时间同步系统白皮书.docx

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时间同步系统白皮书

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时间同步系统白皮书

公司简介

成都可为科技发展有限公司成立于2000年7月，位于成都市高新技术产业开发区高新孵化园（国家软件基地），是专业从事美国GPS全球定位系统，中国北斗星定位系统、原子钟等相关时间类产品研发、生产、销售的国家级高新技术企业。

由可为公司自行研发生产并提供的授时产品主要有：

CT-TSS2000时间同步系统，CT-GPS25、CT-GPS301、CT-GPS2003、CT-GPS2002系列全球卫星同步时钟，CT-CBD001系列北斗星同步时钟等，这些产品的特点是输出格式多，时间精度和可靠性高，使用方便，不受地域等条件的限制，抗干扰能力强，广泛应用于同步时钟系统的建立以及各种需要高精度授时的自动化装置和自动化系统。

其中的CT-GPS2003具有网络接口（TCP/IP或NTP协议），适用于计算机网络或自动化系统的高精度授时；CT-GPS2002具有IRIG-B码输出格式，适用于需要B码授时的自动化设备和自动化系统。

目前可为公司的授时产品已经在我国军队、电力、电信和民航等行业有近五千台套在运行使用，用户反应十分良好！

鉴于我国电力行业迅速发展，与其相关的自动化产品迅速增长,电力系统的安全稳定

运行对时间的基准同一和同步性及精度要求进一步提高，在电网内的电厂变电站及调度中心建立专用的时间同步系统已经显得十分迫切和必要。

可为公司为此组织专业的技术队伍，成功研发了CT-TSS2000（COVETECHNOLOGY-TIMESYNCHRONOUSSYSTEM2000）时间同步系统。

CT-TSS2000时间同步系统是可为公司在六年来的专业积累基础上，充分发挥自身在授时产品领域的技术优势和应用经验，依托相关的科研院所和军工企业，结合美国GPS全球定位系统，中国北斗星定位系统、原子钟及IRIG-B码靶场时间标准等技术特点并考虑了各种涉及国家安全等的关联因素，在满足电力系统现在的需要及将来的发展要求基础上自主开发的具有国内先进水平的授时产品，该产品是专业用于电厂变电站及调度中心同一时间基准和时间同步系统的建立的授时系统.该系统实现了时间多源头（GPS、北斗星、原子钟、高精度晶振、IRIG-B时间码基准）、输出多制式（串口、脉冲、网络、B码等）、满足多设备（系统输出可以任意扩展，可以满足任何规模任何方式的时间信号需求）的要求，保证了时间需求的高精确度、高稳定性、高安全性，高可靠性，将电力系统的时间同步精确度、稳定性、安全性和可靠性提高到一个更新更高的台阶。

可为公司具有现代企业的管理机制，注重人才培养及新产品开发，有严格的产品质量控制和售后服务体系，可为公司作为专业的授时产品的提供商和服务商，将不断拓展授时产品的应用空间和领域，积极致力于授时产品的行业应用、专业化和产业化。

可为公司将秉承“可为、有为、大有可为”的经营理念，以“立足科技、矢志创新、有所作为”为宗旨和“成为一流的时间类产品提供商和服务商”为目标，大力开发生产授时类产品，竭诚为我国的国防军事、电力电信和民航等行业和领域提供专业的授时产品全面解决方案。

可为公司愿与广大用户真诚合作，不断创新，共同发展。

携手合作，大有可为！

一、概述…………………………………………………………………1

二、引用标准……………………………………………………………1

三、CT-TSS2000对时方式简介…………………………………………2

四、CT-TSS2000对时基准简介…………………………………………3

五、系统方案……………………………………………………………4

六、CT-TSS2000的用途及特点…………………………………………5

七、技术指标……………………………………………………………6

（一）主时钟…………………………………………………………6

（二）信号扩展箱……………………………………………………8

八、系统组成及组屏结构………………………………………………9

九、主要功能……………………………………………………………10

十、工作原理…………………………………………………………10

十一、时间报文…………………………………………………………11

十二、售后服务…………………………………………………………12

一、概述

现在的电网大部分都是以超高压输电、大机组和自动化为主要特征的现代化大电网。

它的运行实行分层控制，设备的运行往往要靠数百公里外的调度员指挥；电网运行瞬息万变，发生事故后更要及时处理，这些都需要统一的时间基准。

为保证电网安全、经济运行，各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置广泛应用，如调度自动化系统、故障录波器、微机继电保护装置、事件顺序记录装置、变电站计算机监控系统、火电厂机组自动控制系统、雷电定位系统等等。

这些装置的正常工作和作用的发挥，同样离不开统一的全网时间基准。

因此电力系统的安全稳定可靠运行对时间的基准同一和同步性及精度要求进一步提高，在电网内的电厂变电站及调度中心等建立专用的时间同步系统已经显得十分迫切和必要。

自动化装置内部都带有实时时钟，其固有误差难以避免，随着运行时间的增加，积累误差越来越大，会失去正确的时间计量作用，因此，如何对实时时钟实现时间同步，达到全网的时间统一，长期以来一直是电力系统追求的目标。

目前，这些装置内部的实时时钟一般都带有时间同步接口，可以由某一种与外部输入的时间基准同步或自带高稳定时间基准的标准时钟源，如使用GPS或北斗星标准时间同步钟对其实现时间同步，这为建立时间同步系统，实现时间统一，提供了基础。

CT-TSS2000时间同步系统结合美国GPS全球定位系统，中国北斗星定位系统、原子钟及IRIG-B码靶场时间标准等技术特点并考虑了各种涉及国家安全等的关联因素，在满足电力系统现在的需要及将来的发展要求基础上自主开发的具有国内先进水平的授时产品，该产品是专业用于电厂变电站同一时间基准和时间同步系统的建立的系统.该系统实现了时间多源头（GPS、北斗、原子钟、高精度晶振、IRIG-B码基准）、输出多制式（串口、脉冲、网络、B码等）、满足多设备（系统输出可以任意扩展，可以满足任何规模任何方式的时间信号需求）的要求，保证了时间需求的高精确度、高稳定性、高安全性，高可靠性，将电力系统的时间同步精确度、稳定性、安全性和可靠性提高到一个更新更高的台阶。

二、引用标准

CT-TSS2000时间同步系统引用了以下技术标准、要求及规范：

HD/01-2002《华东电网时间同步系统技术规范》

GJB2242-1994时统设备通用规范

GJB2991-1997B时间码接口终端

GB/T15527-1995船用全球定位系统（GPS）接收通用技术条件

GB11014-1990平衡电压数字接口电路的电气特性

GB/T6107-2000使用串行二进制数据交换的数据终端设备和数据电路终接设备之间的接口

GB/T14429-1993远动设备和系统术语

GB/T16435-1996远动设备和系统接口

GB/T17463-1998远动设备和系统性能要求

GB/T13926-1992工业过程测量和控制装置的电磁兼容性

三、授时方式简介

CT-TSS2000时钟同步系统为电厂内各种自动化装置或系统对时，给微机保护，故障录波，监控系统，热工控制，能量计费等设备和系统提供以下各种授时方式：

1、脉冲同步信号：

装置的同步脉冲常用空接点方式输入。

常用的脉冲信号有：

1PPS---每秒钟发一次脉冲

1PPM---每分钟发一次脉冲

1PPH---每小时发一次脉冲

用途：

对国产故障录波器、微机保护、雷电定位系统、行波测距系统对时。

故障录波装置分别由不同的厂家生产；保护装置国内以许继、南瑞、南自、四方公司及阿继的产品为主。

2、串行口授时方式：

装置通过串行口读取同步时钟每秒一次的串行输出的时间信息对时。

串行口又分为RS232接口和RS422（RS485）接口方式。

用途：

对电能量记费系统、输煤PLC、除灰PLC、化水PLC、脱硫PLC、自动化系统、控制室时钟对时。

3、IRIG—B方式授时：

IRIG-B为IRIG委员会的B标准，是专为时钟的传输制定的时钟码。

国外进口装置式授时常使用该信号为输入方。

每秒输出一帧按秒、分、小时、日期的顺序排列的时间信息。

IRIG-B信号有直流偏置（TTL）电平、1KHz正弦调制信号、RS422电平方式、RS232电平方式四种形式。

用途：

给某些进口保护或故障录波器授时。

如SEL公司保护、GE公司的保护、ABB公司的保护、HATHAWAY的故障录波器、ALSTOM公司的保护、惠安公司的自动化装置、莱姆公司的BEN5000故障录波器、西门子设备等。

有了以上授时接口方式，可就以变电站和电厂及调度中心内的所有需要时间信号的装置和系统授时，达到同一时间基准和时间同步的目的。

四、时间系统授时基准简介

CT-TSS2000时间同步系统所使用的时间基准主要有GPS、北斗星、外部IRIG-B时间码、恒温晶体振荡器、铷原子钟等等；

1、GPS简介：

全球定位系统（GPS）是本世纪70年代由美国研制的新一代空间卫星导航定位系统，全球定位系统由三部分构成：

（1）地面控制部分，由主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的工作）、地面天线（在主控站的控制下，向卫星注入寻电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成；

（2）空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；（3）用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。

24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。

由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，每秒钟就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。

考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。

2、北斗星简介：

“北斗一号”卫星定位系统是中国自主设计发射并管理运行的的区域性全天候定位导航系统，该系统采用我国最先进的东方红Ⅲ号通讯卫星平台，由两颗地球静止卫星（800E和1400E）、一颗在轨备份卫星、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。

系统的工作过程是：

首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播。

用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。

中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。

对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：

即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。

由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。

另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。

从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。

为了在特殊时期不影响时间同步系统的安全稳定运行，对重要的变电所和电厂和调度中心，必须配备使用中国自己的北斗星时间信号为主时钟时间信号。

3、IRIG-B时间码简介：

IRIG（InterRangeInstrumentationGroup）是美国靶场司令部委员会的下属机构，一般称为“靶场时间组”，IRIG时间标准有两大类：

一类是并行时间码格式，这类码由于是并行格式，传输距离较近，且是二进制，因此远不如串行格式应用广泛；另一类是串行时码，共有六种格式，即A、B、D、E、G、H，它们的主要差别是时间码的帧速率不同，B码的主要特点是帧速率为每秒一帧，经译码后可获得秒脉冲信号和BCD编码的时间信息及控制功能信息；高分辨率，调制后的B码带宽，适用于远距离传输；B码分直流、交流两种，具有标准化接口，国际通用。

4、恒温晶体振荡器简介：

恒温晶体振荡器是由一个精密石英晶体谐振器、恒温模块、温度传感器、加热装置、恒温电路、振荡电路和绝缘材料组成。

晶体谐振器和其他温度敏感性电子元器件都放置在恒温模块中。

在此模块中，温度传感器、加热装置、恒温电路和绝缘材料一起工作使恒温槽保持一个恒定的温度。

通过保持晶体的恒温，振荡器较其它形式的晶体补偿方式而言，输出更加稳定。

5、铷原子钟简介：

铷原子频标是目前国际上常用的三种原子频标（铯原子频标、氢原子频标、铷原子频标）之一，其中铷原子频标是最易制造，体积最小，价格最低的一种。

五、系统方案

根据我们的工程经验，我们提出了以下组屏式CT-TSS2000时间同步系统授时方案。

具体可结合各站的实际情况和要求予以提供详尽可行的系统方案供用户选择。

1、在电厂、变电站主控制室及机组监控室，500KV、220KV继电保护小室分别安装一面时间同步系统屏（见附件）。

两台主时钟完成GPS或北斗星卫星信号的接收、处理，及向信号扩展装置提供标准同步时间信号（IRIG-B）；

每台主时钟同时具有接收另一台主时钟所送出的IRIG-B时间信息的功能，达到两台主时钟之间能够互为备用；

每台主时钟具有内部守时功能。

扩展装置接收主时钟提供的时间信息，经过扩展向其它装置提供多路输出接口。

主时钟和时间扩展装置之间通过光纤或通讯电缆连接。

2、时间同步系统屏配置的GPS卫星同步时钟提供各种时间同步信号，用于实现电站内计算机监控系统、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU及各级能量管理系统、用电负荷管理系统、通信网监控系统、电能量记费系统、电网频率按秒考核系统、功角测量装置、线路故障行波测距装置、雷电定位装置、调度录音电话、各类信息管理系统MIS、DCS系统、及各种输煤PLC、除灰PLC、化水PLC、脱硫PLC等的时间同步，使电厂内各设备具有统一的时间基准。

3、主时钟的时间信号接收单元能接收GPS卫星或北斗星的信号作为外部时间基准信号。

正常情况下，主时钟的时间信号接收单元独立接收GPS卫星或北斗星发送的时间基准信号；当某一主时钟的时间信号接收单元发生故障时，该主时钟能自动切换到另一台主时钟的时间信号接收单元接收到的时间基准信号，实现时间基准信号互为备用，切换时间小于秒，切换时主时钟输出的时间同步信号不会出错。

4、信号扩展装置的时间基准信号输入包括两路IRIG-B输入。

当信号扩展装置只接一路IRIG-B输入时，该路输入可以是IRIG-B输入1，也可以是IRIG-B输入2。

信号扩展装置接入两路IRIG-B时码输入时，以IRIG-B输入1作为该扩展装置的外部时间基准，IRIG-B输入2作为后备。

5、主时钟及扩展装置具有内部守时功能。

当接收到外部时间基准信号时，被外部时间基准信号同步；当接收不到外部时间基准信号时，切换到内部守时，保持一定的走时准确度，使主时钟或扩展装置输出的时间同步信号仍能保持一定的准确度。

当外部时间基准信号接收恢复时，自动切换到正常状态工作，切换时间小于，切换时时钟输出的时间同步信号不会出错。

6、输出的时间同步信号可满足秒（1PPS）、分（1PPM）、时（1PPH）、IRIG-B、空接点、以太网以及串口等方式。

7、主时钟及信号扩展装置所有时间同步信号输出时，各路输出在电气上均相互隔离。

8、主时钟及信号扩展装置具有工作状态指示、告警显示和告警信号输出功能。

告警信号的电接口类型为继电器空接点，接点耐压≤250VDC。

9、具有时间显示功能，运行状态下显示时、分、秒。

10、可采用两路直流电源供电，任何一路电源消失，主时钟及信号扩展装置仍保持正常工作。

11、组屏式结构可以根据用户需要比较方便地扩展时间信号输出量，而且不会影响整个系统的正常工作。

六、CT-TSS2000时间同步系统的用途及特点：

主时钟CT-TSS2000（以下简称CT-TSS2000）主要用来接收GPS（全球定位系统）卫星信号或接收北斗星信号或接收IRIG-B时间基准信号，并向信号扩展装置提供时间基准信号。

CT-TSS2000具有TTL脉冲电平测试口和内部守时功能。

如果GPS或北斗星信号失效时，可以使用外接IRIG-B信号来获得时间信息，如果这两种信息都不正确，本装置通过内部时钟来输出时间信号。

扩展装置CT-KZ2000（以下简称CT-KZ2000）提供多路B码信号、多路脉冲和多路串行口信号输出。

CT-KZ2000可以通过接收两路IRIG-B时间码作为时间基准以供本机工作，如果这两路信号都不足时，本装置通过内部守时时钟来输出时间信号。

七、技术指标：

环境条件

1）工作温度：

0℃～+40℃

2）贮存温度：

-40℃～+50℃

电气条件

1）电源：

直流190-260V

交流190-260V47Hz-52Hz

2）功耗：

不大于100W

（一）主时钟

1输入信号

GPS时间信号

1）获得数据时间:

---瞬时断电后重开机，≤20秒。

---位置未变，重开机，≤2分钟。

---位置和时间变化重开机，≤7分钟。

---本地第一次开机，≤15分钟。

2）位置精度：

≤±15m

3）时间精度：

≤±1μs

4）可同时跟踪3~12颗GPS卫星。

接收频率

北斗星时间信号

IRIG-B时间码

原子钟频标（通常选用铷原子钟）

电气特性：

RS422或AC

2、输出信号（标准配置）

1）RS232和RS422输出共4路，可通过跳线分别设置选择输出形式。

2）波特率（1200、2400、4800、9600）通过拨码开关可选。

可编程脉冲输出

输出端口特性：

---空接点C、E间外接电压：

VCE＜30V或VCE＜300V可选

---空接点C、E间允许电流：

ICE＜50mA或ICE＜10mA

1）输出脉冲可通过跳线分别设置选择输出形式：

1PPS、1PPM、1PPH

2）路数：

12路

3）精度

1PPS脉冲信号：

准时沿：

上升沿，上升时间≤150ns

上升沿的时间准确度≤5us

脉冲宽度：

20ms-200ms

1PPM脉冲信号：

准时沿：

上升沿，上升时间≤200ns

上升沿的时间准确度≤5us

脉冲宽度：

20ms-200ms

1PPH脉冲信号：

准时沿：

上升沿，上升时间≤1us

上升沿的时间准确度≤5us

脉冲宽度：

20ms～200ms

IRIG-B时间码

1）IRIG-B（DC）时间码：

RS422输出4路，准时上升沿的时间准确度≤5us。

2）IRIG-B（AC）时间码：

4路、幅度1v～10v可调、调制比3:

1、负载600Ω平衡输出（不共地），准时幅度变化点（斜率变化）的时间准确度≤35us。

网络接口（选配）

路数:

1路

接口：

支持NTP协议，RJ-45接口

（二）信号扩展箱

1、输入信号（标准配置）

IRIG-B（DC或AC）时间码

路数：

2路

电气特性：

RS422或AC

2、输出信号

串行接口

1）RS232和RS422输出共4路，可通过跳线分别设置选择输出形式。

2）波特率（1200、2400、4800、9600）通过拨码开关可选。

可编程脉冲输出

输出端口特性：

---空接点C、E间外接电压：

VCE≤30V或VCE≤300V

---空接点C、E间允许电流：

ICE≤50mA或ICE≤10mA

1）输出脉冲可通过跳线分别设置选择输出形式：

1PPS、1PPM、1PPH

2）路数：

24路，1-4路每路可分别设为1PPS、1PPM、1PPH,5-24路每4路可分别设为1PPS、1PPM或1PPH

3）精度

1PPS脉冲信号：

准时沿：

上升沿，上升时间≤150ns

上升沿的时间准确度≤5us

脉冲宽度：

20ms～200ms

1PPM脉冲信号：

准时沿：

上升沿，上升时间≤200ns

上升沿的时间准确度≤5us

脉冲宽度：

20ms～200ms

1PPH脉冲信号：

准时沿：

上升沿，上升时间≤1us

上升沿的时间准确度≤5us

脉冲宽度：

20ms～200ms

IRIG-B时间码（选配）

1）IRIG-B（DC）时间码：

RS422输出4路，准时上升沿的时间准确度≤5us。

2）IRIG-B（AC）时间码：

4路、幅度1v～10v可调、调制比3:

1、

负载600Ω平衡输出（不共地），准时幅度变化点（斜率变化）的时间准确度≤35us。

网络接口（选配）

路数:

2路

接口：

支持NTP协议，RJ-45接口

八、系统组成及组成结构：

图1

本时间同步系统由主时钟、信号扩展设备组成；信号传送主要运用IRIG-B时间码作为传输介质，网线采用带屏蔽层的双绞线或光纤。

设备组屏按照国标执行。

系统组屏：

图2

九、主要功能

1、直读显示：

年、月、日、时、分、秒。

2、显示外部基准时间信号（GPS或B时间码或守时方式）,显示电源状态

3、采用插卡式扩展，可任意扩展输出信号（脉冲信号、IRIG-B时间码、RS232/RS485）；

4、内置守时的高精度温度补偿晶振频率准确度优于1×10-8或铷原子钟频率准确度优于2×10-11。

5、具有故障报警功能；

6、当扩展设备外部基准信号丢失后，输出信号不会丢失。

7、信息显示采用LCD汉化，维护方便，人机界面应友好

十、工作原理

CT-TSS2000时间同步系统接收GPS卫星或北斗星的信号和IRIG-B时间码作为外部时间基准信号。

正常情况下，设备屏内主时钟独立接收GPS卫星或北斗星发送的时间基准信号，当GPS或北斗星信号失效时，则主时钟自动切换到外部IRIG-B时间码作为时间基准，当外部IRIG-B时间码也失效时，则主时钟自动切换到自身时钟源（高稳定恒温晶体振荡器或铷原子钟）进行时间保持。

信号扩展箱通过接收上级主时钟送来两路IRIG-B时间码信息和自身的高稳定恒温晶体振荡器分别作为时间信号源，优先选用一路主时钟IRIG-B时间码作为基准，当该IRIG-B时间码失效时自动切换到另一路IRIG-B时间码作为基准，当两路IRIG-B时间码均失效时，则信号扩展箱自动切换到自身时钟源（高稳定恒温晶体振荡器）进行时间保持，然后通过扩展箱处理输出多路同步信号：

IRIG-B时间码、脉冲信号（1PPS、1PPM、1PPH）、RS232时间信息、RS485时间信息，提供用户对时使用。

CT-KZ2000信号扩展箱采用LCD汉化显示输入输出信号状态，维护方便，人机界面应友好。

十一、时间报文

（1）.信息格式一（可选）

＜Ｓ＞＜Ｔ＞DDDDDDDDDDDDDDD＜Ａ＞

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