1、用户需求分析、设计指导思想

1.1用户需求分析

我国电网已初步建成以超高压输电大机组和自动化为主要特征的现代化大型电网系统它的运行实行分层控制,设备的运行往往要靠数百千米外的调度员指挥;电网运行瞬息万变,发生事故后更要及时处理,这些都需要统一的时间基准为保证电网**经济运行,各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置广泛应用,如调度自动化系统故障录波器微机继电保护装置事件顺序记录装置变电站计算机监控系统火电厂机组自动控制系统雷电定位系统等等这些装置的正常工作和作用的发挥,同样离不开统一的全网时间基准GPS时钟同步装置就是为了全网时间同步提供标准时间参考的精密授时仪器。

由于GPS定位和授时系统的准确性和开放性，因此在电力系统中的应用非常广泛，可以用于故障定位、故障录波、状态确定、电机励磁和调速、功角测量等。在保护方面已用于电力系统的失步保护、线路的电流纵差保护等，还用于电网的综合自动化系统、继电保护装置的同步**对时。GPS接收器能够送出非常**的时间信息，但该信息是固定不变的。它必须经过转换后才能满足系统内已经使用或将要使用的各种装置对同步源的要求。 　　各个制造厂商以及用户对同步的要求是各不相同的，有些使用不同幅值、不同频率、不同时延的脉冲同步方式，而有些使用标准的串行编码方式，比如MSF格式或IRIG－B格式，用户大多喜欢使用当地时钟格式（比如北京时间）而不喜欢使用UTC时钟格式。于是就必然地出现了一种规约转换器。将GPS接收器送出的固定信息转换成各种不同的格式输出，以满足各种装置及用户的要求。该规约转换器就俗称为GPS同步时钟。 　　利用同1个信号对电网内的所有时钟进行实时或定期同步对时，可以达到统一时钟的目的。目前大致有3种对时方式：

　　（1）电网**调度所通过通讯通道同步系统中各时钟； 　　（2）利用广播电台、电视台、天文台的无线报时信号； 　　（3）利用GPS全球定位系统的时钟信号。

　　**种同步方式是目前远动系统普遍采用的方式，该同步方式需要占用通道时间。由于信号通过通道传送到不同厂，站的延时不相同，所以只能保证时间的误差在ms级以上的水平，并且对通道的要求高。 　　第二种同步方式受气候影响比较大，与厂、站所在地理位置也有很大关系，并且容易受到电磁波的干扰，丢失信号。 　　第三种同步方式是目前**理想的同步方式，即GPS/北斗时钟同步方式。GPS/北斗系统每秒发送一次信号，其时间精度在1μs以内，在全球任何位置均能可靠接收到信号，是理想的同步时钟源。 　　GPS/北斗卫星同步时钟有多种接口输出方式，如脉冲同步方式、串行口同步方式、编码同步方式等，完全可以满足各类装置的同步要求。GPS/北斗主时钟当接收到空中卫星信号后，直接通过FTMШ测频模块来对SCADA电力调度系统，实现对远程现场的运行设备进行监视和控制，以满足远程数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能的同步要求。GPS/北斗服务器还可以支持满足电力继电器室需要的不同输出方式，主要是通过时间扩展设备来扩展如：IRIG-B时间码、DCLS、1PPS、1PPM、DCF77、RS、RS等。另外，电力的一些终端设备如RTU、SCAD、办公设备、交换机等的时间校正则通过TCP/IP网络与GPS/北斗时间服务器相连接

系统构成:

两台主时钟、多台从时钟、子钟（数字式/指针式时间显示单元）和信号传输介质组成，时间同步装置（包括主时钟和从时钟）主要由接收单元、时钟单元和输出单元组成。

2、设计区域

包括以下地方，但不仅限于以下地方：

2.1网控继电器室（主时钟屏柜）及日历数字显示子钟

2.2电气继电器室（从时钟屏柜）及日历数字显示子钟

2.3**控制室日历数字显示子钟

2.4所有的辅助控制室日历数字显示子钟

2.5门口，保卫室数字式子钟

2.6主任和主管办公室日历数字显示子钟

2.7每一个电气和电子设备间数字式子钟

2.8私人办公室数字式子钟

2.9每一个有工作人员的房间，例如车间等，数字式子钟

2.10每一个公用的房间（如会议室、食堂等）数字式子钟

3、时钟系统概述及技术参数：

时间同步系统配置的卫星同步时钟用于实现全厂单元机组监控系统、DEH、ETS、TSI系统、继电保护、**自动装置、故障录波、NCS系统、故障测距、输煤DCS、化水DCS、除灰DCS、远动等设备的时间同步，能提供满足这些设备需要的各种时间同步信号。全厂时间同步系统网控继电器室的主时钟柜设置两台主时钟，每台主时钟均能独立接收GPS卫星和我国北斗卫星无线时间信号作为“主”外部时间基准；当某一主时钟的时间接收单元发生故障时，该主时钟应能自动切换到另一台主时钟，实现时间基准互为备用，倒换时间小于50MS。电气继电室放置从时钟，从时钟同样采取冗余设置，即可接收主时钟标准参考信号，也可以在上游信号中断时自动切换到卫星授时。其它重要区域均设置子钟，为工作人员提供权威的标准时间参考。

时钟同步装置拓扑图如下所示：

3.1主时钟屏内部连接：

主时钟屏柜的主备主时钟接收卫星信号并按照事先设定好的优先级选定以GPS或北斗卫星时钟源作为主输入信号，当主信号输入有误码或者信号丢失时，系统自动判断并切换到备选信号，如主信号恢复正常，系统自动重新锁定主信号。主备母钟均输出一路B码给接口扩展箱，接口扩展箱根据现场实际需求可以输出RS//信号、RIRG-B信号、PPS/PPM/PPH信号、报文信号、CANBUS信号、DCF77信号、NTP网络信号、PTP信号、2M基准信号、10M基准信号等。

接口扩展箱输出两路B码时间信号到光线终端盒，由光线终端盒把信号输出给从时钟屏。

3.2主时钟屏与从时钟屏的信号连接:

主时钟接收到卫星信号锁定并消除累积误差，输出B码信号给接口扩展单元，接口扩展单元输出两路光纤信号给光纤终端盒的输入端，光纤终端盒的输出端引出两路B码信号到从时钟屏的光纤输入端。

3.3时钟屏的内部连接:

光纤输出端输出两路B码信号给延时补偿环路补偿装置，通过设备自动检测和设置线路传输补偿后，输出修正后的时间信息给二级主备母钟，主备母钟接受并锁定上游信号校正自身晶振时间并输出标准B码信号给接口扩展单元。扩展单元可以根据实际使用需求输出RS//信号、RIRG-B信号、PPS/PPM/PPH信号、报文信号、CANBUS信号、DCF77信号、NTP网络信号、PTP信号、2M基准信号、10M基准信号等。

时钟屏内部接线图：

主时钟提供计算机监控系统、保护装置、故障录波器等设备的时间同步信号为：

计算机监控系统：网络对时NTP或串口时间报文；

继电保护装置：秒脉冲（1pps）/分脉冲（1ppM）或IRIG-B（DC）时间码及时间报文；

故障录波器：秒脉冲（1pps）/分脉冲（1ppM）或IRIG-B（DC）时间码及时间报文；

行波故障测距装置：秒脉冲（1pps，精度1s）或IRIG-B（DC）时间码及时间报文；

PMU装置：秒脉冲（1pps，精度1s）或IRIG-B（DC）时间码及时间报文；

电能计费系统：网络对时NTP或串口时间报文；

保护信息管理子站：网络对时NTP或串口时间报文；

综合保护装置：秒脉冲（1pps）/分脉冲（1ppM）或IRIG-B（DC）时间码及时间报文；

子钟：RS/，NTP时间码。