1、用戶需求分析、設計指導思想

1.1 用戶需求分析

中國電網已初步建成以超高壓輸電大機組和自動化為主要特徵的現代化大型電網系統它的運行實行分層控制,設備的運行往往要靠數百千米外的調度員指揮;電網運行瞬息萬變,發生事故後更要及時處理,這些都需要統一的時間基準為保證電網**經濟運行,各種以計算機技術和通信技術為基礎的自動化裝置廣泛應用,如調度自動化系統故障錄波器微機繼電保護裝置事件順序記錄裝置變電站計算機監控系統火電廠機組自動控制系統雷電定位系統等等這些裝置的正常工作和作用的發揮,同樣離不開統一的全網時間基準GPS時鐘同步裝置就是為了全網時間同步提供標準時間參考的精密授時儀器。

由於GPS定位和授時系統的準確性和開放性，因此在電力系統中的應用非常廣泛，可以用於故障定位、故障錄波、狀態確定、電機勵磁和調速、功角測量等。在保護方面已用於電力系統的失步保護、線路的電流縱差保護等，還用於電網的綜合自動化系統、繼電保護裝置的同步**對時。GPS接收器能夠送出非常**的時間信息，但該信息是固定不變的。它必須經過轉換後才能滿足系統內已經使用或將要使用的各種裝置對同步源的要求。　　各個製造廠商以及用戶對同步的要求是各不相同的，有些使用不同幅值、不同頻率、不同時延的脈衝同步方式，而有些使用標準的串行編碼方式，比如MSF格式或IRIG－B格式，用戶大多喜歡使用當地時鐘格式（比如臺北時間）而不喜歡使用UTC時鐘格式。於是就必然地出現了一種規約轉換器。將GPS接收器送出的固定信息轉換成各種不同的格式輸出，以滿足各種裝置及用戶的要求。該規約轉換器就俗稱為GPS同步時鐘。　　利用同1個信號對電網內的所有時鐘進行實時或定期同步對時，可以達到統一時鐘的目的。目前大致有3種對時方式：

　　（1）電網**調度所通過通訊通道同步系統中各時鐘；　　（2）利用廣播電臺、電視臺、天文臺的無線報時信號；　　（3）利用GPS全球定位系統的時鐘信號。

　 　**種同步方式是目前遠動系統普遍採用的方式，該同步方式需要佔用通 道時間。由於信號通過通道傳送到不同廠，站的延時不相同，所以只能保證時間的誤差在ms級以上的水平，並且對通道的要求高。　　第二種同步方式受氣候影響比較大，與廠、站所在地理位置也有很大關係，並且容易受到電磁波的干擾，丟失信號。　　第三種同步方式是目前**理想的同步方式，即GPS/北斗時鐘同步方式。GPS/北斗系統每秒發送一次信號，其時間精度在1μs以內，在全球任何位置均能可靠接收到信號，是理想的同步時鐘源。　　GPS/北斗衛星同步時鐘有多種接口輸出方式，如脈衝同步方式、串行口同步方式、編碼同步方式等，完全可以滿足各類裝置的同步要求。GPS/北斗主時鐘當接收到空中衛星信號後，直接通過FTMШ測頻模塊來對SCADA電力調度系統，實現對遠程現場的運行設備進行監視和控制，以滿足遠程數據採集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能的同步要求。GPS/北斗服務器還可以支持滿足電力繼電器室需要的不同輸出方式，主要是通過時間擴展設備來擴展如：IRIG-B時間碼、DCLS、1PPS、1PPM、DCF77、RS232、RS422等。另外，電力的一些終端設備如RTU、SCAD、辦公設備、交換機等的時間校正則通過TCP/IP網絡與GPS/北斗時間服務器相連接

系統構成:

兩臺主時鐘、多臺從時鐘、子鍾（數字式/指針式時間顯示單元）和信號傳輸介質組成，時間同步裝置（包括主時鐘和從時鐘）主要由接收單元、時鐘單元和輸出單元組成。

2、設計區域

包括以下地方，但不僅限於以下地方：

2.1 網控繼電器室（主時鐘屏櫃）及日曆數字顯示子鍾

2.2 電氣繼電器室（從時鐘屏櫃）及日曆數字顯示子鍾

2.3 **控制室 日曆數字顯示子鍾

2.4 所有的輔助控制室日曆數字顯示子鍾

2.5 門口，保衛室 數字式子鍾

2.6 主任和主管辦公室日曆數字顯示子鍾

2.7 每一個電氣和電子設備間數字式子鍾

2.8 私人辦公室 數字式子鍾

2.9 每一個有工作人員的房間，例如車間等， 數字式子鍾

2.10 每一個公用的房間（如會議室、食堂等）數字式子鍾

3、時鐘系統概述及技術參數：

時間同步系統配置的衛星同步時鐘用於實現全廠單元機組監控系統、DEH、ETS、TSI系統、繼電保護、**自動裝置、故障錄波、NCS系統、故障測距、輸煤DCS、化水DCS、除灰DCS、遠動等設備的時間同步，能提供滿足這些設備需要的各種時間同步信號。 全廠時間同步系統網控繼電器室的主時鐘櫃設置兩臺主時鐘，每臺主時鐘均能獨立接收GPS衛星和中國北斗衛星無線時間信號作為“主”外部時間基準；當某一主時鐘的時間接收單元發生故障時，該主時鐘應能自動切換到另一臺主時鐘，實現時間基準互為備用，倒換時間小於50MS。電氣繼電室放置從時鐘，從時鐘同樣採取冗餘設置，即可接收主時鐘標準參考信號，也可以在上游信號中斷時自動切換到衛星授時。其它重要區域均設置子鍾，為工作人員提供權威的標準時間參考。

時鐘同步裝置拓撲圖如下所示：

3.1 主時鐘屏內部連接：

主時鐘屏櫃的主備主時鐘接收衛星信號並按照事先設定好的優先級選定以GPS或北斗衛星時鐘源作為主輸入信號，當主信號輸入有誤碼或者信號丟失時，系統自動判斷並切換到備選信號，如主信號恢復正常，系統自動重新鎖定主信號。主備母鐘均輸出一路B碼給接口擴展箱，接口擴展箱根據現場實際需求可以輸出RS232/422/485信號、RIRG-B信號、PPS/PPM/PPH信號、報文信號、CANBUS信號、DCF77信號、NTP網絡信號、PTP信號、2M基準信號、10M基準信號等。

接口擴展箱輸出兩路B碼時間信號到光線終端盒，由光線終端盒把信號輸出給從時鐘屏。

3.2 主時鐘屏與從時鐘屏的信號連接:

主時鐘接收到衛星信號鎖定並消除累積誤差，輸出B碼信號給接口擴展單元，接口擴展單元輸出兩路光纖信號給光纖終端盒的輸入端，光纖終端盒的輸出端引出兩路B碼信號到從時鐘屏的光纖輸入端。

3.3 時鐘屏的內部連接:

光纖輸出端輸出兩路B碼信號給延時補償環路補償裝置，通過設備自動檢測和設置線路傳輸補償後，輸出修正後的時間信息給二級主備母鐘，主備母鐘接受並鎖定上游信號校正自身晶振時間並輸出標準B碼信號給接口擴展單元。擴展單元可以根據實際使用需求輸出RS232/422/485信號、RIRG-B信號、PPS/PPM/PPH信號、報文信號、CANBUS信號、DCF77信號、NTP網絡信號、PTP信號、2M基準信號、10M基準信號等。

時鐘屏內部接線圖：

主時鐘提供計算機監控系統、保護裝置、故障錄波器等設備的時間同步信號為：

計算機監控系統：網絡對時NTP或串口時間報文；

繼電保護裝置：秒脈衝（1pps）/分脈衝（1ppM）或IRIG-B（DC）時間碼及時間報文；

故障錄波器：秒脈衝（1pps）/分脈衝（1ppM）或IRIG-B（DC）時間碼及時間報文；

行波故障測距裝置：秒脈衝（1pps，精度1s）或IRIG-B（DC）時間碼及時間報文；

PMU裝置：秒脈衝（1pps，精度1s）或IRIG-B（DC）時間碼及時間報文；

電能計費系統：網絡對時NTP或串口時間報文；

保護信息管理子站：網絡對時NTP或串口時間報文；

綜合保護裝置：秒脈衝（1pps）/分脈衝（1ppM）或IRIG-B（DC）時間碼及時間報文；

子鍾：RS422/485，NTP時間碼。