变电站自动化系统时钟同步技术

GPS时间同步系统在变电站的应用

第３６卷　２００８年ｌＯ月　云南电力技术　ＹＵＮＮＡＮ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　Ｖｏｌ＿３６　Ｎｏ．５　０ｃｔ．２００８　

Ｇ　ＰＳ时间同步系统在变电站的应用　

王付卫　王元冬　

（１．云南电网公司玉溪供电局，云南玉溪６５３１００；　２．云南电网公司昆明供电局，云南昆明６５００１１）　

摘要：文中介绍了变电站ＧＰＳ时间同步系统的结构、时间同步方式及几种同步方案，并对现场测试技　术进行了介绍，给出了ＣＰＳ时间同步系统的具体测试方法和接线方式。　

关键词：Ｇ￣Ｓ时间同步系统测试技术　中图分类号：ＴＭ７６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—７３４５（２００８）０５—００４４—０３　

●－Ｊ■‘一－－ｈ　ｌ　刖舌　

精确统一的时间基准，对电力系统事故分析，　保证电力系统安全运行有着重要意义。精确统一　

的时间基准，可以在发生故障和操作，特别是短　时间内发生连续故障的情况下，方便地分析研究　各微机保护的动作行为、故障原因、故障类型、　

故障发生发展过程。随着电网自动化水平的提高，　电力系统时间同步间同步系统的要求越来越高。　全球定位系统ＧＰＳ为全球提供了统一的高精度时　间基准，ＣＰＳ时间同步系统在电力系统的应用，　

使变电站实现精确时间同步成为可能。　２　ＧＰＳ时间同步系统简介　

２．１　ＧＰＳ简介　Ｇ￣Ｓ（全球卫星定位系统）是新一代卫星导　

航、授时和定位系统。它由空间卫星、地面监控站　和用户装置三大部分组成，具有全天候、高精度、　

自动化、高效益等显著特点。目前ＧＰＳ时间同步　技术已广泛应用于电力系统中故障录波、事件记　录、故障测距、相位测量以及电流差动保护中。　

２．２　ＧＰＳ时间同步系统结构　ＧＰＳ时间同步系统是利用ＧＰＳ卫星精确的时　间信号，通过软、硬件的处理，将国际标准时间　转换为当地标准时间，对用户设备进行授时的时　

间同步系统。变电站的ＧＰＳ时间同步系统一般由　

以下几部分组成：　１）ＧＰＳ时问同步装置是接收和发送时间同　步信号和时间信息的基准时间装置，它一般包括　

变电站自动化系统GPS对时问题的解决方案

第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集

- 1 -变电站自动化系统GPS对时问题的

解决方案

华东电力调度交易中心陈建民、骆敬年、吴小建

上海许继电气有限公司李代沪

摘要：提出了目前变电站自动化系统中各种微机装置时间存在不一致的情况。分

析了自动化系统中校时存在的问题，并提出了解决该问题的建议措施。统一各种

微机装置的系统时间，便于进行电力系统故障分析的准确。

关键词：变电站 GPS 对时

0 引言

电力系统通常采用SOE（事件顺序）来确定电力故障的先后，进行电力系统故障推理分

析的依据，SOE时间的正确性直接会影响到故障分析的结果。

产生这些SOE的正是诸如：测控装置、微机保护装置、故障录波装置、PMU装置、小

电流选线装置、消弧线圈自动装置、AVQC装置、状态监测装置、直流绝缘监测装置等信息

采集控制的微机装置，这些微机装置根据自身的不同原理和特点分别成为监控系统、继电保

护故障信息分析系统、状态在线监测分析系统、WAMAP系统等电力生产调度、电力运行维

护分析、电力故障分析、电力故障预测分析的基本单元。

只有保证微机装置的系统时钟的正确，才能保证事件记录的时间的正确可用，所以各微

机装置的时钟同步问题就显得十分重要。

1 目前微机装置系统时钟还存在的问题

目前各发电厂/变电站均配置了GPS，采用卫星时钟进行微机装置的时钟同步，但各微机

装置内部的时钟仍然存在偏差。

有的微机装置偏差好几年，有的偏差好几天，有的偏差几小时，有的偏差几分钟，有的

偏差几秒，还有的偏差几十毫秒。GPS的作用似乎大打折扣，也大大影响SOE的可信度，降

低了事故分析、向量测量、系统事故预测的准确性。

2 分析时钟偏差的原因

2.1 GPS能提供精确的时间

电力自动化系统要求事件信息的时间分辨率为1毫秒，即各微机装置产生的事件信息时

间标识只要求精确到1毫秒就满足了，对微秒不做要求。几乎所有的电力自动化系统通信协

议基本上也只要求上送到毫秒，只有用于WAMAP系统的IEEE C37.118通信协议，时间表第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集

GPS卫星时钟同步系统在电厂变电站中的应用

ＶｏＩ＿３０　ＮＯ．６　Ｄｅｃ．２Ｏ１１　河北电力技术　

ＨＥＢＥＩ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　第３０卷第６期　２０１１年１２月　

ＧＰＳ卫星时钟同步系统在电厂变电站中的应用　

Ａｐｐｌ　ｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＰＳ　Ｔｉｍｅ　ＳｙｎｃｈｒＯｎｉｚａｔｉＯｎ　

Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ　Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　

姬志民，宋　博，任焕龙，王　堑，姬广素　

（河北华电石家庄热电有限公司，石家庄０５００４１）　

摘要：针对变电站各设备的时钟时间不能统一的问题，在介　绍ＧＰＳ卫星时钟同步系统组成和对时方式的基础上，分析　ＧＰＳ卫星时钟同步系统在电厂变电站自动化设备中的应用　情况，并提出应用中的注意事项。　关键词：ＧＰＳ卫星时钟同步；变电站；标准时间；事故分析　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｄｉｓｕｎｉｔｙ　ｏｆ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ｃｌｏｃｋ　ｏｆ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ＧＰＳ　ｔｉｍｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＰＳ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＧＰＳ　ｔｉｍｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ；　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｔｉｍｅ；ｆａｕｌｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　中图分类号：ＴＭ７６　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００１～９８９８（２０１１）０６—００１２—０３　

这些年来，随着自动化技术的不断发展，电厂、　

变电站的电力自动化水平有很大提高，自动化系统　

中ＳＣＡＤＡ系统（或计算机监控系统简称ＮＣＳ系　统）、微型计算机保护装置、微型计算机故障录波装　

置以及各类保护信息子站得到了广泛的应用，而这　

福建省电力系统时间同步系统技术规范

福建电网厂站侧

GPS时间同步系统技术规范

（试行稿）

福建电网厂站侧GPS时间同步系统技术规范（试行稿）

2 目录

1 范围 ................................................................................................................................... 3

2 引用标准 ........................................................................................................................... 3

3 技术要求 ........................................................................................................................... 4

设备运行条件要求 ............................................................................................. 4

时间同步系统GPS主时钟及时间同步信号扩展装置技术规范 ..................... 4

组屏要求 ........................................................................................................... 12

4 验收试验 ......................................................................................................................... 13

IEEE 1588精确时间协议在智能变电站中应用的关键技术

【摘要】 IEEE 1588精确时间同步协议（PTP）解决了通用以太网延迟时间和同步能力差的瓶颈，在自动化、通信等工业领域具有重要意义，本文介绍了IEEE 1588标准在智能变电站建设中应用的关键技术，包括PTP时钟同步模型以及同步过程，分析了PTP网络结构中的设备类型以及主从时钟的偏移和网络延时的修正，最后分析了PTP时钟设备冗余配置的必要性，给出了时钟设备冗余配置的方法。

【关键词】 IEEE 1588 PTP 智能变电站时钟同步

目前，在变电站自动化系统中广泛应用的对时方式主要有GPS同步脉冲对时，NTP（Network Time Protocol）网络时间协议，SNTP（Simple Network Time

Protocol）简单网络时间协议对时等对时方式。随着数字化变电站的发展使得站内二次硬接线逐渐被串行通信线所取代，GPS对时技术已不适用于新兴的数字化智能变电站网络系统，而NTP/SNTP时间同步协议的时间同步精度仅能到到ms级，不能满足具有高精度和稳定性要求的电力自动化设备的需求，因此最终提出了IEEE 1588标准，它定义了一种用于分布式测量和控制系统的精密时间协议（Precision Time Protocol，PTP），其网络对时精度可达亚μs级，满足电力系统自动化设备对时间精度的要求，并且所占用网络和硬件资源较少，因此IEEE 1588网络对时方式是应用于智能变电站的理想对时方式[3]。

1 PTP时钟同步模型

PTP系统是分布式网络系统，由PTP设备和非PTP设备组成。下图1为一个典型的PTP分布式系统。

其中，OC（Ordinary Clock）为普通时钟，普通时钟可能是一个系统的最高级主时钟（Grandmaster Clock，GC），也可能是主、从时钟体系中的从时钟（Slave）。

BC（Boundary Clock）为边界时钟，PTP设备通过网络彼此通信，PTP协议在一个叫做域的逻辑范围内运行。实际中的物理网络和连接到网络上的各个PTP设备与多个域相连。边界时钟将PTP的域划分为不同的网段，这些网段被称为通讯路径，每条通讯路径中的PTP设备之间可以进行直接通信，不同路径之间的PTP设备可以通过边界时钟（或透明时钟）桥接。如图1中所示，路径A中的四个PTP设备可以直接互相通讯，但路径A与路径B中的PTP设备如需通讯则需要经过边界时钟（或透明时钟）的连接[1]。

国家电网公司_时钟同步标准

1 ICS XX. XX

Q/GDW

国家电网公司企业标准

Q/GDW XXX.1-200X 电网时间同步系统技术规范

Technical Specification for Time Synchronism System

of Grid

（征求意见稿）

2008年01月

200X-XX-XX发布 200X-XX-XX实施

国家电网公司发布 2 前言

目前，我国电网各厂站和调度控制中心主站大多配备了以GPS为主的分散式时间同步

系统，各网、省公司也出台了相应的技术规范。但由于缺少统一技术要求和配置标准，也

缺乏时钟同步和时间精度检测的有效手段，现有时间同步系统配置不尽相同，运行情况也

不够稳定，部分时钟设备时间精度不能满足要求。由调度自动化系统、变电站自动化系统、

故障录波装置和安全自动装置等电力二次系统或设备提供的事件记录数据，存在时间顺序

错位，难以准确描述事件顺序，不能给电网事故分析提供有效的技术支持。

为了规范、指导我国电网时间同步系统的设计、建设和生产运行，满足电网事故分析

的要求，特制订《电网时间同步系统技术规范》。

《电网时间同步系统技术规范》根据国内外涉及时间统一技术的有关标准、规范和要

求，本着“资源整合，信息共享”的原则，结合我国电网的工程实践和时间同步系统的现

状制订而成，其要点如下：

 规范时间同步系统结构、功能和技术要求；

 规范调度主站、变电站的时间同步系统配置标准；

 规范时间同步系统电气接口和信号类型；

 统一IRIG-B 时码实现电力二次设备与时间同步系统的对时；

 结合技术的发展，构建基于地面时钟源的电网时间同步系统。

本标准由国家电网公司生产技术部提出。

本标准由国家电网公司科技部归口。

本标准由江苏省电力公司江苏电力调度通信中心负责起草，国家电网公司国家电力调

度通信中心、江苏省电力设计院、江苏省电力试验研究院、中国电力科学研究院、上海电

力调度通信中心等单位参加编制。

智能变电站的对时系统(一)

广州致远电子股份有限公司

文库资料 ©2014 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自ZLG致远电子，转载或引用请注明出处 1 智能变电站的对时系统（一）智能变电站的对时系统（一）摘要：时间是基本物理量，那么时间也就会有精度的问题，不同时间源有着不同的精度。如Apple Watch与iPhone配合使用，同UTC时间误差不超过50ms。50ms误差对于人类的感知可以忽略，可是如果用在智能变电站中就显得不尽人意了。 Apple Watch的发售将智能手表提高到一个新的热度，时下不管哪个厂家的Watch都是在手表的基本时间功能上进行扩展，如加入心跳的测量，从而变成智能化。提到时间，不同的人对时间有不同的理解，古代文人将时间的流逝描绘成一首首耐人寻味的诗句；哲学家将时间看成抽象概念，表达事物的生灭排列；科学家给出了时间科学的定义：事件过程长度和发送顺序的度量，是物理学中的七个基本物理量之一。时间是基本物理量，那么时间也就会有精度的问题，不同时间源有着不同的精度。如今人们生活获取的时间都是国际标准时间（UTC），不同的设备都是获取UTC进行对时，这样就产生了不同的精度，如Apple Watch与iPhone配合使用，同UTC时间误差不超过50ms。50ms误差对于人类的感知可以忽略，可是如果用在智能变电站中就显得不尽人意了。变电站对时系统的重要性电网系统是时间相关的系统，对于电网的运行和事故系统性分析需要有描述电网暂态过程的电流、电压波形，断路器、保护装置动作时序的时间，各种事件发生的时间序列在电网运行或故障分析过程中起着决定性的作用，同时全站的时间同步技术也是智能化变电站乃至智能电网稳定运行的关键技术之一。智能变电站的二次系统通常包含电子式互感器、合并单元、交换机、保护测控等设备。这些装置必须基于统一的时间基准运行，方能满足事件顺序记录（SOE）、故障录波、实时数据采集时间一致性的要求，确保线路故障测距、相量和攻角动态监测、机组和电网参数校验的准确性。这些要求对智能变电站的时钟同步系统提出严格的要求。 IEC61850标准将变电站分为站空层、间隔层和过程层，对时间同步精度的要求，各层设备是不同的。间隔层设备需要到达ms精度；而过程层设备，由于主要传输采样值、跳闸信息，需要达到μs的同步精度。智能变电站的测试设备DT6000系列（DT6000、DT6000E和DT6000S）的对时精度可达μs的同步精度，完全满足变电站各层的设备的对时精度。广州致远电子股份有限公司

解析NTP在电力自动化设备时钟同步中的应用

应用科技　２０１４年第５期ｌ科技创新与应用　

解析ＮＴＰ在电力自动化设备时钟同步中的应用　

谢宝云　

（国网福建安溪县供电有限公司，福建安溪３６２４００）　

摘要：随着时代的发展和社会经济的进步，我国电力事业发展迅速，电网的规模和自动化程度越来越高，但是故障发生的频率　也在不断的升高。而各类时间记录装置可以有效的分析电力系统故障中各个电力自动化设备动作，需要引起人们的重视。文章　

简要分析了ＮＴＰ在电力自动化设备时钟同步中的应用，希望可以提供一些有价值的参考意见。　

关键词：ＮＴＰ；电力自动化；时钟同步　

ＮＴＰ是一种网络时问协议，可以使计算机的时间同步化，通过　对计算机的时钟源同步化，可以对时间校正的精准度大幅度的提　

高。在现代的电力自动化系统设备中，通过调查发现，很多电网事故　

的发生，都离不开时间记录的准确性。另外，要想分析各种电力系统　故障，就需要较高的时间分辨率，那么为了达到较高的分辨率要求，　

在电力自动化设备中通常采用的方法是站内全球定位系统对时的　

方法，也有其他的方法，但是这些方法都会出现问题，针对这种情　

况，就可以采用网络时问协议的方法，它比较简单和经济。　１网络时间协议的概述　

具备了一个标准时钟和ＮＴＰ服务器，就可以利用网络时间协　

议来对时。从ＵＴＣ上，ＮＴＰ可以对标准时间进行获取，可以从因特　网上来获得ＵＴＣ的时间来源，也可以从卫星、天文台等方面获取时　

间来源，这样ＮＴＰ拥有的时间源就非常的可靠和准确，通常在参考　

时钟方面，选用的是ＧＰＳ时钟。一般情况下，将客户朋艮务器作为　

ＮＴＰ服务器的结构，提供分层服务。客户对ＮＴＰ服务器进行对时　时，利用的是ＮＴＰ，具体方法是利用标准时钟来对ＮＴＰ对时，然后通　

过特定的渠道，用被对时的设备和ＮＴＰ服务器对时，要严格控制标　

准时钟和被对时设备的误差。　ＮＴＰ的实现方式：一般情况，可以采用三种方式来同步实现　

ＮＴＰ，分别是无线时钟、时间服务器和局域网。如果采用无线时钟方　

电网数字及时间同步系统的应用

摘要：电网数字及时间同步系统在电力系统中具有重要的应用，主要用于确保电力系统的稳定运行和安全性。电网数字及时间同步系统在电力系统中的应用涵盖了广泛的领域，包括设备协调、频率控制、数据采集、事件记录、通信系统同步以及电力市场和负荷管理。这些应用有助于提高电力系统的稳定性、可靠性和效率，从而确保电力供应的质量和可持续性，本文对此加以探讨。

关键词：时间同步系统；数字同步网；电网；应用

电网对时间同步的要求越来越高，但现有的规范存在一些不足之处。针对这些问题，电网数字及时间同步系统的应用可通过修订北斗卫星导航系统的应用方式，以提高时间同步系统在天基授时中的可靠性。通过使用北斗卫星导航系统作为时间源，可以有效避免由于其他时间源的不可靠性而引起的时间误差。同时规范系统在时间源选择、跟随等状态下的运行机制。这样可以确保系统选择合适的时间源，并避免错误的时间信号和时间跳变。由此，时间同步系统将能更好地满足电网对时间同步的要求，提高系统的可靠性和功能，并确保电网的正常运行。

一、数字同步网概述

（一）数字同步网的层次结构

电网电力数字同步网的结构由三级节点构成，分别是一级节点、二级节点和三级节点。

一级节点是电网数字同步网的最高级别，配置有铯钟、GPS和BDS等设备。一级节点作为全网基准钟（PRC），为整个电网提供标准的时间和频率基准。一级节点设置在南方电网总调和主干传输网的一个枢纽节点，其中总调节点为主用，另一节点为备用。它主要为下级节点及主干传输网提供同步基准源。

二级节点是电网数字同步网的第二级别，也配置有铷钟、GPS和BDS等设备。二级节点作为省基准钟（LPR），为本省区域提供标准的时间和频率基准。二级节点设置在各省中调和省传输网的一个枢纽节点，其中中调节点为主用，另一节点为备用。它主要为下级节点及本省传输网提供同步基准源。

三级节点是电网数字同步网的最底层，同样配置有铷钟、GPS和BDS等设备。三级节点为本地区提供标准的时间和频率基准，并为地区通信网提供频率基准。它设置在各地调和地区传输网的一个枢纽节点，其中地调节点为主用，另一节点为备用。它主要为本地传输网提供同步基准源。

110kV变电站时间同步装置技术规范

110kV XXX 输变电新建工程

110kV 变电站时间同步装置

技

术

规

范

书

2020年05月一通用部分

1 总则

1.1 引言

本技术规范书提出了110kV变电站时间同步装置的技术要求，包括设备的功能、性能、结构、硬件、软件、验收、质量保证措施、技术服务等要求。

本技术规范书提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文，投标人应提供符合本规范书和工业标准的优质产品。

如果投标人没有以书面形式对本规范的条文提出异议，则意味着投标人提供的设备完全符合本规范的要求。如有异议，应在报价书中以“对规范的意见和同规范的差异”为标题的专门章节中加以详细描述。

本技术规范所使用的标准如遇与投标人所执行的标准不一致时，按较高标准执行。

本技术规范经买、卖双方确认后作为订货合同的技术附件，与合同正文具有同等的法律效力。

投标人在中标后必须指定每一标段至少一名有经验的业务代表作为该标段工程项目经理，全权负责和协调整个项目的商务与售后服务。指定一名技术负责人和若干名工程师负责技术工作，技术负责人和工程师均须通过设备原厂商的技术认证。工程师的技术资质材料必须提交买方认可。只有经买方认可后，方能进行设备的调试工作。

1.2 供需双方职责

双方在合同期间应承担如下职责：

1.2.1 供方的职责。

1）设计、配置和提供一套符合本规范书要求的系统，包括所有必需的软件和硬件，提供详细设计和服务数据、型式试验和常规试验数据，以便确认供货设备能否满足所有的性能要求，并负责设备的工程安装、调试。

2）提供合同范围内的硬件设备以及设备的安装辅材、各设备之间的连接电缆（包括通信电缆和电源电缆）等（应包含在投标报价中）。

3）提供设备运行所需的所有软件，包括操作系统软件、支撑软件和应用软件。

4）提供设备有关接地、供电容量、空调、防火和设备布置的技术要求。

5）负责供货范围内设备的投运、试验验收、试运行和保修期内的故障排除。