薛玉林

(四川圣達(dá)水電開發(fā)有限公司,四川樂(lè)山 614900)

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高 ,在電廠中計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)故障錄波裝置、安控系統(tǒng)、電能量采集系統(tǒng)、繼電保護(hù)子站、功角測(cè)量裝置、同步相量測(cè)量裝置、調(diào)度錄音電話、事件順序裝置等各種系統(tǒng)和設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用,這些系統(tǒng)和設(shè)備的配合工作需要有一個(gè)精確、統(tǒng)一的時(shí)間,但大多數(shù)裝置則采用各自獨(dú)立的時(shí)鐘,而各時(shí)鐘因?yàn)榫鹊仍蛟斐闪艘欢ǖ钠?各系統(tǒng)時(shí)鐘不能在統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,不利于現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)和事故分析處理?；谝陨显?電力系統(tǒng)對(duì)統(tǒng)一時(shí)鐘的要求愈來(lái)愈迫切。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),既可以實(shí)現(xiàn)全站各系統(tǒng)在統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)下的運(yùn)行監(jiān)控和事故后的故障分析,也可以通過(guò)各保護(hù)動(dòng)作、開關(guān)分合的先后順序及準(zhǔn)確時(shí)間來(lái)分析事故產(chǎn)生的原因及過(guò)程。隨著電網(wǎng)的日益復(fù)雜、裝機(jī)容量的提高和電網(wǎng)的擴(kuò)大,提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)鐘基準(zhǔn)將成為整個(gè)電力系統(tǒng)的迫切需要,時(shí)鐘的統(tǒng)一是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、提高運(yùn)行水平的一個(gè)重要措施,是電力系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的最基本要求之一。

1 設(shè)計(jì)思路

依據(jù)《電力系統(tǒng)的同步時(shí)間系統(tǒng)第一部分技術(shù)規(guī)范要求》DL/T11.1-2009,發(fā)電廠或變電站應(yīng)配置一套時(shí)間同步系統(tǒng),大型發(fā)電廠、500kV變電站及有條件的場(chǎng)合宜采用主備時(shí)間同步系統(tǒng),以提高時(shí)間同步的可靠性。擬采用主備式同步系統(tǒng)?？紤]到電力系統(tǒng)的安全以及受民用 GPS的穩(wěn)定性、可靠性和自主性限制,時(shí)鐘時(shí)間源采用多源頭,可采用 GPS、北斗、IGIB-B碼時(shí)間源。最終形成的沙灣水電廠統(tǒng)一對(duì)時(shí)系統(tǒng)的總體思路是:衛(wèi)星信號(hào)集中接收分層、分布對(duì)時(shí)、建立 GPS系統(tǒng)和我國(guó)的北斗星系統(tǒng)互備主站、構(gòu)成“GPS+北斗”雙機(jī)冗余系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)具備很好的擴(kuò)展性,并方便檢修人員檢修維護(hù)。

2 實(shí)施方案

結(jié)合全廠監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施,全廠統(tǒng)一對(duì)時(shí)系統(tǒng)采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的BSS-3型互備型時(shí)間同步系統(tǒng)。對(duì)時(shí)系統(tǒng)采用GPS信號(hào)集中接收、分層、分布開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)共分兩層:主站層、二級(jí)從站及現(xiàn)地?cái)U(kuò)展單元層。各層之間采用雙光纖網(wǎng)總線連接,構(gòu)成了高可靠冗余的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)具有較高的傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。

2.1 BSS-3時(shí)間同步系統(tǒng)

BSS-3系列 GPS同步時(shí)鐘是應(yīng)用全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間顯示和發(fā)送裝置,專為電力系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)和故障記錄等各種設(shè)備的時(shí)間同步要求而設(shè)計(jì)、制造。GPS衛(wèi)星系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)構(gòu)成互備系統(tǒng),該系統(tǒng)的GPS和北斗信息共享、熱備運(yùn)行,當(dāng)有一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)會(huì)自動(dòng)切換,以保證所有對(duì)時(shí)信號(hào)正常輸出,當(dāng)兩臺(tái)主鐘都收不到信號(hào)時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)入高精度守時(shí)狀態(tài),仍能保證全廠時(shí)鐘的統(tǒng)一。除主鐘互備外,所有二級(jí)鐘均采用雙光纖輸入,因此該時(shí)鐘系統(tǒng)運(yùn)行后總能保證輸出對(duì)時(shí)信號(hào)。由于信號(hào)采用熱備用方式,因此信號(hào)的轉(zhuǎn)換對(duì)于輸出來(lái)講無(wú)切換時(shí)間?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的 GPS一般采用單機(jī)對(duì)時(shí)方案,容易造成各時(shí)鐘裝置在 GPS未定位時(shí)時(shí)鐘不統(tǒng)一。BSS-3系統(tǒng)采用衛(wèi)星集中接收(加高精度守時(shí))分層分布對(duì)時(shí)方案不但能滿足分布范圍廣的對(duì)時(shí)要求,而且能保證全廠時(shí)鐘的真正統(tǒng)一,從而實(shí)現(xiàn)了雙衛(wèi)星加高精度守時(shí)熱備運(yùn)行。

信號(hào)擴(kuò)展箱通過(guò)接收上級(jí)主時(shí)鐘送來(lái)兩路IRIG-B時(shí)間碼信息和自身的高穩(wěn)定恒溫晶體振蕩器分別作為時(shí)間信號(hào)源,優(yōu)先選用一路主時(shí)鐘IRIG-B時(shí)間碼作為基準(zhǔn),當(dāng)該 IRIG-B時(shí)間碼失效時(shí)自動(dòng)切換到另一路 IRIG-B時(shí)間碼作為基準(zhǔn),當(dāng)兩路 IRIG-B時(shí)間碼均失效時(shí),則信號(hào)擴(kuò)展箱自動(dòng)切換到自身時(shí)鐘源(高穩(wěn)定恒溫晶體振蕩器)進(jìn)行時(shí)間保持,然后通過(guò)擴(kuò)展箱處理輸出多路同步信號(hào):IRIG-B時(shí)間碼、脈沖信號(hào)(1PPS、1PPM、1PPH)、RS232時(shí)間信息 、RS485時(shí)間信息,提供用戶對(duì)時(shí)使用。

BSS-3系列 GPS同步時(shí)鐘采用具有 12個(gè)并行接收通道的 MotorolaGPS接收器以及與之配套的有源天線。接收器在搜索到 4顆衛(wèi)星并鎖定后,即能給出精確的時(shí)間信息。

“北斗一號(hào)”系統(tǒng)是我國(guó)自行研制和建立的一種區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),主要是利用 3顆地球同步衛(wèi)星來(lái)測(cè)量地球表面和空間的各種用戶位置,并兼有雙向報(bào)文及授時(shí)的功能。北斗互備型接收模塊接收的是我國(guó)的北斗衛(wèi)星信號(hào),該接收單元的配置具有 6個(gè)并行通道,可以同時(shí)跟蹤 3顆北斗衛(wèi)星的無(wú)源北斗接收板。在收不到 GPS信號(hào)的情況下,仍然能夠利用高精度守時(shí)模塊輸出準(zhǔn)確時(shí)間。

BSS-3時(shí)鐘裝置采用 19in(1in=2.54cm)2U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱,模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),備有多種功能對(duì)時(shí)模塊:脈沖空接點(diǎn)和有源脈沖對(duì)時(shí)模塊、RS422、RS232串行對(duì)時(shí)模塊、直流 IRIG-B碼對(duì)時(shí)模塊、基于 NTP/SNTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器模塊、恒溫守時(shí)模塊等。該裝置采用交、直流雙電源供電,后插式結(jié)構(gòu),用戶可以根據(jù)實(shí)際需要配置相應(yīng)的對(duì)時(shí)模塊,組合靈活,易于擴(kuò)展和維護(hù)。

GPS/北斗時(shí)鐘系統(tǒng)接收北斗星的信號(hào)和GPS衛(wèi)星以及 IRIG-B時(shí)間碼作為外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。正常情況下,設(shè)備屏內(nèi)的主時(shí)鐘獨(dú)立接收北斗星或 GPS衛(wèi)星發(fā)送的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào),當(dāng)北斗星或 GPS信號(hào)失效時(shí),主時(shí)鐘自動(dòng)切換到外部IRIG-B時(shí)間碼并將其作為時(shí)間基準(zhǔn);當(dāng)外部IRIG-B時(shí)間碼也失效時(shí),主時(shí)鐘則自動(dòng)切換到自身時(shí)鐘源(高穩(wěn)定恒溫晶體振蕩器或銣原子鐘)進(jìn)行時(shí)間保持。

2.2 沙灣水電站 GPS時(shí)鐘主站及從站配置

在沙灣電廠計(jì)算機(jī)房安裝了 GPS主站屏一面,配置 BSS-3型 GPS同步主鐘和北斗同步主鐘各一臺(tái)。每臺(tái)裝置均配天線、熱備交直流雙電源及高精度恒溫守時(shí)時(shí)鐘。兩臺(tái)主鐘之間采用光纖互備,每臺(tái)主鐘均配有 4路光纖輸出接口,其中2路光纖輸出接口用來(lái)連接發(fā)電層兩臺(tái)機(jī)組二級(jí)時(shí)鐘擴(kuò)展裝置(每?jī)膳_(tái)機(jī)使用一個(gè)二級(jí)時(shí)種),1路光纖輸出接口用來(lái)連接 220kV開關(guān)站 LCU GPS時(shí)鐘擴(kuò)展裝置。

全廠共有 4臺(tái)機(jī)組,按每擴(kuò)大單元兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組配置一套時(shí)鐘擴(kuò)展裝置,共計(jì)配置了 2臺(tái)時(shí)鐘擴(kuò)展裝置。每臺(tái)擴(kuò)展裝置就地安裝在所對(duì)應(yīng)的機(jī)旁控制屏柜上。根據(jù)機(jī)組保護(hù)對(duì)時(shí)要求,擴(kuò)展裝置配置了串行口模板、PPS/PPM脈沖模板、B碼對(duì)時(shí)(DC)。

在保護(hù)室安裝了 GPS時(shí)鐘擴(kuò)展裝置 1臺(tái),安裝了 1臺(tái) 2UBSS-3R型 GPS時(shí)鐘擴(kuò)展裝置。擴(kuò)展裝置均配兩路光纖輸入接口,熱備交直流雙電源。兩路衛(wèi)星時(shí)鐘信號(hào)分別取自主站的 GPS信號(hào)和北斗信號(hào),兩套時(shí)鐘信號(hào)互為熱備用,當(dāng)有一路收不到信號(hào)時(shí)將自動(dòng)切換到另一路備用通道,從而保證了從站時(shí)鐘正常工作。

2.3 對(duì)時(shí)主鐘與同邊設(shè)備和系統(tǒng)的對(duì)時(shí)

計(jì)算機(jī)室內(nèi)的主時(shí)鐘完成 GPS/北斗衛(wèi)星信號(hào)的接收、處理及向信號(hào)擴(kuò)展裝置提供標(biāo)準(zhǔn)同步時(shí)間信號(hào)(RS422電平方式 IRIG-B),并且每臺(tái)主時(shí)鐘均具有內(nèi)部守時(shí)功能。各標(biāo)準(zhǔn)同步鐘本體應(yīng)能接收兩路 IRIG-B(DC)時(shí)碼時(shí)間信息功能。當(dāng)主時(shí)鐘內(nèi)部的時(shí)鐘接收到外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)時(shí),被外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)同步,當(dāng)接收不到外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)恢復(fù)時(shí),保持一定的走時(shí)準(zhǔn)確度,直到外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)恢復(fù)時(shí)自動(dòng)切換到正常工作狀態(tài)。兩臺(tái)同步時(shí)鐘以網(wǎng)絡(luò)方式接入全廠監(jiān)控系統(tǒng)。沙灣電廠監(jiān)控系統(tǒng)為雙環(huán)網(wǎng),上位機(jī)與就地LCU通過(guò)網(wǎng)絡(luò) NTP對(duì)時(shí)方式對(duì)時(shí)。1～4#機(jī)組A、B套發(fā)電機(jī)保護(hù)、故障錄波器、主變線路測(cè)控裝置、1#主變、2#主變 A、B套保護(hù)及 1#/2#母差保護(hù)、220kV線路保護(hù)、安控系統(tǒng)、PMU系統(tǒng)等均采用 B碼接口,采用了 422B碼對(duì)時(shí),選用 RVVP兩芯屏蔽通訊電纜,1為 +,2為 -,依次將各裝置接入 GPS同步時(shí)鐘裝置的 B碼輸出標(biāo)號(hào)段。廠用變保護(hù)沒(méi)有 B碼接口,空接點(diǎn)接入分脈沖和秒脈沖,實(shí)現(xiàn)硬接點(diǎn)對(duì)時(shí)。因有些廠家的舊設(shè)備只存在 RS232串口或 RS485接口,故采用串口對(duì)時(shí)方式。沙灣水電站二次系統(tǒng)同步對(duì)時(shí)原理系統(tǒng)見圖1。

圖 1 沙灣水電站二次系統(tǒng)同步對(duì)時(shí)原理系統(tǒng)圖

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行要求的提高和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,對(duì)同步時(shí)鐘的要求愈來(lái)愈嚴(yán)格。建立統(tǒng)一同步時(shí)鐘系統(tǒng),滿足電力系統(tǒng)同步時(shí)間的要求,為電力系統(tǒng)事故分析、故障測(cè)距、穩(wěn)定判斷與控制技術(shù)方面的發(fā)展提供了極大的方便。通過(guò)使用 BSS-3型同時(shí)時(shí)鐘,衛(wèi)星時(shí)鐘覆蓋了幾乎所有的電站二次設(shè)備,組成了全廠統(tǒng)一的時(shí)鐘系統(tǒng),保證了時(shí)鐘的同步性,大大的方便了二次設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)和故障分析處理,提高了水電廠自動(dòng)化水平。但在實(shí)施中也要注意因不同廠家對(duì)時(shí)方式和采用的報(bào)文不同,導(dǎo)致工程實(shí)施困難,需要在產(chǎn)品采購(gòu)前提前確定對(duì)時(shí)方式。