水电厂同步时钟系统分阶段实施方案探析

万 君，杨 敏

（1.丰满大坝重建工程建设局，吉林省吉林市132108；2．丰满发电厂，吉林省吉林市132108）

水电厂同步时钟系统分阶段实施方案探析

万 君1，杨 敏2

（1.丰满大坝重建工程建设局，吉林省吉林市132108；2．丰满发电厂，吉林省吉林市132108）

电力系统的快速发展对时间同步的要求日益迫切，需要准确、安全、可靠的时钟源为电力系统各类运行设备提供精确的时间基准。本文主要是研究基建与生产相结合复杂工况下的水电厂同步时钟系统分阶段解决方案，方案的实施节省了投资，缩短工期，形成无缝平衡过渡。

时钟系统；同步；阶段；实施方案；水电厂

1　概　述

电力系统的快速发展对时间同步的要求日益迫切，需要准确、安全、可靠的时钟源为电力系统各类运行设备提供精确的时间基准。例如调度自动化系统、监控系统和设备继电保护装置等，均要求确保实时数据采集时间一致性，从而提高电网事故分析和稳定控制的水平，提高电网运行效率和可靠性。出于对国家安全的考虑，我国推出了北斗卫星系统，目前重要水电厂的时钟系统均采用GPS和北斗双系统授时方式。时钟系统即接受时钟同步信号。对时方式有报文对时和脉冲方式的硬对时，其中报文对时主要有IRIG-B码、DCF77码、NTP协议、串口时间报文等，脉冲有秒、分、时3种形式。〔1〕本文主要是针对某大型区域水电站进行大规模重建施工同时，保留三期电站机组、下游反调节水库的复杂工况下，研究基建与生产相结合复杂工况下的水电厂同步时钟系统分阶段解决方案。

该项目针对基建与生产交叉、新老设备结合的特殊情况，采用IRIG-B（DC）时码与串口时间报文方式，采用精度较高的秒脉冲，并需完成部分设备的GPS对时接口改造，以满足现场实际需求。

2　工程概况

该工程项目是对1937年兴建的全国第一座大型水电厂进行全面治理（重建），将老坝及10台机组拆除，在下游120m新建大坝。保留三期水电站2台机组及开关站，将原老厂2回220kV线路改接至三期侧，接入地区电网，实现三期电站独立运行。在大坝重建期间，三期电站将仍能起到发电、防洪及确保下游供水的重要作用。后期新坝建成后，形成总装机容量1480MW，包括新建电站6台200MW机组的500kV系统电站、三期电站2台140MW机组的220kV系统电站，以及下游反调节水库，形成流域调控水电站。

3　同步时钟系统分阶段解决方案

为解决基建与生产相结合复杂工况下的区域水电站对时问题，经分析，从经济投资和安全稳定方面考虑，采用了分阶段实施的同步时钟系统解决方案。该方案是根据工程进度，在不同施工阶段，建设满足不同需求的同步时钟系统，最终形成全站同步时钟系统。整个施工顺序：1）三期电站独立运行改造阶段，形成三期电站侧同步时钟系统；2）老厂拆除、大坝重建阶段，三期、下池、新建生产控制楼运行，上述系统建立同步时钟系统；3）新厂建成后，江两侧的2个电压等级电站并列运行阶段，形成全站同步时钟系统。期间过程复杂，既要保证改造施工期间部分电气系统的正常对时，又要考虑后期新厂形成后的合理过度问题，需分阶段建设同步时钟系统，最终完成全站同步时钟系统。在基建施工同时又要保证部分系统生产运行，工况极其复杂。

3.1三期电站独立运行改造阶段实施方案

丰满三期独立运行项目配置双套双源同步时钟系统，GPS、北斗双源同步时钟系统，主时钟接收单元能同时接收GPS卫星与我国北斗卫星时间信号。

主时钟内部的时钟，当接收到外部时间基准信号时，与外部时间基准信号同步；当接收不到外部时间基准信号时，要保持一定的走时准确度，使主时钟输出的时间同步信号准确度应优于1.5× 10-8（0.92μs/min）。

时间信号输出单元，当主时钟接收到外部时间基准信号时，按照外部时间基准信号输出时间同步信号；当接收不到外部时间基准信号时，按照内部时钟保持单元的时钟输出时间同步信号。当外部时间基准信号接收恢复时，切换到正常状态工作，切换时间应小于0.5s。切换时，主时钟输出的时间同步信号不出错：时间报文无错码，脉冲码无多发或少发。

接口扩展装置功能，主要为IRIG-B（DC）时码与串口时间报文方式，以满足全站各设备的对时要求。

GPS卫星时钟装置精度要求不大于150ns。时钟系统配置见表1，结构图如图1所示。

表1　三期同步时钟系统配置表

3.2老厂拆除、大坝重建阶段方案

该阶段要求在拆除后、重建的过度期间，将老厂原有系统与三期电站彻底分离，在距离三期电站3km（隔江）处新建生产控制楼通，并在其中建设满足过渡阶段需求的调控、数据网等系统，实现东北电网和吉林省网对三期电站的实时调控。为满足控制楼中数据网、PMU、故障录波等终端设备上传数据的对时需求，为此形成此阶段对时方案：

生产控制楼引入了一组扩展时钟，扩展时钟上加配双口长距离光口B码模块，三期时钟同步主钟与备钟分别加配双端口长距离光口B码模块，才用双光纤链路的方式分别连接至生产控制楼的扩展时钟，生产控制楼扩展钟提供B码、脉冲及NTP信号。与丰满三期独立运行系统项目中建成的主备式冗余结构双源同步时钟系统同厂同型产品，以确保当电力系统发生故障时，既可实现全系统在统一时间基准下的运行监控和事故后故障分析，也可以通过各保护动作、开关分合的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。［2］

图1　三期电站独立运行改造阶段同步时钟系统结构图

在三期侧建成的主备式冗余结构双源同步时钟系统主、备时钟屏上各增加一路光纤IRIG-B码信号输出模块，实现三期和控制楼间的同步授时。配置见表2，系统结构如图2所示。

表2　生产控制楼扩展时钟系统配置表

3.3新厂建成后的方案

待新厂建设完毕投运后，将形成三期2台机组，2回出线的220kV系统电站、新厂侧6台机组，2回500kV出线变电站，以及下池反调节水库在内的总装机容量1480MW的大型区域水电站。时钟系统结构图如图3所示。

新厂建设期将增加1套双网双源的同步时钟系统，以满足大量新增设备的授时要求。同时保留三期电站同步时钟系统授时天线，最为新厂侧同步时钟系统事故备用，按调度要求，全厂也将接受东北网调对时平台的授时。

届时将形成1厂2站和反调节水库在内的完整、可靠同步时钟系统将形成，实现基建与生产相结合复杂工况下的水电厂同步时钟系统分阶段解决方案。

新厂建成后，三期电站侧前期形成的独立对时装置将作为新厂同步时钟系统的扩展单元，改造方案的实施节省了投资，缩短工期，形成无缝平稳过渡。

图2　老厂拆除、大坝重建阶段同步时钟系统结构图　

图3　新厂建成后同步时钟系统结构图

［1］黄剑锋.GPS对时技术在水电厂监控系统中的应用［J］.华东科技（学术版），2014，（12）：5—5.

［2］黄明远.大型发电厂电气系统GPS对时现状及对策［J］.大众用电，2012，（08）：48—49.

1002－0624（2015）12－0066－03

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2015-08-20