GPS授时仪系统在变电站时钟同步中的作用汇总

    GPS授时仪很好地处理变电站同一工夫基准的成绩，完成站内以至站间的准确对时，今天GPS授时仪成为变电站、发电厂、火电公司很好的时钟同步系统，也是GPS授时仪开展的必然趋向。按照《广东电网110～220kV变电站自动化系统手艺标准》请求，我们在近几年的新建变电站或综自革新站中均接纳时钟同步系统对变电站安装停止校时。在05年9月份广东电网公司公布了《广东电网变电站GPS工夫同步系统手艺标准》，而尔后的新建变电站站或革新变电站站GPS时钟同步系统的办理、设想、安装、测试和运转均按该手艺标准请求施行。

一、GPS授时仪在变电站时钟同步中的作用：

 　　变电站接纳差别生产商的计较机监控系统、自动化及线路微机庇护安装、录波安装、电能量计费系统、SCADA系统等，变电站时钟同步情势首要有以下几种：

 　　(1)各GPS授时仪装备供给商接纳各自自力的GPS时钟，而各GPS授时仪因产物质量的差别，在对时精度上都有必然的偏向，从而使全厂各系统不克不及在同一工夫基准的根底上停止数据阐发与比力，给过后准确的毛病阐发判定带来很大隐患。

 　　(2)经由过程主站对时方法完成对时，调理中间主站经由过程通讯通道下发对时号令同步系统内各个电站的时钟，这类方法需求公用的通讯通道，因为从调理中间抵达各个变电站的间隔纷歧样，通讯延时也纷歧样，因而只能包管系统时钟在100毫秒级偏差的程度。

 　　(3)接纳一台小型GPS接收机，供给多个RS232端口，用串口电缆一一毗连到各个计较机，完成时钟同步。但究竟上这类同步方法也存在缺陷，利用的电缆长度不等及太长；时钟服务器的反响速率、客户机的提早都间接影响对时精度。并且各站常常有差别的安装需求领受时钟同步灯号，接口分歧，如RS-232/422/485串行口、脉冲、IRIG-B码、DCF77格局接口等；安装的数目也不等，形成GPS授时仪安装的某些范例接口数目不敷或短少某种范例的接口，需求增长一台以至数台GPSGPS授时仪，而这常常遭到资金不敷或没有安装地位等限定。

 　　(4)用GPS授时仪对时。GPS(环球定位系统GlobalPositioningSystem)，美国军方成立的环球卫星导航定位系统，由特地的领受器领受卫星发射的旌旗灯号，能够得到地位、工夫和别的相干信息。GPS授时仪每秒发送一次旌旗灯号，当工夫精度在1μs之内，在任什么时候刻、在环球任何地位均能牢靠领受到旌旗灯号，卫星不连续地发送本身的星历参数和工夫信息，GPS发送的工夫信息包罗年、月、日、时、分、秒和IPPS(尺度秒)旌旗灯号，因而具有很高的频次精度(可达l0-12量级)和工夫精度。在综自变电站中接纳GPS授时仪有着较着的劣势，能够完成全站各系统在同一GPS工夫基准下的运转监控和变乱后的毛病阐发。变电站的各类自动化装备(如毛病录波器、微机庇护安装、监控系统等)，按照GPS授时仪供给的准确时钟同步旌旗灯号，同一变电站、调理中间的时间基准，在电力系统发作毛病后，进步了SOE的时间准确性，大大进步了电力系统的时间不变性，为避免出现的状况及断路器行动的前后次第供给有力的证据，为电网宁静不变监督和掌握系统缔造了优良的手艺前提。

二、GPS授时仪工作原理：

　　首先通过GPS卫星坐标与接收机的坐标计算出星机“真实距离”。GPS卫星的空间坐标可通过GPS卫星导航电文中的广播星历获知，接收机的坐标则可通过大地测量获得。

　　假定接收机与GPS卫星时间同步，利用GPS“测距码”信号测算出信号的传输时延，再根据传输时延和信号传播速度(取真空光速值)计算出星机“伪距离”。

　　伪距离的失真主要由以下2个因素造成：1)接收机与GPS卫星的不同步造成了传输时延的测算误差;2)GPS信号在穿越电离层和大气对流层时，传播速度会发生变化，不再等于真空光速，从而造成传播速度的误差。

　　信号传送速度引起的测量误差可按统计模型，用GPS导航电文中的修正参数推算出来。高级的双频GPS接收机还可通过双频段测量的方式更为精确地修正电离层误差。

三、GPS授时系统的特点：

1．时间精度高，达30nS。

2．GPS授时仪守时精度高。装置内部守时单元采用了先进的时间频率测控技术与智能驯服算法，晶体选用高精度恒温晶体振荡器，使装置守时准确度优于7*10-9(0.42μS/分钟)，即在外部时间基准异常的情况下，每天时钟走时误差不超过0.6mS。

3．支持单GPS、单北斗、双GPS、双北斗、 GPS/北斗双系统卫星接收机配置。

4．应用GPS授时技术/北斗授时技术/B码基准解码接收技术/高稳晶体振荡器守时技术授时，实现多基准冗余授时，能够智能判别GPS信号、北斗信号、外部B码时间基准信号的稳定性和优劣，并提供多种时间基准配置方法。

5．采用精准的测频与“智能学习算法”，使守时电路输出信号与GPS卫星/北斗卫星信号/IRIG-B时间基准保持精密同步，消除因晶体振荡器老化造成的频偏带来的影响。

6．具有外部时间基准信号时延补偿功能，能够补偿外部时间基准信号（IRIG-B）的传输延时，从而保证了时间基准信号的精度。

7．由于GPS授时仪装置输出的1PPS等时间信号是内置振荡器的分频秒信号输出，同步于GPS/北斗系统但并不受GPS/北斗秒脉冲信号跳变带来的影响，相当于UTC时间基准的复现。

8．GPS授时系统采用双电源冗余供电，并选用高性能、宽范围开关电源，工作稳定可靠，装置电源供电自适应。（按订货技术协议配置，缺省为单电源。）

9．机箱经防磁处理，抗干扰能力强。

10．GPS/北斗接收天线重点考虑了防雷设计、稳定性设计、抗干扰设计， 信号接收可靠性高，不受电厂/变电站地域条件和环境的限制。

11．GPS授时仪装置可输出一路特殊的供主时钟间互联的IRIG-B（DC）码信号，该信号作为互联主时钟的“后备”外部时间基准，当主时钟的“主”外部时间基准故障时，该信号停止输出。消除当主时钟互联时“主”外部时间基准发生故障所引起的工作状态不确定性。

12．GPS授时仪装置具有自复位能力，在因干扰造成装置程序出错时，能自动恢复正常工作。

13．GPS授时仪装置所有输入、输出信号均电气隔离，抗干扰能力强。

14．GPS授时仪装置的某一路输出信号短路，不会影响其它输出信号。

15．GPS授时仪装置的某一路输出信号允许短路5分钟以上，不会造成对该输出回路的永久性损坏。

16．装置前面板有“电源指示”灯、“秒脉冲指示” 灯、“GPS/北斗信号输入” 灯、“B码信号输入” 灯、“GPS/北斗信号输入异常” 灯、“B码信号输入异常” 灯多种工作状态指示，便于运行值班人员的日常巡视。

17．GPS授时仪装置有电源中断告警、GPS/北斗失步告警、外部“B码输入”（后备时间基准）消失告警多路报警（继电器空接点）信号输出，可接入电厂/变电站内的监控系统，在线监控装置的运行状况。

18．GPS授时仪装置可通过数码管显示跟踪到的有效卫星个数，直观地反映装置的收星状况。

19．GPS授时仪装置提供一路可编程的TTL脉冲信号（1PPS/1PPM/1PPH）供时钟的准确度指标测试。

20．GPS授时系统采用全模块化即插即用结构设计，支持板卡热插拔，配置灵活，维护方便。为将来其它信号基准源(珈俐略卫星信号、上游地面链路的DCLS信号、PTP、NTP时间基准信号等) 的接入提供了方便，为今后建设三网合一的数字同步网打下基础。同时为将来现场改造扩建时增加或更改对时信号接口提供了方便。

21．装置不仅实现了板卡全兼容，还提供了丰富的信号接口资源和开放式特殊接口设计平台，具备优异的兼容能力。装置可提供多路脉冲信号（1PPS、1PPM、1PPH、事件，空接点、差分、TTL、24V/110V/220V有源、光）、IRIG-B信号（TTL、422、232、AC、光）、DCF77信号（有源、无源）、时间报文（RS232、RS422/485、光）、PTP、NTP/SNTP网络时间信号，可以满足电厂/变电站内不同设备的对时接口要求。

22．完善的北斗和GPS信号的性能监测，自动或手动选择主用卫星信号。支持本地和远程网管，通过WEB方式对设备进行远程管理，完成对设备的卫星接收状况、设备工作状态、参数设置等信息进行管理。

四、GPS授时系统详细参数：

　　1．时间源：GPS、北斗、CDMA、IRIG-B、恒温晶振OCXO、原子钟可选；

2．电源：220V/110V交、直流自适应,双电源冗余；

3．GPS接收频率：1575.42MHz,接收灵敏度：捕获〈-160dBW，跟踪〈-163dBW。捕获时间：装置冷启动时，〈5min；装置热启动时，〈1min。正常状态下可同时跟踪8～12颗GPS卫星；装置冷启动时不小于4颗卫星；装置热启动时不小于1颗卫星。内部电池：电池类型：锂电池；电池寿命：≮25000h。

4．北斗接收器：通道：6；接收机灵敏度：-157.6dBW；冷启动首捕时间：≤2秒；失锁重捕时间：≤1 秒；1PPS精度：优于100nS。

5．平均无故障间隔时间(MTBF)≥150000小时；平均维修时间（MTTR）：一般不大于30分，使用寿命不少于20年。正常使用条件下无须维护。

6．GPS授时系统授时精度：脉冲、B码：0.1μS，串口：10μS ，NTP/SNTP：1-10ms；

7．时间保持单元守时精度：时间保持单元晶体振荡器选用OCXO，守时精度优于7*10-9(0.42μS/min)。

8．绝缘电阻：≮20MΩ。

9．功耗：≤20 W。

10．天线长度标配30m,可选50、60、70、80、100、120、150、200米。

11．外形尺寸：1U/2U、19英寸标准机架式机箱。

五、结束语

5.1 目前火电厂各控制系统已不再是各自独立的信息孤岛，大量的实时数据需在不同地方打上时戳，然后送至SIS、MIS，用于各种应用中。因此，在设计中应仔细考虑各种系统的时钟同步方案和需达到的时钟同步精度。

5.2 在DCS设计中不仅要注意了解系统主、从时钟的绝对对时精度，更应重视时钟之间的相对误差。因为如要将SOE点分散设计的同时又不过分降低事件分辨率，其关键就在于各时钟的偏差应尽可能小。

5.3 完全有理由相信，随着网络时钟同步技术的不断发展，通过网络对系统各时钟进行高精度的同步将变得十分平常。今后电厂各系统的对时准确性将大大提高，像SOE点分散设计这种基于高精确度时钟的应用将会不断出现。

北斗时频生产的一款XBD100型GPS北斗双模授时仪就是针对电力、变电站行业的应用，解决了电力时间同步系统的问题，目前已经成功应用于多家电厂、变电站、核电公司。

XBD100型GPS北斗双模授时仪产品概述

    XBD100型GPS/北斗双系统时间频率标准源是一台高性价比的GNSS时频终端。产品内置有高精度GPS/北斗双系统授时接收机，精确获取GPS/BDS卫星导航系统的PPS和时间信息。产品采用“北斗时频”专利频率控制技术，驯服内部的高稳定度恒温晶振OCXO或铷原子钟（可选），输出高准确度和高稳定度的1/5/10MHz正弦频率信号（可任意定制），通过多达8路的低相位噪声的频率分配放大器放大输出。XBD100时统终端同时生成8路高精度直流IRIG-B码（B000）授时信号，可采用多种信号类型输出（如TTL、RS422等）。同时，也可接收两路外部输入的直流IRIG-B码（B000）信号，作为外部时间同步。此外，机箱还可通过串口或网络输出十六进制或ASIIC码时间信息。前面板显示器采用工业OLED显示屏，可视角度广，时间界面简洁、美观、亮丽。

    XBD100型GPS/BDS时间频率标准源，采用标准1U机箱形式，美观实用、可靠性高，可广泛应用于航空航天测控系统、国防通信与地面实验设备、电力电信同步网、广播电视行业，以及测试与计量等领域。

XBD100型GPS北斗双模授时仪功能特点

1)  支持GPS/BDS双系统授时，GPS L1，BDS B1，PPS精度：20ns(1δ)；

2)  支持本地频率驯服，驯服后频率准确度：<3E-12(OCXO，24h平均)；

3)  8路频率输出，短稳优于5E-12@1s，相位噪声-150dBc/Hz@1KHz；

4)  8路IRIG-B直流码输出，1路1PPS信号输出；

5)  2路IRIG-B码外参考输入(卫星失锁后自动选择外参考锁定)；

6)  支持串口和网络时间信息输出（十六进制或ASIIC码）；

7)  标准1U机箱、紧凑耐用、高稳定性、高可靠性。

8)  工业OLED显示屏，亮丽、可视角度广；

XBD100型GPS北斗双模授时仪典型应用

广电多媒体、航空航天测控系统、卫星监测站通信系统、电力通信设备、科研院所等领域的时间频率终端。

XBD100型GPS北斗双模授时仪接口与特性