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淺談變電站GPS時鐘同步系統(tǒng)

2018年01月04日 15:13:06人氣:5524來源:上海銳呈電氣有限公司

淺談變電站GPS時鐘同步系統(tǒng)

 作者 夏建勛 張偉 張項

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

【關鍵詞】GPS時鐘同步系統(tǒng),安裝維護

1引言

      隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴大,微機保護和其它自動裝置經(jīng)長時間運行后其時鐘累計誤差不容忽視,從而使得各種裝置的時間失去同步,進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)中的應用情況,對其安裝工藝及維護常見問題進行了簡要說明。

2 GPS定位系統(tǒng)

2.1 GPS系統(tǒng)簡介

      GPS是美國新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng),可全天候連續(xù)實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)星處于同一時間標準一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)星再由導航電文發(fā)給用戶設備。

      用戶設備部分即GPS信號接收機,其任務是: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)星的運行,對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理,以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間,解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文,實時地計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)中的應用

      目前GPS時鐘同步系統(tǒng)主要用校驗時鐘,如全網(wǎng)的繼電保護裝置、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,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)的保護裝置及自動裝置都具有統(tǒng)一時鐘,準確記錄每次事故的時間,以便事故調(diào)查,并準確定性。

3 GPS時鐘同步系統(tǒng)安裝及維護

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)由標準時間同步鐘本體和時標信號擴展裝置組成。

       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),實現(xiàn)與全站各種二次系統(tǒng)的統(tǒng)一對時。主時鐘柜設于220kV#2小室,在220kV#2小室和其它保護小室內(nèi)均設置了一塊擴展時鐘柜。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,主時鐘柜負責接收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展時鐘柜,各擴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、錄波、PMU等各類二次設備。任意一小室的擴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

      GPS時鐘同步系統(tǒng)相對保護裝置來說回路簡單,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出母線下,減少強磁電對天線衛(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,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,傳輸線到達屏柜后進人放線槽,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、主時鐘柜與擴展時鐘柜之間的聯(lián)絡光纜等,為便于今后維護,必須對各類纜線進行規(guī)范的整理及標示。

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

      為便于今后對光纖通道進行維護,光纜應按進終端盒的順序起從左到右標記,尾纖的標記順序也應從左到右排列,當光纜熔接完成后應馬上貼上對應的標簽紙,使裝置跳線與光纜尾纖一一對應起來,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,測試其報文輸出是否正常。如GPS裝置信號輸出無誤,而保護裝置還是對時不成功,則可查看保護裝置的對時方式是否有誤,保護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)情況進行的統(tǒng)計來看,一般存在以幾類:

(1)接觸不良:電源線接觸不良導致GPS時鐘同步系統(tǒng)運行異?;騁PS輸出信號線接觸不好導致裝置對時不準;

(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行1-2年后信號衰減,均會導致此類現(xiàn)象發(fā)生;

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

 

      針對*類缺陷緊固二次接線即可恢復,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行,使之滿足運行要求,光纖通道標識必須規(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)廠家對壞的模塊進行更換即可恢復。

4結(jié)語

      隨著電力系統(tǒng)往大容量大網(wǎng)絡方面的不斷發(fā)展,以及自動化水平的不斷提高,電網(wǎng)對統(tǒng)一標準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)展奠定堅實的基礎。

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