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作者：張毅  

    本文通過(guò)分析時(shí)間同步系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，研究同步網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)及監(jiān)測(cè)方式．在此基礎(chǔ)上給出一種基于電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的時(shí)間同步在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和系統(tǒng)架構(gòu)．最后以冀北電力公司為例，分析了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施方案．為后續(xù)電力時(shí)間同步網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)提供參考，

1  時(shí)間同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀

    為了滿足電力系統(tǒng)中各種白動(dòng)化保護(hù)設(shè)備對(duì)時(shí)間同步的高精度需求，各變電站均配置一套時(shí)間同步系統(tǒng)通過(guò)衛(wèi)星基準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步。但由于一方面衛(wèi)星接收機(jī)故障率高，衛(wèi)星信號(hào)容易受到干擾：另一方面GPS受美國(guó)軍方控制，安全性無(wú)法得到保障。一旦衛(wèi)星接收信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題．隨時(shí)都可能影響站內(nèi)設(shè)備及系統(tǒng)的同步性能。

    時(shí)間同步系統(tǒng)作為電網(wǎng)的重要組成部分，在運(yùn)行中沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)同步性能的監(jiān)測(cè)工具和手段．只能靠運(yùn)行人員或二次專業(yè)人員的自我判斷．來(lái)斷定時(shí)間同步系統(tǒng)是否存在問(wèn)題，但判斷的依據(jù)受人為岡素影響，而且對(duì)于較小的時(shí)間誤差．根本無(wú)法人為判斷，難以做到及時(shí)、有效監(jiān)測(cè)。

    目前．電網(wǎng)中存在通過(guò)人工巡視、電話聯(lián)系等方法來(lái)保證多個(gè)時(shí)鐘設(shè)備的同步，此種方法比較困難，一般僅僅只是簡(jiǎn)單判斷時(shí)鐘設(shè)備鎖星，并不能知曉時(shí)鐘設(shè)備所輸出的時(shí)間準(zhǔn)確性，工作效率低，同步性能無(wú)法獲知。

    因此，急需建設(shè)一套同步網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)時(shí)間同步系統(tǒng)和被授時(shí)設(shè)備的時(shí)間同步精度進(jìn)行有效監(jiān)控，隨時(shí)掌控系統(tǒng)的同步性能劣化情況，及時(shí)告知運(yùn)維人員進(jìn)行故障排查，確保電網(wǎng)在統(tǒng)一準(zhǔn)確時(shí)間基準(zhǔn)下運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)特別是智能電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

2時(shí)間同步在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

    建設(shè)同步網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要明確需要監(jiān)測(cè)的信號(hào)類型和可能采取的監(jiān)測(cè)方式，以確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的部署方案滿足對(duì)變電站內(nèi)時(shí)問(wèn)同步系統(tǒng)和被授時(shí)設(shè)備的監(jiān)測(cè)需求。

2.1  時(shí)間同步信號(hào)監(jiān)測(cè)分析

    時(shí)間同步信號(hào)包括脈沖信號(hào)、美國(guó)靶場(chǎng)儀器組碼-B碼(inter range instrumentation group-B，IRIG-B)信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間信息等。脈沖信號(hào)包括秒脈沖(1  pulsepersecond，  1PPS)、分脈沖(1 pulseperminute，  1PPM)、  日寸脈沖(l  pulseperhour，1PPH)，網(wǎng)絡(luò)同步時(shí)問(wèn)信息包括精確時(shí)間協(xié)議( precision time protocol，PTP)和網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議( network time protocol,  NTP)。

    對(duì)于脈沖信號(hào)、IRIG-B信號(hào)，它們都是通過(guò)專線傳輸方式實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單向同步技術(shù)，被授時(shí)端無(wú)時(shí)間反饋，不能通過(guò)同步過(guò)程確定同步設(shè)備是否真正實(shí)現(xiàn)了同步．且其時(shí)間延遲只能根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行同定補(bǔ)償。

    對(duì)于NTP和PTP同步方式而言，它們都是基于以太網(wǎng)的同步方式．基于主從時(shí)鐘的雙向通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)同步，數(shù)據(jù)包中帶有時(shí)間戳，可以計(jì)算時(shí)間延遲及偏差，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

    綜合上述情況，對(duì)于脈沖信號(hào)/IRIG-B等專線單向通道傳輸?shù)男盘?hào)需要通過(guò)橫向比對(duì)原則進(jìn)行仲裁判斷，來(lái)分析時(shí)間信號(hào)的相對(duì)偏差。對(duì)于NTP/PTP等以太網(wǎng)的雙向通信同步機(jī)制．可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通道，通過(guò)NTP/PTP各自提供的時(shí)間精度分析機(jī)制進(jìn)行時(shí)間精度的判斷和分析。

2.2  監(jiān)測(cè)方式分析

    對(duì)于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)終端而言．按照其參考基準(zhǔn)的不同．主要分為絕對(duì)監(jiān)測(cè)和相對(duì)監(jiān)測(cè)2種監(jiān)測(cè)方式，、

    (1)相對(duì)監(jiān)測(cè)方式。相對(duì)監(jiān)測(cè)方式是指監(jiān)測(cè)終端從被監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取到同步信號(hào)精度等信息后，利用上級(jí)授時(shí)設(shè)備傳輸過(guò)來(lái)的時(shí)問(wèn)信號(hào)作為比對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)，比對(duì)出兩者的偏差信息，再通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)上報(bào)給上級(jí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理，、其監(jiān)測(cè)原理如圖l所示。圖1中監(jiān)測(cè)終端的比對(duì)基準(zhǔn)來(lái)自上級(jí)同步系統(tǒng)，此監(jiān)測(cè)方式中基準(zhǔn)信號(hào)的傳輸有2種方案：NTP對(duì)時(shí)和PTP對(duì)時(shí)。其中，NTP對(duì)時(shí)方式，低精度、低成本、不占用專用El通道；PTP對(duì)時(shí)方式，高精度、高成本方式、需占用專用El通道。但為了保證廠站端的時(shí)間同步精度．NTP實(shí)現(xiàn)同步幾乎不能滿足要求．因此須采用PTP主從同步方式。即上級(jí)同步系統(tǒng)可通過(guò)基于SDH網(wǎng)絡(luò)的El通道，采用PTP技術(shù)將時(shí)間同步信號(hào)傳輸給本級(jí)的監(jiān)測(cè)設(shè)備作為監(jiān)測(cè)比對(duì)的基準(zhǔn)。

    (2)絕對(duì)監(jiān)測(cè)方式  絕對(duì)監(jiān)測(cè)方式是指監(jiān)測(cè)設(shè)備從被監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取到同步信號(hào)精度等信息后．利用自身的北斗／全球定位系統(tǒng)(global positioning sVstem，GPS)衛(wèi)星信號(hào)源作為比對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)，比對(duì)出兩者的偏差信息，再通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)上報(bào)給上級(jí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理。其原理與相對(duì)監(jiān)測(cè)方式類似，只是比對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)改為北斗/GPS衛(wèi)星信號(hào)。

    (3)2種監(jiān)測(cè)方式的比較。相對(duì)監(jiān)測(cè)方式是采用地面鏈路來(lái)傳輸對(duì)比基準(zhǔn)信號(hào)，該方式安全可靠。但要實(shí)現(xiàn)PTP對(duì)時(shí)方案獲取比對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)，則必須要求主站端具備PTP輸出端口供廠站端接收，同時(shí)要求廠站端的監(jiān)測(cè)終端具備PTP信號(hào)接收能力，才能與主站端時(shí)鐘保持同步。目前電力系統(tǒng)變電站內(nèi)的實(shí)際情況是主站端不具備PTP輸出能力的時(shí)鐘設(shè)備，需要重新購(gòu)置或者擴(kuò)展現(xiàn)有的沒(méi)備功能。

    絕對(duì)監(jiān)測(cè)方式是采用衛(wèi)星信號(hào)作為比對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)，監(jiān)測(cè)終端需要配置北斗/GPS模塊．成本會(huì)變高。該監(jiān)測(cè)方式是建立在衛(wèi)星信號(hào)可靠的前提下，一旦衛(wèi)星信號(hào)劣化，將無(wú)法判斷所監(jiān)測(cè)信號(hào)的優(yōu)劣。

3電力時(shí)間同步在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.1  系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

    針對(duì)電力時(shí)間同步系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其缺乏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等問(wèn)題，結(jié)合同步在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的分析結(jié)果．設(shè)計(jì)了一套適用于電力時(shí)間同步系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)同步信號(hào)運(yùn)行質(zhì)量的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)一該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)遵循以下原則：

    (1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于開(kāi)放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，是一套系統(tǒng)完整、性能可靠、技術(shù)成熟、功能完善并相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。

    (2)系統(tǒng)功能應(yīng)包括數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、遠(yuǎn)傳、合理性檢查、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析處理、系統(tǒng)自診斷等功能。

    (3)系統(tǒng)應(yīng)具有靈活的配置性，良好的擴(kuò)展性、開(kāi)放性，良好的人機(jī)界面，并且能夠適應(yīng)未來(lái)發(fā)展需求的擴(kuò)充升級(jí)。

    (4)系統(tǒng)的部署可以充分利用現(xiàn)有資源，芎約投資成本，使經(jīng)濟(jì)利益最大化。

3.2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

    日前．變電站內(nèi)時(shí)鐘設(shè)備及被授時(shí)設(shè)備多數(shù)都不支持PTP信號(hào)輸出，所以，可先采用絕對(duì)監(jiān)測(cè)方式建立時(shí)間同步在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，待變電站內(nèi)時(shí)鐘設(shè)備和被授時(shí)設(shè)備全部進(jìn)行功能擴(kuò)展或更換為具有PTP信號(hào)輸出的新設(shè)備后，再采用相對(duì)監(jiān)測(cè)的方式。

    該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的部署方案是在調(diào)度站布置1臺(tái)服務(wù)器（安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件）、1套電力時(shí)間同步網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備；在各廠站布置含廠站原時(shí)鐘系統(tǒng)、1臺(tái)時(shí)鐘測(cè)量單元(time measurement unit，TMU)設(shè)備及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)接人設(shè)備。各廠站與調(diào)度站通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行通信。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

    被監(jiān)測(cè)設(shè)備：包括時(shí)間同步系統(tǒng)和被授時(shí)設(shè)備．時(shí)間同步系統(tǒng)一般包括位于主控室的主時(shí)鐘設(shè)備和位于保護(hù)或其他小室的從時(shí)鐘設(shè)備（或擴(kuò)展時(shí)鐘）。被授時(shí)設(shè)備包括變電站內(nèi)需要時(shí)間同步的自動(dòng)化保護(hù)設(shè)備、系統(tǒng)等。

    監(jiān)測(cè)終端(TMU)：部署在發(fā)電廠或變電站，通常每個(gè)廠站只需配備一個(gè)TMU設(shè)備。TMU內(nèi)置衛(wèi)星授時(shí)模塊和恒溫晶振，提供精確的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間作為參考，比對(duì)廠站內(nèi)的被測(cè)時(shí)鐘設(shè)備（如主時(shí)鐘和保護(hù)小室的從／擴(kuò)展時(shí)鐘）。TMU可以實(shí)時(shí)采集被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的精度，測(cè)量出的偏差值和監(jiān)測(cè)單元裝置本身的工作狀態(tài)等信息均通過(guò)電力數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸給在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

    電力數(shù)據(jù)網(wǎng)：作為通信通道，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)終端TMU與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件問(wèn)的數(shù)據(jù)交互。

    在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件：實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)終端反饋過(guò)來(lái)的同步質(zhì)量運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對(duì)同步精度、穩(wěn)定性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)測(cè)量到的信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)超出門限．系統(tǒng)將及時(shí)發(fā)出告警，告警可通過(guò)短信、E-mail等方式傳送給維護(hù)人員。且在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序服務(wù)端成功部署后，任何一個(gè)與內(nèi)網(wǎng)相通的PC機(jī)都可通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)系統(tǒng)，作為管理用戶終端。

3.3  同步監(jiān)測(cè)過(guò)程

    時(shí)間同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體監(jiān)測(cè)過(guò)程如下：

    (1) TMU接收北斗/GPS衛(wèi)星信號(hào)時(shí)產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)。

    (2)接收并解析站端時(shí)鐘系統(tǒng)IRIG -B碼信號(hào)，計(jì)算時(shí)間偏差。其中IRICJ -B碼信號(hào)的測(cè)量

值包含變電站名、被測(cè)設(shè)備名、被測(cè)信號(hào)類型、測(cè)量精度、當(dāng)前測(cè)量時(shí)間、被測(cè)信號(hào)連接電纜的時(shí)延、被測(cè)信號(hào)超限與否等信息。

    (3)站內(nèi)擴(kuò)展時(shí)鐘通過(guò)空接點(diǎn)向測(cè)控設(shè)備發(fā)送遙信控制脈沖。測(cè)控設(shè)備接收到站內(nèi)擴(kuò)展時(shí)鐘的遙信控制脈沖后產(chǎn)生變位，由儀表的事件順序記錄( sequence  of event，SOE)功能記錄后將相應(yīng)的報(bào)文發(fā)送至TMU。TMU比較站內(nèi)擴(kuò)展時(shí)鐘發(fā)送遙信控制脈沖的時(shí)刻與測(cè)控設(shè)備產(chǎn)生變位時(shí)刻從而獲取其時(shí)間差。

    (4) TMU將獲得的時(shí)間偏差發(fā)送至交換機(jī)。子站交換機(jī)將TMU上傳信息發(fā)送至數(shù)據(jù)網(wǎng)，由中心站的交換機(jī)進(jìn)行接收并發(fā)送至服務(wù)器。服務(wù)器上的時(shí)間同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收TMU的上傳信息，對(duì)其進(jìn)行分析運(yùn)算，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖形化顯示、告警顯示等操作，形成對(duì)時(shí)間同步系統(tǒng)、被授時(shí)設(shè)備時(shí)間狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

    (5)通過(guò)預(yù)先設(shè)置的閾值，將緊急告警信息通過(guò)短信和E-mail等方式第一時(shí)間告知運(yùn)維人員，便于運(yùn)維人員及時(shí)排除故障，防止事態(tài)的惡化。

4在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案

    以冀北電力公司的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部署方案為例，進(jìn)行分析，其中，監(jiān)測(cè)中心放置于冀北本部，時(shí)問(wèn)監(jiān)測(cè)單元放置于各個(gè)變電站內(nèi)的主控室，監(jiān)測(cè)信號(hào)的傳輸通過(guò)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)來(lái)完成。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在冀北公司的具體部署架構(gòu)如圖3所示。

    圖3中時(shí)間同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器布置在冀北本部調(diào)度中心，服務(wù)器上運(yùn)行著監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件，用于處理各個(gè)時(shí)間監(jiān)測(cè)單元L傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在昌黎變電站和霸州變電站分別配置一套時(shí)間監(jiān)測(cè)單元TMU, TMU接收北斗/GPS衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)．測(cè)量并計(jì)算出時(shí)間同步系統(tǒng)IRIG-B碼輸出信號(hào)與基準(zhǔn)的時(shí)間偏差。TMU將獲得的時(shí)間偏差發(fā)送至交換機(jī)。子站交換機(jī)將TMU上傳信息發(fā)送至數(shù)據(jù)網(wǎng)，由中心站的交換機(jī)進(jìn)行接收并發(fā)送至服務(wù)器。服務(wù)器上的時(shí)間同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取上傳的時(shí)間偏差數(shù)據(jù)，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析．得到時(shí)間精度偏移曲線，最大／小偏差，選定周期內(nèi)的平均偏差等參數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行對(duì)比，從而得知被監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能是否劣化，當(dāng)性能劣化時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)發(fā)出告警信息，有助于運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)進(jìn)行故障排除，提高業(yè)務(wù)質(zhì)量。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)時(shí)間同步系統(tǒng)現(xiàn)狀及問(wèn)題分析．得出相對(duì)監(jiān)測(cè)方式和絕對(duì)監(jiān)測(cè)方式2種在線監(jiān)測(cè)原理．分析在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則。提出了基于絕對(duì)監(jiān)測(cè)方式的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)，研究同步監(jiān)測(cè)的過(guò)程，最終提出冀北公司在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案。本文的研究成果對(duì)于電力時(shí)間同步在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與部署具有一定的參考價(jià)值。

6摘要：為解決變電站內(nèi)時(shí)間同步系統(tǒng)及被授時(shí)裝置缺乏監(jiān)控措施的問(wèn)題，分析了相對(duì)監(jiān)測(cè)和絕對(duì)監(jiān)測(cè)2））種方式的適用性．得出相對(duì)監(jiān)測(cè)方式適用于具有精確時(shí)間協(xié)議（PTP）信號(hào)輸出的時(shí)間同步系統(tǒng)，絕對(duì)監(jiān)測(cè)方式適合于相互獨(dú)立的時(shí)間同步系統(tǒng)、結(jié)合電力時(shí)間同步系統(tǒng)的現(xiàn)狀和絕對(duì)監(jiān)測(cè)方式，提出在電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳輸監(jiān)測(cè)信號(hào)的時(shí)間同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)，利用時(shí)間監(jiān)測(cè)單元設(shè)備對(duì)廠站端授時(shí)裝置及電力二次設(shè)備授時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最終給出冀北電力公司的時(shí)問(wèn)同步在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施方案。