智能变电站同步时钟系统专题报告

智能变电站时间同步系统方案

随着全面建设坚强的智能电网，并实现电网的信息化、数字化、自动化、互动化。网络智能节点的正常工作和作用的发挥，离不开统一的全网时间基准。

1. 智能变电站系统构成

就阿旗北智能变电站而言，该智能变电站分为三个层：站控层、间隔层、过程层：

站控层包括主机兼操作员工作站、远动通信装置、状态监测及智能辅助控制系统后台主机、网络打印机等，实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集和监视控制（SCADA ）、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。

间隔层设备由保护、测控、计量、录波、网络记录分析等若干个二次子系统组成，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入/输出、传感器和控制器通信。遵守安全防护总体方案。

过程层合并单元、智能终端等构成，完成与一次设备相关的功能。

2. 智能变电站时间同步系统

智能变电站时间同步系统主时钟源设置在站控层。全站建立统一的时间同步系统，并且主时钟采用双重化配置，另配置扩展装置实现站内所有对时设备的软、硬对时。 全站采用基于卫星时钟（北斗系统和GPS 系统）方式获取精确时间，并且该时间同步系统需预留与地面时钟源的接口；系统支持通信光传输设备提供的时钟信号。

3. 时间同步系统对时或同步范围

监控系统站控层设备、保护装置、测控装置、故障录波装置、故障测距（如有）、相量测量装置（如有）、合并单元及站内其他智能设备等。

4. 智能变电站对于时间精度要求

保护和控制事件用标准智能电子设备时间同步，分为两类：

l T1类，精度±1ms ，用于事件时标；

l T2类，精度±0.1ms ，用于分布同期的过零和数据时标。支持定点分合时标。

互感器用标准智能电子设备IED 时间同步，分为三类：

l T3类，精度±25us ，用于P1性能类

l T4 类，精度±4us ， 用于P2性能类， M1测量类

l T5 类，精度±1us ，用于P3性能类， M2/3测量类

5. 智能变电站时间同步系统对时方案

方案一：站控层设备（户内布置）对时采用SNTP 方式

间隔层设备（户内布置）对时采用IRIG-B 方式

过程层设备（户外布置）对时采用IRIG-B 方式

该方案站控层对时采用网络对时方式，间隔层对时输入采用电信号对时方式，现场需敷设电缆对间隔层保护装置、测控装置等设备点对点予以对时，过程层对时输入采用光信号对时方式，现场需敷设光缆对过程层合并单元、智能终端（需有对时接口）设备点对点予以对时。

方案二：站控层设备（户内布置）对时采用SNTP 方式

间隔层设备（户内布置）对时采用IRIG-B 方式

过程层设备（户外布置）对时采用IEEE 1588网络对时方式 该方案站控层对时采用网络对时方式，间隔层对时输入采用电信号对时方式，现场需敷设电缆对间隔层保护装置、测控装置等设备点对点予以对时，过程层对时输入采用IEEE 1588网络对时方式，该方案利用过程层GOOSE 网交换机即可实现，只需将时间同步系统通过光缆接入过程层中心交换机，通过交换机对过程层设备授时，该方案对过程层交换机要求较高，但对时精度高，并节约了与过程层点对点的光缆及敷设施工。

方案三：站控层设备（户内布置）对时采用IEEE 1588网络对时方式 间隔层设备（户内布置）对时采用IEEE 1588网络对时方式 过程层设备（户外布置）对时采用IEEE 1588网络对时方式

该方案站控层对时采用IEEE 1588网络对时方式，间隔层、过程层对时输入采用IEEE 1588网络对时方式，该方案利用过程层GOOSE 网交换机即可实现，只需将时间同步系统通过光缆接入过程层中心交换机，通过交换机对间隔层、过程层设备授时，该方案对过程层交换机要求较高，并且要求间隔层保护装置、测控装置等设备具备接收IEEE 1588网络对时，但对时精度高，并节约了与间隔层设备点对点的电缆及敷设施工和与过程层点对点的光缆及敷设施工。

无论采用哪种方案，时间同步系统都需同时可扩展IRIG-B 码（光B 码、DC 码、AC 码）、串行口、秒脉冲、网络PTP/NTP/SNTP等授时方式输出，对需要授时的传统设备进行授时。

本工程采用方案三。

6. 时间同步系统关键技术及其特点

由于各种时间源与标准时间（UTC 协调世界时）本身存在的一定的误差，误差的精度范围是小于1us 以内，所以在现阶段电力行业运用中可以接受，但随着智能变电站一次设备，二次设备等的全面智能的使用，对时间的精度和稳定就更提出了更苛刻的要求，那么在这几种时间源中，就不能像现在变电站任意选择一个时间源作为基准源，其它时间源作为备份的方式。实质上哪一个时间源最能接近UTC 时间，这就需要对这几种时间源采取科学对比和处理方法，最终选择一个最精确的时间源作为UTC 基准源为各需要对时的设备进行授时。

主时钟源采用多源比对技术

每台主时钟采用多源(CBD、GPS 、PTP 、B 码、守时源) 高精度测量比对技术, 保证输出时间基准的稳定性和高精度。

高精度时间测量技术

高精度时间测量采用单路控制的内插脉冲测量技术（分辨率：0.1ns ），提高了系统的时间测量精度，而且电路简单具有很高的可靠性。保证了系统同步精度的需要。也能满足未来相当长时间发展的需要（空间信号精度的提高）。

高精度守时性能

智能变电站对时间同步系统守时提出了更高的要求，建议恒温晶振必须守时24小时，守时精度需达到

7.IEEE 1588对时优点

具备IEEE1588(PTP)授时方式，对智能变电站间隔层、过程层的智能设备授时；随着IEEE1588技术的发展，PTP 守时方式有对时精度高，适合全网时间同步传输协议。而传统B 码采用单向传输方式，有一定的传输时延，而PTP 采用双向传输方式，授时精度更高。PTP 属于网络守时方式，接线更简单，通过网络交换机传递方式就可以完成守时，节省资源。

IRIG-B 码和PTP （IEEE1588）区别

IRIG-B 码采用单向传输方式，需要人工手动方式对误差进行时差延迟进行补偿，对时精度1us 。

PTP （IEEE1588）采用双向授时方式，会自动计算主从时钟误差以及路径时延。授时精度及可靠性高，对时精度500ns 。

PTP 属于网络授时方式，变电站内配线方式比IRIG-B 码简单。

8. 时间同步系统配置方案图

方案一同步时钟联络图，虚线为点对点的B 码对时

方案二同步时钟联络图，虚线为点对点的B 码对时

方案三同步时钟联络图，该方案全站统一采用IEEE 5188对时。