变电站GPS时间同步系统的结构、时间同步方式与技术应用

王付卫

（云南电网公司玉溪供电局，云南 玉溪 653100）

众所周知，GPS技术可以覆盖全球，每天24个小时，实时向人们提供精确度极高的位置、速度、时间等信息。目前，GPS技术为全球的资源共享，被人们广泛应用在导航与定位及授时等相关领域。而在我国的电力系统中，GPS技术则主要应用在变电站中。通过网络、RS232与RS485等方式将某些设备直接与前置机、远动装置网络、串行口等进行连接。采用特定的协议达成通讯的目标。

1 变电站GPS时间同步系统的结构

变电站GPS时间同步系统主要是由同步时钟的本体及时钟的扩展装置组成。同步时钟的本体也可以叫做主时钟，时钟的扩展装置也可以叫做时钟。要根据实际状况进行时钟扩展装置的组合。在时间同步的系统中，组合的形式多种多样，根据不同用户对于设备的不同要求，主时钟能够通过电网频率的测量、网络时间服务器等进行调配。

首先，最简式的时间同步系统。这个系统主要通过一个主时钟、时间信号传输的介质、用户设备组合而成。顾名思义，最简式的时间同步系统就是设备结构比较简单，易于日常维护。但是缺点就是仅靠一个主时钟来接收一路的GPS卫星，如果在主时钟接收不到传递的GPS信号后就可能影响内部晶振走时的精准确度。另外，当主时钟出现某些故障时，用户的设备中的时间信号就只能依靠自身的时间走时进行日常活动。因此最简式时间同步系统非常适用在地县调自动化系统和用户设备较少且低于110kV的变电站中。

其次，主备式的时间同步系统。这个系统主要通过二个主时钟、时间信号传输的介质、用户设备组合而成。与最简式的时间同步系统相比，主备式的时间同步系统补充了最简式的时间同步系统中的不足之处，已经完全能够胜任网省调的自动化系统。

第三，主从式的时间同步系统。这个系统主要通过一个主时钟、多个从时钟、时间信号的传输介质、用户设备组合而成。主从式的时间同步系统中，每一个用户的设备只和与之相关的从时钟进行联系，因此，不会导致其他的设备同时发生时间失步的情况。但是，同时不能保证如果主时钟接收不到GPS信号时或者主时钟出现某些故障的情况下不发生时间失步的状况。因此，主从式的时间同步系统往往使用于设备比较分散但是距离比较远的环境中。

第四，主备主从式的时间同步系统。这个系统主要通过二台主时钟、多个从时钟、时间信号传输的介质、用户设备组合而成。主备主从式的时间同步系统主要由两套GPS卫星的接收信号、两套的主时钟构成，因此在一个主时钟可能接收不到的GPS信号、出现某些故障之后仍然可以自动通过另一个主时钟来接管。因此，这种主备主从式的时间同步系统主要适用在330 kV以上的二次设备分散式布置的变电站中。

2 变电站GPS时间同步系统的时间同步方式

变电站GPS时间同步系统的时间同步方式主要有三种：通信对时方式、脉冲对时方式、脉冲对时方式和串行通信方式相结合的方式。

首先，通信对时方式中的时间报文主要由年、月、日、时、分、秒等组成，也可以采用用户所指定的特殊内容。比如，接收到的GPS卫星数、警报信号等等。通信对时方式主要容易受距离的限制，因此造成时间的延时。但是通信式对时方式的GPS能够用通信报文把精准的时间发送到总控制的通信单元。而总控通信的单元可以通过现场的总线及串行总线，以广播报文的方式把时间的信号传递到各个保护装置、测控装置及第三方的智能化设备中。如果采用软件对时，则系统可以妹分钟发送一次对时报文。这样，不但节省了专用的硬件设备，而且不用单独敷设电缆，大大降低了成本。但是，这种对时方式的劣势在于对时总线的环节比较多，容易出现对时拖延，导致不同装置出现时间差。

其次，脉冲对时方式，这种方式主要通过秒脉冲信号与分脉冲信号构成。秒脉冲通过利用GPS进行时间同步的校准工作，以此获得和UTC同步的时间精准度。这种方式的结构特点主要是通过GPS装置将过脉冲的扩展板与同步脉冲进行扩展并放大隔离后传送输出。再次通过通讯电缆和保护装置、测控装置以及第三方的智能化设备进行连接。

第三，脉冲对时方式与串行通信的方式相结合。这种方式的结构特点比较明确：通过对当前变电站普遍采用的脉冲与串行通信进行组合，通过软件对时，对时系统可以每分钟就发送一次对时报文。对时装置能够获取时间报文中的年，月，日，时，分，秒等信息。采用脉冲对时，则可以保证秒、毫秒的精准度。这种对时方式的组合，可以保证变电站的智能化设备时间同步。也是目前我国变电站中普遍采用的一种对时方式。

3 变电站GPS时间同步系统的技术应用

首先，对于比较小型的变电站中，各种保护及测量监控装置的自身一般不带有硬件时间的同步接口电路。因此也就需要通过总控单元来进行串口或网络方式保持时间同步。对于这种同步系统的应用，变电站可以不用装GPS的接收设备，主要通过调度主站的GPS时钟做为基准时间的来源。变电站的通信主机进行接收与解释调度主站传送的同步时间报文。变电站GPS时间同步系统技术应用在比较小型的变电站中，要先同步自身的时间，然后通过站内的网络传送报文。这样，保持自动化装置的时间同步。虽然这种方式的应用对对时要求的精度不太高，但由于非常节约资源减少了投资，因此非常适和应用在小型的变电站中。

第二，网络时间的同步和脉冲时间的同步相结合。在l10kV以上的变电站中比经常应用网络时间同步方式，因为这种时间同步系统精度不太高。而脉冲时间的同步方式即使精准度比较高，但是也不经常应用在变电站中，因为脉冲时间同步方式不能完整的提供时间信息。所以，为了能够最大限度的保证时间的精准与完整，在110kV以上的变电站中，我们应用网络时间同步与脉冲时间同步的组合形式。这样，不仅仅综合利用了网络时间同步方式与脉冲时间同步方式两者的优势，即对110kV以上的变电站设备进行了时间同步而且还提高了220kV以上等级的变电站的精确性和可靠性。所以，这种应用模式是软硬相结合的时间同步方式。

第三，B码时间的同步应用。通过这种方式的时间同步保护、测量、监控主要智能化设备。当时间信号的输出单元中的B码传输出B码对时模块所接收到的时间同步信号，并对各种设备进行时间同步。在这种状况下，可以单独进行保护、测量、监控主要的智能化设备的时间同步。这种应用模式，保证了时间同步的信号能够通过网络传送到保护、测控等装置。由于，保护测控等设备也利用B码时间进行同步，所以被授时的设备应该屏蔽掉网络时间的同步信号，单独采用B码时间同步信号。这种变电站GPS时间同步系统对于装置不仅实现了时间同步，而且精准度达到了最高。

结语

伴随我国国民经济的飞速发展，我国电力系统对于时间统一的要求越来越严格。尤其对于那些超高压的变电站来说，时间的同步结构、方式、精度非常重要，对于时间同步系统的要求也越来越高。因此，采用变电站中GPS时间同步系统可以使变电站更加数字化、智能化。从以上对于GPS变电站GPS时间同步系统的结构、时间同步方式及技术应用的论述来展示对时技术对于电力系统的重大作用。采用变电站中GPS时间同步系统不但是内部时间得以统一，而且也实现了变电站无需人员值班的目标。在不断达到国家电网调度的经济安全运行的目标的同时，更实现了变电站时间同步系统的应用更加简单、可靠。

[1]陈宏,喻子易.变电站GPS授时方式与二次设备时间同步[J].湖北电力.2009(01).

[2]雷霆,李斌.220kV变电站GPS时间同步系统实现技术[J].电力自动化设备.2007(11).