国家电网时间同步装置改造案例

一、 国家电网华南地区变电站现有设备情况

国家电网华南地区变电站目前采用CEP226系列主从式GPS时间同步装置，采用220VAC交流电源供电。下游设备授时模式包含不仅限于：光IRIG-B(DC)、差分 IRIG-B（DC）、RS232 TOD、NTP等等，下游设备主要有FOXBORO DCS控制系统；南瑞、南自、许继、北京四方、保定浪拜迪等电气测控及保护设备。

二、 时间同步装置改造技术要求

改造方提供的时间同步装置应有中国电科院电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心关于时间同步装置（主/备钟）检测报告。

改造后的时间同步系统将形成北斗与GPS时钟双源、天地信号互备的时间同步系统，时间同步系统并且采用“主备式”系统组成方式。新增北斗/GPS时钟采用双电源冗余设计，单机信号输出至少80路，双机至少160路，配置输出端子冗余50%以上，保证后期扩容的可用性。北斗和GPS卫星时钟源保证任何时候均能接收4颗以上卫星信号，保证设备不失锁。

应能同时接收北斗与GPS卫星导航时标信号，电源装置也应冗余配置，当单电源供电时也能满足整机工作。时间同步系统的建设应考虑通过增容板卡，可以直接实现PTP功能。

时间同步装置采用采用双主机、双系统配置（含配套天线）。即主时钟采用两台主机（配置铷钟），正常运行时一台运行，另一台备用。正在运行的主机故障时，能无缝切换至备用主机上。每台主同步时钟均采用北斗二代和GPS两套授时系统，且以北斗二代卫星对时为主、GPS对时为辅，两套系统可以通过手动自由切换。在失去外部时间基准信号时具备守时功能，在守时保持状态下的时间准确度应优于1us/h。

时间同步装置应采用标准化机箱和模块化结构，所有模块支持热插拔，以及自动侦测，方便系统在线维护，保证授时系统连续可靠工作。时钟同步装置输入接口应包括卫星天线接口、地面时间基准接口。时频装置通过该输入接口分别与北斗/GPS卫星接收天线、与地面地面时间基准接口相连。时间同步装置输出信号有脉冲信号（1PPS、1PPM、1PPH）、IRIG-B码、串行口时间报文(TOD)、网络时间报文、DCF77等多种。其传输方式有光纤、以太网、RS-422、RS-485、同轴电缆等多种。同时具备相关信息的报警与显示。

三、时间同步装置解决方案

针对以上需求情况，北京北斗时间频率技术有限公司提供了XBD103时间同步装置，完全满足客户需求：

3.1时间同步装置系统应包含两台标准的最新主流二代以上GPS北斗主时钟，一台时钟扩展装置，两套天线数据源，支持双GPS热备和双IRIG-B热备且装备有高精度守时时钟。母钟可同时接入GPS和1路IRIG-B码外同步信号，互为备用。支持交直流双电源冗余供电。主机含2路GNSS输入，2路光IRIG-B(DC)输入。

3.2具备完善的北斗GPS信号性能监测，自动或手动选择主用卫星信号，GPS、北斗、CDMA、IRIG-B、恒温晶振OCXO可选。

3.3提供高精度网络GPS、北斗双模授时、串口授时、1PPS信号、IRIG-B信号。

3.4支持NTP/SNTP网络时间传输协议。

3.5支持ARP、ICMP、SNMP协议。

3.6支持本地和远程管理。

3.7 时间同步装置系统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)、IRIB-B信号(TTL、422、232、AC)、DCF77信号(有源、无源)、时间报文(RS232、RS422/485)、NTP网络时间信号，应涵盖电站所有设备需要的常规标准接口（其中监控系统、继电保护装置采用422直流差分及脉冲接口,RTU采用网口、485串口、其余需厂家现场确认），包括NTO 输出接口、PTP输出接口、TTL输出接口、485输出接口、光纤输出接口、告警输出接口。具备RS232、以太网管理端口。

3.8具有液晶显示和参数设置功能。

3.9可同时为回龙电站多台客户端、服务器、工作站提供时间校时服务。

3.10支持WINDOWS9X/NT/2000/XP/2003/2008/vista、LINUX、UNIX、SUN SOLARIS、IBM AIX、HP-UX等操作系统及支持NTP协议的路由器、交换机、智能控制器等网络设备。

3.11时间同步装置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，同时为将来现场网络改造扩建时增加对时端口提供了方便。

3.12机箱经防磁处理，抗干扰能力强。
3.13所有信号输出口均经过光电隔离，电磁抗干扰，达到III级标准，某一路输出信号短路，不会影响其它输出信号。

3.14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。
3.15接收天线应采用防雷设计、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。
3.16应选用高性能、宽范围的开关电源，工作稳定可靠。

3.17高精度的时间同步、信号输出与守时技术。

3.18时间同步装置系统技术标准：

a) 与外同步时钟信号同步精度高，同步精度优于±0.2μs。
b) 采用多同步源自适应同步技术，同步精度优于±0.2μs。
c) 时间报文输出采用了双CPU并行处理技术，串口报文发送时刻为秒的准时沿，误差不大于+0.2ms。
d) 脉冲输出采用脉冲大电流发生电路，使光电隔离空接点能输出高精度的脉冲信号，误差不大于3μs。
e) 采用无过冲IRIG-B(AC)码产生技术，产生高精度的IRIG-B(AC)码，精度可达5μs。
f) 支持NTP(Network Time Protocol,网络时间协议)版本4。
g) 采用闭环控制守时技术实现高精度守时时钟，采用OCXO守时精度可达到0.6μs/min，采用TCXO守时精度可达到4μs/min。

h）授时精度：脉冲、B码：0.1μS，串口：10μS ，NTP/SNTP：1-10ms，1PPS优于20nS（ 1σ）。

I）内部电池：电池类型：锂电池；电池寿命：≮25000h。

J）GPS接收器

接收频率（GPS L1）：1575.42MHz（L1信号）。

接收灵敏度：捕获〈-160dBW，跟踪〈-163dBW。

同时跟踪：正常状态下可同时跟踪8～16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。

捕获时间：装置冷启动时，〈1min；装置热启动时，〈20s。

K）北斗接收器

接收频率（BD2 B1 ）：1561.098±4MHz。

接收机灵敏度：-157.6dBW；

L）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)。如选用铷原子钟，守时精度优于1μS/24小时。

M）功耗：≤20W。

N）绝缘电阻：≮20MΩ。

O）平均无故障间隔时间(MTBF)≥150000小时；平均维修时间（MTTR）≤30分。正常使用条件下无需维护。

P） 输出时间与协调世界时（UTC）时间同步准确度：≤20nS。

Q）1PPS信号：下降沿，下降时间≤10nS；下降沿的时间准确度≤20nS；IRIG-B（TTL/422）时间准确度≤0.1μS。时间报文准确度：≤0.2mS。（如需更高精度要求，可做到10μS，订货时须说明）。

R）IRIG-B（TTL/422）时间准确度≤0.1μS。

时间报文准确度：≤0.2mS。（如需更高精度要求，可做到10μS，订货时须说明）。

S）网络接口：10/100M自适应以太网接口，RJ－45。

T）吞吐量：满足每秒10000次时间请求。

U）时间准确度：0.2-10ms。