田海松楊勝江陳良甲韋宏偉

（1. 中科華核電技術(shù)研究院有限公司，廣東 深圳　518124；2. 遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連　116319）

?

紅沿河核電廠變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

田海松1楊勝江2陳良甲2韋宏偉2

（1. 中科華核電技術(shù)研究院有限公司，廣東 深圳518124；2. 遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連116319）

本文介紹了紅沿河核電廠全廠時(shí)鐘系統(tǒng)（DTC系統(tǒng)）的構(gòu)成，以及核電廠變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)的現(xiàn)狀。針對(duì)核電廠存在多套時(shí)間同步系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間時(shí)鐘不同步或同步精度差，以及現(xiàn)有時(shí)間同步裝置供電方式不可靠的問題，提出了現(xiàn)有變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。

核電廠；變電站；時(shí)鐘同步；設(shè)計(jì)優(yōu)化

隨著變電站自動(dòng)化水平日益的提高，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)裝置、故障錄波器、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、故障測(cè)距裝置等電氣二次設(shè)備對(duì)時(shí)鐘同步系統(tǒng)對(duì)時(shí)的統(tǒng)一性、精確性、穩(wěn)定性要求愈來愈高。時(shí)鐘同步系統(tǒng)在核電廠變電站運(yùn)行監(jiān)控及事故后的故障分析中，提供統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，保證時(shí)鐘同步系統(tǒng)精確統(tǒng)一是保證核電機(jī)組安全運(yùn)行，同時(shí)也是提高電網(wǎng)運(yùn)行管理水平的必要技術(shù)手段。

1　紅沿河核電廠時(shí)鐘同步系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

1.1紅沿河核電廠時(shí)鐘系統(tǒng)（DTC系統(tǒng)）簡(jiǎn)介

紅沿河核電廠設(shè)置有全廠時(shí)鐘系統(tǒng)（DTC系統(tǒng)），為其他系統(tǒng)的同步設(shè)備及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供時(shí)鐘同步信號(hào)。DTC系統(tǒng)由北京天合導(dǎo)航通信技術(shù)有限公司供貨，系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括：主鐘系統(tǒng)、子鐘系統(tǒng)、遠(yuǎn)端系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)。

1）主鐘系統(tǒng)

主鐘系統(tǒng)的主要設(shè)備是SuperSTR2002D主鐘。主鐘系統(tǒng)采用銣原子鐘作為衛(wèi)星定時(shí)基準(zhǔn)源的外參考本振信號(hào)，衛(wèi)星定時(shí)基準(zhǔn)源跟蹤 GPS衛(wèi)星信號(hào)/北斗衛(wèi)星信號(hào)和IRIG-B基準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。主鐘系統(tǒng)通過光纖，采用光B碼時(shí)間信號(hào)傳遞方式，與子鐘系統(tǒng)連接，主鐘最多可管理2000個(gè)子鐘，光B碼時(shí)間信號(hào)傳遞方式具有高精度、遠(yuǎn)距離傳輸、強(qiáng)抗干擾性能以及及時(shí)通訊的特點(diǎn)。NTP協(xié)議信號(hào)通過 24端口10/100M以太網(wǎng)交換機(jī)向系統(tǒng)提供具有足夠富余量的NTP接口，為下游計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)授時(shí)。主鐘系統(tǒng)的監(jiān)控管理以RS232串口方式或TCP/IP方式接入時(shí)間同步系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，其中輸出的各類B碼信號(hào)均可通過B碼監(jiān)控軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2）子鐘系統(tǒng)

子鐘系統(tǒng)由子鐘管理控制服務(wù)器和各種類型子鐘組成。子鐘支持跟蹤子鐘管理控制服務(wù)器從主鐘授予的時(shí)間和自走時(shí)兩種工作方式，自走時(shí)方式時(shí)子鐘仍能在1s/月的誤差范圍內(nèi)正常工作。子鐘系統(tǒng)的監(jiān)控管理通過子鐘管理控制服務(wù)器以 TCP/IP方式接入子鐘管理系統(tǒng)。

3）遠(yuǎn)端系統(tǒng)

遠(yuǎn)端系統(tǒng)的主要設(shè)備是SuperSTR3008擴(kuò)展鐘，擴(kuò)展鐘通過光纖接收主鐘系統(tǒng)的光B碼，經(jīng)解碼后產(chǎn)生各種時(shí)鐘同步信號(hào)、串口報(bào)文信號(hào)和脈沖時(shí)標(biāo)信號(hào)。脈沖時(shí)標(biāo)信號(hào)可通過軟件供用戶自行定義及編程。擴(kuò)展鐘可另配置擴(kuò)展輸出單元，擴(kuò)展輸出多達(dá)500路時(shí)標(biāo)脈沖信號(hào)。由于擴(kuò)展鐘輸出的時(shí)標(biāo)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、輸出路數(shù)可擴(kuò)展性強(qiáng)，因此無需采用繼電器柜方式即可滿足核電廠現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。遠(yuǎn)端系統(tǒng)的監(jiān)控管理通過RS232串口方式或TCP/IP方式接入時(shí)間同步系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)。

4）監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)由 B碼測(cè)試儀和監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成，B碼監(jiān)測(cè)儀可以對(duì)主鐘、擴(kuò)展鐘輸出的各類B碼信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示B碼時(shí)間及B碼類型等相關(guān)信息，且同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)錯(cuò)誤時(shí)間進(jìn)行標(biāo)識(shí)及記錄，以上信息也可以通過TCP/IP方式遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)控和顯示。

5）軟件系統(tǒng)

對(duì)于我國(guó)傳統(tǒng)的食品微生物檢測(cè)技術(shù)，其技術(shù)相對(duì)較為落后，且在檢測(cè)的過程中耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)其中微生物的敏感度較低，使得食品中的一些有害微生物檢測(cè)準(zhǔn)確度不高。而隨著食品微生物檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，檢測(cè)準(zhǔn)確性和效率也在逐漸提高，且應(yīng)用也在逐漸拓寬[1]。

軟件系統(tǒng)包括時(shí)間同步系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)、子鐘管理系統(tǒng)軟件以及B碼監(jiān)控軟件，可以在本地對(duì)主鐘、擴(kuò)展鐘進(jìn)行配置和監(jiān)控或也可以通過網(wǎng)絡(luò)方式遠(yuǎn)程對(duì)主鐘、擴(kuò)展鐘進(jìn)行配置和監(jiān)控。

6）電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)采用48V通信直流電源供電，統(tǒng)采用低功耗設(shè)計(jì)，分布于各遠(yuǎn)端的子鐘采用微功耗設(shè)計(jì)，大大降低電源消耗，提高了電源系統(tǒng)的可靠性和使用效率。

紅沿河核電廠的 DTC系統(tǒng)采用主從主備式配置，在XL樓通信機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置有2臺(tái)SuperSTR2002D主鐘，500kV變電站TB樓通信機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置有1臺(tái)SuperSTR2002D主鐘，主鐘通過GPS/北斗系統(tǒng)接收衛(wèi)星的時(shí)基信號(hào)。在 XL樓通信機(jī)房，1#、2#機(jī)組和3#、4#機(jī)組核島W601廠房通信設(shè)備間內(nèi)設(shè)置時(shí)鐘系統(tǒng)遠(yuǎn)端模塊（SuperSTR3008擴(kuò)展鐘），為全廠儀控、繼電保護(hù)等系統(tǒng)的設(shè)備提供時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，并通過信號(hào)電纜或單模光纜連接核島、常規(guī)島和BOP的子鐘。DTC系統(tǒng)原理圖請(qǐng)參如圖1所示。

圖1　DTC系統(tǒng)原理圖

1.2500kV變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)現(xiàn)狀

布置在紅沿河核電廠500kV變電站TB樓通信機(jī)房?jī)?nèi)的SuperSTR2002D主鐘為變電站繼保室內(nèi)的同步時(shí)鐘擴(kuò)展屏提供一路電B碼授時(shí)信號(hào)作為時(shí)間基準(zhǔn)源，再由同步時(shí)鐘擴(kuò)展屏為TB樓內(nèi)除PMU主站外的其他電氣二次盤柜提供時(shí)間基準(zhǔn)源。

500kV變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)配置如圖2所示。

圖2　500kV變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)配置圖

1.3220kV變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)現(xiàn)狀

紅沿河核電廠220kV變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)采用基本式配置，由布置在TD樓繼保1室GPS對(duì)時(shí)柜中的 CSC-196型電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置作為主時(shí)鐘，為變電站中的各電氣二次設(shè)備提供時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。該變電站時(shí)間同步系統(tǒng)配置如圖3所示。

圖3　220kV變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)配置圖

1.4現(xiàn)有時(shí)鐘同步系統(tǒng)所存在的問題

紅沿河核電廠500kV，220kV變電站現(xiàn)有時(shí)鐘同步系統(tǒng)存在以下問題：

1）紅沿河核電廠 500kV變電站 PMU主站、220kV變電站GPS對(duì)時(shí)柜中的CSC-196型時(shí)間同步裝置僅有1路110V DC電源，不滿足DL/T 1100.1 —2009第5.3.2節(jié)中關(guān)于“時(shí)間同步裝置供電方式宜采用雙電源供電”的要求。

2）500kV變電站PMU主站、220kV變電站現(xiàn)有的時(shí)鐘同步系統(tǒng)采用基本式配置，未接入DTC系統(tǒng)，不滿足DL/T 1100.1—2009第4.3節(jié)中關(guān)于“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開關(guān)站及有條件的場(chǎng)合宜采用主備式時(shí)間同步系統(tǒng)，以提高時(shí)間同步系統(tǒng)的可靠性”的要求。并且，由于核電廠存在多套時(shí)間同步系統(tǒng)，其固有誤差難以避免，且隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，累積誤差越來越大，會(huì)失去正確的時(shí)間計(jì)量作用，不利于進(jìn)行事故分析、查找事故原因、明晰事故發(fā)生過程。

2　500kV、220kV變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

2.1變電站時(shí)間同步裝置供電方式優(yōu)化

在500kV變電站PMU主站屏內(nèi)的CSC-196型時(shí)間同步裝置中新增一個(gè)電源模塊，并在屏柜內(nèi)增加相應(yīng)的空開，從布置在 TB樓直流配電室內(nèi)的110V DC配電盤 0LBM001TB上新引一路電源至PMU主站屏，以保證CSC-196型時(shí)間同步裝置采用雙電源供電方式。

在220kV變電站內(nèi)GPS對(duì)時(shí)柜內(nèi)新增空開，從220kV變電站內(nèi)的110V DC分配電盤0LBO001CR上新引一路直流電源至 GPS對(duì)時(shí)柜，以保證CSC-196型時(shí)間同步裝置采用雙電源供電方式。

2.2變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)配置方式的優(yōu)化

將500kV變電站PMU主站、220kV變電站現(xiàn)有的時(shí)鐘同步系統(tǒng)接入現(xiàn)有的全廠時(shí)鐘系統(tǒng)（DTC系統(tǒng)），即在紅沿河核電廠內(nèi)建立統(tǒng)一的時(shí)鐘同步系統(tǒng)。具體方案：將500kV變電站PMU主站屏、220kV變電站GPS對(duì)時(shí)柜中CSC-196型時(shí)間同步裝置中的J1型信號(hào)接收插件更換為 U2型信號(hào)插件，并分別在PMU主站屏、GPS對(duì)時(shí)柜中新增光纖終端盒。對(duì)布置于TB樓通信機(jī)房?jī)?nèi)的SuperSTR2002D主鐘進(jìn)行改造，增加2塊PHE光發(fā)板卡，分別給500kV變電站PMU主站屏、220kV變電站GPS對(duì)時(shí)柜提供1路多模光B碼時(shí)鐘信號(hào)。改進(jìn)后的紅沿河核電廠500kV、220kV變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)原理圖如圖4所示。

3　結(jié)論

打破核電廠 500kV、220kV變電站時(shí)間同步系統(tǒng)各自為政的設(shè)計(jì)方式，在核電廠建立統(tǒng)一的時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)核電廠內(nèi)所有生產(chǎn)、調(diào)度管理及控制系統(tǒng)均運(yùn)行在統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)下，并可在事故發(fā)生后，通過每個(gè)開關(guān)動(dòng)作的先后順序及準(zhǔn)確時(shí)間來分析事故的原因及過程。因此說統(tǒng)一精確的時(shí)間同步系統(tǒng)是保證核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要措施。在核電廠設(shè)置統(tǒng)一的時(shí)間同步系統(tǒng)必然是今后的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。

圖4　改進(jìn)后的紅沿河核電廠500kV、220kV變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)原理圖

［1］ 系雷霆，李斌，黃太貴. 220kV變電站GPS時(shí)間同步統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)［J］. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2007（11）︰71-74.

［2］ 姬志民，宋博，任煥龍，等. GPS衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)在電廠變電站中的應(yīng)用［J］. 河北電力技術(shù)，2011（6）︰12-14.

［3］ 鄒瑄，張曦. 330kV變電站GPS時(shí)間同步系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］. 陜西電力，2009（1）︰49-51.

［4］ 陳紅艷，李亮亮，王玉東. 關(guān)于AP1000核電廠時(shí)間同步系統(tǒng)的方案研究［J］. 電氣技術(shù)，2014（5）︰86-91.

［5］ DL/T 1100.1—2009. 電力系統(tǒng)的時(shí)間同步系統(tǒng)第1部分︰技術(shù)規(guī)范［S］.

Optimized Design of Clock Synchronization System in Hongyanhe Nuclear Power Plant Substations

Tian Haisong1Yang Shengjiang2Chen Liangjia2Wei Hongwei2
（1.China Nuclear Power Technology Research Institute，Shenzhen，Guangdong518124；2. Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co.，Ltd，Dalian，Liaoning116319）

This article describes the constitution of the clock system for whole Hongyanhe nuclear power plant （DTC system），and the situation of the clock system in substations. Because of multiple sets of time synchronization system in nuclear power plant，the synchronization precision is low. Moreover，the power supply of the time synchronization device is unreliable. To solve the above problems，this paper presents the Optimized Design of existing clock synchronization system in substations.

nuclear power plant； substation； clock synchronization system； optimized design

田海松（1984-），男，遼寧大連人，碩士，工程師，主要從事核電領(lǐng)域電氣系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)工作。