220kV变电站GPS对时的改造

技术应 用 翱 2 2 0kV变电站 GP S对时的改造 ● 株洲电业局 凌志勇 由于电网微机化 、自动化水平的不断提高 ，对系统一时钟的 要求愈来愈高，特别是线路保护和故障录波装置尤其需要。统一 时钟是保证电力系统安全运行．提高运行水平的一个重要措施。 1 现状 分析 22okV桂花变电站采用不 同厂家的微机保护 、故障录波 装置 、电量计费系统 、计算机监控 系统 ，各种装置均采用各 自 独立的时钟 ，各独立时钟之间存在较大的偏差。这样，在事故 分析 中，失去 了统一的时间基准 ，无法分析各开关动作 的先后 顺序，给故障分析带来困难。 不同的装置接收时钟同步信号，其接口类型繁多，如 RS一 232／422／485串行 口、脉冲 、IRIG—B码 、DCF77格式接 口等 ，装 置的接 口数量也不等。所以，在实际应用中常感到 GPS装置的 某些类型接 口数量不够或缺少某种类型的接 Vl，其结果就是 变电站中有些装置不能实现时钟同步 ．或者需要再增加一台 甚至数台 GPS装置 ，而往往又受到资金或没有安装位置等条 件的限制。 2 变 电站二次设 备的对 时接 口方式 220kV变电站二次设备的对时接口方式分为 以下几种： (1)脉冲同步信号。 装置的同步脉冲常用空接点方式输入。 用途 ：国产故障录波器 、微机保护 、雷电定位系统 、行波测 距系统对时。 (2)串行 口对时方式。 装置通过串行 VI读取同步时钟每秒一次串行输出的时间信 息进行对时，串行 VI义分为 RS-232接口和 RS--422接口方式 用途 ：对 电量记费系统 、自动化装置 、控制室时钟对时。 (3)IRIG—B对时方式 IRIG—B为IRIG委员会的B，是专为时钟信号传输 制定的时钟码。国外引进的VI装置常使用该信号输入方式对 时。每秒输出 l帧按秒、分、小时、日期的顺序排列的时间信 息。IRIG—B信号有直流偏置(1TrL)电平、lkHz正弦调制信号、 RS-422电平方式 、RS一232电平方式 4种形式。 用途 ：给某些进口保护装置或故障录波器对时。如 GE公 司的保护装置 、ABB公司的保护装 置 、Hathaway的故障录波 器 、Alstom公司的保护装置 、惠安公司的 自动化装置 、部分故 障录波器 、SEL公司的保护装置、西门子设备等。 有了以上对时接 口方式 ，可以将变电站内的所有具有对 时功能的装置对时，达到统一时钟 的目的。 3 集中式统一 GPS对时系统 结 合 220kV桂 花变 电站 的 实际 情况 和 以往 的工 程 经 验 ，提 出了集 中式统 一 GPS对 时系统方案 。系统 结构 图如 图 1所示。 B备 用输入 图 1 集中式统一 GP$对时系统结构图 各保护小室的二次设备通过光纤从控制室 GPS时间同步 系统屏获取 RS一232信号，距离主时钟 GPS较近的设备则通 过屏蔽线取多路 RS一232信号、多路脉冲信号。 (1)T-GPS电力系统同步时钟内置全球定位系统(GPS)信号 图 2 T—GPS同步时钟原理框图 选通 脉冲 输 出 时 间 码 输 出 ⋯ ⋯ 自 ● 栏 H 助 理 编 辑 ＼ 李 超 ● 栏 日 助 理 编 辑 ＼ 李 超 黪 技术应用 接收模块 ，它负责给行波采集装置提供精确秒 同步脉冲信号 (1PPS)及全球统一时间信息。T-GPS电力系统同步时钟由 GPS 接收机、中心处理单元、外 接13电路等组成，如图2所示。 GPS接收机采用美 国 Garmin公司生产的 GPS20接收机 ， GPS20接收机接收 GPS卫星的粗码(A码)并与本地时钟 (GPS 接收机时钟)校正 同步 ，输 出绝对误差不超过 ls的秒同步脉 冲信号和国际标准时间信息 。中心处理单元由 80C196单片机 构成．它把 GPS20接收机接收到的国际标准时间信息转换成 当地标准时间 T—GPS同步时钟有 2种信号输 出方式 一种是硬件 电路 的同步脉冲输 出。即每隔一定的时间间隔输 出 1个精确的同 步脉冲：另一种是软硬件结合的串行时间信息输出，即通过 同 步时钟和 自动装置的串行 口以数据流的方式交换时间信息 。 其中，脉冲同步方式又可分为 TTL电平输出、无源空接点输出 和继电器输 ，它们都能提供秒 、分 、时同步脉冲。在串行 口同 步方式中 T—GPS同步时钟以串行数据流方式输 出时间信息 ． 各自动装置则通过标准串行口接收每秒 1次的串行时间信息 来获得时间同步 串行时间信息可以分为不同的信息格式，如 ASCII码 、IRIG—B码等。按照串行接 口标准的不同 ASCII码又 有 RS一232C、RS一423、RS一422、RS一485等不同码制 ，IRIG—B码 有 rrI’L直流电平码 、lkHz正弦调制码等。 主时钟完成GPS卫星信号的接收、处理。及向信号扩展装 置提供标准同步时间信号(RS一422电平方式 IRIG—B)，同时提 供 r丌L电平测试 口、RS一232串行 口、空接点脉冲接口、IRIG—B 接口；同时具有接收 IRIG—B时间功能和内部守时功能。扩展 装置提供多路脉冲输 、多路 B码输 、多路串口输 出。 (2)接 口扩展装置如附所示。 附表 接 口扩展方式 (3)时间同步系统屏配置的 GPS卫星同步时钟提供各种 时间同步信号用于实现全变电站内计算机监控系统、保护装 置 、故障录波器 、事件顺序装置 、安全 自动装置 、远动 RTU 及各级能量管理系统、用电负荷管理系统、通信网监控系统、 电能量记费系统 、电网频率按秒考核系统 、功角测量装置 、线 路故障行波测距装置、雷电定位装置、调度录音电话、各类信 息管理系统 MIS等的时间同步，使全站内各设备具有统一的 时问基准 士 ⋯ ⋯ (4)主时钟的时间信号接收单元能接收GPS卫星发送的 协调世界时间(UTC)信号作为外部时间基准信号。正常情 况 下．主时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；当某一主时钟的时间信号接收单元发生故障时， 该主时钟能 自动切换到另一台主时钟的时间信号接收单元接 收到的时间基准信号，实现时问基准信号互为备用 ，切换时间 小于0．5s，切换时主时钟输出的时间同步信号不会出错。 (5)信号扩展装置的时间基准信号输入包括 2路 IRIG—B (RS一422)输入 。当信号扩展装置只接 1路 IRIG—B(RS一422)输 入时 ，该路输入可以是 IRIG～B输入 1，也可以是 IRIG—B输入 2。信号扩展装置接入 2路 IRIG—B(RS一422)时码输 入时 ，以 IRIG—B (RS一422)输入 l作为该扩展装置 的外部时间基准 ， IRIG—B(DC)输入 2作为后备。 (6)主时钟及扩展装置具有内部守时功能。当接收到外部 时间基准信号时 ，被外部时间基准信号 同步 ；当接收不到外部 时间基准信号时，切换到内部守时，保持一定的走时准确度， 使主时钟或扩展装置输 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，切换时主时钟输出的时间同步信号 不会}}{错。 (7)输 出的时 间同步信号可满足脉 冲 、IRIG—B、DCF77以 及串行 口等接口方式。 (8)主时钟及信号扩展装置所有时间同步信号输出时，各 路输 出在电气上均相互隔离。 (9)主时钟及信号扩展装置具有 T作状态指示 、告警显示 和告警信号输出功能。告警信号的电源接 口类型为继 电器空 接点 ，接点耐压>250V(DC)。 (10)具有时间显示功能 ，运行状态下显示年 、月 、日、时 、 分 、秒。 (11)采用 2路直流电源供电 。任何一路 电源消失 。主时钟 及信号扩展装置仍保持正常_T作 。 (12)组屏式结构可以根据变 电站需要 ，比较方便地扩展 时间信号输出口数量，而且不会影响整个系统的正常_T作。 4 结束 浯 (1)统一的时间基准能确保 500kV变电站 内各个装置具 有统一的时间。 (2)GPS组屏后，主时钟和信号扩展装置都采用了冗余化 配置，保证了GPS同步系统的可靠性。 (3)GPS同步时钟单独组屏 ，为变电站将来改造时进行GPS 时间同步信号的扩展提供了方便。 集中式统一GPS对时系统方案是一种简单、可靠的多设 备统一对时方案 ，在实 际运行 中的可行性很高 。它使变电站内 各个装置有 了统一时间基准，消除了各个装置 的时钟偏差 ．解 决了一直 困扰变 电站设备维护人员的难 ，并为精确分析事 故及故障的动作情况 、确保 电力系统的安全稳定运行提供了 有力的依据和保障。