萬 君，楊 敏

（1.豐滿大壩重建工程建設(shè)局，吉林省吉林市132108；2．豐滿發(fā)電廠，吉林省吉林市132108）

水電廠同步時鐘系統(tǒng)分階段實施方案探析

萬 君1，楊 敏2

（1.豐滿大壩重建工程建設(shè)局，吉林省吉林市132108；2．豐滿發(fā)電廠，吉林省吉林市132108）

電力系統(tǒng)的快速發(fā)展對時間同步的要求日益迫切，需要準確、安全、可靠的時鐘源為電力系統(tǒng)各類運行設(shè)備提供精確的時間基準。本文主要是研究基建與生產(chǎn)相結(jié)合復(fù)雜工況下的水電廠同步時鐘系統(tǒng)分階段解決方案，方案的實施節(jié)省了投資，縮短工期，形成無縫平衡過渡。

時鐘系統(tǒng)；同步；階段；實施方案；水電廠

1　概　述

電力系統(tǒng)的快速發(fā)展對時間同步的要求日益迫切，需要準確、安全、可靠的時鐘源為電力系統(tǒng)各類運行設(shè)備提供精確的時間基準。例如調(diào)度自動化系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備繼電保護裝置等，均要求確保實時數(shù)據(jù)采集時間一致性，從而提高電網(wǎng)事故分析和穩(wěn)定控制的水平，提高電網(wǎng)運行效率和可靠性。出于對國家安全的考慮，我國推出了北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，目前重要水電廠的時鐘系統(tǒng)均采用GPS和北斗雙系統(tǒng)授時方式。時鐘系統(tǒng)即接受時鐘同步信號。對時方式有報文對時和脈沖方式的硬對時，其中報文對時主要有IRIG-B碼、DCF77碼、NTP協(xié)議、串口時間報文等，脈沖有秒、分、時3種形式?！?〕本文主要是針對某大型區(qū)域水電站進行大規(guī)模重建施工同時，保留三期電站機組、下游反調(diào)節(jié)水庫的復(fù)雜工況下，研究基建與生產(chǎn)相結(jié)合復(fù)雜工況下的水電廠同步時鐘系統(tǒng)分階段解決方案。

該項目針對基建與生產(chǎn)交叉、新老設(shè)備結(jié)合的特殊情況，采用IRIG-B（DC）時碼與串口時間報文方式，采用精度較高的秒脈沖，并需完成部分設(shè)備的GPS對時接口改造，以滿足現(xiàn)場實際需求。

2　工程概況

該工程項目是對1937年興建的全國第一座大型水電廠進行全面治理（重建），將老壩及10臺機組拆除，在下游120m新建大壩。保留三期水電站2臺機組及開關(guān)站，將原老廠2回220kV線路改接至三期側(cè)，接入地區(qū)電網(wǎng)，實現(xiàn)三期電站獨立運行。在大壩重建期間，三期電站將仍能起到發(fā)電、防洪及確保下游供水的重要作用。后期新壩建成后，形成總裝機容量1480MW，包括新建電站6臺200MW機組的500kV系統(tǒng)電站、三期電站2臺140MW機組的220kV系統(tǒng)電站，以及下游反調(diào)節(jié)水庫，形成流域調(diào)控水電站。

3　同步時鐘系統(tǒng)分階段解決方案

為解決基建與生產(chǎn)相結(jié)合復(fù)雜工況下的區(qū)域水電站對時問題，經(jīng)分析，從經(jīng)濟投資和安全穩(wěn)定方面考慮，采用了分階段實施的同步時鐘系統(tǒng)解決方案。該方案是根據(jù)工程進度，在不同施工階段，建設(shè)滿足不同需求的同步時鐘系統(tǒng)，最終形成全站同步時鐘系統(tǒng)。整個施工順序：1）三期電站獨立運行改造階段，形成三期電站側(cè)同步時鐘系統(tǒng)；2）老廠拆除、大壩重建階段，三期、下池、新建生產(chǎn)控制樓運行，上述系統(tǒng)建立同步時鐘系統(tǒng)；3）新廠建成后，江兩側(cè)的2個電壓等級電站并列運行階段，形成全站同步時鐘系統(tǒng)。期間過程復(fù)雜，既要保證改造施工期間部分電氣系統(tǒng)的正常對時，又要考慮后期新廠形成后的合理過度問題，需分階段建設(shè)同步時鐘系統(tǒng)，最終完成全站同步時鐘系統(tǒng)。在基建施工同時又要保證部分系統(tǒng)生產(chǎn)運行，工況極其復(fù)雜。

3.1三期電站獨立運行改造階段實施方案

豐滿三期獨立運行項目配置雙套雙源同步時鐘系統(tǒng)，GPS、北斗雙源同步時鐘系統(tǒng)，主時鐘接收單元能同時接收GPS衛(wèi)星與我國北斗衛(wèi)星時間信號。

主時鐘內(nèi)部的時鐘，當接收到外部時間基準信號時，與外部時間基準信號同步；當接收不到外部時間基準信號時，要保持一定的走時準確度，使主時鐘輸出的時間同步信號準確度應(yīng)優(yōu)于1.5× 10-8（0.92μs/min）。

時間信號輸出單元，當主時鐘接收到外部時間基準信號時，按照外部時間基準信號輸出時間同步信號；當接收不到外部時間基準信號時，按照內(nèi)部時鐘保持單元的時鐘輸出時間同步信號。當外部時間基準信號接收恢復(fù)時，切換到正常狀態(tài)工作，切換時間應(yīng)小于0.5s。切換時，主時鐘輸出的時間同步信號不出錯：時間報文無錯碼，脈沖碼無多發(fā)或少發(fā)。

接口擴展裝置功能，主要為IRIG-B（DC）時碼與串口時間報文方式，以滿足全站各設(shè)備的對時要求。

GPS衛(wèi)星時鐘裝置精度要求不大于150ns。時鐘系統(tǒng)配置見表1，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

表1　三期同步時鐘系統(tǒng)配置表

3.2老廠拆除、大壩重建階段方案

該階段要求在拆除后、重建的過度期間，將老廠原有系統(tǒng)與三期電站徹底分離，在距離三期電站3km（隔江）處新建生產(chǎn)控制樓通，并在其中建設(shè)滿足過渡階段需求的調(diào)控、數(shù)據(jù)網(wǎng)等系統(tǒng)，實現(xiàn)東北電網(wǎng)和吉林省網(wǎng)對三期電站的實時調(diào)控。為滿足控制樓中數(shù)據(jù)網(wǎng)、PMU、故障錄波等終端設(shè)備上傳數(shù)據(jù)的對時需求，為此形成此階段對時方案：

生產(chǎn)控制樓引入了一組擴展時鐘，擴展時鐘上加配雙口長距離光口B碼模塊，三期時鐘同步主鐘與備鐘分別加配雙端口長距離光口B碼模塊，才用雙光纖鏈路的方式分別連接至生產(chǎn)控制樓的擴展時鐘，生產(chǎn)控制樓擴展鐘提供B碼、脈沖及NTP信號。與豐滿三期獨立運行系統(tǒng)項目中建成的主備式冗余結(jié)構(gòu)雙源同步時鐘系統(tǒng)同廠同型產(chǎn)品，以確保當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，既可實現(xiàn)全系統(tǒng)在統(tǒng)一時間基準下的運行監(jiān)控和事故后故障分析，也可以通過各保護動作、開關(guān)分合的先后順序及準確時間來分析事故的原因及過程。［2］

圖1　三期電站獨立運行改造階段同步時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在三期側(cè)建成的主備式冗余結(jié)構(gòu)雙源同步時鐘系統(tǒng)主、備時鐘屏上各增加一路光纖IRIG-B碼信號輸出模塊，實現(xiàn)三期和控制樓間的同步授時。配置見表2，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表2　生產(chǎn)控制樓擴展時鐘系統(tǒng)配置表

3.3新廠建成后的方案

待新廠建設(shè)完畢投運后，將形成三期2臺機組，2回出線的220kV系統(tǒng)電站、新廠側(cè)6臺機組，2回500kV出線變電站，以及下池反調(diào)節(jié)水庫在內(nèi)的總裝機容量1480MW的大型區(qū)域水電站。時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

新廠建設(shè)期將增加1套雙網(wǎng)雙源的同步時鐘系統(tǒng)，以滿足大量新增設(shè)備的授時要求。同時保留三期電站同步時鐘系統(tǒng)授時天線，最為新廠側(cè)同步時鐘系統(tǒng)事故備用，按調(diào)度要求，全廠也將接受東北網(wǎng)調(diào)對時平臺的授時。

屆時將形成1廠2站和反調(diào)節(jié)水庫在內(nèi)的完整、可靠同步時鐘系統(tǒng)將形成，實現(xiàn)基建與生產(chǎn)相結(jié)合復(fù)雜工況下的水電廠同步時鐘系統(tǒng)分階段解決方案。

新廠建成后，三期電站側(cè)前期形成的獨立對時裝置將作為新廠同步時鐘系統(tǒng)的擴展單元，改造方案的實施節(jié)省了投資，縮短工期，形成無縫平穩(wěn)過渡。

圖2　老廠拆除、大壩重建階段同步時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖　

圖3　新廠建成后同步時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

［1］黃劍鋒.GPS對時技術(shù)在水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.華東科技（學術(shù)版），2014，（12）：5—5.

［2］黃明遠.大型發(fā)電廠電氣系統(tǒng)GPS對時現(xiàn)狀及對策［J］.大眾用電，2012，（08）：48—49.

1002－0624（2015）12－0066－03

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2015-08-20