王英明

(國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧　沈陽(yáng)　110006)

目前，火電廠時(shí)間同步系統(tǒng)存在全廠時(shí)間同步基準(zhǔn)不統(tǒng)一、設(shè)備未能全覆蓋、外部基準(zhǔn)信號(hào)單一、時(shí)間同步配置方案不合理等問題。本文結(jié)合火電廠實(shí)際運(yùn)行情況及需求分析火電廠一體化時(shí)間同步系統(tǒng)配置方案。

1　衛(wèi)星對(duì)時(shí)系統(tǒng)

時(shí)間同步系統(tǒng)是一種能接收外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，并按照要求的時(shí)間精度向外輸出時(shí)間同步信號(hào)和時(shí)間信息的系統(tǒng)[1]。外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)主要來(lái)自衛(wèi)星定位系統(tǒng)，衛(wèi)星定位系統(tǒng)利用衛(wèi)星進(jìn)行無(wú)線電定位，可分為靜止衛(wèi)星定位系統(tǒng)和非靜止衛(wèi)星定位系統(tǒng)兩大類。全球四大知名衛(wèi)星定位系統(tǒng)有美國(guó)全球定位系統(tǒng)(GPS)、歐盟“伽利略”衛(wèi)星定位系統(tǒng)、俄羅斯“格洛納斯”全球?qū)Ш较到y(tǒng)和我國(guó)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(北斗)。目前，在我國(guó)電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的有美國(guó)全球定位系統(tǒng)(GPS)和我國(guó)的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

2　對(duì)時(shí)方式

a. 硬對(duì)時(shí)即脈沖對(duì)時(shí)，是利用脈沖的準(zhǔn)時(shí)沿(上升沿或下降沿)來(lái)校準(zhǔn)被授時(shí)設(shè)備[2]。常用的脈沖對(duì)時(shí)信號(hào)有秒脈沖(1PPS)、分脈沖(1PPM)和時(shí)脈沖(1PPH)，硬對(duì)時(shí)需要手動(dòng)校準(zhǔn)且其精確度只能校準(zhǔn)到秒。

b. 軟對(duì)時(shí)一般用串行口對(duì)時(shí)方式，通過(guò)接收年、月、日、時(shí)、分、秒信息來(lái)校正自身的時(shí)鐘，按照RS232和RS422/485對(duì)時(shí)規(guī)約進(jìn)行對(duì)時(shí)，其精度只有毫秒級(jí)[3]。

c. IRIG時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)有兩大格式：一類是并行時(shí)間碼；另一類是串行時(shí)間碼。IRIG-B時(shí)間碼的時(shí)幀速率為1幀/s；可傳遞100位的信息，作為廣泛應(yīng)用的時(shí)間碼，B碼攜帶信息量大，經(jīng)譯碼后可獲得1 c/s、10 c/s、100 c/s、1 000 c/s的脈沖信號(hào)和BCD編碼的時(shí)間信息及控制功能信息，調(diào)制后的B碼帶寬適用于遠(yuǎn)距離傳輸，分為直流、交流兩種，并具有接口標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)際通用等特點(diǎn)。

3　時(shí)間同步系統(tǒng)配置存在問題

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展促進(jìn)火電廠逐步快速興建，不同時(shí)期的電廠時(shí)間同步系統(tǒng)配置不同，隨著微機(jī)化、智能化保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備的全面應(yīng)用，對(duì)時(shí)間同步系統(tǒng)的配置要求也越來(lái)越高。火力發(fā)電企業(yè)的時(shí)間同步系統(tǒng)配置主要存在如下問題。

3.1　全廠時(shí)間同步基準(zhǔn)不統(tǒng)一

微機(jī)保護(hù)裝置、自動(dòng)化裝置、故障錄波裝置、電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、安全穩(wěn)定控制裝置以及調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)等大多數(shù)系統(tǒng)/設(shè)備雖有各自獨(dú)立的時(shí)鐘源，但各系統(tǒng)設(shè)備間經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)間誤差，不能在同一時(shí)間基準(zhǔn)上進(jìn)行運(yùn)維管理、事故分析等工作。

各類被授時(shí)設(shè)備分別采用不同廠家、不同型號(hào)的授時(shí)設(shè)備或同廠家、同型號(hào)的多套授時(shí)設(shè)備，但不同授時(shí)設(shè)備分別授時(shí)依然存在時(shí)間同步精度差異，造成了廠內(nèi)不同被授時(shí)設(shè)備時(shí)間同步精度不同，依然無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。

測(cè)量參數(shù)為:測(cè)前速度1.0mm/s，測(cè)中速度2.0mm/s，測(cè)后速度10.00mm/s，觸發(fā)力15g，每秒采集數(shù)據(jù)200個(gè)，單位以g表示。每個(gè)樣品測(cè)6次平行。

3.2　全廠被授時(shí)設(shè)備未能全覆蓋

有些火電廠內(nèi)已配置時(shí)間同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)，但由于授時(shí)設(shè)備輸出端口不足、被授時(shí)設(shè)備對(duì)時(shí)功能未調(diào)試、應(yīng)授時(shí)設(shè)備未接入對(duì)時(shí)系統(tǒng)等因素導(dǎo)致部分被授時(shí)設(shè)備未實(shí)現(xiàn)與時(shí)間同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)的對(duì)時(shí)功能。

3.3　授時(shí)設(shè)備外部基準(zhǔn)信號(hào)單一

國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)時(shí)間同步系統(tǒng)授時(shí)設(shè)備外部授時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)主要采用GPS和北斗2種，但由于火電廠的建設(shè)時(shí)間和后期技術(shù)改造過(guò)程較長(zhǎng)，在實(shí)際應(yīng)用中存在只有GPS或北斗外部基準(zhǔn)信號(hào)，一旦外部基準(zhǔn)信號(hào)異常將引起全廠時(shí)間混亂。

4　火電廠時(shí)間同步系統(tǒng)配置方案

目前，國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)時(shí)間同步系統(tǒng)配置方式多樣化，常用基本式、主從式、主備式3種配置方式。但受目前運(yùn)行模式、管理方式等限制，并未實(shí)現(xiàn)由調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一接收無(wú)線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)后向下級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)或火電廠提供有線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)相關(guān)設(shè)備的時(shí)間信號(hào)同步。基本式和主從式時(shí)間同步系統(tǒng)配置方式只有單臺(tái)主時(shí)鐘，存在授時(shí)設(shè)備單一、易造成全廠時(shí)間混亂等安全隱患。主備式時(shí)間同步系統(tǒng)配置方式在不接收上級(jí)有線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)情況下，為系統(tǒng)提供全廠統(tǒng)一的雙主時(shí)鐘、雙無(wú)線時(shí)間基準(zhǔn)且覆蓋全廠范圍的被授時(shí)設(shè)備，能夠確保全廠時(shí)間同步系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。

4.1　配置組成

“雙鐘雙源主備式”一體化時(shí)間同步系統(tǒng)主要由2臺(tái)獨(dú)立的主時(shí)鐘、多臺(tái)從時(shí)鐘、信號(hào)傳輸介質(zhì)及被授時(shí)設(shè)備/系統(tǒng)組成。

主時(shí)鐘應(yīng)具備同時(shí)接收至少2種外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，具有晶振或原子頻標(biāo)內(nèi)部時(shí)間基準(zhǔn)，按照要求的時(shí)間精確度向外輸出時(shí)間同步信號(hào)和時(shí)間信息的裝置。

從時(shí)鐘應(yīng)具備同時(shí)接收主時(shí)鐘通過(guò)有線傳輸方式發(fā)送至少兩路的時(shí)間同步信號(hào)，具有晶振或原子頻標(biāo)內(nèi)部時(shí)間基準(zhǔn)[4]，按照要求的時(shí)間精確度向外輸出時(shí)間同步信號(hào)和時(shí)間信息。

火電廠的主時(shí)鐘應(yīng)具備同時(shí)接收GPS和北斗2種外部基準(zhǔn)信號(hào)且互為熱備用，并為從時(shí)鐘提供可靠的授時(shí)源。從時(shí)鐘接收主時(shí)鐘授時(shí)并完成對(duì)被授時(shí)設(shè)備的授時(shí)功能。

4.2　實(shí)現(xiàn)方式

雙鐘雙源主備式時(shí)間同步系統(tǒng)的基本實(shí)現(xiàn)方式(本文以雙主時(shí)鐘、雙從時(shí)鐘的配置方式為例)如圖1所示。

圖1　雙鐘雙源主備式時(shí)間同步系統(tǒng)配置

雙套主時(shí)鐘分別接收GPS和北斗無(wú)線外部基準(zhǔn)授時(shí)源，設(shè)置北斗授時(shí)源為優(yōu)先級(jí)，并形成雙主時(shí)鐘互為熱備用。當(dāng)北斗衛(wèi)星基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生異常時(shí)，主時(shí)鐘自動(dòng)切換至GPS授時(shí)源對(duì)時(shí)；當(dāng)其中1臺(tái)主時(shí)鐘外部雙基準(zhǔn)授時(shí)源信號(hào)接收全部異常時(shí)，由另1臺(tái)主時(shí)鐘為異常主時(shí)鐘提供授時(shí)功能；當(dāng)雙套主時(shí)鐘GPS和北斗外部基準(zhǔn)授時(shí)源信號(hào)接收全部異常時(shí)，主時(shí)鐘進(jìn)入守時(shí)狀態(tài)，且應(yīng)滿足守時(shí)時(shí)間準(zhǔn)確度優(yōu)于55 μs/h要求。雙主時(shí)鐘的配置方式增強(qiáng)了全廠時(shí)間同步系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

從時(shí)鐘接收上一級(jí)時(shí)間同步裝置(主時(shí)鐘)發(fā)送的有線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，并向廠內(nèi)被授時(shí)設(shè)備/系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，使全廠被授時(shí)設(shè)備/系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間基準(zhǔn)。

4.3　監(jiān)控報(bào)警

火電廠時(shí)間同步系統(tǒng)應(yīng)增加與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的通信連接設(shè)備接口，將主時(shí)鐘的授時(shí)源有效報(bào)送至后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)顯示主時(shí)鐘的授時(shí)狀態(tài)、衛(wèi)星接收情況(鎖定衛(wèi)星數(shù)量)等信息，當(dāng)外部基準(zhǔn)授時(shí)源發(fā)生切換或信號(hào)異常時(shí)，后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確發(fā)出報(bào)警信號(hào)，為運(yùn)維人員及時(shí)、有效處理問題提供可靠依據(jù)。

5　結(jié)束語(yǔ)

火電廠一體化時(shí)間同步系統(tǒng)的配置應(yīng)優(yōu)先考慮電廠運(yùn)行的安全性，為廠內(nèi)相關(guān)被授時(shí)設(shè)備/系統(tǒng)提供安全、精準(zhǔn)、可靠的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全廠時(shí)間同步系統(tǒng)一體化。為適應(yīng)我國(guó)大電網(wǎng)互聯(lián)、特高壓輸電的發(fā)展需要，時(shí)間同步系統(tǒng)應(yīng)由發(fā)電廠、變電站的局域網(wǎng)逐步發(fā)展至區(qū)域電網(wǎng)乃至全網(wǎng)時(shí)間基準(zhǔn)的高度統(tǒng)一，為電力系統(tǒng)設(shè)備管理、能耗分析、生產(chǎn)控制和電網(wǎng)調(diào)度提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間基準(zhǔn)，為快速查找故障、分析事故、電網(wǎng)持續(xù)運(yùn)行提供可靠保障，從而確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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