变电站GPS时间同步系统的配置.pdf

2 0 0 8年第 2 6卷第 1 期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NNE R MONG OL I A E L E C T RI C P OWE R 4 3 变电站 G P S时间同步 系统的配置 Co n fig u r a t i o n t o GPS Ti me S y n c h r 0 n j z a t j 0 n S y s t e m i n S u bs t a t i o n 葛惠珠 。 席 向东 ( 内蒙古电力勘测设计院， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 ) 【摘 要 】 根 据 内 蒙 古 某 变 电 站G P s 时 间 同 步系 统 项 目 施 经 验 ； 介 绍了 P s 时 间 商 系统 的主要设 计原 则及 其 系统构成 。 。 。 关键 词】变电站 ； G P S ； 时 间同步 系统 ； 统一 时钟 ； 设计 0 薯 中图分类 号】 T M7 6 ； 1 7 2 2 8 4 文献 标识码】C 文 章编号 1 0 0 8 6 2 1 8 ( 、 2 0 0 8 ) 0 1 0 0 4 3 0 2 1 概述 随着 电网 自动化 水平 的提 高 ，以超高 压和 自动 化为主要特征的现代化大电网对系统统一时钟的需 求愈 来愈迫切 。当前 的变 电站大 多采用 不同厂 家 的 计算机监控系统 、 微机保护、 故 障录波装置 、 电能量 计费 系统等 ，这些智 能装置 内部采 用各 自独立 的实 时时钟， 但其固有误差难以避免 ， 且随着运行时间的 增加 ， 累计误 差越来越 大 。有了统一 的 时钟 ， 既 可实 现全站各系统在 G P S时间基准下 的运行监控和故 障分析， 又可通过各开关动作 、 调整的先后顺序及准 确时 间分析事 故 的原 因及 过程 ，同时也有 利于 明确 责任 ， 加强管理。因此 ， 统一时钟是保证电力系统安 全运行 、 提高生产和运行维护水平的一个重要措施 。 2 G P S时间同步 系统设计原则 ( 1 )全 站设置一 套 G P S时 间同步 系统 。 ( 2 )G P S时间 同步系统 由 2台主时钟 组成 。双 机互为热备用 ， 实现时间基准信号互为热备用。 某一 主时钟发生故障时，能 自动接收另一台主时钟的标 准时间同步信号。 ( 3 )每台时间同步信号扩展装置分别接收来 自 2台主时钟的对时信号 ，并实现 2个时间基准信号 互为备用。主时钟应满足所有时间同步信号扩展装 置 的接人 。 ( 4 )为了便于运行 、 维护和管理 ， 主时钟和时间 同步信号扩展装置按照设备 的分布情况进行布置 ， 每个保护小室设置各 自的时问同步信号扩展装置。 ( 5 )G P S主时钟和时间同步信号扩展装置应能 输出各种类型的时间同步信号 ，并满足准确度的要 求 。 ( 6 )主时钟和时间同步信号扩展装置之间通过 光缆 连接 。 3 G P S时钟对时系统的功 能要求 ( 1 )G P S时钟 对 时 系统 采用 模块 化 设 计 ， 可 根 据 需求灵 活配置 。 ( 2 )主时钟及时间同步信号扩展装置应具有时 间同步信号扩展功能 ，使用户根据需要灵活扩展时 间同步信号的输出类型和数量。 ( 3 )主时钟及时问同步信号扩展装置有多路时 间信号输 出时 ， 不论信号接 口什么类型， 各路输出在 电气上均应相互隔离。 ( 4 )主时钟及时间同步信号扩展装置应有工作 状态指示和报警信号。 ( 5 )G P S时钟对时装置的电源应能满足各种要 求 ： 交流 2 2 0 V， 直流 2 2 0 V或 1 1 0 V 。 ( 6 )G P S时 钟对 时系统应 能在变 电站 的控制 室 f 收稿 日期】2 0 0 8 - 0 1 - 0 8 【 作者简介葛惠珠( 1 9 6 2 一) ， 女， 内蒙古人 ， 毕业于华北电力大学 ， 学士学位 ， 高级工程师 ， 从事输变电工程 电气二次设计工作。 维普资讯 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 0 8 年第 2 6 卷第 1 期 和继 电保护小 室 的电磁场环境 下正 常运 行 。 4 G P S时钟对时系统的构成 G P S时钟对时系统由主时钟和时间同步信号扩 展装 置构 成 ，主时钟 和时 间同步信 号 扩展装 置 由 3 个主要部分组成： 时间信号接收( 输入 ) 单元 、 时间保 持单元 、 时间信号输出( 扩展) 单元。 4 1 时间信号 接收 ( 输 入 ) 单元 时间信号 接收单 元接收外 部时 间基准信 号 。主 时钟接收 G P S卫星发送的定时 、 定位信号 ， 获得符 合要求的时间信息 ；时间同步信号扩展装置不能接 收 G P S卫 星发送 的对 时信 号 ， 而是接 收来 自主时钟 的 同步 。 4 2时间保持 单元 主时钟 和时 间同步信号 扩展装 置 内部 的时钟在 接收到外部时间基准信号时 ，被外部时间基准信号 同步 ； 在接 收不到外 部时 间基 准信号 时 ， 仍保 持一定 的走时准确度 ，使主时钟和时间同步信号扩展装置 输 出的时 间同步 。 4 - 3 时间信号 输 出单 元 主时钟 在接收 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 ， 自动切换到正常工作状态 。 切换时主时钟输出的 时间同步信号不得出错： 时间报文没有错码 ， 脉冲码 不 会多发或 少发 。 5 时间同步信号 、 电接 口和传输通道类 型 5 1 时间 同步信 号类 型 ( 1 )I p p s 秒脉 冲信 号： 每 秒钟一 个脉 冲 ； ( 2 )I p p m分脉 冲信号 ： 每分钟一 个脉 冲 ； ( 3 )I p p h时脉 冲信号 ： 每小时一 个脉 冲 ； ( 4 )I R I G B ( D C ) 时码 ： 每秒 1帧， 包含 1 0 0个码 元 每码元 1 0 m s ； ( 5 )I R I G B ( A C ) 时码 ： 用 I R I G B ( D C ) 码对 1 k H z 正弦波进行幅度调制形成的时码信号 ，幅值大的对 应 高电平 幅值小 的对应低 电平 ， 典 型调制 比为 3 ： 1 。 ( 6 )时 间报 文 ： 内容 应 包 含年 、 月 、 日、 时 、 分 、 秒 ；报 文信 息 格式 为 A S C I I 码 、 B C D、 1 6进 制 码 ； 信 息传输速率为 3 0 0 、 6 0 0 、 1 2 0 0 、 2 4 0 0 、 4 8 0 0 、 9 6 0 0 、 1 9 2 0 0 b i t A。时 间报 文发送 为每 秒输 出 、 每 分输 出 、 根据请求输出或按用户指定的方式输出。 5 2时 间同步信 号电接 口 ( 1 )静态 空接点 ： 分为有 源和无 源 2种 ， 经光 隔 离输 出 ， 对于无 源空 接点允许 外接 电压为 2 5 0 V； ( 2 )1 T r L电平输 出 ； ( 3 )串行 数据通信接 口：包括 R S 一 2 3 2接 口、 R S 一 4 2 2接 口和 R S 一 4 8 5接 口 ； ( 4 )2 0 m A 电流环接 口； ( 5 )A C调制信号接 口。 5 3 时 间同步信 号传输 通道 时间同步信号传输通道应保证主时钟发出的时 间信号传输 到变电站设备时 ，满足设备对时间信号 质量的要求。 ( 1 )同轴电缆 ： 用于高质量 的传输 1 丫 r L电平信 号 ， 如 ： I p p s 、 I p p m、 I p p h和 I R I G B ( D C ) 码 1 T r L电平 信号等 ， 传输距离1 0 m。 ( 2 )屏蔽控制 电缆 ： 用 于传输 R S 一 2 3 2信号时 传输距 离 1 5 m；用 于传 输 R S 一 4 2 2 、 R S 一 4 8 5和 2 0 m A电流环接 口信号时， 传输距离1 5 0 m。 ( 3 )音频通信 电缆 ： 用 于传输 I R I G B ( A C ) 信 号 ， 传输距 离 1 0 0 0 m。 ( 4 )光纤 ： 用于远距离传输各种时间信号， 传输 距 离取决 于光纤 的类 型 。 6 G P S时钟对时系统方案 某 变 电站 工程 ，远期 4组 7 5 0 M VA主变压器 ， 5 0 0 k V 出线 1 2回 2 2 0 k V出线 1 6回 ；本 期建 设 1 组 7 5 0 MV A主变 压器 5 0 0 k V 出线 9回 2 2 0 k V出 线 1 0回 ； 5 0 0 k V 为 3 2接 线 ， 2 2 0 k V 为双母 线双 分 段接线 3 5 k V为单母线接线。本变电站共设有主控 楼及 6个 保护 小 室 。 6个保 护 小 室均 布 置在 配 电装 置 区内 。 变 电站 主 控 楼 内设 置 2台 G P S时 钟对 时系 统 主时 钟 站 内 6个保 护小 室分别设 置 1台时间 同步 信号 扩展装 置 。时 间同步 信号 扩展装 置 分别接 收 2 台主时钟的标准时间同步信号 ，并且对这 2个接入 信号能够实现同步切换。 考虑到主时钟 、 时间同步信 号扩展装置之问的距离和对时间信号的质量要求 ， 2 台主时钟之间采用屏蔽电缆或 同轴 电缆连接 。G P S 时钟对时系统结构如图 1 所示。 在此变 电站 中 绝大部 分智 能设备 均为 国产 设 备 ， 只有 5 0 0 k V线路有一套采用进 口保护 ， 国产智 能设备 均采用 有源分 脉 冲对 时 ， 进 口( 下转第 5 0页) 维普资讯 5 0 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 0 8 年第2 6 卷第 1 期 的历史数 据 ， 用来 预测 当年相 同月份 的负荷总量 。 灰 色计算所产生的负荷总量作为影响最终预测的负荷 总量的因素之一 ， 输入到模糊神经网络中。 模糊神经 网络 的温度隶属 函数如下 ： 对低温的隶属度函数采用偏小型梯形分布， = 0 l 0 0 1 0 ； l 0 、 1 t 2 5或 t 5 5 5 ： 2 5 - 一t 1 5 t 2 5 表 1 2 0 0 6年 电力 负 荷 的预 测 结 果 对高温的隶属度函数采用偏小型梯形分布， 5 结语 0 t 4 0 对 节假 日数量 的隶 属度 为 ， =e x p ； 负荷的隶属度恒为 1 。 利用 MA T L A B语 言实 现本 系 统 对 2 0 0 1 - 2 0 0 5 年负荷 数据 的仿 真训练 ， 再用 训练 好 的系统 对 2 0 0 6 年全年进 行负荷 预测 ， 得到 的实 验结 果见表 1 。 结果表明， 使用此系统进行负荷预测， 最大误差 不超过 1 5 ， 相 比原有模 糊神 经 网络 系统 有 明显改 善 ， 可 以满足 电力系统运 行调 度的需要 。 ( 上接 第 4 4页) I R I C B ( D C) 码对 时 。 主控制楼 保护小室 监控机房 ( 共 6个 ) 光纤 l 主 机1卜 光 电 转 换 1 T - G P S F 4 _ 光 电 转 换 + 牛 光 电 转 换 1 I 主 机 2卜 图 1 G P S时钟对 时系统结构图 为 了节省连接 电缆 ， 且 便于今 后设备 的运行 、 管 理和维护 各保 护小室相 关 的设 备接入 各 自对 应 的 时问同步信号扩展装置 ，主控楼内的公用设备就近 接 入主控楼 的 主时钟 。 设计对时方案时，应考虑设备制造厂家所能提 供的设备对 时类 型和电接 口形式 ，并且在 各种 智能 把 2 0 0 6年 预测 的结 果加 入到原 2 0 0 1 -2 0 0 5年 复合数据样本空间， 得到新的样本空问， 然后用新样 本空 间对 2 0 0 7年进 行 了初步 负荷 预测 ， 预测结 果有 待考证。 采用本方法进行短期负荷预测时 ， 只需将本 空 间更换 为其他样 本空 问即可 。 参考文献】 1 】邢棉 ， 杨实俊 ， 牛东晓 ， 等 多元指数加权电力负荷灰色优 化组合预测 】 电网技术 ， 2 0 0 5 ， ( 4 ) 2 】王成山， 杨军 ， 张崇见 灰色系统理论在城市年用 电量预测中 的应用不 同预测方 法的分析比较叨 电网技术 ， 1 9 9 9 ，