串行二进制数据交换的数据终端装置和数据

电路终接装置之间的接口

GB/T14429-1993 远动装置和系统术语 GB/T16435-1996 远动装置和系统接口 GB/T17463-1998 远动装置和系统性能要求

GB/T13926-1992 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性

6. T－GPS8000运行条件

6.1装置环境条件

6.1.1 工作温度：-5 ～ +45 ℃ 6.1.2贮存温度: -40～ +50 ℃ 6.1.3湿度：<95% 6.2 电源

交流供电： 220V ±20%或110V±20% 47Hz ～63Hz 直流供电： 220V ±20%或110V±20% 6.3抗干扰

在雷击过电压、一次回路操作、开关场故障、二次回路操作及其它强干扰作用下，装置不误动作。

装置快速瞬变干扰试验、高频干扰试验、辐射电磁场干扰试验、冲击电压试验和绝缘试验应符合标准GB/T13926-1992（工业过程测量和控制装置的电磁兼容性） 7. T－GPS8000技术参数

GPS接收器

接收频率：1575.42MHz

接收灵敏度：捕获〈-130dBm，跟踪〈-130dBm 同时跟踪：正常状态下可同时跟踪8~12颗GPS卫星

装置冷起动时不小于4颗卫星； 装置热起动时不小于1颗卫星。

捕获时间：装置冷起动时小于20min，装置热起动时小于2min

内部的时钟准确度优于7*10-8(4.2μs/分钟) 功耗：≤15W 平均无故障间隔时间

(MTBF)≥50000小时，主时钟平均维修时间（MTTR）一般不大于30分，使用寿命不少于20年。正常使用条件下无须维护。

尺寸

标准的19英寸2U工业机箱。使用德国RITTAL进口机箱，具体外形尺寸如下图所示：

图7 装置外形尺寸图

输出时间与协调世界时（UTC）时间同步准确度：≤1us 时间同步信号电接口

IRIG-B（AC）调制信号接口

载波频率：1kHz；

信号幅值峰-峰值：高：3-12V可调，低：符合3：1调制比要求； 输出阻抗：600欧姆，变压器隔离输出。 同步准确度：≤9us

IRIG-B（DC）直流偏置信号接口 准时上升沿的时间准确度≤1us

时标脉冲输出 1） 1PPS脉冲信号

准时沿：上升沿，上升时间≤50ns；上升沿的时间准确度≤1us； 脉冲宽度： 200ms，允许外接电压：250V。 2） 1PPM脉冲信号

准时沿：上升沿，上升时间≤150ns；上升沿的时间准确度≤3us； 脉冲宽度： 200ms，允许外接电压：250V。 3） 1PPH脉冲信号

准时沿：上升沿，上升时间≤1us；上升沿的时间准确度≤3us； 脉冲宽度： 200ms， 允许外接电压：250V。 时间报文 信息格式：

＜Ｓ＞＜Ｔ＞ D D D D D D D D D D D D D D D＜Ａ＞ ↑ ↑ ↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑ ↑ 同桢时时分分秒秒日日月月年年年年校标 步头十个十个十个十个十个千百十个验准 标位位位位位位位位位位位位位位字时 志节结 束

其中，与秒脉冲（PPS）的前沿对齐，装置收到卫星信号则发送S，装置失步就停发S。

串口通信速率：300BPS、600BPS 、1200BPS、2400BPS、4800BPS、9600BPS、19200 BPS可选。

报文发送时间方式：每秒输出、每分输出一次（帧）或应答方式输出可选.

串行数据通道接口RS-232/RS485

接口RS-232电气特性符号GB/T6107-2000（ITU-T建议V.28）； 接口RS-422电气特性符号GB-11014-90（CCITT建议V.11）； 接口RS-485电气特性符号EIA/485（CCITT建议V.28）。

8. T－GPS8000输出接口配置 序号 名称 1 主时钟 型号 T-GPS-B1 配置 2个TTL脉冲、6个空接点脉冲、4个IRIG-B（调制AC码）、8个IRIG-B（RS422）、4个RS232串口、IRIG-B码时间基准备份功能、脉冲输出信号可编程、带告警接点、带内部守时功能、采用德国威图机箱 2 B码、报文T-GPS-F3 扩展装置 32个IRIG-B、4个RS232串口、12个空接点脉冲、双IRIG-B码时间基准备份功能、脉冲输出信号可编程、带告警接点、带内部守时功能、采用德国威图机箱 B码格式可根据电厂内具体情况合理配置 3 脉冲扩展T-GPS-F4 装置 64个空接点脉冲、4个RS232串口、双IRIG-B码时间基准备份功能、脉冲输出信号可编程、带告警接点、带内部守时功能、采用德国威图机箱 9. T－GPS8000结构

T－GPS8000采用柜式全封闭结构，屏内接插件部分接触良好。柜前后开门，前门用有机玻璃单门，后门为双开钢门结构，密封的前后门带锁。门框带有磁力密封条。屏体底部有可封闭的电缆孔，可防灰尘、虫及小动物。

屏内端子采用阻燃型凤凰端子；

屏内预留足够标准的插槽、面板和接线端子排，以满足将来不同时间信号输出接口数量的扩展要求；所有时间输出信号全部接入柜内的端子排上。 屏柜设有一接地母线，截面≥160 m㎡ 屏体底面预留与地基槽钢固定的结构件。

屏体尺寸：800×600×2260（宽×深×高）或用户选定。 屏体颜色：用户选定。 10. 采用T－GPS8000的优点

统一的时间基准：保证电厂内各个装置具有统一的时间基准。

T－GPS8000主时钟和信号扩展装置都采用了冗余化配置，保证了GPS同步系统的可靠性。 为电厂将来改造时GPS时间同步信号的扩展提供了方便，便于维护、管理。

采用T－GPS8000后，电厂内各个装置有了统一时间基准，消除了各个装置的时钟偏差，为分析各开关的动作情况带来了极大方便。