红沿河核电厂变电站时钟同步系统设计优化

田海松杨胜江陈良甲韦宏伟

（1. 中科华核电技术研究院有限公司，广东 深圳　518124；2. 辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连　116319）



红沿河核电厂变电站时钟同步系统设计优化

田海松1杨胜江2陈良甲2韦宏伟2

（1. 中科华核电技术研究院有限公司，广东 深圳518124；2. 辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连116319）

本文介绍了红沿河核电厂全厂时钟系统（DTC系统）的构成，以及核电厂变电站时钟同步系统的现状。针对核电厂存在多套时间同步系统，各系统之间时钟不同步或同步精度差，以及现有时间同步装置供电方式不可靠的问题，提出了现有变电站时钟同步系统的设计优化方案。

核电厂；变电站；时钟同步；设计优化

随着变电站自动化水平日益的提高，计算机监控系统、继电保护装置、故障录波器、远动装置、故障测距装置等电气二次设备对时钟同步系统对时的统一性、精确性、稳定性要求愈来愈高。时钟同步系统在核电厂变电站运行监控及事故后的故障分析中，提供统一的时间基准，保证时钟同步系统精确统一是保证核电机组安全运行，同时也是提高电网运行管理水平的必要技术手段。

1　红沿河核电厂时钟同步系统现状及存在的问题

1.1红沿河核电厂时钟系统（DTC系统）简介

红沿河核电厂设置有全厂时钟系统（DTC系统），为其他系统的同步设备及计算机系统提供时钟同步信号。DTC系统由北京天合导航通信技术有限公司供货，系统的构成主要包括：主钟系统、子钟系统、远端系统、监控系统、软件系统以及电源系统。

1）主钟系统

主钟系统的主要设备是SuperSTR2002D主钟。主钟系统采用铷原子钟作为卫星定时基准源的外参考本振信号，卫星定时基准源跟踪 GPS卫星信号/北斗卫星信号和IRIG-B基准时间信号，产生时间基准信号。主钟系统通过光纤，采用光B码时间信号传递方式，与子钟系统连接，主钟最多可管理2000个子钟，光B码时间信号传递方式具有高精度、远距离传输、强抗干扰性能以及及时通讯的特点。NTP协议信号通过 24端口10/100M以太网交换机向系统提供具有足够富余量的NTP接口，为下游计算机网络授时。主钟系统的监控管理以RS232串口方式或TCP/IP方式接入时间同步系统监控系统，其中输出的各类B码信号均可通过B码监控软件进行实时监控。

2）子钟系统

子钟系统由子钟管理控制服务器和各种类型子钟组成。子钟支持跟踪子钟管理控制服务器从主钟授予的时间和自走时两种工作方式，自走时方式时子钟仍能在1s/月的误差范围内正常工作。子钟系统的监控管理通过子钟管理控制服务器以 TCP/IP方式接入子钟管理系统。

3）远端系统

远端系统的主要设备是SuperSTR3008扩展钟，扩展钟通过光纤接收主钟系统的光B码，经解码后产生各种时钟同步信号、串口报文信号和脉冲时标信号。脉冲时标信号可通过软件供用户自行定义及编程。扩展钟可另配置扩展输出单元，扩展输出多达500路时标脉冲信号。由于扩展钟输出的时标脉冲信号驱动能力强、响应速度快、输出路数可扩展性强，因此无需采用继电器柜方式即可满足核电厂现场应用要求。远端系统的监控管理通过RS232串口方式或TCP/IP方式接入时间同步系统监控系统。

4）监控系统

监控系统由 B码测试仪和监控计算机组成，B码监测仪可以对主钟、扩展钟输出的各类B码信号进行实时监控，并在监控计算机上实时显示B码时间及B码类型等相关信息，且同时进行监控，对错误时间进行标识及记录，以上信息也可以通过TCP/IP方式远程进行监控和显示。

5）软件系统

对于我国传统的食品微生物检测技术，其技术相对较为落后，且在检测的过程中耗费的时间较长，对其中微生物的敏感度较低，使得食品中的一些有害微生物检测准确度不高。而随着食品微生物检测技术的快速发展，检测准确性和效率也在逐渐提高，且应用也在逐渐拓宽[1]。

软件系统包括时间同步系统监控系统、子钟管理系统软件以及B码监控软件，可以在本地对主钟、扩展钟进行配置和监控或也可以通过网络方式远程对主钟、扩展钟进行配置和监控。

6）电源系统

电源系统采用48V通信直流电源供电，统采用低功耗设计，分布于各远端的子钟采用微功耗设计，大大降低电源消耗，提高了电源系统的可靠性和使用效率。

红沿河核电厂的 DTC系统采用主从主备式配置，在XL楼通信机房内设置有2台SuperSTR2002D主钟，500kV变电站TB楼通信机房内设置有1台SuperSTR2002D主钟，主钟通过GPS/北斗系统接收卫星的时基信号。在 XL楼通信机房，1#、2#机组和3#、4#机组核岛W601厂房通信设备间内设置时钟系统远端模块（SuperSTR3008扩展钟），为全厂仪控、继电保护等系统的设备提供时间基准信号，并通过信号电缆或单模光缆连接核岛、常规岛和BOP的子钟。DTC系统原理图请参如图1所示。

图1　DTC系统原理图

1.2500kV变电站时钟同步系统现状

布置在红沿河核电厂500kV变电站TB楼通信机房内的SuperSTR2002D主钟为变电站继保室内的同步时钟扩展屏提供一路电B码授时信号作为时间基准源，再由同步时钟扩展屏为TB楼内除PMU主站外的其他电气二次盘柜提供时间基准源。

500kV变电站时钟同步系统配置如图2所示。

图2　500kV变电站时钟同步系统配置图

1.3220kV变电站时钟同步系统现状

红沿河核电厂220kV变电站时钟同步系统采用基本式配置，由布置在TD楼继保1室GPS对时柜中的 CSC-196型电力系统时间同步装置作为主时钟，为变电站中的各电气二次设备提供时间基准信号。该变电站时间同步系统配置如图3所示。

图3　220kV变电站时钟同步系统配置图

1.4现有时钟同步系统所存在的问题

红沿河核电厂500kV，220kV变电站现有时钟同步系统存在以下问题：

1）红沿河核电厂 500kV变电站 PMU主站、220kV变电站GPS对时柜中的CSC-196型时间同步装置仅有1路110V DC电源，不满足DL/T 1100.1 —2009第5.3.2节中关于“时间同步装置供电方式宜采用双电源供电”的要求。

2）500kV变电站PMU主站、220kV变电站现有的时钟同步系统采用基本式配置，未接入DTC系统，不满足DL/T 1100.1—2009第4.3节中关于“发电厂或变电站应配置一套时间同步系统，大型发电厂、500kV开关站及有条件的场合宜采用主备式时间同步系统，以提高时间同步系统的可靠性”的要求。并且，由于核电厂存在多套时间同步系统，其固有误差难以避免，且随着运行时间的增加，累积误差越来越大，会失去正确的时间计量作用，不利于进行事故分析、查找事故原因、明晰事故发生过程。

2　500kV、220kV变电站时钟同步系统设计优化方案

2.1变电站时间同步装置供电方式优化

在500kV变电站PMU主站屏内的CSC-196型时间同步装置中新增一个电源模块，并在屏柜内增加相应的空开，从布置在 TB楼直流配电室内的110V DC配电盘 0LBM001TB上新引一路电源至PMU主站屏，以保证CSC-196型时间同步装置采用双电源供电方式。

在220kV变电站内GPS对时柜内新增空开，从220kV变电站内的110V DC分配电盘0LBO001CR上新引一路直流电源至 GPS对时柜，以保证CSC-196型时间同步装置采用双电源供电方式。

2.2变电站时钟同步系统配置方式的优化

将500kV变电站PMU主站、220kV变电站现有的时钟同步系统接入现有的全厂时钟系统（DTC系统），即在红沿河核电厂内建立统一的时钟同步系统。具体方案：将500kV变电站PMU主站屏、220kV变电站GPS对时柜中CSC-196型时间同步装置中的J1型信号接收插件更换为 U2型信号插件，并分别在PMU主站屏、GPS对时柜中新增光纤终端盒。对布置于TB楼通信机房内的SuperSTR2002D主钟进行改造，增加2块PHE光发板卡，分别给500kV变电站PMU主站屏、220kV变电站GPS对时柜提供1路多模光B码时钟信号。改进后的红沿河核电厂500kV、220kV变电站时钟同步系统原理图如图4所示。

3　结论

打破核电厂 500kV、220kV变电站时间同步系统各自为政的设计方式，在核电厂建立统一的时间同步网络，可实现核电厂内所有生产、调度管理及控制系统均运行在统一的时间基准下，并可在事故发生后，通过每个开关动作的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。因此说统一精确的时间同步系统是保证核电站安全稳定运行的一个重要措施。在核电厂设置统一的时间同步系统必然是今后的设计趋势。

图4　改进后的红沿河核电厂500kV、220kV变电站时钟同步系统原理图

［1］ 系雷霆，李斌，黄太贵. 220kV变电站GPS时间同步统实现技术［J］. 电力自动化设备，2007（11）︰71-74.

［2］ 姬志民，宋博，任焕龙，等. GPS卫星时钟同步系统在电厂变电站中的应用［J］. 河北电力技术，2011（6）︰12-14.

［3］ 邹瑄，张曦. 330kV变电站GPS时间同步系统优化设计［J］. 陕西电力，2009（1）︰49-51.

［4］ 陈红艳，李亮亮，王玉东. 关于AP1000核电厂时间同步系统的方案研究［J］. 电气技术，2014（5）︰86-91.

［5］ DL/T 1100.1—2009. 电力系统的时间同步系统第1部分︰技术规范［S］.

Optimized Design of Clock Synchronization System in Hongyanhe Nuclear Power Plant Substations

Tian Haisong1Yang Shengjiang2Chen Liangjia2Wei Hongwei2
（1.China Nuclear Power Technology Research Institute，Shenzhen，Guangdong518124；2. Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co.，Ltd，Dalian，Liaoning116319）

This article describes the constitution of the clock system for whole Hongyanhe nuclear power plant （DTC system），and the situation of the clock system in substations. Because of multiple sets of time synchronization system in nuclear power plant，the synchronization precision is low. Moreover，the power supply of the time synchronization device is unreliable. To solve the above problems，this paper presents the Optimized Design of existing clock synchronization system in substations.

nuclear power plant； substation； clock synchronization system； optimized design

田海松（1984-），男，辽宁大连人，硕士，工程师，主要从事核电领域电气系统技术改进工作。