谁来“护驾”电力全网时间?

钱 军

北斗的高精度、稳定性、安全性和自主性已然折射出中国智慧的光芒。

随着中国经济社会发展，电网规模不断扩大，运行水平大幅提高，建设“坚强的智能电网”成为中国电网建设的既定战略。国家发改委称，2009年至2020年，中国将投资4万亿元用于智能电网建设。

要建设智能电网就离不开数字化变电站。而目前，在涉及电网安全的广域电网运行，保护与控制等方面，尤其是电网中重要发电厂及变电站内各自动化系统的实时时钟，建立在脉冲技术上的工作原理，还有很多问题和安全性论证没有实现。

系统实时时钟的时间同步成为当代电网以及未来智能电网运行的一项基本要求。为实现电力时间统一基准，GPS系统一直被广泛地应用于中国电网调度中心、电厂和变电站的自动化运行、保护、控制、安全生产等领域的授时。

事实上，采用美国的GPS作为主时钟源或许是过去的一种技术无奈，或许是决策者出于经济性、认知惯性的考虑，但在电力系统中，广泛采用GPS，就真正统一了设备与系统间的时间吗?真的实现了电力全网时间的统一吗?如此的“GPS时间”可靠安全吗?

“GPS”隐患

2007年12月，某区域电网公司(应公司要求隐去真实名称)对其所在省电力电网GPS授时设备进行全面检查。随后，一份汇报材料被紧急送到公司领导案头。汇报所涉及内容令该公司高层颇感惊讶：“全省GPS授时设备完好率不足60％”。

看到这一消息，公司第一时间召集协调会，与会专家和一线输电站负责人也认识到问题严重性，经过数天讨论和分析，设备质量只是一方面，“GPS授时安全隐患”这一深层次问题，更应引起足够重视。

“我们已经将这一重大隐患备份至国家相关电力安全管理部门。电力工业的安全生产关系国家能源安全和国民经济命脉，是保障国家安全，经济发展、社会稳定的关键性因素之一。”公司负责人事后感慨。

在一个省份出现如此高比例的设备损坏，非但不正常，更需要警惕的是其危险程度。近年来，随着中国电网运行控制及保护水平的提升，大部分变电站采用了综合自动化方案，这也是今后电网的发展方向。

自动化、信息化和输电效率得到了不同程度提高，降低成本同时，问题也随之而来。中国电力企业从电力传输网到电力计算机网络的时间系统，主要是以GPS作为主时钟源，进行同步授时，由于其授时的工作原理和系统时钟源被美国掌控，GPS授时存在重大隐患。

具体而言，目前中国电力行业接收GPS授时信号是免费的，GPS授时终端价格低廉，这是美国GPS系统在民用领域的应用。正因为是“免费的午餐”，所以美国不承诺对任何应用所产生的问题负责。

众所周知，GPS系统是美国政府引以为豪的战略工程，所有信号的发生、传输权由美国掌控，一旦出现民用信号关闭、误码率加大或者系统出现故障，以GPS技术为基础的系统将被置于危险的境地，中国电网概莫能外。

在中国，存在长距离大规模电力传输的现实，从电厂发出的每度电，都以高达每秒30万公里的速度经过变电站并网输送，经过数个、数十个变电站的长距离配送，最终抵达用户。这个过程需要同时有几百台设备保护电力安全运行，涉及各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置，如电厂机组自动控制系统，调度自动化系统，变电站计算机监控系统等，如此大量设备是否能够按照预先计划的流程，准确安全地传输到位，决然离不开全网设备时间基准问题。

“倘若这些设备运行时间不同步，那么轻则运行设备失控，影响正常输供，重则造成整个地区电网瘫痪。而且由于时间不同步，很难及时排查事故原因。”北京国智恒电力管理科技有限公司董事长吕建光如此描绘。

客观来说，电力输配对设备时间同步的精准度提出了极高极严的技术要求，电力设备时间同步的精准度正从过去的微秒级过渡到纳秒级，因此，必须为电力系统配置高精度、高可靠的授时系统，在传输系统和接收系统间出现时间误差，高压电流势必会在瞬间烧毁被接收的变电站或是传输线路，这很容易理解。

“北斗”精准而出

如何解决报告所涉问题，公司经过反复论证，决定起用独立自主的北斗卫星导航授时技术，利用中国的高精度卫星授时系统支撑电网运行。

对GPS授时在电力行业应用存在的重大安全隐患进行分析调查，做出科学判断，根据北斗系统的特性，自主创新，联合研发了“北斗电力全网时间同步管理系统”。

“北斗一号”是中国自行研制建立的卫星导航定位系统，集导航定位、短报文通信、高精度授时三大主要功能于一体。

该系统目前工作覆盖区域主要集中在北纬5°～55°，东经70°～140°之间的广大地区。随着2003年5月25日“北斗一号”系统的第3颗卫星成功发射升空，“北斗一号”系统已经开始全面为各种用户提供稳定和可靠的服务，开通运行7年来，系统运行稳定，技术状况良好。

目前，北斗二代系统正待字闺中，2010年1月17日，北斗导航卫星Compass G1成功发射，第二代北斗卫星组网正在按照预定计划进行。可以预见的未来，系统服务能力更强，定位授时精度更高，并与北斗一号系统完全兼容，能够为用户提供更加完善稳定的服务。

“北斗电力全网时间同步管理系统”(下称系统)是采用北斗与GPS(或其它)等多时间源智能切换技术开发完成的新一代电力系统的时间同步系统产品。系统装置内置恒温晶振或铷钟，通过多时间源智能切换技术和先进的时间控制处理算法實现可靠的、高精度的时间输出；采用“北斗双向授时功能”专有技术能实现严格意义上全电力系统时间的统一；通过利用北斗卫星导航系统的短信息功能，能够实现所有厂站端时间同步系统远程监测和运行控制；系统为电力输送提供高精度的、安全的全网时间同步整体解决方案，准确、可靠、易用的特点确保了可靠、高精度授时的广泛需要。

由此，中国电力输送领域重点攻坚的时间同步课题将得到彻底解决，2008年9月，选择将中国华东电网公司调度中心作为北斗电力全网时间同步监测控制系统的总控中心，2个500KV变电站(上海南汇变电站和南京东善桥变电站)和2个电厂(新安江电厂和富春江电厂)作为卫星同步时钟的使用单位，构成实用性北斗电力时间同步示范系统。试用结果表明，系统各项指标达到使用要求，实现了全网范围内的时间同步。

系统于2008年12月19日通过组织的专家委员会鉴定验收。鉴定委员会认为，该研究成果整体水平国内领先，具有推广应用价值。

2009年9月，国家电监会公开表示，国家正式确立“天地互备，以北斗为主的电力授时体系”。

这标志着中国电力行业自主高精度授时时代已经开启。中国自主研发的北斗卫星导航授时应用的春天也已到来。

中国创造

“北斗导航，是‘中国创造的杰出代表，闪耀着中华民族自主创新的灿烂光芒，是天之骄子。”中国卫星导航定位应用管理中心副主任赵康宁如是说。

作为中国具有战略意义的国家重要信息基础和战略设施，北斗卫星导航定位系统正在表达着中国综合国力，已经为包括电力在内的国民经济关键领域发挥重要作用。

北斗系统将继续在包括智能电网在内的电力电网建设中发挥更大作用。未来几年，建设特高压电网又是发展智能电网的强大物理基础，大容量、远距离输电是最大特点，对各种技术要求、设备配备、电网的建设和特性提出了更高要求。

2009年，中国4万亿元拉动内需的投资分配落地，随后，国家电网公司宣布将建设“坚强智能电网”、“特高压电网”作为未来五年的核心发展目标，其在时间同步系统方面对高精度授时将有更加苛刻的要求，我国北斗卫星授时技术将逐步替代国外GPS产品与技术，摆脱对国外系统的依赖，保证电网的正常建设和安全。

“电力全网时间同步系统”的系统和终端开发成功与应用，解决了目前电力系统时间同步应用中的三大难题：提供可靠的备用时钟源；实现全网时间同步；实现远程监测与维护。

此项高精度授时系统不仅能全时段、全区域地控制电力全网内所有时钟的信息，实现真正意义上的全网同步。同时，还可自动监视系统中各单位时钟状态，并进行主动干预和控制，实现真正意义上电力全网时间同步管理和远程监控，进而解决了因GPS固有缺陷给电力调度、生产带来的重大事故隐患。

时间同步管理系统的研制成功，创造了历史，填补了国内相关领域的空白，系统全部采用具有中国自主知识产权的技术。

北斗的高精度，稳定性、安全性和自主性已然折射出中国智慧的光芒，也同样因为拥有这些，她才不断的被技术界、产业界、科学界和民众所认可，也因为拥有这些，北斗的来来会更好。