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淺談變電站GPS時鐘同步系統(tǒng)

 作者 夏建勛 張偉 張項(xiàng)

      隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，建立一套統(tǒng)一的GPS時鐘同步系統(tǒng)對全網(wǎng)所有設(shè)備進(jìn)行對時意義重大。本文介紹了GPS時鐘同步系統(tǒng)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，并對GPS時鐘同步系統(tǒng)安裝及維護(hù)過程中的一些注意事宜進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】GPS時鐘同步系統(tǒng),安裝維護(hù)

1引言

      隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，微機(jī)保護(hù)和其它自動裝置經(jīng)長時間運(yùn)行后其時鐘累計(jì)誤差不容忽視，從而使得各種裝置的時間失去同步，進(jìn)而影響各自動化裝置的正常工作，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來危害。

      本文介紹了定位系統(tǒng)GPS及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用情況，對其安裝工藝及維護(hù)常見問題進(jìn)行了簡要說明。

2 GPS定位系統(tǒng)

2.1 GPS系統(tǒng)簡介

      GPS是美國新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可全天候連續(xù)實(shí)時向用戶提供高度的位置、速度和時何信息,GPS系統(tǒng)包括空間、地面控制及用戶設(shè)備三部分。

      空間部分即衛(wèi)星星座，每秒鐘通過L1、L2兩波段發(fā)射三種偽隨機(jī)碼：C/A碼（粗碼）、P碼（精碼）和Y碼（加密的P碼）。 C/A碼一次定位精度25m,多次定位精度8m，定時精度100ns，*都可以無償使用：P碼一次定位精度l0m，多次定位精度可以達(dá)到厘米級，定時精度10ns，只能美國的民用部門使用。

      地面控制部分即地面監(jiān)控系統(tǒng)，每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)一GPS時間系統(tǒng)，這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時間求出鐘差，然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。

      用戶設(shè)備部分即GPS信號接收機(jī)，其任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)畐高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時地計(jì)算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。

2.2 GPS時鐘同步系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

      目前GPS時鐘同步系統(tǒng)主要用校驗(yàn)時鐘，如全網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置、故障錄波裝置、其他自動裝置及調(diào)度自動化系統(tǒng)都留有GPS授時接口，這些接口和GPS時鐘同步系統(tǒng)連接，裝置內(nèi)部有自動校時程序，每隔固定時間將裝置本身時鐘和GPS時鐘同步系統(tǒng)作一比較，時間差超過某規(guī)定直時，自動以GPS時鐘同步系統(tǒng)為準(zhǔn)，修改裝置時鐘（校時步長、時間差由校時程序給定）。這樣，全網(wǎng)的保護(hù)裝置及自動裝置都具有統(tǒng)一時鐘，準(zhǔn)確記錄每次事故的時間，以便事故調(diào)查，并準(zhǔn)確定性。

3 GPS時鐘同步系統(tǒng)安裝及維護(hù)

3.1變電站GPS時鐘同步系統(tǒng)配置

      變電站GPS時鐘同步系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)時間同步鐘本體和時標(biāo)信號擴(kuò)展裝置組成。

       以某500kV變電站為例，該站采用上海銳呈生產(chǎn)的K800型GPS時鐘同步系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與全站各種二次系統(tǒng)的統(tǒng)一對時。主時鐘柜設(shè)于220kV#2小室，在220kV#2小室和其它保護(hù)小室內(nèi)均設(shè)置了一塊擴(kuò)展時鐘柜。主時鐘柜有兩種時間同步系統(tǒng)輸人，即GPS主時鐘和北斗主時鐘互為備用，主時鐘柜負(fù)責(zé)接收GPS及北斗天線時鐘并通過兩根光纜將GPS及北斗天線時鐘信號送至各擴(kuò)展時鐘柜，各擴(kuò)展時鐘通過輸出接口模塊將時鐘信號送至站內(nèi)不同的測控、保護(hù)、錄波、PMU等各類二次設(shè)備。任意一小室的擴(kuò)展時鐘出問題均不影響其他小室對時，故 

釆用這種方式系統(tǒng)可靠性更高。

3.2 GPS時鐘同步系統(tǒng)安裝注意事項(xiàng)

      GPS時鐘同步系統(tǒng)相對保護(hù)裝置來說回路簡單，安裝過程側(cè)重于天線安裝工藝、各類纜線的規(guī)范標(biāo)識、裝置上電調(diào)試等工序。

3.2.1天線安裝

      天線是GPS的接收器，它的安裝工藝會影響GPS時鐘同步系統(tǒng)時間的正確性，必須通過各種措施來實(shí)現(xiàn)GPS時鐘同步系統(tǒng)天線接收信號的完整正確：天線必須保證有足夠的視野來接收GPS信號，安裝的位置應(yīng)該是在它的上空與水平線呈45度角以外無障礙物的地方，避免安裝在變電站進(jìn)出母線下，減少強(qiáng)磁電對天線衛(wèi)星接收的影響；天線高出屋面距離不要超過正確安裝必須的高度，盡可能減少雷擊危險(xiǎn)，對可能出現(xiàn)腐蝕和與墻壁發(fā)生摩攛的天線的傳輸線裸露部分盡可能使用海綿、泡沬等軟物體裹住裸露部分；天線施放的時候，需注意把天線連接裝置的BNC連接頭用塑料帶及絕緣膠布可靠包裹，避免安放過程中造成損壞，影響天線收星效果，且BNC連接頭要配防雷器，防止雷電串人，GPS時鐘同步系統(tǒng)天線的傳輸線不能彎折，盡量呈弧度放線，傳輸線放線在主控室內(nèi)的電纜層時，要用扎帶將它固定住，傳輸線到達(dá)屏柜后進(jìn)人放線槽，需用扎帶固定在放線槽內(nèi)。 

3.2.2各類纜線整理及標(biāo)示

      GPS屏柜內(nèi)纜線主要包括電源電纜、至公用測控柜的裝置信號電纜、GPS時鐘同步系統(tǒng)信號輸出電纜、主時鐘柜與擴(kuò)展時鐘柜之間的聯(lián)絡(luò)光纜等，為便于今后維護(hù)，必須對各類纜線進(jìn)行規(guī)范的整理及標(biāo)示。

      各類電纜、光纜應(yīng)排列整齊，不宜交叉，及時加以固定，均可按照電纜吊牌標(biāo)示規(guī)范進(jìn)行掛牌，即標(biāo)明電纜編號、電纜型號、起點(diǎn)、 終點(diǎn)即可。

      為便于今后對光纖通道進(jìn)行維護(hù)，光纜應(yīng)按進(jìn)終端盒的順序起從左到右標(biāo)記，尾纖的標(biāo)記順序也應(yīng)從左到右排列，當(dāng)光纜熔接完成后應(yīng)馬上貼上對應(yīng)的標(biāo)簽紙，使裝置跳線與光纜尾纖一一對應(yīng)起來，一般將每根光纜的前兩根尾纖做為工作尾纖，后兩根做為備用。

3.2_3GPS時鐘同步系統(tǒng)上電調(diào)試

      GPS時鐘同步系統(tǒng)通電后，首先檢查主時鐘屏是否正確接收到衛(wèi)星，然后檢查屏內(nèi)信號輸出是否無誤，*后檢查保護(hù)小室需對時裝置的對時信號是否正常。

      在檢測GPS裝置的輸出時，需先用萬用表直流電壓檔來測試各端子信號輸出電平。如電平輸出無電壓，則確定此輸出是無源脈沖，無源脈沖可用自制的脈沖信號燈直接觀察，正常顯示為一秒閃一次，脈沖信號測試儀只可測試無源脈沖，不能測試其他信號，以免造成對裝置的損壞。有源脈沖及其B碼對時信號可用萬用表直流電壓檔檢查電壓是否一秒有一次變化：有源脈沖用萬用表直流檔測試為每秒一次電壓變化，如24V有源脈沖電壓每秒都會從24V跳動一下；B碼信號電平用萬用表直流檔測量在-0.5V到+2.0V之間不停變化。串口則先用直流檔測試其電壓是否正常，RS232電壓為9V左右，RS4S5電壓為4V左右；電壓正常后可通過串口連接線與筆記本相連，串口連接線GPS裝置端使用串口的3、5腳，接收裝置（筆記本或其它需對時裝置）為串口的2、5腳，通過串口調(diào)試助手，測試其報(bào)文輸出是否正常。如GPS裝置信號輸出無誤，而保護(hù)裝置還是對時不成功，則可查看保護(hù)裝置的對時方式是否有誤，保護(hù)裝置是否需添加外置對時模塊等。

3. 3 GPS時鐘同步系統(tǒng)維護(hù)常見問題

      根據(jù)近年來對GPS時鐘同步系統(tǒng)缺陷出現(xiàn)情況進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)來看，一般存在以幾類：

(1)接觸不良：電源線接觸不良導(dǎo)致GPS時鐘同步系統(tǒng)運(yùn)行異常或GPS輸出信號線接觸不好導(dǎo)致裝置對時不準(zhǔn)；

(2)天線故障：天線外露部分被咬斷或腐蝕，GPS主時鐘屏面板不顯示接收到的衛(wèi)星數(shù)，GPS裝置天線失步告警、監(jiān)控后臺報(bào)GPS異常；

(3)信號不穩(wěn)：光纖熔接耦合度不好或天線焊接不好運(yùn)行1-2年后信號衰減，均會導(dǎo)致此類現(xiàn)象發(fā)生；

(4)裝置老化：GPS時鐘同步系統(tǒng)運(yùn)行年限過長，局部元器件失效造成無法運(yùn)行。

      針對*類缺陷緊固二次接線即可恢復(fù)，在安裝過程中一定要做好擰緊螺絲的工作，同時也要注意對廣家內(nèi)部配線也要緊固一遍。第二類缺陷需要重新敷設(shè)天線，并做好天線外露部分的防腐濁及小動物噬咬措施。第三類缺陷就要在尾纖熔接過程中請工藝水平高的人員進(jìn)行，使之滿足運(yùn)行要求，光纖通道標(biāo)識必須規(guī)范，這將為今后更換備用尾纖及重新熔接提供方便。因廠家發(fā)貨時已是將天線頭可靠焊接的，盡量不從中減斷天線重新焊接，如天線確實(shí)較長，可將其盤繞整理好即可，這樣就可避免天線焊接不好造成信號衰減的現(xiàn)象出現(xiàn)。第四類缺陷，GPS時鐘同步系統(tǒng)廠家對壞的模塊進(jìn)行更換即可恢復(fù)。

4結(jié)語

      隨著電力系統(tǒng)往大容量大網(wǎng)絡(luò)方面的不斷發(fā)展，以及自動化水平的不斷提高，電網(wǎng)對統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時間提出了更高的要求。GPS時鐘同步系統(tǒng)由于其高精度的定時功能，將成為電力系統(tǒng)主要的對時方式，同時也將為電力系統(tǒng)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。