內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司錫林郭勒電業(yè)局 宗浩然

為了解決電力時(shí)間同步系統(tǒng)誤差問(wèn)題，本文對(duì)電力時(shí)間同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及作業(yè)原理進(jìn)行分析，提出了時(shí)間同步誤差來(lái)源。通過(guò)布設(shè)測(cè)試試驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)測(cè)控準(zhǔn)確度的影響、基于天氣因素的時(shí)間同步誤差對(duì)系統(tǒng)的影響展開(kāi)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)字量類(lèi)型裝置容易受合并單元和電子互感器的影響，因此降低了系統(tǒng)測(cè)控準(zhǔn)確性，并且雷雨天氣下，隨著時(shí)間的推移，系統(tǒng)同步誤差越來(lái)越大，建議限制數(shù)字量誤差等級(jí)，提出有效解決措施。

1 電力時(shí)間同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電力時(shí)間同步系統(tǒng)主要由4個(gè)層次組成，位于最上方的是站間同步，最下方的是過(guò)程同步，中間兩層沿著從下至上的順序依次為間隔層同步、站控層同步。過(guò)程層與站間層作業(yè)同步性能要求偏高。其中，站間層采用的同步工具為北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)，根據(jù)地域變電站作業(yè)需求，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一控制，使得數(shù)字量得以統(tǒng)一。

過(guò)程層內(nèi)的PTP、IRIG-B碼、脈沖等作業(yè)控制方式，使得電力系統(tǒng)作業(yè)得以同步，采用統(tǒng)一時(shí)間軸進(jìn)行管理，使得不同間隔條件下的數(shù)字量得以統(tǒng)一，使得數(shù)字量可以從過(guò)程層布設(shè)的設(shè)備傳輸至變電站，而后向其他站發(fā)送信息，控制各個(gè)站的數(shù)字量同步性能。如果系統(tǒng)過(guò)程層出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致合并單元出現(xiàn)同步誤差，此時(shí)測(cè)得電子互感器作業(yè)狀況同樣存在同步誤差問(wèn)題。

2 時(shí)間同步系統(tǒng)誤差來(lái)源的提出

2.1 氣象擾動(dòng)因素影響下的誤差

系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)容易受天氣影響，如果當(dāng)前天氣為陰雨天，電離層會(huì)因云層厚度的增加而發(fā)生變化，導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生改變，此時(shí)輸出的同步信號(hào)抖動(dòng)幅度增加，出現(xiàn)多處不同步現(xiàn)象。該現(xiàn)象的產(chǎn)生并非人為因素造成，后期無(wú)法消除。每一次不同步問(wèn)題的出現(xiàn)，都會(huì)致使誤差累積，隨著時(shí)間的推移，誤差影響量越來(lái)越大，不容忽視。

2.2 天線(xiàn)安裝擾動(dòng)因素影響下的誤差

電力自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備的安裝容易受環(huán)境限制，部分設(shè)備安裝位置不是最佳位置，設(shè)備作業(yè)期間容易受到周?chē)h(huán)境干擾，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。其中，天線(xiàn)安裝受限導(dǎo)致的誤差較為顯著。系統(tǒng)電線(xiàn)安裝位置與預(yù)期存在偏差，受山體等影響，產(chǎn)生的反射較多，輸出信號(hào)抖動(dòng)幅度較大，致使信號(hào)同步性較差。

2.3 同步鏈路因素影響下的誤差

由于時(shí)鐘設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備布設(shè)距離差異性較大，不同距離條件下耗費(fèi)的信號(hào)傳輸時(shí)間不同，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備之間信號(hào)傳輸耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)一些。因此，鏈路因素對(duì)站內(nèi)信號(hào)傳輸同步性造成了一定影響。為了消除延時(shí)，需要采取修正處理。

2.4 電磁干擾擾動(dòng)因素影響下的誤差

系統(tǒng)作業(yè)環(huán)境中的電磁干擾較強(qiáng)，設(shè)計(jì)過(guò)程中必須注意強(qiáng)弱信號(hào)的拆分，避免兩種信號(hào)距離過(guò)近造成干擾。一旦發(fā)生干擾，設(shè)備作業(yè)期間就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤同步。

3 時(shí)間同步誤差對(duì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)的影響定量分析

3.1 電力自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)控準(zhǔn)確度的影響試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)原理本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)試間隔層在時(shí)間同步誤差的變化下生成的數(shù)據(jù)，對(duì)兩者之間的影響關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證。如圖1所示為測(cè)試原理圖。

圖1 基于時(shí)間同步誤差的系統(tǒng)作業(yè)誤差測(cè)量的試驗(yàn)原理

圖1中，合并單元與電子互感器是向變電站測(cè)控裝置發(fā)送數(shù)字量的設(shè)備。本次試驗(yàn)以標(biāo)準(zhǔn)交流信號(hào)源作為發(fā)送信號(hào)，分別向合并單元A和B發(fā)送相同的電流信號(hào)和電壓信號(hào)。其中，單元A正常，信號(hào)能夠正常與時(shí)鐘同步，而單元B接受到的信號(hào)為存在誤差的同步信號(hào)，該信號(hào)由同步系統(tǒng)分析儀定量給出。其中，同步信號(hào)的誤差大小為ε，將兩個(gè)單元接收到的信號(hào)整合到一起，發(fā)送到測(cè)控單元中，計(jì)算誤差ε影響下的功角測(cè)量誤差，記為Δφ，同時(shí)獲取功率因數(shù)，記為Φ。

（2）試驗(yàn)結(jié)果分析

依據(jù)測(cè)量試驗(yàn)原理，搭建測(cè)量環(huán)境，分別對(duì)功角測(cè)量誤差、功率因數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并記錄計(jì)算值，結(jié)果如表1所示。

表1 基于時(shí)間同步誤差的系統(tǒng)作業(yè)誤差測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)觀(guān)察表1中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，當(dāng)誤差ε逐漸增加時(shí)，功角測(cè)量誤差越來(lái)越大，功率因數(shù)隨之減小，測(cè)控單元中的應(yīng)用數(shù)據(jù)誤差逐漸增加，理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際誤差相差較小。在無(wú)需對(duì)的情況下，測(cè)控單元處于間接擾動(dòng)狀態(tài)。由此可以推斷，數(shù)字量類(lèi)型裝置容易受合并單元和電子互感器的影響，這些設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)間接影響到了系統(tǒng)測(cè)控單元。

3.2 基于天氣因素的時(shí)間同步誤差對(duì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)的影響試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)原理

為了探究站間受時(shí)間同步誤差的影響，本次此時(shí)以天氣作為試驗(yàn)條件布設(shè)因素，依據(jù)測(cè)試原理，對(duì)惡劣天氣下時(shí)間同步擾動(dòng)影響問(wèn)題進(jìn)行分析。該測(cè)試方案采用串聯(lián)方式將交流信號(hào)I轉(zhuǎn)入電子互感器和合并單元中，分別記為A、B。其中，信號(hào)A與信號(hào)B同相，兩者信號(hào)源不通過(guò)，信號(hào)A的信號(hào)源由原子鐘發(fā)出，信號(hào)B的信號(hào)源由真實(shí)時(shí)鐘發(fā)出，利用測(cè)控單元采集影響指標(biāo)數(shù)據(jù)。

（2）試驗(yàn)結(jié)果分析

本次試驗(yàn)選擇在陰雨天開(kāi)展，此天氣會(huì)產(chǎn)生時(shí)間同步擾動(dòng)，會(huì)對(duì)兩站同步作業(yè)造成一定影響。為了測(cè)得影響分析數(shù)據(jù)，收集信號(hào)A和信號(hào)B，將兩個(gè)信號(hào)的數(shù)字量均與測(cè)控單元連接，分別測(cè)試不同ε條件下的Δφ。以下為雷雨天氣條件下的角度誤差與同步誤差結(jié)果分析：

自動(dòng)化系統(tǒng)在雷雨天氣條件下作業(yè)，前兩個(gè)小時(shí)時(shí)鐘作業(yè)正常，輸出信號(hào)同步性較強(qiáng)，積累的誤差在允許范圍之內(nèi)。隨著時(shí)間的推移，同步誤差越來(lái)越大，并且輸出結(jié)果的抖動(dòng)較大，大大降低了時(shí)鐘守時(shí)能力。其中，3h～4h時(shí)間段同步誤差出現(xiàn)持續(xù)上升變化趨勢(shì)。4.5h時(shí)失去了同步，隨著時(shí)間的推移，同步誤差大幅度提升，從95μs上升到了600μs，出現(xiàn)了較為顯著的相位誤差。

試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，相位測(cè)量值發(fā)生異常，從0h至10h出現(xiàn)頻率為2次，誤差達(dá)到了63°。該現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間雖然很短，并且該時(shí)刻下的同步誤差不是很大，但是此情況發(fā)生在系統(tǒng)恢復(fù)同步的重要環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)中，系統(tǒng)需要消除誤差，從較大誤差數(shù)值恢復(fù)到同步時(shí)刻，因而會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，并且幅度會(huì)很大，致使合并單元在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生混亂。由于誤差較大，很有可能影響自動(dòng)化系統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)裝置作用減半。另外，電子互感器的應(yīng)用也會(huì)對(duì)系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)造成較大的影響。為了避免此類(lèi)問(wèn)題的產(chǎn)生，建議限制數(shù)字量誤差等級(jí)，通過(guò)計(jì)算數(shù)字量允許誤差，給出應(yīng)對(duì)之策。

總結(jié)：時(shí)間同步系統(tǒng)誤差來(lái)源有很多，主要包括氣象擾動(dòng)因素、天線(xiàn)安裝擾動(dòng)因素、同步鏈路因素、電磁干擾擾動(dòng)因素。這些誤差因素在電力自動(dòng)化系統(tǒng)作業(yè)環(huán)境中無(wú)處不在，導(dǎo)致系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備作業(yè)狀態(tài)很難保持同步，對(duì)系統(tǒng)作業(yè)質(zhì)量造成了較大影響。本文通過(guò)探究時(shí)間同步誤差對(duì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)造成的影響，希望可以引起人們對(duì)此問(wèn)題的重視，逐漸完善時(shí)間同步系統(tǒng)體系。