220kV电网故障信息系统GPS时钟对时的应用和实现

故障信息系统GPS时钟对时的应用和实现王皓（安徽省电力调度通信中心，中国合肥市230022）ApplicationandRealizationonAdjusting-TimeofGPSonFaultInformationSysteminThetheatreWangHao2HeMing1ZhuChang-jiang1（1.AnHuiJIYuanpowerGridtechnologycorporation，HeifeiCityChina23008）（2.AnhuiStateGrid，HeifeiCityChina230061）摘要：统一对时是变电站自动化系统的最基本要求，它可以统一发电厂、变电站、各级调度的时间基准。故障信息系统是变电站最重要的自动化设备之一，因此，研究统一的GPS对时，有利于在广域范围内、相同时间基准下分析电网的故障信息。为此，本文重点阐述了GSP时钟对时方式、串口对时原理、IRIG-B码对时原理及其解码电路接口，对现场GSP的应用与维护有指导和现实意义。关键词：GPS变电站对时信息系统Abstract：Adjusting-timeisbasicrequisitioninautomationsysteminstation,whichcanunitetimebenchmarkofplant,stationandallkindsofdispatchingschools.Thefaultinformationsystemisoneofimportantautomaticequipments,sodoingresearchonunitingGPSiscontributedtoanalysefaultinformationofpowergridunderthewideareaandtheunitingtimebenchmark.Therefore,thisarticlemainlydiscussesthemannersofGPS,theadjustingtimetheoryoftheseries,thetheoryofIRIG-Bandtheinterfaceofdecodingcircuit,whichcanhelptoapplyandmaintainGPSinthetheatre.Keywords:GPS；station；adjustingtime；informationsystem;0引言统一对时是变电站自动化系统的最基本要求。电力系统的各种自动化设备，如故障信息系统子站、故障录波器、微机保护装置和RTU微机监控系统等，根据GPS提供的精确时钟同步信号，统一发电厂、变电站、调度机构的时间基准，可以在电力系统发生故障和操作，特别是短时间内发生连续故障的情况下，方便地分析研究各微机保护的动作行为、故障原因、故障类型、故障发生发展过程，这对于电网事故分析、保证电力系统安全稳定运行有着重要意义[1]、[2]。因此，研究故障信息系统GPS对时非常重要，有利于广域分析电网故障信息。为此，本文重点阐述了GSP时钟对时方式、串口对时方法、IRIG-B码对时原理及其解码电路接口，为现场调试提供重要的理论与实际依据。1.GPS对时方式发电厂、变电站的自动化设备的对时方式，主要有脉冲对时、串行对时、IRIG-B时钟码对时[24]。用户可以根据现场实际情况与需要，选择相应的对时方式。1.1脉冲对时方式脉冲对时方式多采用空接点接入方式，它可以分为：·秒脉冲(PPS)－GPS时钟1s对设备对时1次。·分脉冲(PPM)－GPS时钟1min对设备对时1次。·时脉冲(PPH)－GPS时钟1h对设备对时1次。1.2串行口对时方式被对时设备(故障录波装置、微机保护装置)通过GPS时钟的串行口，接收时钟信息，来矫正自身的时钟。对时协议有RS232协议、RS422/485协议等。该对时方式原理简单，易于实现。1.3IRIG-B时钟码对时方式IRIG-B是专为时钟传输而制订的时钟码标准。每秒钟输出一帧含有时间、日期和年份的时钟信息。这种对时非常精确。2．GPS串口对时与实现在此对时方式下，GPS装置以每秒一个信息的速度给故障信息系统子站发送信号。其中GPS串口信息的格式如下[57]：图1.GPS串口信息格式其中，字符S与秒脉冲（PPS）的前沿对齐，装置收到卫星信号则发送字符S，装置失步就停发字符S，S的ASCII码为53H；T为发送时间信息的信息头，T的ASCII码为54H；小时的十位、个位、分钟的十位、个位...直到年的个位信息，分别为0-9的ASCII码（30H-39H）；校验字节是小时的十位、个位、分钟的十位、个位...直到年的个位信息逐字节异或后再非运算的结果（即：异或非校验）；A为发送时间信息的信息结尾，A的ASCII码为41H。子站对时程序根据该信息把当前GPS时钟的时间解析出来，然后把系统子站时间校正为GPS当前时间，从而达到对时目的。在GPS对时过程中，子站只有接受到同步信号的时候，才进行对时。但由于某种原因，GPS发送的信号可能是失步的，此时，不能校正系统时间。例如：现在是2000年2月10号8点20分30秒，则在GPS同步时发送信息格式为：ST08203010022000F7HA，在串口上收到的原始信息为：53H54H30H38H32H30H33H30H31H30H30H32H32H30H30H30HF7H41H；在GPS失步时发送信息格式为：T08203010022000F7HA，在串口上收到的原始信息为：54H30H38H32H30H33H30H31H30H30H32H32H30H30H30HF7H41H。3．IRIG-B对时与解码实现随着电网朝着长距离、特高压和超规模方向发展，为了更精确的广域分析电网故障，故障信息系统子站应具有IRIG-B码对时功能。下图2为B（DC）码原理示意图，它是每秒一帧的时间串码，每个码元宽度为10ms，一个时帧周期包括100个码元，为脉宽编码。码元的“准时”参考点是其脉冲前沿，时帧的参考标志由一个位置识别标志和相邻的参考码元组成，其宽度为8ms，二进制“1”和“0”的脉宽为5ms和2ms。图2.IRIG-B原理示意图其中，一个时间格式帧从帧参考标志开始，因此连续两个8ms宽脉冲表明秒的开始。如果从第二个8ms开始对码元进行编码，分别为第0，1，2，…，99个码元。在B码时间格式中含有天、时、分、秒，时序为秒-分-时-天，所占信息位为秒7位、分7位、时6位、天10位，其位置在P0～P5之间。P6～P0包含其他控制信息。其中秒信息：第1，2，3，4，6，7，8码元；分信息：第10，11，12，13，15，16，17码元；时信息：第20，21，22，23，25，26，27码元；第5，14，24码元为索引标志，宽度为2ms。时、分、秒均用BCD码表示，低位在前，高位在后；个位在前，十位在后。利用IRIG-B码对时，关键是解析B码。而解码的关键在于检测B码中各个码元的高电平宽度，首先要检测连续两个8ms宽的码元出现的位置，然后再检测随后的30个码元脉冲宽度，以确定时、分、秒。检测高电平宽度，利用了如下图3的接口功能图，将B码送入单片机89C51的INT0端，在INT0引脚由低电平变为高电平时，启动单片机的内部定时器T0，开始计数；在INT0引脚由高变低时（即下降沿），触发INT0中断，读取计数器的值，脉冲宽度等于计数值乘以计数周期。形成毫秒值：将1kHz信号接到单片机的INT1端，每毫秒产生一次中断。INT1中断处理程序完成毫秒计数，当计到1000ms时完成秒加1，通过这种方式，就可以解码得到具体精确的时间。图3.B码解码功能原理图4．结语变电站实现GPS统一对时，对电网发生异常和故障时同一时标下的分析意义重大。本文重点阐述了GPS对时方式与方法，为现场调试提供了重要的理论与应用依据。参考文献[1]李瑞生,张克元,冯秋芳.电力系统自动化GPS精确对时的解决方案.继电器.1999[2]马晓军.变电站GPS对时方案.农村电气化.2007.[3]李阳春,王慧芳,郑金辉.电力系统故障综合信息处理系统.继电器.2007.[4]周斌,黄国芳,王耀鑫,张何.在变电站智能设备中实现B码对时.电力自动化设备.2005.[5]熊志昂等。GPS技术与工程应用。国防工业出版社，2005[6]卢文鹏。发电厂变电站电器设备。中国电力出版社，2002.[7]黄益庄。变电站综合自动化技术。中国电力出版社，2000.