变电站GPS对时 变电站对时方式

在变电站中,各类自动化及继电保护装置的时间同步是进行事故分析的基准,计算机监控系统、故障录波器和微机保护装置都需要由统一的时钟源向它们提供标准时间。国内变电站主要以GPS时间信号作为主时钟的外部时间基准。

3种对时方式:硬对时(分对时或秒对时)、软对时(即由通讯报文来对时)和编码对时(应用广泛的IRIG-B对时)。基于GPS的对时方式有3种:1)脉冲对时方式;2)串行口对时方式;3)IRIG-B时间编码对时方式。脉冲对时和串行口对时各有优缺点,前者精度高但是无法直接提供时间信息,而后者对时精度比较低。IRIG-B码对时方式兼顾了两者的优点,是一种精度很高并且又含有绝对的精确时间信息的对时方式,采用IRIC-B码对时,就不再需要现场总线的通信报文对时,也不再需要GPS输出大量脉冲节点信号。国家电网公司发布的技术规范中明确要求新投运的需要授时的变电站自动化系统间隔层设备,原则上应采用IRIG-B码(DC)方式实现对时。

接线上两种都是用一对线即可,但是脉冲对时中的有源对时可以多个装置公用一对接点,无源对时则不可以,B码对时也不可以。另外由于B码是编码方式的对时,有传输距离限制(300米),脉冲则几乎没有限制,但脉冲对时由于没有区分年月日时分,因此还需要用软报文来结合对时才行,B码则不需要。IRIGB(国际通用时间格式码),IRIG B每秒发送一个帧脉冲和10MHz基准时钟,实现主控机/客户机的时钟同步。

软对时是以通讯报文的方式实现的,这个时间是包括年、月、日、时、分、秒、毫秒在内的完整时间,监控系统中一般是:总控或远动装置与GPS装置通讯以获得GPS的时间,再以广播报文的方式发送到装置。这种广播的对时一般每隔一段时间广播一次,如南瑞RCS-9698CD是1分钟下发一次。报文对时会受距离限制,如RS-232口传输距离为30m。由于对时报文存在固有传播延时误差,所以在精度要求高的场合不能满足要求。

硬对时一般用分对时或秒对时,分对时将秒清零、秒对时将毫秒清零。理论上讲,秒对时精度要高于分对时。分脉冲对时方式是现在国内外微机保护较常采用。在南瑞RCS-900系列微机保护中,可以在“装置参数”中设置为“分对时”还是“秒对时”。若在液晶上有开入量显示,当有0和1的变化,则说明已经对上时了。

硬对时按接线方式又可分成差分对时与空接点方式两种。

差分是类似于485的电平信号,以总线方式将所有装置挂在上面,GPS装置定时(一般是整秒时)通过两根信号线中A(+)与B(-)的电平变化脉冲向装置发出对时信号。这种对时方式可以节省GPS输出口数、GPS装置与各保护测控装置之间的对时线,还能保证对时的总线同步;如RCS-9000系列装置就是采用差分方式对时。

空接点方式是类似于继电器的接点信号,GPS装置对时接点输出与每台保护测控装置对时输入一一对应连接。注意我们说GPS装置以空接点方式输出其实其内部是一个三极管,有方向性,而且不能承受高电压,一般要求是24伏开入,如果用户是要220V的开入要做特殊的处理。

编码对时:目前常用的IRIG-B对时,分调制和非调制两种。IRIG-B码实际上也可以看作是一种综合对时方案,因为在其报文中包含了秒、分、小时、日期等时间信息,同时每一帧报文的第一个跳变又对应于整秒,相当于秒脉冲同步信号。

为提高精度,变电站中一般采用硬对时和软对时相结合的方式,即装置通过通讯报文获取年月日时分秒信息,同时通过脉冲信号精确到ms、us,对于有编码对时口(如IRIG-B)的装置优先用编码对时。



继电保护装置对时方案
一个变电站内配置一套时间同步系统,该时间同步系统可由一面或多面时钟装置屏组成。时问同步系统的结构可采用主从式或主备式结构。时间同步系统与被授时的继电保护装置之间采用EIARS-422/485接口标准来传输IRIG-B(DC)码信号。不同厂家的保护装置仅需具有EIARS422/485接口的IRIG-B码解码器,即可接入变电站统一对时网络。保护装置内嵌IRIG-B码解码模块,采用图1中的对时模式,即由IRIG-B码解码模块检测出时间信息和对时脉冲,通过串口将时间信息直接下发到各个功能插件。各功能插件都直接从对时模块引入对时脉冲。

IRIG-B码原理
变电站GPS对时 变电站对时方式
IRIG(InterRange InstrumentationGroup)码是美国靶场司令委员会制定的一种时间标准,共有4种并行二进制时间码格式和6种串行二进制时间码格式。其中最常用的是IRIG-B时间码格式。B码可以分为直流(DC)码和交流(AC)码,交流码是1kHz的正弦波载频对直流码进行幅度调制后形成的;直流码采用脉宽编码方式。每秒1帧,含100个码元,每个码元宽度为10ms。码元有3种,位置标识符的脉宽是8ms(位置标识P0~P9和参考标志Pr),二进制“1”和“0”的脉宽分别为5ms和2ms。
每帧从参考标志Pr开始,也就是连续两个8 ms脉冲中的第2个8ms脉冲的前沿开始,分别为Pr,第0,1,…,99码元。在Pr和P5之间是BCD字段,传送的是BCD码格式的时间信息(包含秒、分、时、天4种信息),低位在前,高位在后;个位在前十位在后。在P5和P8之间是CF字段,实现控制功能,可根据实际使用时的协议制定使用方法,在这里没有用到该字段。在P5和P8之间是SBS字段,是用二进制表示的以秒(s)为单位的时间信息。IRIG-B码的格式如图3所示。

  

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