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[组图]GPS 卫星综合对时系统在发电厂的应用           ★★★ 【字体:
GPS 卫星综合对时系统在发电厂的应用
章巍  舒… 来源:浙江热控专委会2006年论文集 点击数: 更新时间:2007-7-24 6:21:31

 章巍1 舒畅2

1.浙江省能源集团有限公司,浙江杭州310007

2.嘉兴发电有限责任公司,浙江嘉兴314201

摘要:系统介绍了发电厂GPSGlobal Positioning System)卫星综合对时系统的对时原理、方式和技术要求,结合某大型火力发电厂的应用实例,详细分析了在电力系统的特定环境下,GPS 系统在发电厂的应用特点和实现方式,并对如何解决实际问题展开了讨论。

关键词:对时系统;GPS ;发电厂;应用

 

随着电网自动化水平的提高,电力系统对统一时钟的要求愈来愈迫切,特别是线路保护和故障录波装置尤其需要。有了统一时钟,就可以通过开关动作的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。统一时钟是保证电力系统安全运行、提高运行水平的一个重要措施。同样,随着发电厂DCS 系统、DEH 系统、发变组微机保护装置、故障录波器、MIS网络的普遍应用,各系统时钟相互独立,也给故障分析和其他工作带来很多不便。因此也需要有一个统一的时钟基准。通过GPS 卫星对时系统,可以实现DCS 、故障录波器、保护装置等各种记录的事件时序的统一,有利于分析事故原因,对判断事故发生的过程有较大的帮助。

1 GPS 系统对时原理和方式

GPS 全球定位系统(Global Positioning System)采用多星、高轨、高频、测时、测距方式,实现全球覆盖、全天候、高精度、实时导航定位。GPS 主要由3 大部分组成:空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。

1.1 GPS 装置的工作原理

如图1 所示,发电厂GPS 卫星对时系统即是利用GPS 卫星精确的时间信号,通过软、硬件的处理,将误差小于1 μs 的国际标准时间转换为北京时间输出。

1GPS 信号接收器:该接收器是一专用集成电路模块,用于接收GPS 卫星信号,输出时间精度为1 μs 的脉冲,并通过RS232 串行口输出国际标准时间、日期和接收器所处地理位置(经纬度)等信息。

2)同步脉冲发生电路:通过前面板编程输出秒、分钟或小时可控制的同步脉冲信号。脉冲可以是光电隔离的有源TTL 电平或者是静态空接点形式输出。

3)中心处理单元:对整个系统进行监控。通过前面板LED 显示和键盘接口,进行人机交互,同时控制对外输出端口的状态。

4RS232422485接口:输出可设定的当地时间、日期、位置等信息,波特率可选择。

1.2 主要对时方式

由于发电厂各种设备来自于不同厂家,采用的对时方式也不相同,对时精度的要求也不尽相同。其主要对时方式有以下几种。

1)硬件脉冲对时方式(硬对时)。对时脉冲接入方式常采用空接点方式,常用脉冲信号有:

1 PPS ———每秒钟发送1 个对时脉冲;

1 PPM ———每分钟发送1 个对时脉冲;

1 PPH ———每小时发送1 个对时脉冲。精度达1μs

 

硬件脉冲对时方式主要用于国产故障录波器、微机保护、雷电定位系统、行波测距系统的对时。

2)串行口对时方式(时间报文)。串行输出端口以广播方式发送固定格式的报文信息,其对时精度可达到1 ms

多数DCS 系统、DEH 系统以及某些带有后台机的故障录波器等被对时的自动化装置通过串行口,接收卫星时钟发送的串行时间信息,按照相同的对时规约,经过解码后对时。串行口对时方式主要用于电量记费系统、自动化装置、控制室时钟的对时。

3)网络对时方式(RJ45 接口)。网络的对时服务器通过该对时方式对时。规约与报文方式相同,通常采用微机自动对时软件,通过接收卫星时钟发送的时间信息,并在微机内部进行自动修正后,对微机进行系统内部对时,消除了传输误差因素,对时更加准确。

4IRIG B 时钟码对时方式。IRIG B IRIG 委员会的B 标准,是专为时钟的传输制定的时钟码。国外进口装置常使用该信号输入方式对时。每秒输出一帧按秒、分、小时、日期的顺序排列的时间信息。IRIG B 信号有直流偏置(TTL)电平、1KHz 正弦调制信号、RS422 电平方式、RS232 电平方式4 种形式。其中,直流偏置IRIG BCD()和1 KHz 正弦调制IRIA BCA()方式较为常用,其对时较为精确,可达到10μs

IRIG B 时钟码对时方式主要用于给某些进口保护装置或故障录波器对时。如GE ABB 公司的保护、HATHAWAY 的故障录波器、惠安公司的自动化装置、莱姆公司的BEN5000 故障录波器、SEL 公司的保护、西门子设备等。

2 GPS 系统在电厂的实际应用

2.1 需要对时的设备

某大型火力发电厂装机容量为4 ×600MW ,拥有众多需要对时的设备。根据各种设备的具体硬件情况以及实际应用要求,考虑按以下方式配置对时方式:

DCS 系统4 套,通过串口RS485 与后台机对时;

DEH 系统4 套,通过串口RS48 与后台机对时;

消防火警系统1 套,通过串口RS485 与后台机对时;

故障录波器4 套,通过串口RS485 与后台机对时;

发变组保护装置4 组,含就地设备52台,距离较近的就地设备通过IRIG B 直流偏置信号对时,距离较远的就地设备通过IRIG B 正弦调制信号对时;

MIS 网络1 套,通过串口RS232 RS485与网络内的对时服务器联系,对时服务器运行自动对时软件和服务器软件,其他MIS 网的计算机运行客户端软件对时;

集控室内数字钟4套,通过RS485直接接入

2.2 GPS 的接收方式

考虑到对时系统的稳定性,卫星对时网络利用2 GPS 卫星时钟同步接受装置,构成一个完整的双重冗余全厂时间同步系统。除2 GPS 卫星同步时钟的时间基准信号互为备用外,时间同步信号扩展箱也同时接受双信号输入(PPS 脉冲信号和RS485 串行信号),实现了冗余,如图2 所示。

 


切换器A B 双机同时接收两个GPS 同步时钟输出的信号,机内所带单片机对其串行数据进行接收检查,通过对比选择一台较好的GPS 时钟信号经数据选择电路输出。上电复位时,切换器A 为主机,切换器B 为备机,每隔24 h 系统自动检测,切换器A B轮流工作。

主时钟及扩展装置具有内部守时功能。当接收到外部时间基准信号时,被外部时间基准信号同步;当接收不到外部时间基准信号时,切换到内部守时,保持一定的走时准确度,使主时钟或扩展装置输出的时间同步信号仍能保持一定的准确度。当外部时间基准信号接收恢复时,自动切换到正常状态工作,切换时间小于0.5 s ,确保切换时时钟输出的时间同步信号不会出错。

2.3 GPS 对时系统和各系统的接口实现

GPS 主时钟放置于一台机组的电子室中,在另外各台机组的电子室安装信号扩展箱,向相应机组的自动化设备发送时钟信号。对时网络采用数据总线布置,各个扩展箱之间通过光缆连接,光缆两端配光收发器,以确保长距离传送对时信息无延迟。各机组的扩展箱均预留总线输出端口,可进行级连扩展,满足今后机组扩建需要。卫星对时系统配置结构如图3 所示。



3 某电厂GPS 卫星对时系统配置结构图

DCS DEH MIS 系统均采用RS232 口和GPS 装置连接,由于距离的原因,需要232 485 转换器。电气系统线路保护装置采用GPS硬对时,接收GPS 输出的PPM

3 结论

利用GPS 卫星综合对时系统可以方便地在全厂范围内获得精确、统一的时间基准,使各种自动化装置的时钟确保一致,给事故分析和运行管理带来了很大的方便。GPS 组屏后,主时钟和信号扩展装置都采用了冗余化配置,保证了GPS 同步系统的可靠性。GPS 同步时钟单独组屏,为电厂将来改造时GPS 时间同步信号的扩展提供了方便。从现场使用的情况来看,GPS 系统在发电厂的应用效果良好,时间基准统一,便于维护和管理。

 

作者简介:章巍1973 -),浙江宁波人工程师硕士从事电力系统自动化研究工作

 


 
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