浅谈2006C电网GPS—B码同步时钟系统

浅谈2006C电网GPS—B码同步时钟系统

根据2006C电网GPS-B码时间同步系统的工作原理，相较于传统的对时方式，分析系统将GPS卫星传送的协调世界时间作为定时信号源稳定的实现电网内的变电站、电厂内计算机监控系统、保护装置及故障录波器等设备的时间同步。

标签：同步时钟系统；同步钟；扩展装置；嵌入式计算机

1 概述

目前，电力系统中的时间同步处于变电站内GPS统一的状态，由于GPS设备品牌不同，性能不统一，造成站内、站与站之间时间不统一。这些时间接收系统相互间不通用。无法互为备份，使得整个系统的可靠性无法保证。为了逐步实现全电网的同一时间，有必要在发电厂、变电站建立集中和统一的电力系统时间同步系统，而且该系统应能基于不同的授时源建立时间同步并互为热备用。

2 电力系统设备常用的对时方式

2.1 脉冲对时

也称硬对时，是利用脉冲的准时沿来校准被授时设备。常用的脉冲对时信号有1PPS和分脉冲（1PPM），有些情况下也会用时脉冲（1PPH）。其优点是授时精度高，使用被动点时，适应性强；缺点是只能校准到秒，其余数据需要人工预置。

2.2 串口报文对时

也称软对时，是利用一组时间数据按一定的格式通过串行通信接口发送给被授时装置，被授时装置利用这组数据预置其内部时钟。常用的串行通信接口为RS-232和RS-422/RS-485。其优点是数据全面，不需要人工预置；缺点是授时精度低，报文的格式需要授时和被授时装置双方约定。

2.3 时间编码方式对时

目前，很多场合采用以上2种方式的组合方式即串口+脉冲，从而可以充分利用两者的优点，克服两者的缺点。其采用国际通用时间格式码，将脉冲对时的准时沿和串口报文对时的那组时间数据结合在一起，构成一个脉冲串，来传输时间信息。被授时设备可以从这个脉冲串中解析出准时沿和一组时间数据。这就是目前常用的IRIG-B码，简称B码。其优点是数据全面，对时精度高，不需要人工预置；缺点是编码相对复杂。

2.4 网络方式对时

网络方式对时基于网络时间协议（NTP）、精确时间协议（PTP）。目前，简单网络时间协议（SNTP）应用较多。网络时钟传输的是以1900年1月1日0时0分0秒算起时间戳的用户数据协议（UDP）报文，用64位表示，前32位为秒，后32位为秒等分数。网络中报文往返时间是可以估算的，因而采用补偿算法可以达到精确对时的目的。网络授时方式可以为接入网络的任何系统提供对时，其中NTP授时精度可达到50ms，PTP授时精度可达到1μs，SNTP授时精度可达到1s。

3 2006C电网GPS-B 码同步时钟对时系统

2006C电网GPS-B 码同步时钟系统可为电力系统时间同步网提供的高精度、高可靠性同步设备。它采用高精度的卫星时间作为时间源，并采用先进的“时间驯服算法”完成卫星时间的长稳和晶振时间的短稳完美结合；同时设计了简便易用功能强大的人机界面、多种时间信号可选的接口插卡；并且具有远程或本地的监控的能力，提供完整的网络管理能力。

3.1 系统的主要特性

3.1.1 双同步时钟独立接受GPS卫星时间及外部基准时间主备用可选，实现基准信号互为备用。

3.1.2 电源冗余供电保证授时系统可靠性。

3.1.3 支持NTP SNMP网络协议，RJ接口，实现网络对时。

3.1.4 标准时间码传输可设定补偿传输延时、使其时标传输不受距离介质限制。

3.1.5 输出信号多样化，可插卡式输出1PPS、1PPM、1PPH、符合IEEE1344或NASA36 IRIG-B码，DFC77，NTP（RCF1305），SNTP，ASCⅡ时间串口报文。

3.1.6 输出的每种信号（网络和报文除外）具有在线编程RS485或RS422、空接点、24V有源、TTL等多种电器接口形式选择的功能。

3.1.7 内置铷原子钟或高温恒温OCXO，并采用先进的驯服算法，输出高精度的本地授时时间。

3.2 系统框图

2006C电网GPS-B码同步时钟系统（见上图）可安装在变电站、电厂的任何一个保护室，由GPS主屏与扩展屏构成。主屏主要由同步钟、信息扩展装置、嵌入式计算机三大单元构成，扩展屏内一般只安装时间同步信号扩展装置，扩展屏里的扩展装置通过光缆与主屏的GPS同步钟互为通讯，接受时间主屏同步输

出的IRIG-B码作为扩展屏输出基准信号，也可以接受其他外部基准时间，通过扩展装置处理输出本室所需各类型时间同步信号。

（1）同步钟

在2006C电网GPS-B码同步时钟系统中，设计配置了两台同步钟互为冗余备用。正常情况下，两台同步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；当某一同步钟的时间信号接收单元发生故障时，该同步钟自动切换到另一台同步钟的时间信号接收单元接收时间基准信号，实现时间基准信号的互为备用。当GPS与外部时间基准都能同时正常接收时，优选GPS时间源，外部时间基准自动撤销。当GPS不能正常接收时，自动进入搜索接收外部时间基准，提取外部时间基准；当GPS与外部时间基准均不能正常时，由内部时钟授时，在内部高精度温度补偿晶振频率10-9量级上运行，使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，内部时钟被外部时间基准信号同步，如果系统掉电内置的日历时钟依然能保持时间尺度不丢失。

（2）扩展装置

信息扩展由输入输出冗余模块、脉冲扩展模块、B码扩展模块、报文信息扩展模块、网络模块等组成。其中输入冗余模块允许接收两台同步时钟信号互为冗余，扩展装置的模块类型及模块数量由需求配置。所有模块的输入输出信号都采用电气隔离技术，接口器件均使用抗雷击、抗ESD元器件，保证系统可靠性。同步钟与信息扩展装置之间采用光缆或电缆通信，因此可分布式布置在变电站、电厂的任意位置。

（3）嵌入式计算机

2006C电网GPS-B码同步时钟系统内置嵌入式计算机，主要应用于网络管理，实现本地或远程在线监控，由运行于WINDOWS操作系统的时间同步系统的后台监控远程管理软件实现。2006C电网GPS-B码同步时钟系统的嵌入式计算机通过网络与扩展装置通讯，在嵌入式计算机上运行时间同步系统的后台监控远程管理软件，可随时查询扩展装置输出的时间信号状况、参数，也可以在线更改各种事件信息的形式和电气性能。

4 结束语

2006C电网GPS-B码同步时钟系统采用多种时间基准信号冗余、电源冗余保证了授时系统运行可靠性；采用硬件实时并行处理时标保证了授时的准确性；采用了模块化输出接口保证了授时的灵活性；可按实际需求扩展为多路时间信息，强大方便的远程网络监控功能，基于WEB技术的管理软件使得其易于管理，对于跨区域联网的大电网非常适用，故本文推荐使用。

参考文献