[前言]

　　目前，為滿足遠距離輸電的需要，我國電網(wǎng)是以大機組、高壓和超高壓輸電，以高度自動化為主要特征。電網(wǎng)的運行情況瞬息萬變，發(fā)生事故后必須掌握實時信息，以便能及時對事故原因、不同專業(yè)設(shè)備的責(zé)任進行分析和判斷，從而可以及時地進行決策處理。

　　作為變電站的標(biāo)準(zhǔn)時鐘，我們的基本要求是：有盡可能短的冷、熱啟動時間，配有后備電池，有高精度、可靈活配置的時鐘輸出信號。以保證自動化信息傳輸、繼電保護及自動裝置的精確對時。

　　為了實現(xiàn)各個變電站間設(shè)備的時間統(tǒng)一，我們引進了GPS時鐘系統(tǒng)針對各站自動化系統(tǒng)中的計算機、控制裝置等進行校時。

　　一、GPS裝置各主要作用及組成

　　1. GPS時鐘系統(tǒng)是針對自動化系統(tǒng)中的計算機、控制裝置等進行校時的高科技產(chǎn)品。通過接受GPS衛(wèi)星發(fā)射的低功率無線電信號，將這些信息通過各種接口類型來傳輸給自動化系統(tǒng)中需要時間信息的設(shè)備(計算機、保護裝置、故障錄波器、事件順序記錄裝置、安全自動裝置、遠動RTU)，這樣就可以達到整個系統(tǒng)的時間同步。

　　2. GPS時鐘系統(tǒng)主要組成部分：

　　2.1. GPS信號接收器： 是專用接收GPS衛(wèi)星信號的集成電路模塊，輸出時間精度為1微秒的1PPS脈沖，并通過RS232串行口輸出國際標(biāo)準(zhǔn)時間、日期和接收器所處地理位置(經(jīng)緯度)等信息。

　　2.2. 同步脈沖發(fā)生電路： 輸出秒(1PPS)、分鐘(1PPM)、小時(1PPH)同步脈沖信號。

　　2.3. 中心處理單元： 對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控。接收GPS衛(wèi)星信號接收模塊發(fā)送的國際標(biāo)準(zhǔn)時間信息及秒同步信息，換算成當(dāng)?shù)貢r間送LED數(shù)碼顯示器顯示，并按一定的格式經(jīng)串行口輸出，供繼電保護和自動裝置使用。

　　二、繼電保護和自動裝置的精確對時必要性。

　　1. 異常或事故分析的精確對時需要：正常運行時，保護裝置會實時監(jiān)測電流、電壓等信息。電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常或事故時，保護裝置動作，故障錄波裝置錄制相關(guān)波形。對這些信息及波形的分析，必須以同一的時間為基準(zhǔn)，否則就不能對事故發(fā)生的原因、各種保護及自動裝置動作行為、先后順序以及事故的演變和發(fā)展過程做出正確的判斷。

　　2. 高壓線路光纖保護的調(diào)試準(zhǔn)確定時需要：高壓線路縱聯(lián)電流差動保護是比較線路兩側(cè)的電流量，將電信號變?yōu)楣庑盘栠M行傳輸?shù)摹１Ｗo裝置經(jīng)交流采樣、模數(shù)變換后，保護CPU單元對信號進行濾波處理，并將濾波后的電流數(shù)字量傳送給通信CPU單元，同時保護CPU單元也將接收通信CPU經(jīng)同步調(diào)整后的對側(cè)電流數(shù)字量，并與本側(cè)電流數(shù)字量進行比較判斷決定是否發(fā)出口命令。保護調(diào)試需要在線路兩側(cè)的保護上同時加故障量，以真實地模擬線路發(fā)生區(qū)內(nèi)或區(qū)外故障時保護的動作行為。在線路兩側(cè)同時加故障量，靠一般的時鐘是辦不到的，這是因為一般時鐘的工作精度是秒級，而作為快速保護的光纖縱聯(lián)保護其工作時間是毫秒級，由一般時鐘造成的誤差，無法保證兩側(cè)所加故障量的同時性。而采用具有GPS準(zhǔn)確定時功能由PC機控制的繼電保護試驗裝置來保證兩側(cè)所加故障量的同時性，其時間誤差是微秒級的，可以滿足同時加故障量的要求。

　　3. 計算網(wǎng)絡(luò)電能損耗的精確對時需要：只有同一時間測量、采集處于不同位置的同一線路受進與送出的電能，才能準(zhǔn)確計算出某元件的電能損耗，以實現(xiàn)電力輸送能量損耗為最小的原則。

　　4. 檢測功率平衡和控制潮流的精確對時需要：由于電力系統(tǒng)的發(fā)、供、用是同時完成的統(tǒng)一體，測錄電網(wǎng)各相關(guān)部位同一時間的電壓、電流、功角和輸送的功率就十分重要，這些信息是調(diào)度人員進行電力調(diào)度的依據(jù)，也是維持高質(zhì)量電能的監(jiān)控基礎(chǔ)。而計算同一時間的數(shù)據(jù)則需要各個節(jié)點的時間統(tǒng)一才能實現(xiàn)。

　　5. 穩(wěn)定控制裝置的精確對時需要：穩(wěn)定控制裝置會在系統(tǒng)故障切除后頻率、電壓均異常情況下，判斷低頻低壓或高頻高壓事故，快速采取就地低頻低壓減載或高頻高壓切機的控制措施，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提供保障，故對時間精度要求較高。常用的穩(wěn)定控制裝置要求設(shè)置高精度的時鐘芯片，并配置有GPS硬件對時回路，便于全系統(tǒng)時鐘同步配備高速以太網(wǎng)絡(luò)通信接口。

　　目前，我國電力系統(tǒng)繼電保護精確對時，都是以美國GPS定位系統(tǒng)為時間基準(zhǔn)，選用進口GPS接收機部件，經(jīng)二次開發(fā)研制成標(biāo)準(zhǔn)時間同步鐘，自動選擇最佳星座進行定位、定時，經(jīng)過設(shè)備的硬件及軟件處理轉(zhuǎn)換為北京時間輸出，使在我國任何地方使用，其時間誤差小于1μs，完全可以滿足目前電力系統(tǒng)精確對時的需要。

　　三、GPS應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及處理：

　　1. 某220kV變電站值班人員發(fā)現(xiàn)一臺主變RCS系列保護裝置GPS時鐘錯誤，同時保護裝置通訊中斷。經(jīng)繼保工作人員檢查后發(fā)現(xiàn)，裝置參數(shù)整定值中，103規(guī)約類型整定為1(當(dāng)采用EC60870-5-103規(guī)約時置0，采用LFP規(guī)約置1)。由于裝置參數(shù)一般在驗收時由廠家整定，之后基本不再更改。分析原因時，工作人員判斷可能由外施工單位人員工作時誤整定，但日常維護、定檢過程中工作人員核對定值時可能會忽略裝置參數(shù)。同時，當(dāng)采用分脈沖對時時，分脈沖對時定值置為“1”，秒脈沖對時時置“0”，如采用IRIGB碼對時方式，此定值不必整定。工作人員對GPS對時系統(tǒng)的不熟悉，也有可能影響對時的精確。所以，在驗收過程中、日常維護、保護定檢過程中均要對裝置參數(shù)進行認(rèn)真核對，并對裝置對時方式進行檢查及記錄。以杜絕此類問題。

　　2. 2010年3月，220kV莆心變電站反映全站裝置對時錯誤，表現(xiàn)為日期的天數(shù)多了一天。繼保工作人員檢查發(fā)現(xiàn)該變電站采用的是Model 3650-140A GPS，與廠家取得聯(lián)系后，對故障原因進行了分析。根據(jù)日期發(fā)生改變的原因，時間跳變發(fā)生在2月28日24：00或3月1日0：00，繼保工作人員檢查了在2月28日至今為止期間，所有使用GPS對時的設(shè)備的告警情況，著重點在于使用IRIG-B碼和串口報文對時方式的設(shè)備(PPM/PPS/PPH對時方式?jīng)]有包含時間信息，應(yīng)不會產(chǎn)生影響)。分析設(shè)備告警沒有因為日期發(fā)生改變引起。故溝通后，由芯片生產(chǎn)廠家YITAN對3650-140A的固件程序進行了升級并完成測試，并根據(jù)新的固件程序版本升級了3650-140A的EPROM 芯片，用于3650-140A GPS設(shè)備的更換，設(shè)備恢復(fù)正常運行。

　　四、結(jié)論

　　隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)對保護裝置對時系統(tǒng)的要求更加精確。GPS技術(shù)的開發(fā)、推廣和應(yīng)用，成功地解決了由于電力系統(tǒng)發(fā)展而帶來的高壓網(wǎng)絡(luò)中，繼電保護和自動裝置的精確對時問題，而且實現(xiàn)了一個站內(nèi)的多套繼電保護和自動裝置共享一臺GPS資源，做到了投資省、對時方式靈活、對時準(zhǔn)確，為電力系統(tǒng)的裝置調(diào)試、事故分析、監(jiān)控繼電保護和自動裝置的動作行為、電能損耗計算、電量平衡、負(fù)荷管理、穩(wěn)定控制等提供了有力的幫助，必將大大地推動電力系統(tǒng)的繼電保護和自動化技術(shù)的發(fā)展。有利于減少GPS時鐘的接口數(shù)量和電纜數(shù)量，也使運行維護更為簡單方便。從不斷出現(xiàn)的問題，也反映出必須加強現(xiàn)場工作人員對GPS對時系統(tǒng)的認(rèn)識，從根本上防止影響GPS對時系統(tǒng)的精確。

　　在本文的編寫過程中，得到了多位同事的幫助。在此，對提供各種資料、數(shù)據(jù)等的張建華、熊偉標(biāo)同事表示感謝。周凱峰、王映雯等對本文的修改提供了寶貴意見，謹(jǐn)此致謝。

　　參 考 文 獻

　　1、 《接收GPS衛(wèi)星信號的電力系統(tǒng)同步時鐘》 電力系統(tǒng)自動化 1995年3月 徐丙垠 李桂義 冀有黨等

　　2、《差分GPS與廣域GPS增強 共同走向科學(xué)——百名院士科教系列報告集》 魏子卿

　　3、《GPS—1標(biāo)準(zhǔn)時間同步鐘及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用》 江蘇電機工程 1996.12 王支 唐翔 張永號

　　4、 《全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)在高頻保護試驗中的應(yīng)用研究》 貴州電力技術(shù)第2卷 1999.6 謝百明 任勇 康鵬