GPS时钟同步系统在发电企业的应用

桂俊伦，贺小明

（广东粤江发电有限责任公司，广东 韶关 512132）

0 引言

某火力发电企业的自动化系统具有信息类型多、系统分布分散、各自动化系统联系紧密等特点，由于各设备制造厂家不同、投运年限不同，造成时钟参差不齐，给故障分析带来困难。为此，该企业实施了GPS时钟同步系统建设项目，实现微机型设备自动对时，以方便分析故障。

1 现有时钟系统现状

该火力发电企业现有2台300 MW机组(10号、11号)、2个 220 kV 变 电 站 (220 kV A 站、220 kV B站)。自动化系统涉及电气专业和热控专业。电气专业包括微机保护装置(线路保护、母线保护、发变组保护、变压器保护等)、电力系统安全稳定装置(FWK)、远动系统(RTU)、电能采集系统、功角测量系统(PMU)、故障录波装置、发电机励磁调节器、厂用电快速切换装置、变电站监控系统(NCS)等；热控专业主要包括机组分布式控制系统(DCS)、脱硫分布式控制系统(DCS)等。

其中，220 kV A站监控系统随自身设备配置1套GPS对时系统，功角测量系统(PMU)独立配置1套GPS对时系统，电能采集系统采用软件对时方式(接收中调主站的对时指令)；其余设备均未配置GPS对时系统，只能依靠手动设置各装置的软件时钟，且因为各装置硬件的差异，存在时钟不统一的情况，不利于设备管理及事故分析。

热控专业各DCS系统均配置有GPS对时系统，其中11号机DCS系统、脱硫DCS系统配置的GPS为新华控制工程有限公司生产。运行中该GPS对时系统曾偶尔出现程序出错的情况。此外，各套GPS对时系统独立运行，相互间没有对时校准同步功能，且产品单体存在差异，因此各GPS时钟间不可避免地存在同步差异。

2 GPS时钟介绍

GPS时钟是基于最新型GPS高精度定位授时模块开发的基础型授时应用产品，能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务。其主要原理是通过GPS或其他卫星导航系统的信号驯服晶振，从而实现高精度的频率和时间信号输出，可达到纳秒级授时精度。

目前，GPS时钟输出信号主要有1PPS/1PPM/1PPH脉冲同步信号、IRIG-B(AC/DC)同步信号、RS-232/RS-422/RS-485时间同步信号、NTP网络时间同步信号、DCF77时间同步信号等几种类型。

3 建设方案

该企业GPS时钟同步系统所覆盖区域，需包括220 kV B站继保室、10号机组控制室、11号 机组控制室，10号、11号脱硫控制室和行政办公楼网络通信机房等5个区域。

(1) 在220 kV B站继保室安装2套主时钟装置(冗余配置、互为备用)，每套主时钟包括GPS接收器、北斗接收器、天线、时间保持单元、时间输出单元等，天线安装在网控楼楼顶。同时，在该处安装1套时标信号扩展装置(子时钟)，为220 kV B站站内各线路保护屏、母差保护屏、母线辅助保护屏、故障录波屏、远动主机屏等设备提供授时信号。

(2) 在10号机组控制室的继保间安装1套时标信号扩展装置(子时钟)，为10号发变组保护A，B，C屏，6 kV 10A段、10B段、公用A，B段快切装置，02号启备变保护A，B屏，10号发变组故障录波屏，10号机组DCS系统等设备提供授时信号。

（3） 在11号机组控制室的继保间安装1套时标信号扩展装置(子时钟)，为11号发变组保护A，B，C屏，6 kV 11A段、11B段快切装置，11号发变组故障录波屏，11号机组DCS系统等设备提供授时信号。

(4) 在10号、11号脱硫控制室热工设备间安装1套时标信号扩展装置(子时钟)，为10号、11号脱硫DCS系统设备提供授时信号。

(5) 在行政办公楼网络通信机房安装1套时标信号扩展装置(子时钟)，为SIS系统提供授时信号；其他需授时设备根据信息中心要求确定。

4 对时方式选择

此次GPS时钟同步系统可以提供1PPS/1PPM/1PPH脉冲同步信号、IRIG-B(AC/DC)同步信号、RS-232/RS-422/RS-485时间同步信息等多种信号。经过统计发现，全厂需要接入GPS时钟同步系统的设备中，接收IRIG-B(DC)信号的有11套，接收1PPM分脉冲信号有4套，接收RS232串口只有1套(见表1)。

1PPM分脉冲信号每分输出1个脉冲，时钟脉冲输出不含具体时间信息。RS-232串口输出通过EIA标准串行接口发送一串以ASCII码表示的日期和时间报文，每秒输出1次，时间报文中可插入奇偶校验、时钟状态、诊断信息等，但输出目前无标准格式。IRIG标准时间码是美国the Inter-Range Instrumentation Group制定的，有A，B，D，E，G，H几种编码标准。IRIG-B(DC)是IRIG的一种，由于该标准可靠性高、接口规范，在时钟同步应用中得到广泛使用。

结合本厂设备实际情况及厂家意见，决定采用IRIG-B(DC)作为GPS时钟同步系统的主要输出信号，保留1PPM分脉冲输出信号，取消RS232串口信号，对时方式选择如表1所示。

表1 设备对时方式选择

5 项目实施情况

(1) 由于该企业通信主网采用单模光缆，而此次GPS时钟同步系统建设采用借用通信主网传输信号，不再单独建设时钟同步传输网络的方式，以减少施工工作量及设备投资。中标单位的设备采用双模光缆传输，因此需要增加单多模光电转换器进行模式转换。经实践发现北京首佳讯通SJ1000S（M）单多模光电转换器能满足实际要求。

(2) 时钟同步系统主时钟双重化配置，支持北斗系统和GPS标准授时信号，优先采用北斗系统。

(3) 时钟同步系统的主时钟装置及时标信号扩展装置(子时钟)安装位置均有UPS电源，因此设备交流电源采用UPS电源供电。