张河湾电厂时钟同步系统设计与改造
2018-12-21李世昌王宗收张一波李苜苒
李世昌,李 勇,王宗收,张一波,李苜苒
(河北张河湾蓄能发电有限责任公司,河北 石家庄 050300)
1 引言
张河湾抽水蓄能电站位于河北省石家庄市井陉县测鱼镇附近的甘陶河干流上,距离石家庄市区77km,装机4台,单机容量250MW,电站总装机容量1000MW。张河湾抽水蓄能电站介入冀南电网,在系统中担负调峰填谷、调频调相和紧急事故备用等任务。
电力系统的安全稳定运行离不开各种测量、自动控制装置,为确保线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校准的准确性,满足事件顺序记录(SOE)、故障录波、实时数据采集的时间一致性,提高电网事故分析和稳定控制水平,就要求各设备基于统一的时间基准运行。而GPS/北斗时钟同步装置就是为了全网时间同步提供标准时间参考的精密授时仪器。
2 背景
张河湾电站时间同步系统采用以北斗卫星导航系统(BDS)为主,全球定位系统(GPS)为辅的时间同步方式。电站设置统一时钟源的时钟同步系统,站内各系统和设备的授时均与全站时间同步系统对时。但通过对原上海汉鼎时HDTSS-1000/EX间同步系统及其接入情况进行的全面排查后发现存在以下几个问题:
(1)PMU系统与全厂统一时钟信号不统一;
(2)视频监控系统以及同期装置不支持对时;
(3)发变组和线路故障录波系统未接入对时;
(4)500 kV开关保护、母差保护、短差保护装置以及实时系统未接入对时;
(5)励磁系统、SFC系统、调速系统以及机组状态监测系统不支持对时;
(6)时间同步装置无日志存储功能。
因此为了解决上述问题,进一步完善时间同步装置的性能,对张河湾电站站内时钟同步系统进行改造。
3 同步系统技术规范
3.1 时间同步技术要求
(1)基本组成:时间同步装置主要由接收单元、时钟单元、输出单元和检测单元组成。
(2)功能要求:应具备本地日志保存功能,且存储不少于200条,日志内容应正确记录系统要求的事件;状态信息宜采用DL/T 860标准建模;应具备运行、告警、故障等指示灯;装置应支持多时钟源选择判据机制;装置应具备闰秒、闰日的处理功能,能接受上级时源给出的闰秒预告信号并正确执行和输出;装置应具备时间同步监测功能,装置应使用独立的板卡实现该功能。
(3)守时精度:预热时间不应超过2 h。在守时12 h状态下的时间准确度应优于1 μs/h。
3.2 时间同步检测技术要求
(1)时间同步检测模块技术要求:应具备NTP、GOOSE时间同步监测接口。网口数量应不少于4个,GOOSE(光纤)接口数量应不少于2个,监测接口应能根据现场需要进行扩展;应支持通过NTP或者GOOSE方式获取被监测装置对时偏差的功能;监测被授时设备时偏差宜采用轮询方式,轮询周期可设,默认1 h,按照轮询周期定期轮询被监测设备的对时偏差;应具备对时偏差告警门限设置及调整功能,默认告警门限值为10 ms;应支持DL/T 634.5104规约,DL/T 860传输规约;应具备数据召唤上传和超限自动上传功能;应具备数据存储功能,数据至少保存半个月。
(2)主备时钟监测方式:主备时钟监测功能互为备用,并同时接入到站控层网络中,主时钟作为授时源为站内设备提供时间同步信号,备时钟监测模块负责站内被授时设备时间同步监测,对站内设备时间同步监测的结果进行统一分析处理。当备时钟的监测模块发生故障时,主时钟的监测模块负责站内备授时设备时间同步监测。
3.3 时间同步装置运行要求
(1)运行环境:正常工作的大气条件为环境温度 -5~+45℃、;大气压力 70~106 kPa;相对湿度5%~95%(内部装置无凝露,也不结冰)。
(2)环境要求:装置的使用地点应无爆炸危险,无腐蚀性气体及导电尘埃,无严重霉菌、无剧烈振动源,不允许有超过电站正常运行范围内可能遇到的电磁场存在,有防御雨、雪、风、沙、尘埃及防静电措施。
(3)电源要求:时间同步装置应配置双电源模块,单个电源模块容量应满足本装置的负载要求。电源电压为110 V或220 V,允许偏差为-20%~+15%,直流电源电压纹波系数小于5%。
4 时间同步系统改造
4.1 改造原则
(1)电站时间同步系统主时钟源应以天基授时为主,地基授时为辅;天基授时应采用北斗卫星导航系统(BDS)为主、全球定位系统(GPS)为辅的单向方式。
(2)电站应设置统一时钟源的时间同步系统,实现对站内各系统和设备的授时;时间同步系统宜采用主备式配置,组成结构见图1。时间同步系统建设应充分考虑可扩展性,以满足后续增加设备的对时需求。
图1 主备式时间同步系统
(3)电站监控系统、事件顺序记录系统(SOE)、继电保护及其录波装置、安全自动装置等应具备对时功能,接收电站统一的时间同步系统授时信号。
(4)电站励磁控制系统、调速控制系统、SFC控制系统、同期装置、状态监测系统、实时系统、视频监控系统原则上应与全站时间同步系统对时。
4.2 改造方案
同步时钟系统改造后采用主备式结构,由主时钟装置、汇聚时钟装置、对时扩展装置组成,主时钟装置采用双机配置。主时钟装置安装于下库LCU柜旁工业电视柜中。在计算机室服务器柜中设置1套汇聚时钟装置,主时钟装置先将对时信号扩展至汇聚时钟装置,再由汇聚时钟装置将对时信号扩展至8套对时扩展装置。主时钟装置与汇聚时钟装置、扩展时钟装置间使用单模光缆连接。扩展时钟装置布置位置如下:1号机组LCU、2号机组LCU、3号机组LCU、4号机组LCU、线路保护盘室PMU柜、附属用房公用设备LCU、故障录波室PMU柜、35 kV变电站、光纤配线柜。在对PMU、发变组故障录波等目前具备接入条件的系统完成同步时钟源接入外,也为励磁系统、SFC系统等不具备接入条件的系统预留接口。
4.3 时钟系统统计配置
(1)1、2 号主时钟装置配置(见表 1)
表1
(2)汇聚时钟装置配置(见表2)
(3)1~4号机组 LCU 配置(见表 3)
(4)线路保护盘室PMU柜配置(见表4)
(5)附属用房公用设备LCU配置(见表5)
(6)故障录波室PMU柜配置(见表6)
(7)35 kV变电站光纤配线柜配置(见表7)
表2
表3
表4
表5
表6
表7
5 结语
张河湾抽水蓄能电站时钟同步系统的改造是十分有必要的。改造后的时钟同步装置时间基准信号的多输入、双主机或扩展时钟冗余、双时标信号传输信道构成了一个强壮、稳定和可靠授时网络。同时主时钟和扩展时钟均支持互换性结构的内部守时模块,主机和扩展时钟也可自动适应不同精确度和稳定度等级的守时模块,确保了时钟系统的稳定性,为日后电站安全稳定运行提供了强力保障。