辽宁电力时钟同步系统.docx
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辽宁电力时钟同步系统
辽宁电网时钟同步系统建设（一期）
可行性研究
说明书及估算书
中国电力工程
东北电力设计院
顾问集团
设综甲级A122000185
勘察证书070001-kj
环评证书A1605
质量管理体系证书05004Q10052R0L
2011年6月长春
辽宁电网时钟同步系统建设（一期）
可行性研究
批准：
审核：
校核：
编写：
2011年6月
目录
第一部分说明书5
1总则6
1.1设计依据6
1.2设计范围6
1.3设计原则6
1.4主要设计内容6
2辽宁电网时钟同步系统建设的必要性7
2.1辽宁电网时钟同步系统现状7
2.2辽宁电网时钟同步系统建设的必要性7
3辽宁电网时钟同步系统建设方案8
3.1系统功能8
3.2时钟同步系统建设总体方案8
3.3时钟主机系统12
3.4时钟网管系统建设13
4通信通道建设方案14
4.1通道要求14
4.2通信现状15
4.3通道组织16
4.4设备配置17
5设备配置17
第一部分说明书
1总则
1.1设计依据
a）数字同步网工程设计规范（YD5089-2000）
b）时统装置通用规范（GJB2242-1994）
c）B时间码接口终端（GJB2991-1997）
d）基准时钟的定时特性（ITU－TG.811）
e）IRIG-B标准（200－89和IEEEStd1344-1995）
f）全球定位系统（GPS）术语及定义（GB/T19391-2003）
1.2设计范围
本设计为辽宁电网时钟同步系统建设（一期）的可行性研究，内容包括：
a）时钟同步系统建设的必要性；
b）时钟同步系统方案设计；
c）时钟网管系统方案设计；
d）工程投资估算。
1.3设计原则
a）辽宁地区电网实现时间整体同步：
将各调度端、各厂站的局部时间进行同步，进而实现全省电网范围内所有设备的时间同步。
b）辽宁地区电网实现频率同步和时间同步的统一：
将通信设备的频率同步和二次设备的时间同步进行统一。
c）设计采用标准化、成熟、先进的设备，以确保时钟同步系统的精确性。
d）设计内容深度按有关规程、规定执行。
1.4主要设计内容
a）辽宁电网时钟同步系统的功能。
b）辽宁电网时钟同步系统的硬件实现方案。
c）辽宁电网时钟同步系统的软件实现方案。
d）对系统通信建设的需求
e）设计水平年为2011年
2辽宁电网时钟同步系统建设的必要性
2.1辽宁电网时钟同步系统现状
目前，辽宁省电力系统时钟同步主要存在以下两个问题：
第一，目前辽宁省电力系统内任一调度端或厂站端内部均已实现了全站统一时钟，但在各调度端、各厂站之间尚未实现时间同步，即目前电网内只实现了局部时间同步，尚未实现整体时间同步。
第二，目前通信设备的频率同步系统和二次设备的时间同步系统分别采用不同的系统实现，即电网的频率同步和时间同步没有有机结合起来。
以上问题不仅影响电网的调度、通信、以及各种保护、自动化系统的运行，还影响着电力系统的管理及安全运行，制约着智能电网的发展。
2.2辽宁电网时钟同步系统建设的必要性
随着电力系统规模的不断发展以及自动化水平的不断提高，对系统时钟同步的提出了更高的要求。
电力系统的故障分析、监视控制及运行管理都需要建立在统一的时间基准之上。
全网范围内的时间与频率的统一是电力系统建设与发展的重要基础，主要包括以下三个方面：
a）电力系统故障分析对时钟同步的需求
由于目前各时间同步系统的厂家不同，设备各异，导致各系统时间不一致，难以完整描述事件顺序，难以保证系统运行及故障分析的要求。
为正确分析电网事故发生原因，需要对时间同步装置进行统一，建立一个全网统一的时间同步系统，为各专业、各种装置提供准确统一的时间同步信号，为电网的安全可靠运行提供技术保障。
全网统一时钟有助于事后进行分析，分析和比对各种故障的发生、发展的过程，为优化保护和控制、防止灾难性事故发生提供依据，确保电力系统安全、稳定、经济运行。
b）各自动化系统之间信息交互对时钟同步的需求
随着电力系统规模的扩大，其自动化系统也越来越复杂，为实现不同系统之间的通信，首先必须要提供一个统一的系统时钟，使整个控制系统内部各个站点的时钟保持同步。
电力系统内部信息交换量大，状态改变快，只有满足一定的时钟同步精度，才能对相位比较、故障记录、事件顺序启动等功能给予保障。
c）智能变电站对时钟同步的需求
随着智能变电站的建设，电子式互感器得到了广泛应用。
各个电子式互感器之间，尤其是不同间隔内的互感器，通过采取时钟同步手段来保持严格的采样同步。
全网内时间统一是智能变电站各种保护设备运行的基础。
综上所述，实现全网内时间同步对电力系统的建设与运行具有重要的意义。
同时，实现频率同步和时间同步的统一，不仅可以减少重复投资，还可以增强系统的安全性、可靠性、稳定性和有效性。
整体时钟同步系统是实现全网内时间和频率统一的重要手段。
3辽宁电网时钟同步系统建设方案
3.1系统功能
时钟同步系统主要为全网内各级调度、厂站内的设备提供统一标准的时间、频率信号。
主要包括以下两个方面：
a）全网时间的统一
目前电力系统在任一个调度、厂站内部已实现全站统一时钟，即局部时间同步。
但在各级调度、厂站之间尚未实现整体时间同步。
本系统投运后，将为全网内各级调度、厂站内的设备提供统一的时间标准。
每一个调度、厂站内既有独立的时钟信号，又接收上一级部门的整体时钟信号，并进行比对分析，保证时间信号的同步性和准确性。
b）时间与频率的统一
目前通信设备的频率同步系统和二次设备的时间同步系统分别采用不同的系统实现。
本系统投运后，频率同步功能和时间同步功能将采用同一个系统实现，将电网的频率同步和时间同步有机结合起来。
3.2时钟同步系统建设总体方案
IEC61850规约中对于时间精度的定义如下：
a）保护和控制事件用标准智能电子设备时间同步，分为两类：
●T1类，精度±1ms，用于事件时标；
●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。
b）互感器用标准智能电子设备IED时间同步，分为三类：
●T3类，精度±25μs，用于P1性能类
●T4类，精度±4μs，用于P2性能类，M1测量类
●T5类，精度±1μs，用于P3性能类，M2/3测量类
辽宁省时钟同步系统采用分级建设的原则：
在辽宁省调设置一级时钟主机，在各地调设置二级时钟主机，在地区内各厂站设置三级时钟主机。
其中，每一级时钟主机均包括时间输入、频率输入、时间输出、频率输出四个主要单元。
具体如下：
a）辽宁省调设置一级时钟主机，功能包括：
●时间输入：
GPS、北斗、国调/东北网调通过PTP（IEEE1588精确时钟同步协议）提供的时间基准信号
●频率输入：
铷钟、铯钟、国调/东北网调提供的PRC/LPR（全国基准时钟信号/区域基准时钟信号）
●时间输出：
向省调各设备、以及通过PTP协议向下一级时钟（各地调）提供时间基准信号
●频率输出：
向通信SDH设备提供频率基准信号
b）各地调设置二级时钟主机，功能包括：
●时间输入：
GPS、北斗、上一级时钟（辽宁省调）通过PTP协议提供的时间基准信号
●频率输入：
2台铯钟、上一级时钟（辽宁省调）提供的通信频率
●时间输出：
向地调各设备、以及通过PTP协议向下一级时钟（各厂站）提供时间基准信号
●频率输出：
向通信SDH设备提供频率基准信号
c）各厂站设置三级时钟主机，功能包括：
●时间输入：
GPS、北斗、上一级时钟（各地调）通过PTP协议提供的时间基准信号
●频率输入：
高稳定恒温晶振、上一级时钟（各地调）提供的通信频率
●时间输出：
向厂站各设备提供时间基准信号
●频率输出：
向通信SDH设备提供频率基准信号
本期主要完成辽宁省调一级时钟主机，以及沈阳、大连、鞍山、抚顺、辽阳、朝阳6个地调二级时钟主机的建设。
除时钟主机外，本期在辽宁省调建设1套时钟网管系统，通过电力调度数据网II区管理各级时钟主机。
本期时钟同步系统结构如图3.2.1-1所示。
图3.2.1-1本期时钟同步系统结构
3.3时钟主机系统
3.3.1硬件系统建设
各级时钟主机的硬件系统主要由时间标准模块、频率标准模块、时间校正模块、频率校正模块、多源比对模块、时钟处理模块、时间输出模块、BITS输出模块和电源模块组成。
a）时间标准模块：
提供本系统的标准时间来源。
时间来源包括三个部分，分别为GPS对时信号、北斗对时信号、以及上一级调度通过PTP（IEEE1588精确时钟同步协议）提供的时间基准信号；
b）频率标准模块：
提供本系统工作的标准频率。
一级时钟主机频率来源包括本地铷钟、本地铯钟、上一级调度提供的PRC/LPR（全国基准时钟信号/区域基准时钟信号）；二级时钟主机频率来源包括2台本地铯钟；
c）时间校正模块：
通过对每一路时间标准源的测量，为校准频率和修正内部时间提供基础数据；
d）频率校正模块：
通过对每一路频率标准源的测量，调整频率源的频率准确度；
e）多源比对模块：
每一级时钟主机均采用多路时间和频率基准输入，并进行比对，确保时间和频率的精确性和各级时钟的同步性；
f）时钟处理模块：
对时钟信号进行处理，并提供提供显示、通讯、控制等动能。
g）时间输出模块：
通过PTP协议向下一级时钟（各地调）提供时间基准信号，采用E1口输出时间基准信号至通信设备；
h）BITS输出模块：
向通信SDH设备提供频率基准信号。
3.3.2软件系统建设
各级时钟主机的软件系统主要包括时间源管理功能、频率源管理功能、测量功能、校正功能、切换输出功能、主控制功能、以及通信功能。
a）时间源管理功能：
解析在线的GPS、北斗以及PTP数据包的数据信息、状态信息、秒信号，根据解析结果判断信号的质量和可用性，选择时间信息。
b）频率源管理功能：
接收并解析各路频率源，获取相应频率信息；
c）测量功能：
量化外部时间源和所有频率源的信息优劣程度，作为时间节点设备频率源准确度校正，时间信号准确输出的数据依据；
d）校正功能：
根据时间源的秒间隔测量值，采用标准方差,对多次测量值进行偏差估算，以及采用卡尔曼滤波器算法平滑处理标准信号的抖动，各时间源见相参互补，获取频率源修正值，采用频率微调方法控制相位精度。
通过长时间的频率测量，可以克服测量过程中短期频率稳定度对最终测量精度的影响；
e）切换输出功能：
根据校正和比对的结果，选择使用最优时钟源输出时间信号和频率信号；
f）主控制功能：
完成各种数学算法的运算、运行方式组态和系统状态管理；
g）通信功能：
输出时钟信息和各级主机的当前状态至网管系统。
3.3.3通信通道需求
各级时钟主机系统的通信通道需求主要包括两个方面：
a）本期辽宁省调的一级时钟主机向沈阳、大连、鞍山、抚顺、辽阳、朝阳地调的二级时钟主机通过PTP协议发送时间基准信号，需光纤通道，带宽为2*2M。
为避免不同光纤路径造成时间传输差异，本期采用同一路由。
各级时钟主机通过E1口接入通信SDH设备。
通信通道建设见第4章。
b）本期各级时钟主机接入电力调度数据网II区，通过1000M电口接入电力调度数据网II区的接入交换机。
辽宁省调和6个地调现有调度数据网设备能够满足本期要求，本期不再新增设备。
3.4时钟网管系统建设
3.4.1硬件系统建设
由于本工程仅配置省调和地调的时钟主机，尚未配置变电站的时钟主机。
因此，本期仅在辽宁省调配置1套时钟网管系统，用于远程管理辽宁省调和6个地调的时钟主机。
远期各地区变电站配置三级时钟主机后，网管系统将采用分级配置，即省调配置一级时钟网管系统，用于管理各地调和省调直调变电站的时钟主机；地调配置二级时钟网管系统，用于各地区直调变电站的时钟主机。
本期时钟网管系统配置1台三层交换机、1台通信服务器、1台应用及Web服务器、1台历史服务器、1套IP磁盘阵列、以及1台防火墙。
a）三层交换机：
用于时钟网管系统组网，采用10M/100M/1000M自适应电口连接各个服务器；
b）应用及Web服务器：
用于运行网管系统应用程序，以及在线发布时钟信息；
c）历史服务器及IP磁盘阵列：
用于存储全网时钟信息，以及各级时钟主机运行状态信息；
d）通信服务器及防火墙：
用于连接电力调度数据网II区的接入交换机。
3.4.2软件系统建设
本期时钟网管系统主要包括远程维护功能、信息采集功能、信息存储功能、以及信息发布功能。
a）远程维护功能：
由于各级时钟主机和各级网管系统均接入电力调度数据网II区，每一台时钟主机都分配1个IP地址，通过时钟网管系统可以访问到每台时钟主机，可以对各级时钟主机进行参数设置、运行管理、远程维护等；
b）信息采集功能：
时钟网管系统通过电力调度数据网II区采集各级时钟主机的时间、频率信息，以及设备的运行状态；
c）信息存储功能：
时钟网管系统将每一时刻的时间、频率信息和各级时钟主机的运行状态信息、故障信息存储在IP磁盘阵列中；
d）信息发布功能：
时钟网管系统可以通过Web发布当前时钟信息。
3.4.3通信通道需求
本期时钟网管系统接入电力调度数据网II区，通过1000M电口接入电力调度数据网II区的接入交换机。
辽宁省调现有调度数据网设备能够满足本期要求，本期不再新增设备。
4通信通道建设方案
4.1通道要求
本期工程通道需求如下：
●辽宁省调——沈阳地调：
2*2M通道，采用同一个路由
●辽宁省调——大连地调：
2*2M通道，采用同一个路由
●辽宁省调——鞍山地调：
2*2M通道，采用同一个路由
●辽宁省调——抚顺地调：
2*2M通道，采用同一个路由
●辽宁省调——辽阳地调：
2*2M通道，采用同一个路由
●辽宁省调——朝阳地调：
2*2M通道，采用同一个路由
4.2通信现状
a）辽宁省公司SDH10Gb/s核心光通信网
辽宁省公司利用500kV和220kVOPGW光缆正在建设省内10G核心光通信网。
其中，以沙岭变、辽阳变、王石变、渤海变、金家变、庄河变、丹东变、南芬变、沈东变、省调组成10G核心光通信A网，以北宁变、王石变、徐家变、沈东变、省调、沙岭变、高台山变、彰武变、水泉变组成10G核心光通信B网。
地调两点接入10G核心网，设备采用ECI公司生产的XDM系列产品。
b）环沈SDH10Gb/s光通信电路
辽宁省公司利用沈阳地区光缆环网，建设了环沈阳地区的SDH10Gb/s和2.5Gb/s光缆通信电路，其中10Gb/s光通信站7个：
省公司、沈阳局、沈东变、浑河变、沙岭变、繁荣变、虎石台变；2.5Gb/s光通信站5个：
祁家变、张官变、文成变、大成变、韩屯变。
设备采用ECI公司生产的XDM系列产品，光缆多数采用220kVADSS。
接入系统光缆建设方案如图4.2-1、4.2-2所示。
图4.2-1省公司10G光环网现状图
图4.2-2环沈阳10G光环网现状图
4.3通道组织
1）辽宁省调——沈阳地调：
2*2M通道，采用同一个路由
2）辽宁省调——大连地调：
2*2M通道，采用同一个路由
3）辽宁省调——鞍山地调：
2*2M通道，采用同一个路由
4）辽宁省调——抚顺地调：
2*2M通道，采用同一个路由
5）辽宁省调——辽阳地调：
2*2M通道，采用同一个路由
6）辽宁省调——朝阳地调：
2*2M通道，采用同一个路由
4.4设备配置
现有通信通道建设能够满足本期需求，本期不再新增通信设备。
5设备配置
本期辽宁电网时钟同步系统设备材料清单见表5-1。
表5-1辽宁电网时钟同步系统设备材料清单
序号
设备名称
数量
单位
备注
一
辽宁省调一级时钟系统
1
铯钟
套
1
2
铷钟
套
1
3
时钟系统主机
套
1
含硬件、操作系统、数据库、应用软件
二
沈阳、大连、鞍山、抚顺、辽阳、朝阳六地调二级时钟系统
1
铷钟
套
12
2
时钟系统主机
套
6
含硬件、操作系统、数据库、应用软件
三
时钟网管系统
1
实时通信服务器
套
1
2
应用（Web）服务器
套
1
3
历史数据服务器
套
1
4
磁盘阵列
套
1
5
防火墙
套
1
6
网络交换机
套
1
7
网管系统软件
套
1
含操作系统、数据库、应用软件
四
辅助设备材料
1
同轴电缆
米
2400
2
控制电缆
米
2400
3
网线
米
2400
升级会员 