1 、時間同步服務(wù)器引言

　　

　　智能變電站時間同步是智能變電站運行的基本組成部分，它利用時間同步系統(tǒng)為智能變電站中的所有智能電子設(shè)備提供可靠穩(wěn)定的時間同步信息，目前基本采用PPS.PPM.IRIG-B等單向時間信號或基于網(wǎng)絡(luò)的NTP網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議。隨著智能變電站及更高時間性能需求的出現(xiàn)，PTP精確時間同步協(xié)議也應(yīng)用而生。

 

    評價智能變電站時間同步好壞的標(biāo)志是所有授時設(shè)備及被授時設(shè)備的時間質(zhì)量在運行過程中的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。因此，驗證授時和被授時設(shè)備的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度是變電站的重要生產(chǎn)維護(hù)工作。目前，智能變電站建設(shè)實施中，往往通過離線檢查來判斷時間同步設(shè)備和被授時設(shè)備是否滿足時間同步的技術(shù)要求，這種檢查方式只能說明設(shè)備在被檢查時刻的準(zhǔn)確度，不能具有長期的判斷力，為了在運行過程中能及時反應(yīng)智能變電站時間同步中授時設(shè)備及被授時設(shè)備的運行狀態(tài)，建立對智能變電站時間同步的在線監(jiān)測將是工作中的重中之重，才能對時間系統(tǒng)中授時設(shè)備和被授時設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)的任何問題做到實時掌握和快速決策。

　　

　　對于智能變電站的時間同步服務(wù)器，可以建立對授時設(shè)備輸出信號的比對來監(jiān)測精度的長期變化或通過授時裝置的通訊通道由授時設(shè)備直接輸出裝置狀態(tài)完成對其的監(jiān)測，而對于變電站中通過PPS. PPM. IRIG-B等單向發(fā)送的時間信號進(jìn)行同步的設(shè)備，由于通過時間信號的同步過程不能發(fā)現(xiàn)被授時設(shè)備的準(zhǔn)確度變化，因此可以通過對被授時裝置在準(zhǔn)時刻觸發(fā)的SOE記錄進(jìn)行對比和篩選來決策時間準(zhǔn)確度的變化范圍是否滿足技術(shù)要求，或者可以通過被授時裝置應(yīng)用信息的時間性能來判斷裝置時間同步的穩(wěn)定度，同時對于智能變電站中目前已經(jīng)使用的NTP及PTP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由于他們是基于網(wǎng)絡(luò)的雙向時間同步協(xié)議。因此，在時間同步過程中就可以確認(rèn)時間同步精度的變化，而且網(wǎng)絡(luò)通道也為這些設(shè)備通過已用通道進(jìn)行自身狀態(tài)的傳輸提供了很方便的通訊渠道。目前智能變電站實施中，合并單元、保護(hù)裝置、測控裝置、智能終端等電子設(shè)備也可以利用GOOSE， SV9-2等信息的時刻標(biāo)志來分析運行過程中這些裝置的時間準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。
 

　　　　

　　2 、概述

　　

　　智能變電站時間同步包括:授時和被授時部分兩個方面、因此，智能變電站時間同步在線監(jiān)測的對象必須包括:對授時部分的在線監(jiān)測和被授時部分的在線監(jiān)測。智能變電監(jiān)測的主要內(nèi)容是研究和分析各種被監(jiān)測裝置的時間狀態(tài)，通過分析判斷被監(jiān)測裝置的時間準(zhǔn)確度及穩(wěn)定度，對各種潛在的問題提前進(jìn)行分析和預(yù)警，減少智能變電站事故發(fā)生的概率。

　　

　　授時部分主要功能是通過輸出各種時間同步信號，如PPS、 PPM、 IRIG-B、NTP和PTP等各種專線或者網(wǎng)絡(luò)時間信號，目的是為被授時設(shè)備提供統(tǒng)一的時間源。被授時設(shè)備主要是智能變電站內(nèi)的智能設(shè)備，如合并單元、智能終端、保護(hù)裝置、測控裝置、故障濾波裝置、表計等智能變電站必備設(shè)備，每種智能設(shè)備都肩負(fù)不同的工作使命確保智能變電站的安全穩(wěn)定運行。

　　

　　智能變電站時間同步在線監(jiān)測技術(shù)主要是完成對授時設(shè)備和被授時設(shè)備的時間在線監(jiān)測，而由于設(shè)備種類多、性能差別大等因素的存在，對在線監(jiān)測的技術(shù)提出了很高要求，如何監(jiān)測、如何實施等諸多方面的工作都必須考慮進(jìn)去，因此，通過研究和分析各種針對性的監(jiān)測技術(shù)手段，避免智能變電站時間同步在線監(jiān)測的實施復(fù)雜性及廠家成本的無限擴(kuò)張。

　　

　　3、時間信號

　　　　

　　主備式時間同步系統(tǒng)由兩臺主時鐘、多臺從鐘和信號傳輸介質(zhì)組成，與主從式的差別在于使用主備兩套主時鐘與從時鐘之間建立同步互備關(guān)系，通過穩(wěn)定的時間同步網(wǎng)為被授時設(shè)備或系統(tǒng)提供對時功能，這樣做的優(yōu)勢在于時間同步系統(tǒng)的容錯性增強(qiáng)，正常狀態(tài)下從時鐘只接收其中一個主時鐘的信號作為自己外部基準(zhǔn)、當(dāng)其中一臺主時鐘發(fā)生問題的時候，從時鐘可以快速切換到另外一個備用主時鐘，這樣可以確保整個時間同步網(wǎng)的時間年會發(fā)生偏差。

　　

　　時間同步信號包括脈沖信號、IRIG-B碼信號、網(wǎng)絡(luò)時間同步信息等。PPS和PPM都屬于脈沖信號，網(wǎng)絡(luò)時間信息包括NTP和當(dāng)前比較新型的IEEE 1588信息。

　　

　　時間同步系統(tǒng)輸出的時間信號及特征見表1所示。

　　

　　項目 PPS/PPM/IRIG-B NTP/PTP

　　

　　傳輸通道 專線 以太網(wǎng)

　　

　　對時機(jī)制 單向通道 雙向通道

　　

　　補(bǔ)償機(jī)制 固定補(bǔ)償 動態(tài)補(bǔ)償

　　

　　1PPS是脈沖對時，每秒發(fā)送一次，通過脈沖的上跳沿或下跳沿來調(diào)整時間與秒實現(xiàn)對齊的時間同步方式，屬于點對點單向同步技術(shù)、沒有時間反彼。時間補(bǔ)償也是靜態(tài)補(bǔ)償，而且PPS脈沖對時方式，不能告訴設(shè)備絕對的時間信息，只能滿足時間誤差控制在秒信息內(nèi)時間同步需求。1PPM是脈沖對時，每分鐘發(fā)送一次，屬于點對點單向同步技術(shù)，沒有時間反饋。時間補(bǔ)償也是靜態(tài)補(bǔ)償。對時周期長，只能滿足慢速對時共求的設(shè)備。

　　

　　IRIG-B碼是由美國國防部下屬的靶場間測f儀器組(IRIG)制定的一種對時標(biāo)準(zhǔn)格式，傳輸信息每秒一次，需要鋪設(shè)專線進(jìn)行時間同步，無距離限制，屬于點對點單向同步技術(shù)，沒有時間反饋信息，不能通過同步過程確定同步裝置是否真的同步上，而且對于同步裝里而宮其時間延遲不能動態(tài)補(bǔ)償，需要根據(jù)實際工況進(jìn)行固定補(bǔ)倦。IRIG-B的DC方式采用IRIG-B000格式進(jìn)行發(fā)送，IRIG-B的AC方式采用IRIG-B120格式發(fā)送。

　　

　　NTP是使用最普遮的互聯(lián)網(wǎng)時間傳輸協(xié)議，是一種基于軟件協(xié)議的同步方式DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)引入了簡單網(wǎng)絡(luò)協(xié)議SNTP，它是網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議NTP的簡化版本。NTP/SNTP根據(jù)客戶機(jī)和服務(wù)器之間數(shù)據(jù)包所攜帶的時間戳來確定時間誤差，并通過一系列的算法來消除網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟淮_定性，進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。

　　

　　PTP則是最新的網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議，它由相關(guān)網(wǎng)絡(luò)時間同步領(lǐng)域的技術(shù)人員成立的網(wǎng)絡(luò)精密時間同步委員會提出的，2002年底獲得IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會通過并作為IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 1588的全稱是網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。PTP的基本構(gòu)思是通過硬件和軟件將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的內(nèi)時鐘與主控機(jī)的主時鐘實現(xiàn)同步。與NTP相比，PTP的時標(biāo)由硬件完成，根據(jù)時間標(biāo)簽計算出傳輸時延和時鐘偏差。IEC組織也完成對其的擴(kuò)充定義為IEC 61588標(biāo)準(zhǔn)。

　　

　　綜上所述，對于PPS/PPM/IRIG-B等專線單向通道傳輸?shù)男盘栃枰ㄟ^橫向比對原則進(jìn)行仲裁判斷來分析時間信號的相對偏差，當(dāng)某個信號的偏差增大時，可以通過決策系統(tǒng)給出告警。對于NTP/PTP等以太網(wǎng)的雙向通訊同步機(jī)制，可以通過網(wǎng)絡(luò)通道通過NTP/PTP各自提供的時間精度分析機(jī)制進(jìn)行時間準(zhǔn)確度的判斷和分析。另外對于主時鐘和從時鐘的外部時間源的狀態(tài)，可以通過主時鐘和從時鐘自身的通訊通道報告狀態(tài)信息，在線監(jiān)測系統(tǒng)只要通過獲取狀態(tài)信息就可以識別主時鐘和從時鐘的外部時間源的工作狀態(tài)。

　　　　

　　時間監(jiān)測單元TMU主要負(fù)責(zé)時間信號的橫向?qū)Ρ群蚇TP/PTP等時間信號準(zhǔn)確度的收集，同時通過以太網(wǎng)通訊通道的MMS標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議獲取各個主時鐘和從時鐘的工作狀態(tài)包括外部源狀態(tài)、內(nèi)部時間狀態(tài)等等。

　　

　　4 、智能設(shè)備

　　

　　智能變電站的設(shè)計規(guī)范完全采用DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，因此智能設(shè)備的通訊完全遵循DL/T 860的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。目前各個廠家在智能設(shè)備的設(shè)計規(guī)范上已經(jīng)基本將PPS輸出和網(wǎng)絡(luò)通訊口作為了最基本的接口定義。PPS輸出的主要目的是提供時間同步準(zhǔn)確度的檢測接口，網(wǎng)絡(luò)通訊口的主要目的是提供滿足DL/T 860的通訊接口。

　　

　　由于智能設(shè)備都采用了DL/T 860作為了標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，因此智能設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)可以輸出GOOSE, SMV等信息，而這些信息又具有鮮明的時刻信息，這就為在線監(jiān)測設(shè)備提供了時間依據(jù)。DL/T 860中定義的時間準(zhǔn)確度的測試方法。

　　　　

　　

　　通過時間注入進(jìn)行分析的理論依據(jù)主要是所有設(shè)備產(chǎn)生含有時間信息報文的觸發(fā)源是相同的，如果時間信息報文的觸發(fā)源都是相同的，如果解析發(fā)現(xiàn)時間信息報文通過比對存在個別差異，就能間接判斷這些差異化設(shè)備的時間精度存在問題。由于智能變電站的實施就是依據(jù)DL/T 860進(jìn)行的設(shè)計，因此這種監(jiān)測方法的實施是經(jīng)濟(jì)和簡單的，并沒有太多刻意的增加額外的信息，一切都是利用了智能變電站的現(xiàn)有資源進(jìn)行整合，具有快速、簡便、經(jīng)濟(jì)的操作可行性。

　　

　　5、結(jié)束語

　　

　　目前國內(nèi)外對于時間同步的運行基本都是處于離線監(jiān)測手段，很多廠家都提供始終檢測儀幫助用戶進(jìn)行時間性能檢測，或者通過時間同步技術(shù)指標(biāo)監(jiān)測是否滿足設(shè)計規(guī)范要求，但這只能停留在調(diào)試階段或檢修階段，不能充分保證系統(tǒng)運行時的異常情況被及時發(fā)現(xiàn)和處理。因此，對智能變電站時間同步在線監(jiān)測的技術(shù)研究在很大程度上幫助用戶更有效的掌握智能變電站時間同步的運行情況，大大減少智能變電站因時間同步原因引起的事故概率。