一种二次装置时钟失步在线监测系统及方法与流程

本发明属于电工技术领域，尤其涉及一种二次装置时钟失步在线监测系统及方法。

背景技术：

近年来，随着国家电力系统的快速发展，对时间同步的要求日益迫切，需要准确、安全、可靠的时间源，为电力系统各类运行设备提供精确的时间基准。尤其是智能变电站建设工作的推进，智能电子设备、合并单元、PMU、行政测距等装置对时间同步的要求更加迫切，时间同步精度和稳定性的提高，是提高线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校验的准确性的关键因素，是提高电网事故分析和稳定控制的水平，提高电网运行效率和可靠性，适应我国大电网互联、特高压输电的发展关键需求。

由于电力系统规模不断扩大，电力设备以及各子系统的数量类型都有了很大地增长。但是当前各个设备以及子系统对时处在开环状态，无法对各个设备以及系统的对时状态进行综合管理，存在发生事故后因对时错误造成误判引起处理方法的不当，甚至造成设备死机扩大事故范围。

通过变电站对时系统闭环在线监测研究与应用，可以改变变电站内保护、测控装置仅单向被动接收GPS时钟装置利用IRIG-B码或秒脉冲方式对间隔装置进行对时的现状。形成对时监测闭环系统，实现被对时设备是否正确守时的在线监测，杜绝了因设备未正常守时或时间跳变造成的事故发生，大大提高了现场装置的安全稳定运行，符合《国调中心关于加强电力系统时间同步运行管理工作的通知》(调自〔2013〕82号)要求。

因为《国调中心关于加强电力系统时间同步运行管理工作的通知》(调自〔2013〕82号)要求，各地供电公司都开始了时间同步在线监测管理系统的研究和推广。现有的时间同步监测的判断原理多基于乒乓对时的原理，也有智能变电站采用的基于GOOSE对时状态传输处理方案。

现有的时间同步判断监测，多基于网络对时报文的传输，对于对时网络依赖性较高，且在进行时间同步的计算时，必须要考虑到网络的传输的时延，实验方法较为繁琐。

技术实现要素：

发明目的：为了及时发现变电站二次装置时钟失步的问题，本发明提供一种二次装置时钟失步在线监测系统。

本发明的另一目的是提供一种二次装置时钟失步在线监测方法。

技术方案：一种二次装置时钟失步在线监测系统，包括GPS对时源装置、对时空节点、被对时装置、监控主机及报警装置，所述GPS对时源装置通过对时空节点电连接被对时装置，所述被对时装置通过信号连接监控主机，所述监控主机用于接收被对时装置发送的的SOE信号；通过各被对时装置的SOE信号的时标和监控主机收到SOE信号时的绝对时间的差值监测被对时装置是否存在对时失步。

一种二次装置时钟失步在线监测方法，该方法包括以下步骤：

(1)GPS对时源装置发出IRIG-B码，对时空节点发出硬件脉冲对时信号，所述被对时装置采用该IRIG-B码对时，并接入硬件脉冲对时信号作为遥信开入信号；

(2)当GPS对时源装置在整秒时，硬件脉冲对时信号输出上升沿，对时空节点由开断变为闭合；

(3)对时空节点闭合后，将硬件脉冲对时信号作为遥信开入信号接入被对时装置，被对时装置生成SOE信号，并将SOE时间信号传送给监控主机；

(4)计算各被对时装置的SOE信号的时标和监控主机收到SOE信号时的绝对时间的差值，将第i个被对时装置的差值记作Δt(i)，违反正态分布的Δt(i)为对时失步的被对时装置，当检测到对时失步的被对时装置时，报警装置进行报警并指出对时失步的被对时装置，其中i为大于1的整数。

有益效果：相比较现有技术，本发明提供的一种二次装置时针失步在线监测系统，GPS对时源装置提供对时码给所有的被对时装置，使得各被对时装置具有一致的时间标准；通过对时空节点的设计，简化对时输出形式，方便被对时设备接收信号；本发明是基于变电站二次装置和变电站监控主机之间的相对时差，因此对变电站监控主机时间的精确度要求不高。不同于其他SOE信号，因SOE信号其本身别无事故信息含义，只取其所上送时标计算，因此该类信号一般只用于提供给后台监控系统计算，无需实时推送后台告警窗，简化了工作程序。

本发明提供的一种二次装置时针失步在线监测方法，可以及时发现变电站二次装置时钟失步的问题，更加精确的计算出时间的偏差，不需要依靠网络时间因此也不受网络延时的影响，提高了系统的时间同步精度和稳定性，从而提高电网事故分析和稳定控制的水平，提高电网运行效率和可靠性，对各个设备以及系统的对时状态进行综合管理，为发生事故后及时准确提出处理方法提供保障。

附图说明

图1是二次装置时针失步在线检测系统架构图；

图2是硬件脉冲对时信号波形图。

图3是各装置相对时差正态分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

从图1可以看出，二次装置时钟失步在线监测系统包括GPS对时源装置、对时空节点、被对时装置、监控主机及报警装置，所述GPS对时源装置通过对时空节点电连接被对时装置，所述被对时装置通过信号连接监控主机，所述监控主机用于接收被对时装置发送的的SOE信号；通过各被对时装置的SOE信号的时标和监控主机收到SOE信号时的绝对时间的差值监测被对时装置是否存在对时失步。计算各被对时装置的SOE信号的时标和监控主机收到SOE信号时的绝对时间的差值，将违反正态分布的差值所对应的被对时装置判断为对时失步的被对时装置，当检测到对时失步的被对时装置时，报警装置进行报警并指出对时失步的被对时装置。

本实施例中的对时空节点有16对；共有10台被对时装置，其中测控、保护装置各5台；该10台被对时装置通过以太网接入变电站后台监控主机，变电站后台监控主机可正常接收所有测保护装置的SOE信号。

使用该在线监测系统对二次装置时钟是否同步进行监测的步骤如下：

(1)GPS对时源装置发出IRIG-B码，对时空节点发出硬件脉冲对时信号，所述被对时装置采用该IRIG-B码对时，并接入硬件脉冲对时信号作为遥信开入信号；

(2)当GPS对时源装置在整秒时，输出上升沿，硬件脉冲对时信号由0变为1，对时空节点由开断变为闭合；

(3)多时空节点闭合后，将硬件脉冲对时信号作为开入信号接入被对时装置，被对时装置生成SOE信号，并将SOE时间信号传送给监控主机；

监控主机在采集SOE信号后，对SOE信号进行去抖操作，去抖时间应小于脉冲信号上升沿保持时间，避免SOE信号被监控系统作为无效信号丢弃。

(4)计算各被对时装置的SOE信号的时标和监控主机收到SOE信号时的绝对时间的差值，将第i个被对时装置的差值记作Δt(i)，违反正态分布的Δt(i)为对时失步的被对时装置，当检测到对时失步的被对时装置时，报警装置进行报警并指出对时失步的被对时装置，其中i为大于1的整数。

当对时装置在整秒发出对时脉冲时，因“对时校验”信号是由高电平触发，理论上给被对时装置产生的“对时校验”SOE的时标应是同一时间，且误差也将非常小，一般来说硬件脉冲对时信号开出的误差应在1us内，几乎可以忽略。因此我们可以通过计算各装置“对时校验”SOE的时标和变电站计算机监控主机收到此信号时的绝对时间的差值Δt(i)。并通过各Δt(i)的横向比较，判断出对时出错的装置。

理论上Δt(1)，Δt(2)……Δt(i)(i为被对时装置个数)，相互之间的差异应在-0.5ms至0.5ms的时间区间内成正态分布，违反正态分布的Δt(i)便可认定为对时失步。

当在线监测系统稳定运行后，可以通过以下步骤进行检验，已确认该系统是否可以正常运行：确认每台被对时装置均无报警，修改其中一台被对时装置时间使其失步，观察是否报警及是否指出该被对时装置，若可以实现报警以及指出了失步的被对时装置，则说明该在线系统可以正常工作。

GPS对时源装置每秒将自己的时间压缩成IRIG-B时间编码输出，通过对时线，装置按固定频率接收并解析该时间编码进行校时，IRIG-B校时能从输入信号中解析出精确的年/月/日/时/分/秒/毫秒信息，完成变电站内常规对时。通过GPS校时空节点的输出，利用电缆接线，直接接入变电站二次装置硬节点遥信开入端子，产生“对时校验”开入SOE信号。装置的GPS对时空节点与被对时装置应是一一对应的关系。所有的变电站二次装置均通过以太网采用网络通讯规约与变电站计算机监控主机通讯，把每台二次装置对时SOE信号上送给监控主机，便于监控主机在线检测变电站二次装置时钟同步情况。

从图2可以看出，每个脉冲的周期为1秒，即GPS秒脉冲信号处于上升沿时，即GPS对时源毫秒为0时，输出节点闭合，反之处于下降沿时输出节点打开，上升沿保持时间越为115ms。每当上升沿时闭合的节点便会导通正电，让二次装置产生一个硬遥信开入信号。

从图3可以看出，通过计算各装置“对时校验”SOE时标和变电站监控主机收到此信号时的相对时间的差值Δt(i)。求出Δt(1)，Δt(2)……Δt(i)(i为被对时装置个数)的平均值T，如式(1)，

T＝(Δt(1)+Δt(2)+……Δt(i))/i (1)

因为变电站SOE信号时间精度为1ms，结合式(1)便可得出装置时钟不失步的情况下各装置相对时间差值Δt(i)应分布在T-0.5ms到T+0.5ms的时间区间范围内，如式(2)，

Δt(i)<|T-0.5ms| (2)

变电站监控主机每秒钟进行计算，当发现有时间失步时，及时发出告警信号通知相关人员维护。

本实施例是基于变电站二次装置和变电站监控主机之间的相对时差，因此对变电站监控主机时间的精确度要求不高，无需必须精准守时。该SOE信号不同于其他SOE信号，因装置SOE对时信号其本身别无事故信息含义，只取其所上送时标计算，因此该类信号一般只用于提供给后台监控系统计算，无需实时推送后台告警窗，简化了工作程序。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。