1 、時(shí)間同步服務(wù)器引言

　　

　　智能變電站時(shí)間同步是智能變電站運(yùn)行的基本組成部分，它利用時(shí)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(shí)間同步信息，目前基本采用PPS.PPM.IRIG-B等單向時(shí)間信號或基于網(wǎng)絡(luò)的NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議。隨著智能變電站及更高時(shí)間性能需求的出現(xiàn)，PTP精確時(shí)間同步協(xié)議也應(yīng)用而生。

 

    評價(jià)智能變電站時(shí)間同步好壞的標(biāo)志是所有授時(shí)設(shè)備及被授時(shí)設(shè)備的時(shí)間質(zhì)量在運(yùn)行過程中的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。因此，驗(yàn)證授時(shí)和被授時(shí)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(shí)施中，往往通過離線檢查來判斷時(shí)間同步設(shè)備和被授時(shí)設(shè)備是否滿足時(shí)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(shí)刻的準(zhǔn)確度，不能具有長期的判斷力，為了在運(yùn)行過程中能及時(shí)反應(yīng)智能變電站時(shí)間同步中授時(shí)設(shè)備及被授時(shí)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，建立對智能變電站時(shí)間同步的在線監(jiān)測將是工作中的重中之重，才能對時(shí)間系統(tǒng)中授時(shí)設(shè)備和被授時(shí)設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的任何問題做到實(shí)時(shí)掌握和快速?zèng)Q策。

　　

　　對于智能變電站的時(shí)間同步服務(wù)器，可以建立對授時(shí)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(shí)裝置的通訊通道由授時(shí)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(shí)間信號進(jìn)行同步的設(shè)備，由于通過時(shí)間信號的同步過程不能發(fā)現(xiàn)被授時(shí)設(shè)備的準(zhǔn)確度變化，因此可以通過對被授時(shí)裝置在準(zhǔn)時(shí)刻觸發(fā)的SOE記錄進(jìn)行對比和篩選來決策時(shí)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(shí)裝置應(yīng)用信息的時(shí)間性能來判斷裝置時(shí)間同步的穩(wěn)定度，同時(shí)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(shí)間同步協(xié)議。因此，在時(shí)間同步過程中就可以確認(rèn)時(shí)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(shí)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(shí)刻標(biāo)志來分析運(yùn)行過程中這些裝置的時(shí)間準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。
 

　　　　

　　2 、概述

　　

　　智能變電站時(shí)間同步包括:授時(shí)和被授時(shí)部分兩個(gè)方面、因此，智能變電站時(shí)間同步在線監(jiān)測的對象必須包括:對授時(shí)部分的在線監(jiān)測和被授時(shí)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(shí)間狀態(tài)，通過分析判斷被監(jiān)測裝置的時(shí)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(shí)部分主要功能是通過輸出各種時(shí)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(shí)間信號，目的是為被授時(shí)設(shè)備提供統(tǒng)一的時(shí)間源。被授時(shí)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(jì)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(yùn)行。

　　

　　智能變電站時(shí)間同步在線監(jiān)測技術(shù)主要是完成對授時(shí)設(shè)備和被授時(shí)設(shè)備的時(shí)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(shí)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(shí)間同步在線監(jiān)測的實(shí)施復(fù)雜性及廠家成本的無限擴(kuò)張。

　　

　　3、時(shí)間信號

　　　　

　　主備式時(shí)間同步系統(tǒng)由兩臺主時(shí)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(shí)鐘與從時(shí)鐘之間建立同步互備關(guān)系，通過穩(wěn)定的時(shí)間同步網(wǎng)為被授時(shí)設(shè)備或系統(tǒng)提供對時(shí)功能，這樣做的優(yōu)勢在于時(shí)間同步系統(tǒng)的容錯(cuò)性增強(qiáng)，正常狀態(tài)下從時(shí)鐘只接收其中一個(gè)主時(shí)鐘的信號作為自己外部基準(zhǔn)、當(dāng)其中一臺主時(shí)鐘發(fā)生問題的時(shí)候，從時(shí)鐘可以快速切換到另外一個(gè)備用主時(shí)鐘，這樣可以確保整個(gè)時(shí)間同步網(wǎng)的時(shí)間年會(huì)發(fā)生偏差。

　　

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

　　

　　時(shí)間同步系統(tǒng)輸出的時(shí)間信號及特征見表1所示。

　　

　　項(xiàng)目 PPS/PPM/IRIG-B NTP/PTP

　　

　　傳輸通道 專線 以太網(wǎng)

　　

　　對時(shí)機(jī)制 單向通道 雙向通道

　　

　　補(bǔ)償機(jī)制 固定補(bǔ)償 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

　　

　　1PPS是脈沖對時(shí)，每秒發(fā)送一次，通過脈沖的上跳沿或下跳沿來調(diào)整時(shí)間與秒實(shí)現(xiàn)對齊的時(shí)間同步方式，屬于點(diǎn)對點(diǎn)單向同步技術(shù)、沒有時(shí)間反彼。時(shí)間補(bǔ)償也是靜態(tài)補(bǔ)償，而且PPS脈沖對時(shí)方式，不能告訴設(shè)備絕對的時(shí)間信息，只能滿足時(shí)間誤差控制在秒信息內(nèi)時(shí)間同步需求。1PPM是脈沖對時(shí)，每分鐘發(fā)送一次，屬于點(diǎn)對點(diǎn)單向同步技術(shù)，沒有時(shí)間反饋。時(shí)間補(bǔ)償也是靜態(tài)補(bǔ)償。對時(shí)周期長，只能滿足慢速對時(shí)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(shí)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(shí)間同步，無距離限制，屬于點(diǎn)對點(diǎn)單向同步技術(shù)，沒有時(shí)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(shí)間延遲不能動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，需要根據(jù)實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間戳來確定時(shí)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(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

　　

　　PTP則是最新的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議，它由相關(guān)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步領(lǐng)域的技術(shù)人員成立的網(wǎng)絡(luò)精密時(shí)間同步委員會(huì)提出的，2002年底獲得IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)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(shí)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(shí)鐘與主控機(jī)的主時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)同步。與NTP相比，PTP的時(shí)標(biāo)由硬件完成，根據(jù)時(shí)間標(biāo)簽計(jì)算出傳輸時(shí)延和時(shí)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(shí)間信號的相對偏差，當(dāng)某個(gè)信號的偏差增大時(shí)，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(shí)間精度分析機(jī)制進(jìn)行時(shí)間準(zhǔn)確度的判斷和分析。另外對于主時(shí)鐘和從時(shí)鐘的外部時(shí)間源的狀態(tài)，可以通過主時(shí)鐘和從時(shí)鐘自身的通訊通道報(bào)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(shí)鐘和從時(shí)鐘的外部時(shí)間源的工作狀態(tài)。

　　　　

　　時(shí)間監(jiān)測單元TMU主要負(fù)責(zé)時(shí)間信號的橫向?qū)Ρ群蚇TP/PTP等時(shí)間信號準(zhǔn)確度的收集，同時(shí)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(gè)主時(shí)鐘和從時(shí)鐘的工作狀態(tài)包括外部源狀態(tài)、內(nèi)部時(shí)間狀態(tài)等等。

　　

　　4 、智能設(shè)備

　　

　　智能變電站的設(shè)計(jì)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(gè)廠家在智能設(shè)備的設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)刻信息，這就為在線監(jiān)測設(shè)備提供了時(shí)間依據(jù)。DL/T 860中定義的時(shí)間準(zhǔn)確度的測試方法。

　　　　

　　

　　通過時(shí)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(shí)間信息報(bào)文的觸發(fā)源是相同的，如果時(shí)間信息報(bào)文的觸發(fā)源都是相同的，如果解析發(fā)現(xiàn)時(shí)間信息報(bào)文通過比對存在個(gè)別差異，就能間接判斷這些差異化設(shè)備的時(shí)間精度存在問題。由于智能變電站的實(shí)施就是依據(jù)DL/T 860進(jìn)行的設(shè)計(jì)，因此這種監(jiān)測方法的實(shí)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(shí)間同步的運(yùn)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(shí)間性能檢測，或者通過時(shí)間同步技術(shù)指標(biāo)監(jiān)測是否滿足設(shè)計(jì)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(yùn)行時(shí)的異常情況被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。因此，對智能變電站時(shí)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(shí)間同步的運(yùn)行情況，大大減少智能變電站因時(shí)間同步原因引起的事故概率。