电力时钟同步及监测 解决方案

一：当前电网时间同步的现状

时间同步系统是电力系统的基础，智能电网在综合自动化设备、自动保护设备等自控、遥控设备的用量不断加大的当前，电网在发电、输电、配电等领域，对全网时间同步精度、安全性、稳定性、可靠性等性能提出越来越高的要求。

在电网功角测量系统、广域继电保护系统、广域电网同步状态监测系统等应用中，都需要发展大范围高精度测量技术，而这些技术能够实施的关键和基础是高可靠性、高精度和高度统一的电网时间。

GPS主导的时间同步系统在电网中已经运行多年，其运行中仍然存在以下问题：

1.安全性无保障

GPS完全受美国控制，电网运行的安全存在极大的隐患，并且，在国防要求和我国自主知识产权的北斗系统已经相对完善的情况下，电网作为国计民生最重要的行业，使用北斗授时的时间系统取代单一GPS授时系统，是智能电网的发展需要，同时也是国家发展的需要。

2.现有的授时装置功能单一，授时精度无法监测和保证

目前国内现有变电站和中心站一般采用独立的授时装置(电力同步钟)进行授时。现有的电力同步钟功能单一，只具备单一的授时功能，授时精度无法监测和保证，以GPS/北斗为参考信号源，在GPS/北斗信号受到干扰的区域，容易引起授时时间异常，可靠性不高。

3.全网时间同步精度偏差较大

电网的授时由各站点分散提供、开环运行，全网时间无法统一，无法抵御空间干扰，严重制约了智能电网发展。

现有的授时装置以GPS/北斗为参考信号源，输出的时间码信号溯源到GPS/北斗时间，不同变电站和中心站之间因地域位置不同、卫星接收机授时精度不同、授时装置器件老化和授时装置运行时间长短不一等因素，各变电站和中心站授时装置输出的时间均存在一定的偏差，致使不同变电站和中心站之间时间不一致，全网时间同步精度偏差较大；影响了其他装置的正常工作，引起用电记录数据丢失、运行记录混乱或系统瘫痪等故障，不利于电网的科学化管理和运营。

4.电网时钟设备种类繁多，缺乏统一的时间同步管理方法

电网设备种类繁多，现有的电力全网时间同步精度监测手段单一，监测精度较低；暂无可靠的手段，对电力全网时间同步精度进行高精度监测。无法有效地管理和监测各类时钟设备的授时状态。

随着技术的发展，建立电网授时、监测及监控管理系统已具备条件。

二：本方案预期成果

本解决方案可有效解决电力时间同步系统存在的授时精度低、广域监测精度较低、无法监测站内各电力设备的时间同步精度等问题：

1.安全可靠

电力时间同步从GPS全面切换至我国自主研发的北斗卫星导航系统，安全可靠；

2.可作为备份授时设备

本方案成果“电力时钟同步及监测系统（TSM）”，高度集成授时、监控等功能，同步精度远高于现有的电网授时设备（电力钟），即可作为备份授时设备，也可全面替代现有的授时设备。

3.为各所辖变电站站内设备提供统一的、高精度的电网时间。

“电力时钟同步及监测系统（TSM）”可为变电站内设备提供统一、高精度的电网时间，保证站内所有设备的高精度时间同步。

4.站内同步精度监测

采用高精度测量技术，实现站内高精度时间同步精度监测；实时监测站内时钟设备、行波设备、继电保护设备、合并单元等设备的时间同步精度。并通过现有的数据网络，采用IEC61850技术，将测量的时间误差上报至时间同步监控平台，实现站内设备的时间同步精度监测。

5.广域高精度时间同步

“电力时钟同步及监测系统（TSM）”采用先进的软、硬件相结合的方式，实现广域高精度时间同步，可靠性高；通过软件算法，替代高性能的接收机硬件，成本低。

各所辖变电站时间溯源到地区中心站，达到地区范围内的高精度时间同步，实现广域全网高精度时间同步。

6.广域高精度时间同步精度监测

“电力时钟同步及监测系统（TSM）”以北斗卫星共视技术为基础，消除了卫星星钟的影响，通信链路的非对称性、链路切换所带来的影响，解决了传统广域时间同步监测技术监测精度低、可靠性差等问题。各系统实时监测及上报广域时间同步精度，实现广域高精度时间同步精度的监测。

本系统的建设，可大大减少因时间同步异常所带来的经济损失。同时兼容现有的时间同步系统，可降低电网智能化改造的难度，具有较大的优势。

三：电力时钟同步及监测系统（TSM）

针对电力系统对时间同步监测的迫切需求以及当前电力系统时间同步系统的不足，我公司提出电力时钟同步及监测系统(TSM)产品及解决方案。TSM基于我国自主研发的北斗卫星导航定位系统，主要实现：

1.全网高精度时间同步

采用先进、稳定、可靠的卫星共视技术，电力全网时间通过北斗卫星系统溯源到中国科学院国家授时中心。实现各变电站之间、变电站与调度/中心站之间的高精度时间同步，电力全网时间同步精度优于20ns。

2.高精度授时

采用高精度授时技术，为变电站内设备提供高精度的时间同步信号，站内授时精度优于10ns。

3.高精度监测

采用多通道高精度监测技术，实时监测变电站站内设备的时间同步精度，实现全网监测精度优于20ns。在时间同步精度出现异常时，快速、准确告警，可为电力系统安全、稳定、可靠的运行提供有力保障。

4.智能管理通信平台

采用IEC61850技术，构建智能管理通信平台，实现电力时钟同步及系统授时监测装置的统一、自动化管理。实现变电站内各设备同步状态、精度监测、状态报表、告警信息、故障分析等数据智能化处理，与调度站管理系统之间完成自动对接，变电站信息自动上传，调度站管理系统自动获取变电站端信息。

四：TSM在电力系统中的应用

图 1 TSM在电力系统中的应用示意图

如图 1所示，调度/中心站配备中心站TSM，在各变电站配置站端TSM，调度/中心站与各变电站通过综合数据网交互数据，通过北斗卫星共视技术，各站端TSM都同步到中心站TSM上，作为授时、监测参考。各站端TSM为变电站内的时钟、保护等设备提供高精度时间信号。同时，采用高精度监测技术，对各自所在站点的时钟设备、保护设备、服务器等装置的时间信号进行监测，并将监测数据通过综合数据网统一上传至数据服务器。在变电站内设备时间同步精度出现异常时，快速、准确告警，为电力系统安全、稳定、可靠的运行提供有力保障。

五：TSM的优势

TSM与现有的电力同步系统相比，具有较明显的优势：

同步精度高。电力全网时间可溯源到统一的时间标准，全网同步精度优于20ns。

监测精度高。监测精度20ns，远高于现有电力时间同步系统的需求精度。

技术成熟，性能稳定，不受网络抖动和非对称性影响，钟差数据实时性要求不高，网络拥塞的情况下，全网同步精度也不受影响。

软件算法替代专用共视接收机，硬件实现简单，硬成本低。

功能齐全。TSM同时兼具高精度监测及授时功能。

资源需求少。共视交互数据量较少，无需专用的SDH通道，利用现有数据网即可，不影响原有电力业务。

六：TSM功能

1.支持北斗/GPS卫星共视功能，可配置成主或从站；

2.支持北斗/GPS授时功能；

3.支持DL/T 634.5104-2002 或IEC61850协议；

4.内部可根据需要配置原子钟或晶振；

5.具备时间信号监测功能，可将选择本机时间或外部参考IRIG-B（DC）码作为基准，对输入的时间信号进行监测，并通过网口上传站测量结果。监测通道配置如下：

至少8路IRIG-B（DC）码（光电可选）

至少16路秒脉冲输入（光电可选）

至少1路PTP输入

至少1路NTP输入

支持TOD输入

6.可灵活配置输入信号的种类及路数

具备时间输出功能，输出信号及种类配置如下

IRIG-B（DC）码（光纤、TTL或RS422）

秒脉冲（光纤、TTL、RS422或空接点）

PTP信号（电口）

TOD信号（RS422或RS232）

B（AC）信号（可选配）

可灵活配置除PTP信号外的其他信号种类及路数

7.支持独立直流双电源供电方式。

8.具有独立以太网信息通信接口，且在网络运行工况流量冲击下，装置正常工作，不影响稳定性。

七：TSM关键指标

共视同步精度：≤20ns

站内授时精度：≤10ns

同步监测精度：≤20ns

北斗/GPS授时（非共视模式下）精度：≤100ns

脉冲信号、IRIG-B（DC）码、串行口时间报文、NTP网络报文等同步信号满足DL/T 1100.1-2009《电力系统的时间同步系统》规定的要求。