王江

摘要：本文結(jié)合實(shí)例，主要對(duì)景洪電廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)衛(wèi)星時(shí)鐘同步裝置進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星時(shí)鐘同步裝置；SZ 系列GPS；

1.使用情況

衛(wèi)星時(shí)鐘同步裝置就是專(zhuān)門(mén)為電力系統(tǒng)的自動(dòng)化提供高精度時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)間同步設(shè)備。我國(guó)“北斗一號(hào)”衛(wèi)星為時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)間同步精度優(yōu)于1μs，它同時(shí)跟蹤3 顆北斗衛(wèi)星，具有高精度的授時(shí)性能及完備的自主完好性監(jiān)測(cè)功能。我廠(chǎng)現(xiàn)使用時(shí)間同步裝置為SZ系列GPS，采用單片機(jī)控制，軟硬件結(jié)合的技術(shù)設(shè)計(jì)，充分利用GPS接收組件的潛力，使系統(tǒng)具有可靠性高、功能多、精度高、性?xún)r(jià)比好和操作方便等特點(diǎn)，完全滿(mǎn)足我廠(chǎng)時(shí)間同步要求。

2.技術(shù)指標(biāo)

接收頻率：1575.42MHz，可同時(shí)跟蹤8～12顆GPS衛(wèi)星；天線(xiàn)射頻靈敏度：-166dbw；天線(xiàn)配帶30 米饋線(xiàn)；捕獲時(shí)間：20 秒～2 分鐘；1PPS輸出定時(shí)準(zhǔn)確度：1μs；電平：485 電平；極性：正脈沖；脈寬：約20～200ms；阻抗：50Ω；前沿：<20ns；5.1PPM 輸出定時(shí)準(zhǔn)確度：1μs；電平：485 電平；極性：正脈沖；脈寬：約20～200ms；阻抗：50Ω 前沿：<20ns；1PPH 輸出定時(shí)準(zhǔn)確度：1μs；電平：TTL；極性：正脈沖；脈寬：約1s；阻抗：50Ω；前沿：<20ns；周波測(cè)量精度：0.001 周；安全運(yùn)行天數(shù)：可人工預(yù)置或清除；突發(fā)事件測(cè)量：測(cè)量精度1μs，格式為XX 年XX 月XX 時(shí)XX 分XX 秒XXX 毫秒XXX 微秒。

本機(jī)可存儲(chǔ)三組突發(fā)事件時(shí)刻：工頻鐘：50Hz 市電驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的時(shí)鐘，開(kāi)機(jī)時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)鐘同步；鐘差：標(biāo)準(zhǔn)鐘減去工頻鐘的差值，同步時(shí)差值為零，精度20 毫秒，鐘差值的大小反映電網(wǎng)運(yùn)行的質(zhì)量；經(jīng)度、緯度：電網(wǎng)同步鐘所在的地理位置；顯示：顯示內(nèi)容包括周波數(shù)，日期，時(shí)間，安全運(yùn)行天數(shù)，經(jīng)度，緯度，工頻鐘面，鐘差（標(biāo)準(zhǔn)鐘—工頻鐘），突發(fā)事件時(shí)刻；串行口：輸出編碼（年月日時(shí)分秒），工頻鐘時(shí)間（時(shí)分秒），鐘差、周波數(shù)和突發(fā)事件產(chǎn)生的時(shí)刻，每秒發(fā)一次。輸出有RS232 電平和RS485 電平；電源：輸入電壓范圍：交直流86～256V；最大輸出功率：15W；輸入頻率范圍：47～63Hz；工作溫度范圍：-10℃～+55℃。

3.對(duì)時(shí)信號(hào)種類(lèi)

衛(wèi)星時(shí)鐘同步的對(duì)時(shí)方式有軟對(duì)時(shí)（即由通訊報(bào)文來(lái)對(duì)時(shí)）、硬對(duì)時(shí)（分對(duì)時(shí)或秒對(duì)時(shí)）、DCF 77對(duì)時(shí)和編碼對(duì)時(shí)（B碼對(duì)時(shí)）四種，現(xiàn)主要概述對(duì)時(shí)方式為軟對(duì)時(shí)、DCF 77對(duì)時(shí)和B碼對(duì)時(shí)三種。

3.1軟對(duì)時(shí)

軟對(duì)時(shí)是以通訊報(bào)文的方式實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)時(shí)間是包括年、月、日、時(shí)、分、秒、毫秒在內(nèi)的完整時(shí)間，監(jiān)控系統(tǒng)中一般是：總控或遠(yuǎn)動(dòng)裝置與GPS裝置通訊以獲得GPS的時(shí)間，再以廣播報(bào)文的方式發(fā)送到裝置。這種廣播的對(duì)時(shí)一般每隔一段時(shí)間廣播一次，如南瑞RCS-9698CD是1分鐘下發(fā)一次。報(bào)文對(duì)時(shí)會(huì)受距離限制，如RS-232口傳輸距離為30m。由于對(duì)時(shí)報(bào)文存在固有傳播延時(shí)誤差，所以在精度要求高的場(chǎng)合不能滿(mǎn)足要求。

3.2 B碼對(duì)時(shí)

編碼對(duì)時(shí)：目IRIG-B碼實(shí)際上也可以看作是一種綜合對(duì)時(shí)方案，因?yàn)樵谄鋱?bào)文中包含了秒、分、小時(shí)、日期等時(shí)間信息，同時(shí)每一幀報(bào)文的第一個(gè)跳變又對(duì)應(yīng)于整秒，相當(dāng)于秒脈沖同步信號(hào)。B碼對(duì)時(shí)有交流B碼和直流B碼兩種，交流B碼的波形為正玄波，因此傳輸比較方便且距離較遠(yuǎn)，但是交流B碼時(shí)間精度低。且交流B碼設(shè)備中的電容壽命有限所以故障率相對(duì)較高。直流B碼的波形為方波，傳輸距離要比正玄波的交流B碼短，但是直流B碼時(shí)間精較高，且故障率相對(duì)較低。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)設(shè)備均采用直流B碼對(duì)時(shí)。

為提高精度，發(fā)電廠(chǎng)中一般采用硬對(duì)時(shí)和軟對(duì)時(shí)相結(jié)合的方式，即裝置通過(guò)通訊報(bào)文獲取年月日時(shí)分秒信息，同時(shí)通過(guò)脈沖信號(hào)精確到ms、us，對(duì)于有編碼對(duì)時(shí)口（如IRIG-B）的裝置優(yōu)先選用編碼對(duì)時(shí)。

3.3 DCFF 77對(duì)時(shí)

DCF77對(duì)時(shí)是類(lèi)似于B碼對(duì)時(shí)的另一種對(duì)時(shí)方式。DCF77時(shí)間采用BCD碼進(jìn)行時(shí)間編碼，時(shí)間碼在在秒信號(hào)的間隙傳輸年月日時(shí)分等信息。

4.通信規(guī)約

SZ 系列GPS 既可以采用報(bào)文方式軟件對(duì)時(shí)，又可以采用脈沖方式硬對(duì)時(shí)，其中報(bào)文方式的通訊規(guī)約有六種，下面介紹常用的兩種。

4.1規(guī)約1

接口標(biāo)準(zhǔn)：RS232 或RS422/RS485；通訊速率：4800b/s；數(shù)據(jù)位：8 位（ASCⅡ碼）；起始位：1 位；停止位：1 位；校驗(yàn)位：無(wú)；輸出報(bào)文格式：語(yǔ)句1：BJT，YYMMDD，hhmmss，±XXXX.XX，HHFFPP，ff.f1f1f1；語(yǔ)句2：SOE，YYMMDD，hhmmss，UUUUUU；語(yǔ)句3：ERR，YYMMDD，hhmmss。其中：BJT 表示北京時(shí)間，SOE 表示外部事件，ERR 表示信號(hào)丟失或接收衛(wèi)星少于3 顆。YY 為年，MM 為月，DD 為日，hh 為時(shí)，mm 為分，ss 為秒，UUUUUU 為微秒，±表示鐘差的符號(hào)，XXXX.XX 為鐘差值（標(biāo)準(zhǔn)鐘—工頻鐘），單位為秒，HHFFPP分別為工頻鐘的時(shí)，分，秒。ff 為周波數(shù)的兩位整數(shù)部分，f1f1f1 為周波數(shù)的三位小數(shù)部分。正常情況，只發(fā)語(yǔ)句1；有外部事件時(shí)，發(fā)語(yǔ)句2；當(dāng)出現(xiàn)信號(hào)丟失或接收的衛(wèi)星少于3 顆時(shí)，發(fā)告警語(yǔ)句3。語(yǔ)句3 中的 YYMMDD，hhmmss，表示失星時(shí)的年、月、日、時(shí)、分、秒。

4.2規(guī)約2

接口標(biāo)準(zhǔn)：RS232 或RS422/RS485；通訊速率；4800b/s；數(shù)據(jù)位：8 位（數(shù)據(jù)為壓縮BCD 碼，字符為ASCⅡ碼）；起始位：1 位；停止位：1 位；校驗(yàn)位：無(wú)；輸出報(bào)文格式：HHMMSSYYM1M1DDFFF1F1F2F2H2H2M2M2S2S2。其中：為起始符，為工頻標(biāo)志，為周波標(biāo)志，為結(jié)束標(biāo)志，以上均為ASCⅡ碼。HHMMSSYYM1M1DD 分別為北京時(shí)間：時(shí)，分，秒，年，月，日；FF 為周波數(shù)的整數(shù)部分；F1F1 為周波數(shù)的小數(shù)點(diǎn)后第一、第二位小數(shù)；F2F2 為周波數(shù)的小數(shù)點(diǎn)后第三、第四位小數(shù)；H2H2M2M2S2S2 為周波鐘的時(shí)分秒；以上數(shù)據(jù)均為壓縮BCD 碼。

5.電廠(chǎng)需要GPS時(shí)鐘信號(hào)的系統(tǒng)和設(shè)備

需要GPS時(shí)鐘信號(hào)的系統(tǒng)和裝置主要有監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)裝置、同步向量測(cè)量裝置、故障錄波系統(tǒng)、保信子站、行波測(cè)距裝置等。

監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)對(duì)時(shí)方式為軟對(duì)時(shí)，對(duì)時(shí)裝置通過(guò)RS232和RS485接口將時(shí)間同步至站內(nèi)通信機(jī)，站內(nèi)通信機(jī)在將時(shí)間同步至監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)各個(gè)節(jié)點(diǎn)。監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)對(duì)時(shí)方式為DCFF 77對(duì)時(shí)，上位機(jī)FIB同步光纖接收器在接到GPS時(shí)鐘同步主機(jī)的時(shí)間信號(hào)后并通過(guò)光纖傳至下位機(jī)FIB光纖接收器通過(guò)解析后送至SOE模塊。繼保室繼電保護(hù)裝置、同步向量測(cè)量裝置、故障錄波系統(tǒng)、保信子站、行波測(cè)距等采用的對(duì)時(shí)方式為B碼對(duì)時(shí)（其中除阿?，m保護(hù)裝置用交流B碼對(duì)時(shí)外其他的均才采用直流B碼對(duì)時(shí)），他們均以硬接線(xiàn)方式將GPS的B碼對(duì)時(shí)信號(hào)引入，通過(guò)自有的解析程序后進(jìn)行對(duì)時(shí)。在機(jī)旁盤(pán)的發(fā)電機(jī)保護(hù)，故障錄波器、主變保護(hù)等裝置的對(duì)時(shí)傳輸過(guò)程類(lèi)似于監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)，不同之處在與他們的對(duì)時(shí)方式采用的B碼對(duì)時(shí)。

6.結(jié)語(yǔ)

我廠(chǎng)時(shí)鐘同步裝置定時(shí)精準(zhǔn)，從投產(chǎn)至今運(yùn)行穩(wěn)定。為我廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)裝置等重要設(shè)備提供精準(zhǔn)時(shí)間，是電廠(chǎng)事故分析的重要依據(jù)，同時(shí)也是電廠(chǎng)無(wú)人值班建設(shè)的關(guān)鍵性因素。