曲 艺，陈德丰，李鹏里

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

变电站时间同步系统配置方案研究

曲 艺，陈德丰，李鹏里

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

变电站时间同步是制约智能电网高级应用的关键环节之一，时间同步的意义主要是由同步精度和同步可靠性两个方面的因素组成，首先在分析目前电力系统时间同步系统应用现状、不同应用（系统）对时间同步精度的要求和时间同步系统存在问题的基础上，列出了3种不同的变电站时间同步系统组网方案，通过对比分析其优缺点，给出了变电站时间同步系统的最优组网方案。

变电站；时间同步系统；配置方案

随着计算机技术、云计算技术和大数据分析技术的发展和广泛应用，更多基于电网大数据的高级应用对发电厂与变电站间以及变电站之间数据的同步性和同步稳定性提出了更高要求。

由于目前变电站建设初期对全站时间同步系统考虑不够全面，使变电站内同时存在多套对时系统，多个时钟源完成站内设备的时间同步，这样由于不同授时设备同步精度的差异，造成了站内不同设备时间同步精度不同，上送报文时间标志也不同，使调度端对各变电站上送数据的可用性降低。因此，如何提高变电站数据同步可靠性，成为制约变电站数据可靠性的关键环节。

1 电网业务对时间同步的需求

近年来，随着智能电网的发展，为跨区域大电网实现实时互动提供了可能，基于电网大量实时数据的高级应用也越来越多地应用于工程实际。IEC61850将智能变电站不同应用的报文（信息）对时间同步的不同要求分为5个等级，其中过程层信息同步精度最高1 μs［1］。目前电力系统应用较多的时间同步协议有IRIG－B码、简单网络时间协议（SNTP）等［2］。电力系统不同应用的设备和系统对时间同步精度的要求如表1所示。

表1 电力系统不同应用设备和系统对时间同步精度要求

2 变电站时间同步系统构成

随着北斗时钟源稳定性的提高、通信技术的发展和精密时间协议（PTP）的工程应用［3－4］，已经摆脱了GPS作为变电站时间同步唯一基准源的问题，为电力系统时间同步系统升级提供了技术支撑，满足了建设“天地互备、双主配置”的电力系统新时间同步系统的基础条件。

2.1 卫星对时

全球卫星定位系统是以人造地球卫星为载体的覆盖全球、全天候无线电导航和定位系统，可以实现高精度导航、定位和定时。目前，世界上分别有4大全球卫星定位系统已部署或正在部署，分别是美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS）、欧洲的伽利略卫星导航系统（Galileo）和我国的北斗卫星定位系统。目前在我国广泛使用的是全球定位系统和北斗卫星定位系统2种，电力系统的时间同步卫星授时源也为上面2种，通常是设置为北斗优先级高于GPS。

2.2 全网统一时钟源

全网统一时钟源是指整个电网的设备授时都是由1台安装在省级调度中心的主时钟、对时网络、各终端时钟（一般设置在地调）和被授时设备组成，该主时钟一般为高精度和高稳定度的原子钟（铷原子钟或铯原子钟）。省级调度中心主时钟一般设置为2台，2台铷原子钟或2台铯原子钟，或1台铷原子钟和1台铯原子钟组成，2台主时钟互相接入时间同步信号，形成主备用关系，增加系统可靠性。目前，该项技术还处于科研阶段，应用范围较小，其可靠性和稳定性还需进一步验证。

3 变电站时间同步系统存在的问题

变电站时间同步系统存在的问题主要有2个方面：站内时间同步基准不统一和站间时间同步基准不统一。

3.1 站内时间同步基准不统一

变电站发展经历了一个长期过程，在不同时期有不同新的设备（或系统）投入使用，同时新投运设备（或系统）的时间同步接口也不尽相同，致使变电站不同子系统都单独完成时间同步（即只具备单独的同步对时源），不能共享时间同步信息，而每个子系统的同步对时源由于制造工艺、元器件特性差异等原因，造成了站内设备（或系统）间时间同步偏差较大［5］。据统计，1座500 kV变电站存在10台不同的时间同步基准设备，且这10台不同时间同步基准设备都是不同厂家的设备，又由不同的集成商和现场施工单位完成。

3.2 站间时间同步基准不统一

变电站间时间同步基准的不统一主要是由于电力系统时间还未达到标准化，不同供应商和应用系统对时间描述方面存在较大差异。变电站间时间不同步现象主要是由各卫星接收机对时间处理机制不同，未对线缆传输延时进行补偿，时间同步装置本身质量较差等原因造成。

3.3 变电站时间同步方案不合理

对于传统变电站时间同步系统，受变电站信息传递方式的限制难以进行站内（或站间）信息的共享，所以其重要程度也一直未引起足够的重视。但是随着智能电网的发展，变电站信息就地数字化和网络化的信息共享，为大电网信息的综合分析提供了可能，然而对区域电网信息分析需要依赖于信息的同步，否则，非同步的信息无任何用处，这就对站内时间同步系统提出了更高要求。目前，从设计、施工、调试和验收环节大家对于时间同步系统关注不高，比较混乱，未考虑时间同步系统方案的合理性。

4 变电站时间同步系统典型配置方案

目前，变电站的时间同步系统普遍采用多种组成方式，其典型形式有基本式、主从式、双主式3种。

4.1 基本式时间同步系统组成

基本式时间同步系统由1台主时钟和信号传输介质组成，为被授时设备或系统对时。根据需要和技术要求，主时钟可设接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号的接口。接线如图1所示。

图1 基本式时间同步系统构成

4.2 主从式时间同步系统组成

主从式时间同步系统由1台主时钟、多台从时钟和信号传输介质组成，为被授时设备或系统对时。根据需要和技术要求，主时钟可设接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号的接口。接线如图2所示。

4.3 双主式时间同步系统组成

双主式时间同步系统由2台主时钟、多台从时钟和信号传输介质组成，为被授时设备或系统对时。根据需要和技术要求，主时钟留有接口，用来接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号的接口。接线如图3所示。

图2 主从式时间同步系统构成

图3 双主式时间同步系统构成

4.4 变电站时间同步系统最优配置方案

无论是智能变电站还是常规变电站，全站时间同步系统配置的基本原则就是“1套时间同步系统，1个授时源”。

变电站时间同步系统的配置原则应依据变电站的电压等级进行配置，具体配置如下。

a.66 kV及以下变电站，全站应配置1台主时钟，1个卫星授时源，根据被授时设备数量，可增配1台扩展时钟满足全站设备的时间同步要求。该主时钟要求同时具备1个卫星授时源接收口和1个有线时间基准信号接口。时间同步系统构成可采用基本式时间同步系统或主从式时间同步系统接线。

b.220 kV变电站及以上变电站，鉴于在系统中的重要性，全站应配置2台主时钟、2台扩展时钟（根据被授时设备数量，可增配若干台扩展时钟），由扩展时钟完成设备授时，主时钟只接收相互之间的同步信号和给从时钟授时，除此之外不接入任何被授时设备，2台主时钟应接入不同的卫星授时源（推荐1台接入GPS、另1台接入北斗），2台主时钟形成对被授时设备的主备配置。

5 结束语

通过对变电站时间同步系统现状及存在问题的分析，本文提出了与电网发展相适应的变电站时间同步系统最优组网方案，该方案不但保证了站内设备（或系统）同步精度，而且保证了全站被授时设备的同源问题（即1个网、1个站、1个源），从而提高了全网实时运行信息的可用性。同时本文也提出了有线时间信号（地面链路钟）的概念，这也是未来电网时间同步对时系统的发展方向。

［1］ 张武洋，张文楷，李 伟.智能化变电站时钟同步方案应用研究［J］.东北电力技术，2011，32（9）：15－17.

［2］ 高志远，刘长虹，刘瑞平.厂站自动化系统中应用网络时间同步技术探讨［J］.电力自动化设备，2006，26（7）：84－89.

［3］ 张武洋，赵振宇，于同伟.基于SDH通道的PTP同步对时研究［J］.东北电力技术，2011，32（1）：37－39.

［4］ 马成久，张武洋.智能化变电站时钟同步精度测试方法研究［J］.东北电力技术，2011，32（8）：8－9.

［5］ 张 帆，梁 昕.电力全网时间同步系统组网思路探讨［J］.广东电力，2015，28（1）：31－35.

Study on Configuration Scheme of Time Synchronization System for Substation

QU Yi，CHEN De⁃feng，LI Peng⁃li
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

The time synchronization of substation is one of the key link of the advanced application of smart grid，time synchronization consists of synchronization accuracy and synchronization reliability.This paper analyzes the application for time synchronization system，the requirement for time synchronization accuracy，exsisting question of time synchronization system.Three different schemes are pro⁃posed.Through the analysis of advantages and disadvantages，the optimal time synchronization system of transformer substation network scheme is presented.

Substation；Time synchronization system；Configuration scheme

TM63；TM76

A

1004－7913（2016）04－0046－03

曲 艺（1989—），女，学士，助理工程师，现从事电力系统运行分析、继电保护检测等研究工作。

2015－12－10）