GPS对时系统在电厂中的应用

窦刚

摘 要：GPS对时系统在电厂自动化系统中起着非常重要的作用，在建厂和调试时却最容易被我们忽视，在建厂初期调试阶段，电科院工作人员基本不管GPS时钟对时系统是否能可靠工作，这就要求我们电厂人员必须在设计、施工和调试过程中把好关。本文通过作者多年的电厂电气二次专业施工、调试及维护经验，介绍了作者对GPS对时系统的认识及施工、调试、维护中应该重点注意的问题。

关键词：GPS对时系统；典型方案；注意事项

1 概况

电子信息技术的爆炸式发展，使得电厂自动化水平得到了很大的提升。面对如此庞大的自动化系统，操作记录、告警信息、跳闸记录、SOE事件等信息对于故障原因的查找、异常事件的分析、故障点的精确定位起着至关重要的作用。而这些有用信息，只有在同一坐标时间下，才是有用信息。没有时间坐标或者时间坐标不精确的告警信息及记录是毫无作用的。甚至在有些大型异常或者故障的分析中，要求电厂的告警记录时标和电网公司自动化设备的时标保持一致。GPS对时系统就是为电厂的DCS系统、调度自动化系统，电厂AVC子站、电厂AGC子站、发变组保护装置、线路保护装置、母线保护装置、快切装置提供精准的时钟源。GPS对时装置在电厂自动化系统中起着举足轻重的作用，应引起我们的高度重视。

2 GPS对时系统简介

GPS是全球定位系统（Global Posisions System）的英文缩写，GPS通过卫星接收器接收卫星提供的精准时钟信号，卫星接收器将时钟信号通过同轴电缆传送给时钟同步装置。时钟同步装置通过以太网接口、串行接口、光接口向被对时设备提供标准时钟信息并进行对时。GPS对时方式根据所提供的对时信息分为标准的IRIG-B码、秒脉冲（PPS）、分脉冲（PPM）和对时报文。GPS模块秒脉冲精度为≤500ns，考虑到内部光耦以及电平驱动器的传输延时，装置端口的秒脉冲以及分脉冲精度为≤10μs，所以说GPS的对时精度≤10μs（10μs=1×10-2MS=1×10-5S）。

3 GPS对时方式分类

3.1 GPS对时方式按照接口类型可分为光纤输出接口、RS-485输出接口、RS-232输出接口、TTL输出接口、光耦空节点输出接口。

3.1.1 光纤输出接口：以南瑞RCS-9785D装置为例，光纤输出接口插件提供8个光纤输出端口，分为两组，前4个为第一组，后4个为第二组，每组均可通过插件内部的跳线选择输出IRIG-B、PPS、PPM 或对时报文。光纤端口采用多模光纤，ST接头，每个端口可以根据需要设置为常有光或常无光方式。

3.1.2 RS-485输出接口：该插件提供7个RS-232输出端口，分为两组，前4个为第一组，后3个为第二组，每组均可通过插件内部的跳线选择输出IRIG-B、PPS、PPM或对时报文。

3.1.3 TTL输出接口：该插件提供8个直流偏置（TTL）输出端口，分为两组，前4个为第一组，后4个为第二组，每组均可通过插件内部的跳线选择输出IRIG-B、PPS 或PPM。每组端口的输出信号可通过跳线设置为正脉冲有效或负脉冲有效。通常，对于IRIG-B 采用正脉冲方式，而对于PPS或PPM采用负脉冲方式。

3.1.4 光耦空接点输出接口：该插件提供8个空接点输出端口，分为两组，前4个为第一组，后4个为第二组，每组均可通过插件内部的跳线选择输出IRIG-B、PPS或PPM。脉冲输出空接点接线方法如图所示。

3.2 GPS对时方式按照提供的对时信息可分为标准的IRIG-B码、秒脉冲（PPS）、分脉冲（PPM）和对时报文

3.2.1 标准的IRIG-B码对时：IRIG-B为IRIG委员会的B标准，是专为时钟的传输制定的时钟码。每秒输出一帧按秒、分、小时、日期的顺序排列的时间信息。IRIG-B信号有直流偏置（TTL）电平、1KHz正弦调制信号、RS422电平方式、RS-232电平方式4中形式。对时报文格式如下：

波特率：9600bps；

数据格式：每字节中一位起始位，八位数据位，一位停止位，无校验；

信息格式：每秒发送一次，采用Motorola 二进制格式，长度为154 字节，每个字节均为二进制数值。

其中，跟踪上的卫星数目t 是指本装置的内置GPS模块跟踪上的卫星数目，假如装置切换至外部对时源，则它将根据接收到的外部IRIG-B 时间码判断外部对时源的GPS 信号是否有效，如果有效则t置为1，如果无效则t置为0；校验字节C是从报文的第2 号字节（即“H”）开始，到第150 号字节（即校验字节C 的前一字节）逐字节异或的结果。

3.2.2 秒脉冲对时：每秒钟给对时装置发送一个脉冲，分钟脉冲对时是每分钟给需要对时的装置发送一个脉冲。

3.2.3 报文对时：对时装置以广播形式给被对时装置发送固定格式的报文信息。

4 电厂GPS对时系统应用方案

5 在施工和日常维护中应该注意的问题

5.1 在施工中应该注意的问题。

5.1.1 卫星接收器到到同步时钟装置之间的距离不能大于50米，否则信号衰减太大，会影响时间精度。

5.1.2 卫星接收器必须垂直地面安装，误差应在2度以内。

5.1.3 卫星接收器不应该是本区域的最高建筑，否则会受到雷击。

5.1.4 卫星接收器的工作环境温度至少要低于当地历史最低温度的5度以内，防止卫星接收器被冻坏。

5.1.5 保证卫星接收器120度范围内无遮挡物。

5.1.6 GPS盘柜必须可靠接地，与被对时装置之间的通信电缆必须两端可靠接地。

5.2 日常维护中应该注意的问题。

5.2.1 应该定期查看GPS系统是否锁住卫星，装置有无其他告警。

5.2.2 定期查看被对时装置时钟显示是否准确，若果是IRIG-B码对时，应该查看被对时装置屏幕左上角是否有“IRIG-B码”，如果有“IRIG-B码”说明对时正常，否则故障。

5.2.3 常见问题解析

（1）时钟同步装置出现GPS插件出错告警时，是因为没有检测到GPS插件，需要检查检查GPS1插件是否插好，重新开机。

（2）时钟同步装置出现GPS1模块出错告警时，是因为没有检测到内部GPS1模块，需要通知厂家更换GPS模块。

（3）时钟同步装置报GPS卫星失步时，是因为GPS没有跟踪到任何卫星 需要检查GPS的卫星天线是否接好，或者是天气原因。

（4）时钟同步装置报通道A1无输入告警时，是因为装置没有检测到IRIG-B信号，首先需要检查通道是否开启，确定通道开启后，再检查GPS插件输入通道A的接线可接口设置是否正确。

（5）时钟同步装置报网口1 IP 地址出错时，是因为网口1 IP 地址设置有误，重新设置有效的IP 地址。

（6）时钟同步装置报网口1子网掩码出错时，是应为网口1子网掩码设置有误，重新设置有效的子网掩码。

6 结束语

GPS对时系统是电厂自动化系统不和分割的一部分。但是在很多厂建设、调试及运维中没有引起足够的重视，当出现故障时，给我们分析故障、查阅记录带来困难。所以我们要在建厂、调试过程中严格把关，在GPS调试中，电科院调试人员基本不管，要求我们电厂人员严格把关。通过日常维护，发现IRIG-B码对时方式是最稳定的一种对时方式，建议重要设备使用IRIG-B码对时方式。由于自己经验学识有限，文章中存在问题在所难免，希望读者斧正。

参考文献

[1]RCS-9000系列通讯接口及辅助装置技术和使用说明书[Z].南瑞继保.