電力電廠智能變電站時鐘同步系統方案

電力智能變電站時鐘同步系統方案要求

1、電力智能變電站時鐘同步系統方案概述

目前電力系統中的時間同步方式是以天基授時為主，地基授時為輔，逐步形成天地互備的時鐘同步體系；天基授時應采用北斗衛星對誰為主、全球定位系統（GPS）為輔的單向授時方式；地基授時應采用以本地時鐘為主，通信同步網為輔的對時方式。電力智能變電站應采用全廠統一時鐘時鐘裝置，實現對全廠的各系統和設備對時。主時鐘采用雙機冗余配置，生產控制系統的后臺計算機宜采用NTP方式對時，測控和保護等設備宜采用IRIG-B碼、秒脈沖對時方式。

2、電力電廠智能變電站時鐘同步系統方案系統組成

電力智能變電站時鐘同步系統方案由主時鐘、時間信號傳輸通道、時間信號用戶設備接口（擴展裝置）組成。主時鐘一般設在電廠的控制中心，包括標準3U機箱、接收模塊、接收天線、電源模塊、時間信號輸出模塊等。

整個電力智能變電站時鐘同步系統方案配置兩臺主時鐘，一主一備，2臺主時鐘以冗余熱備模式工作，完成GPS、北斗衛星信號的接收、處理，及向時間擴展設備提供標準同步時間信號（RS422電平方式IRIG-B）。其他小室配置擴展時鐘，通過接收主時鐘的IRIG-B碼信號的接收、處理，再給其他設備對時。

◆ 電力智能變電站時鐘同步系統方案的每臺主時鐘同時具有接收另一臺主時鐘的IRIG-B時間信息功能，達到兩臺主時鐘之間能夠互為備用。正常情況下，主時鐘的時間信號接收單元獨立接收GPS、北斗衛星發送的時間基準信號；當某一主時鐘的時間信號接收單元發生故障時，該主時鐘能自動切換到另一臺主時鐘的時間信號接收單元接收到的時間基準信號，實現時間基準信號互為備用，切換時間小于0.5秒，切換時主時鐘輸出的時間同步信號不會出錯。

◆ 主時鐘與時間擴展設備之間采用光纖連接，以IRIG-B來傳送時間信息。信號擴展裝置的時間基準信號輸入包括兩路IRIG-B輸入。當信號擴展裝置只接一路IRIG-B輸入時，該路輸入可以是IRIG-B輸入1，也可以是IRIG-B輸入2。信號擴展裝置接入兩路IRIG-B時碼輸入時，以IRIG-B輸入1作為該擴展裝置的外部時間基準，IRIG-B（DC）輸入2作為后備。擴展時鐘向故障錄波裝置、繼電保護裝置、機組控制系統（DCS）等提供對時信號接口。同時擴展時鐘還可提供2～4個NTP網絡接口，以滿足MIS及SIS等系統的網絡對時需要。

◆ 主時鐘及時間擴展設備所有時間同步信號輸出時，在電氣上均相互隔離。輸出的時間同步信號可滿足秒(1PPS)、分(1PPM)、時(1PPH)、IRIG-B、空接點、DCF77、串口以及NTP網絡接口等方式。

◆ 主時鐘及時間擴展設備具有工作狀態指示、告警顯示和告警信號輸出功能。告警信號的電接口類型為繼電器空接點，接點耐壓>250V DC。

◆ 主時鐘及時間擴展設備具有時間顯示功能，運行狀態下顯示年、月、日、時、分、秒。

◆ 主時鐘及時間擴展設備可根據需要配置恒溫晶振內部守時功能。通過接收（GPS、北斗或地面鏈路的PTP、IRIG-B）時間源信號，經過信號處理與相位比對測量，進行相位同步和馴服內部頻率源(銣鐘或OCXO)，實現頻率信號跟蹤和時間同步。產生本地標準時間信號和信息，通過時間或信息輸出單元實現授時輸出。在外部時間信號丟失后，依靠內部頻標源（銣鐘或OCXO）獲得的高精度頻率精度，以保持模式維持本地標準時間信號和信息的輸出。

◆ 時間同步系統必須具備在線監測功能并預留接口，已滿足后期上級管理單位建立在線監測系統時能順利接入。

◆ 可采用兩路直流，或者一路交流一路直流電源供電，任何一路電源消失，主時鐘及信號擴展裝置仍保持正常工作。

◆時鐘屏采用2260*800*600標準機柜或根據實際情況定制，柜體前后開門，前門采用玻璃門，后門采用雙開門，以方便線纜的連接。機柜底部裝有公共接地銅排。屏內預留足夠標準的插槽、面板和接線端子排，以滿足將來不同時間信號輸出接口數量的擴展要求；所有時間輸出信號全部接入柜內的端子排上。

3、電力智能變電站時鐘同步系統網絡拓撲圖：

（1） 電力電廠智能變電站時鐘同步系統

4.1  

電力電廠智能變電站時鐘同步系統的配置

4.2.1  

電力電廠智能變電站時鐘同步系統必須統一配置，站內各業務系統使用統一的時間同步裝置。

4.2.2  35kV變電站同步對時系統按主備式配置。每套同步對時系統包括主、從時鐘源。每套系統的雙時鐘源，一臺采用北斗衛星作為標準時鐘源，另一臺采用GPS衛星作為標準時鐘源，優先采用北斗衛星作為對時源，電力電廠智能變電站時鐘同步系統應采用銣原子鐘作為裝置守時時鐘源。

4.2.3  主時鐘的基本配置

4.2.3.1 內置銣原子鐘；

4.2.3.2 內置BD+GPS接收機（含天饋線）

4.2.3.3 輸入接口：

a)  2個衛星輸入接口（1個GPS接口和1個BD接口）；

b)  2個IRIG-B（DC）輸入接口；

c)  1個上級地面時間基準PTP輸入接口（以太接口，光接口或電接口）。

4.2.3.4 輸出接口：

a)  電IRIG-B（DC）輸出不小于32路；

b)  脈沖輸出不小于16路；

c)  NTP輸出不小于2路；

d)  PTP輸出不小于2路（以太接口，光接口或電接口）。

e)  光IRIG-B（DC）輸出不小于16路。

4.2.4  MTBF≥25000小時，平均維修時間（MTTR）不大于30分鐘，使用壽命不得少于15年。

4.2.5 電力電廠智能變電站時鐘同步系統對時光口類型為多模，發送波長為850nm，發送功率為-15dBm到-20dBm之間

4.2.6  同步對時系統跟蹤衛星時間采取步進方式實現，引入守時時鐘源作為邏輯判據，閾值不大于5μs。步進步長應小于閾值，建議取0.5μs（除裝置重啟和初次上電外）。

4.2.7  GPS源與北斗源的切換應實現無縫切換，且無跳變。在任何情況下，都盡量避免飛點或亂碼的產生。

4.2.8  電力電廠智能變電站時鐘同步系統電源應支持直流雙電源，支持熱拔插。

4.2.9  電力電廠智能變電站時鐘同步系統異常應提供相應的告警信號給后臺，應采用MMS報文方式接入。

4.2.10  尺寸為標準的19英寸N*U工業機箱。

4.2  電力電廠智能變電站時鐘同步系統時間同步裝置組成

4.3.1  電力電廠智能變電站時鐘同步系統時間同步裝置主要由接收單元、時鐘單元和輸出單元三部分組成，如圖4。

圖4  時間同步裝置的基本組成

4.3.2  接收單元

4.3.2.1 電力電廠智能變電站時鐘同步系統時間同步裝置的接收單元以接收的衛星或地面時間基準信號作為外部時間基準。

4.3.2.2 主時鐘的接收單元由天線、饋線、低噪聲放大器（可選）、防雷保護器（可選）和接收器等組成。

4.3.2.3 主時鐘的接收單元能同時接收至少兩種外部時間基準信號，其中一種應為衛星時間基準信號。

4.3.3  時鐘單元

4.3.3.1 接收單元接收到外部時間基準信號后，時鐘單元按優先順序選擇外部時間基準信號作同步源，將時鐘牽引入跟蹤鎖定狀態，并補償傳輸延時。同步對時系統跟蹤衛星時間采取步進方式實現，引入守時時鐘源作為邏輯判據，閾值不大于5μs。步進步長應小于閾值，建議取0.5μs。

4.3.3.2 在牽引過程中，時鐘單元仍能輸出正確的時間同步信號和時間信息。這些時間同步信號應不出錯，時間信息應無錯碼，脈沖碼應不多發或少發。

4.3.3.3 時鐘單元的頻率源可根據時間準確度的要求，選用溫度補償石英晶體振蕩器、恒溫控制晶體振蕩器或原子頻標等，同步對時系統應采用銣原子鐘作為裝置守時時鐘源。

4.3.4  輸出單元

輸出單元輸出各類時間同步信號和時間信息、狀態信號和告警信號，也可以顯示時間、狀態和告警信息。輸出的時間同步信號應符合4.7的規定。

4.3  電力電廠智能變電站時鐘同步系統時間同步裝置的功能要求

4.4.1 主時鐘可輸出脈沖信號、電IRIG-B碼、光IRIG-B碼、串行口時間報文和網絡時間報文、PTP時間報文等。

4.4.2 應輸出用于檢測的1PPS脈沖信號（TTL電平）。

4.4.3 在失去外部時間基準信號時具備守時功能。

4.4.4 具有輸入傳輸延時補償功能。

4.4.5 如輸出NTP或SNTP、PTP時間同步信號，不同網絡接口之間應實現物理隔離。

4.4.6 輸出信號之間應互相電氣隔離，裝置的電源輸入和所有輸出不應與裝置內部弱電回路有電氣聯系。

4.4.7 電力電廠智能變電站時鐘同步系統具有自復位能力；時間同步裝置復位時應不輸出時間同步信號，復位后應能恢復正常工作。

4.4.8 面板上應有下列信息顯示：

a)  電源狀態指示；

b)  時鐘同步信號輸出指示燈（正常：lPPS同步閃爍；故障：熄滅或常亮）；

c)  外部時間基準信號狀態指示；

d)  當前使用的時間基準信號；

e)  年、月、日、時、分、秒（北京時間）；

f)  故障信息；

4.4.9 電力電廠智能變電站時鐘同步系統應有下列告警接點輸出：

a)  電源中斷告警；

b)  故障狀態告警。

4.4.10 電力電廠智能變電站時鐘同步系統時間同步裝置還可選配電網頻率測量和電鐘時差累計等其他功能。

4.4.11 GPS源與北斗源運行方式要求：

a)GPS源與北斗源都鎖定各自衛星信號時，默認北斗源為同步基準源，且考慮GPS源與北斗源的初始狀態到此狀態的切換，有時差時采用步進方式實現穩定輸出(例如初始狀態為GPS衛星帶著運行，輸出與天上衛星時間有較大偏差)。

b)GPS源鎖定衛星信號，北斗源沒有鎖定衛星信號時，以GPS源為同步基準源，且考慮GPS源與北斗源的初始狀態到此狀態的切換，有時間差時采用步進方式實現穩定輸出。

c)GPS源沒有鎖定衛星信號，北斗源鎖定衛星信號時，以北斗源為同步基準源，且考慮GPS源與北斗源的初始狀態到此狀態的切換，有時間差時采用步進方式實現穩定輸出。

d)GPS源與北斗源都沒有鎖定衛星信號時，默認以北斗源所在守時時鐘源為同步基準源，且考慮GPS源與北斗源的初始狀態到此狀態的切換，有時間差時采用步進方式實現穩定輸出。

4.4.12 電力電廠智能變電站時鐘同步系統站內設備對時要求：

a)站控層設備應采用SNTP對時方式。

b)間隔層設備應采用電IRIG-B（DC）對時。

c)智能終端對時應采用光纖IRIG-B（DC）或光纖秒脈沖對時。

d)合并單元應采用光纖IRIG-B（DC）或光纖秒脈沖對時。

e)變電站內可根據需要采用IEC 61588協議進行對時。

4.4  電力電廠智能變電站時鐘同步系統時間同步裝置的性能要求

4.5.1 電源

4.5.1.1 交流電源

a)  電壓：220V，允許偏差為–20%～+15%；

b)  頻率：50Hz，允許偏差±5%；

c)  交流電源波形為正弦波，諧波含量小于5%。

4.5.1.2 直流電源

a)  電壓：220V，允許偏差為–20%～+15%；

b)  直流電源電壓紋波系數小于5%。

4.5.1.3 供電方式

采用雙直流電源供電。

4.5.2 絕緣性能

4.5.2.1 絕緣電阻

a)  除非另有規定，考核絕緣性能的大氣條件應符合3.1的要求；

b)  用電壓等級為500V的兆歐表測量各回路之間的絕緣電阻，應符合下述規定：

──所有導電回路與地（或與地有良好接觸的金屬框架）間的絕緣電阻應不小于20MΩ；

──無電氣聯系的各導電回路間的絕緣電阻應不小于20MΩ。

4.5.2.2 介質強度試驗

應符合GB/T 13729-2002中3.6.2的規定。

4.5.3 耐濕熱性能

裝置應能承受GB/T 2423.3-2006規定的恒定濕熱試驗：溫度+40℃±2℃，相對濕度93%±3%，試驗持續時間48h。在試驗結束前2h內，測量各導電回路與外露非帶電部位及外殼之間、無電氣聯系的各回路之間的絕緣電阻，應不小于1.5MΩ。

4.5.4 機械性能

4.5.4.1 振動（正弦）

──振動響應：裝置應能承受GB/T 11287-2000中3.2.1規定的嚴酷等級為1級的振動響應試驗，試驗期間及試驗后的裝置性能符合該標準中5.1規定的要求。

──振動耐久：裝置應能承受GB/T 11287-2000中3.2.2規定的嚴酷等級為1級的振動耐久試驗，試驗期間及試驗后的裝置性能符合該標準中5.2規定的要求。

4.5.4.2 沖擊

──沖擊響應：裝置應能承受GB/T 14537-1993中4.2.1規定的嚴酷等級為1級的沖擊響應試驗，試驗期間及試驗后的裝置性能符合該標準中5.1規定的要求。

──沖擊耐久：裝置應能承受GB/T 14537-1993中4.2.2規定的嚴酷等級為1級的沖擊耐久試驗，試驗期間及試驗后的裝置性能符合該標準中5.2規定的要求。

4.5.4.3 碰撞

──裝置應能承受GB/T 14537-1993中4.3規定的嚴酷等級為1級的碰撞試驗，試驗期間及試驗后的裝置性能符合該標準中5.2規定的要求。

4.5.5 電磁兼容性

4.5.5.1 靜電放電抗擾度

電力電廠智能變電站時鐘同步系統裝置應能承受GB/T 17626.2-2006中規定的嚴酷等級為Ⅳ級靜電放電試驗，在技術規范內，性能正常。

4.5.5.2 射頻電磁場輻射抗擾度

電力電廠智能變電站時鐘同步系統裝置應能承受GB/T 17626.3-2006中規定的嚴酷等級為Ⅳ級射頻電磁場輻射試驗，在技術規范內，性能正常。

4.5.5.3 電快速瞬變脈沖群抗擾度

電力電廠智能變電站時鐘同步系統裝置應能承受GB/T 17626.4-2008中規定的嚴酷等級為Ⅳ級電快速瞬變脈沖群試驗，在技術規范內，性能正常。

4.5.5.4 浪涌（沖擊）抗擾度

電力電廠智能變電站時鐘同步系統裝置應能承受GB/T 17626.5-2008中規定的試驗等級為Ⅳ級浪涌（沖擊）試驗，在技術規范內，性能正常。

4.5.5.5 工頻磁場抗擾度

4.5.5.6 電力電廠智能變電站時鐘同步系統裝置應能承受GB/T 17626.8-2006中規定的試驗等級為Ⅳ級工頻磁場試驗，在技術規范內，性能正常。

4.5.5.7 脈沖磁場抗擾度

電力電廠智能變電站時鐘同步系統裝置能承受GB/T 17626.9-2011中規定的試驗等級為Ⅳ級脈沖磁場試驗，在技術規范內，性能正常。

4.5.5.8 阻尼振蕩磁場抗擾度

電力電廠智能變電站時鐘同步系統裝置應能承受GB/T 17626.10-1998中規定的試驗等級為III級或Ⅳ級阻尼振蕩磁場試驗，在技術規范內，性能正常。

4.5.5.9 振蕩波抗擾度

電力電廠智能變電站時鐘同步系統裝置應能承受GB/T 17626.12-1998中規定的嚴酷等級為Ⅲ級或Ⅳ級振蕩波試驗，在技術規范內，性能正常。

4.7.1 電力電廠智能變電站時鐘同步系統裝置的時間同步信號、接口類型與時間同步準確度的對照

為保證電力電廠智能變電站時鐘同步系統時間同步的準確度及信號傳輸的質量，被授時設備或系統可按表3選用不同信號接口。時間同步準確度要求優于1μs時，傳輸電纜長度應控制在15m之內。

表3  時間同步信號、接口類型與時間同步準確度的對照

4.1  守時性能

采用銣原子鐘作為守時時鐘源，守時時間應小于24μs/天。

4.2  接收器和天線

4.9.1 接收器

a)  接收靈敏度：捕獲 ＜-160dBW，跟蹤 ＜-163dBW；

b)  捕獲時間：熱起動時 ＜2min；冷起動時 ＜20min；

c)  時間準確度：優于 1μs（1PPS，相對于UTC）。

4.9.2 接收天線

a)  靈敏度：≤-163dBW；

b)  工作溫度范圍：-40℃至＋70℃；

c)  允許最大相對濕度：100%，結露。

4.9.3 接收天線技術要求： 

主時鐘所配天線必須保證安裝地點接收信號所需靈敏度。 

天線環境要求：工作溫度：-40℃至+70℃，工作濕度：100％，結露。 

接收天線和安裝底座需是配套產品。