? 变电站变电站 GPSGPS 对时异常处理对時异常处理摘要摘要：对时要求是变电站自动化系统的最基本要求110kV 枢纽站和 220kV 站要求系统具有 GPS 对时功能，要求对变电站层设备和间隔层 IED 设備（包括智能电度表等）均实现 GPS 对时并具有时钟同步网络传输校正措施。本文通过对某站系统时间异常的排查分析了异常原因，进行叻整改关键词关键词：GPS；对时方式 0 0 引言 随着电厂、变电站自动化水平的提高,电力系统对统一时钟的要求愈来愈迫切,有了统一时钟,既可以 實现全站各系统在 GPS 时间基准下的运行监控后事故后的故障分析,也可以通过各开关动作、调整的先后 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 要措施原国家电力公司在 1999 年 10 月发布的《微机母线保护装置对时异常通用技术条件》及部颁标准 《220kV～500kV 电力系统故障动态记录装置对时异常检测要求》 ，都明确要求采用外部 GPS 时钟对电站装置对时异常进行校 时随著光纤通讯的大量运用,通过主站对子站进行远方对时也能满足精度要求，故我公司从 08 年开始 新建 110 千伏变电站取消了 GPS 装置对时异常均由主站采用规约对时，目前只有老的 110 千伏综自站和 220 千 伏变电站站内仍采用站内 GPS 对时? 1 故障现象 2008 年 9 月 5 日，某变电站发生一起保护跳闸事件运荇人员在调取后台机 SOE 记录，分析保护动 作原因时发现后台机部份记录时间异常，摘取部分如下： 14:52:00.079 110 母联 闭锁备自投(IN) 信号置合 14:52:00.108Ⅰ号主变低后備保护 跳位继电器(IN) 信号置合 合闸 可见在时间的秒位上都为零，时间异常影响了对保护事件的分析。2 原因分析 保护人员立即检查了相关保护测控装置对时异常内的历史记录发现时间的秒位数都为零，即后台监控机的 时间确实为保护装置对时异常上传又检查了装置对时異常的系统时间，时间是正常的那么保护装置对时异常为何会将事件 SOE 的秒位数都置为零呢？由于是第一次遇到此种问题保护人员怀疑昰保护测控装置对时异常有问题，为了确定 于是保护人员将 241 保护装置对时异常的“置检修”压板先投入再退出（注：该种保护投“置检修”压板只是屏 蔽信息上传，保护功能仍存在故可以一试） ，然后进入“历史记录” 查看报告，如下（图一、图二）：图一 241 装置对时異常“置检修”压板投入图二 241 装置对时异常“置检修”压板退出的确秒位数为零这似乎验证了保护装置对时异常在处理时间环节上有问題。如果装置对时异常有问题那么其他装置对时异常是 否也存在呢？保护人员即在 242 保护装置对时异常上重复了如上试验如下（图三、圖四）：图三 242 装置对时异常“置检修”压板投入图四 242 装置对时异常“置检修”压板退出又试了几台，结果一样我们询问了在场的保护厂镓，厂家人员即进入保护装置对时异常菜单检查了装置对时异常 “通信信息”的“GPS 状态”项，显示“OK” 说明对时是正常的。厂家人员吔很困惑同时信誓旦旦告 知该型保护装置对时异常为较成熟的设备，在与本站设备配置相同的其他站对时都是如此接法对时都正常，沒 有接到运行单位关于对时异常情况的回馈此种情况第一次遇见。 厂家那里没有答案大家你一言、我一语的谈看法，有人提出在实际應用中经常遇到 GPS 对时接口 与接受对时的保护设备接口不能正常通信的问题使保护装置对时异常接受时间异常，而我们在“GPS 状态”项中 看見的“OK”可能是一种假象为了验证是否是此种情况，保护人员将 GPS 电源关闭以停止 GPS 的脉 冲对时输出。再次重复上述试验保护装置对时異常记录的时间正常。如下（图五、图六）：图五 242 装置对时异常“置检修”压板投入图六 242 装置对时异常“置检修”压板退出这说明当装置对时异常判断无外部脉冲对时，即通过 CAN 网接受通信对时并以此为根据记录各种事件。从上 面看时间异常消失了，说明保护装置对时異常是正常的问题都集中到 GPS 对时接口与接受对时的保护设备接 口是否匹配上来了。GPS 时钟服务器是一个精致的可以独立工作的装置对时异瑺它通过 GPS 模块获得卫星系统提供的格林尼治 的准确时间并及时更新，使用时通过接收服务器发出的串行数据获得毫秒级精确度的北京时間GPS 信号 接收器: 是专用接收 GPS 卫星信号的集成电路模块，输出时间精度为 1 微秒的 1PPS 脉冲并通过 RS232 串行口输出国际标准时间、日期和接收器所处哋理位置(经纬度)等信息。同步脉冲发生电路: 输出秒 (1PPS)、分钟(1PPM)、小时(1PPH)同步脉冲信号中心处理单元: 对整个系统进行监控。接收 GPS 卫星 信号接收模塊发送的国际标准时间信息及秒同步信息换算成当地时间送 LED 数码显示器显示，并按一 定的格式经串行口输出供继电保护和自动装置对時异常使用。原理图如下（图七）：?图七对时方式有 3 种：①软对时是以通讯报文的方式实现的这个时间是包括年、月、日、时、分、秒、毫秒在内的完整时间，监控系统中一般是：总控或远动装置对时异常与 GPS 装置对时异常通讯以获得 GPS 的时间再以广播报文的方式发送到裝置对时异常。这种广播的对时一般每隔一段时间广播一次报文对时会受距离限制，如 RS-232 口传输距离为 30m由于对时报文存在固有传播延时誤差，所以在精度要求高的场合不能满足要求②硬对时一般用分对时或秒对时。理论上讲秒对时精度要高于分对时。硬对时按接线方式又可分成差分对时与空接点方式两种差分是类似于 485 的电平信号，以总线方式将所有装置对时异常挂在上面GPS 装置对时异常定时（一般昰整秒时）通过两根信号线中 A（+）与 B（-）的电平变化脉冲向装置对时异常发出对时信号。这种对时方式可以节省 GPS 输出口数、GPS 装置对时异常與各保护测控装置对时异常之间的对时线还能保证对时的总线同步。如RCS-9000 系列装置对时异常就是采用差分方式对时空接点方式是类似于繼电器的接点信号，GPS 装置对时异常对时接点输出与每台保护测控装置对时异常对时输入一一对应连接③编码对时：目前常用的 IRIG-B 对时，分調制和非调制两种IRIG-B 码实际上也可以看作是一种综合对时方案，因为在其报文中包含了秒、分、小时、日期等时间信息同时每一帧报文嘚第一个跳变又对应于整秒，相当于秒脉冲同步信号从厂家那里得知，该站的保护装置对时异常实际采用脉冲 TTL 秒脉冲对时（类似于空接點方式） 以总线以总线方式将所有装置对时异常挂在上面，如图八：图八图八我们又阅读了 GPS 的说明书该站 GPS 的脉冲输出图为图九：图九圖九从 GPS 装置对时异常的说明书，可以知道 GPS 装置对时异常不是无源空接点输出而是有源光隔 TTL 电平输出。由 于很多保护 GPS 接口本身为有源外蔀只须接入空接点，是不考虑极性的在遇到保护 GPS 接口本身为 无源的情况下，须考虑电压大小匹配和极性如果电压大小不匹配、极性接反是会出现对时异常的。厂 家人员首先测量了对时电压为 48V和该种保护的对时电压匹配，正确接着检查了 GPS 装置对时异常输出的两根 通讯線与保护装置对时异常对时口的连接关系，如图红线和黑线（图十） 图十图十为了加快检查速度，保护人员干脆直接将图十中黑线和红線位置对调将 GPS 装置对时异常上电，再次做上 述试验结果时间正常。于是有人即认为先前输出线接反了问题似乎解决了。但查看“GPS 状態”项 显示“OFF” ，说明未正常通讯；为了确证用万用表电阻档测量黑线与保护对时口 GPS+和 GPS-的通断关 系，发现对调前的电位极性正确而對调后的电位极性反而错误；为何时间显示正常？经分析对调 后极性错误，但遥信时间正常的原因是该类型 GPS 接口将收到的反向电平等同於没有收到电平此刻保 护装置对时异常在收不到正常电平是会取系统时间作为基准时间，而系统时间是通过保护通讯 CAN 网广播的软报 文故时间正常，但此时的时间是报文广播并不是真正的脉冲对时，这和将 GPS 电源关闭停止脉冲输 出的道理一样 保护人员继续检查。GPS 输出又汾上升沿输出和下降沿输出如果和保护对时口匹配有误也会导致异 常。将 GPS 主板取出检查了上升沿和下降沿输出的跳线设置并又将装置對时异常上电并用万用表测量确定为上 升沿输出，和该类型保护匹配 又排除了一种可能，保护人员没有放弃又查看了保护说明书和 GPS 装置对时异常接口，这才恍然大捂该 保护是分脉冲对时，而 GPS 装置对时异常接口是 PPS 即秒脉冲输出（见图十） GPS 装置对时异常接口每秒输出对時脉冲， 而保护为分脉冲对时由于保护每秒都收到对时信号，装置对时异常即认为为整分将秒位数清零，这样任何 时刻的遥信秒位數都是零也就不难解释了。保护人员将 GPS 装置对时异常接口调为 PPM对时正常。我们随即也反 思了查找问题的思路如果我们自己能认真阅读裝置对时异常说明书，对厂家不偏听偏信可能很快就能找出问 题所在了。至于厂家所说的同样接法在其他变电站运行良好因为我班辖區只此一站，也就不得而知了解决了此问题，保护人员又检查了 GPS 的标准时间和保护时间及后台时间的一致性结果新问题又 出来了。后囼和保护装置对时异常时间比 GPS 标准时间要块 10 分钟左右考虑到报文对时是有时间间隔的，检查 人员又等待了一段时间结果还没对上。是 GPS 裝置对时异常未将时间给总控装置对时异常还是总控装置对时异常收到时间后没 将广播报文发送到保护装置对时异常和后台？ GPS 装置对时異常以 485 通讯口与总控通讯如图为 485 通讯口（图十一）：图十一图十一用万用表测量 TR 与 TA 之间电位为 2.8V,GPS 输出电平正常。接着检查总控机保护人員将测试通 讯软件安装在总控机器上,进行测试,如图,总控机收到的却是乱码（图十二） 。图十二接受乱码图片图十二接受乱码图片问题就在 GPS 囷总控机的通讯上排除了软件安装设置、机器受病毒影响等因素后，保护人员又进 行了仔细检查,终于发现两台装置对时异常的 485 的两根线接反了,导致总控机 485 口接受电平异常而致乱码由 于总控未收到的 GPS 时间,只能以总控内部时钟进行时间广播,长时间以后,日积月累,就有了将近 10 分鍾 的偏差。将两根线对调后,对时正常.如图（图十三）：图十三接受正常码图片图十三接受正常码图片 3 其他的异常情况除了上述由于安装调試不当的对时异常外某些硬件和软件故障也会导致对时失效。①CPU 板故障：某变电站的 GPS 时间超过正常时间近 1 个小时更换 CPU

内容提示：GPS对时系统在220kV变电站自動化中的应用

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