gps北斗高精度卫星时间同步系统应用案例
gps北斗高精度卫星时间同步系统应用案例
随着北斗产业的发展，北斗的应用范围在逐渐扩大，应用案例数量也在增加。高精度授时同步作为北斗系统的一个主要应用被广泛应用于电力、通信、广电、国防等领域。
一、卫星时间同步系统在台塑热电厂系统中的应用案例
台塑集团热电项目总投资31.6亿多元，其中环保投资就占了总投资额的四分之一。台塑热电厂在建设时，就同步配套安装了脱硫及除尘设备，2008年8月，第3台机组在国内率先投用脱硝设备。2015年至2016年，台塑热电提前完成超低排放改造，使3台燃煤机组达到了天然气机组的排放标准。
此次工程是针对一二期的卫星时间同步装置进行改造换型，采用安徽京准电钟电子科技有限公司的产品，型号为HR-901GB（2台主时钟，4台扩展时钟）。一二期继电器楼放一面屏（包含1台主时钟及1台扩展主时钟）、#1机电子室放一面屏（包含1台扩展时钟）、#2机电子室放一面屏（包含一台扩展时钟），#3机电子室放一面屏（包含1台主时钟）及#5机电子室放一面屏（包含1台扩展时钟）。
卫星时间同步系统由主时钟(标准同步钟本体)装置和时钟信号扩展装置以及时间信号传输通道组成。天线分别安装在一二期继电器楼楼顶上和#3机汽机房顶。主时钟装置与时钟扩展装置之间采用光纤连接。时间同步系统主要使用于500kV升压站系统的控制和保护设备（主要安装在一二期继电器楼继电器室）、#1/#2机组控制和保护设备（主要安装在集中控制楼#1电子室）、#3/#4机组控制和保护设备（主要安装在集中控制楼#4电子室）、#5机组控制和保护设备（主要安装在集中控制楼#5电子室）等二次设备的对时。
时间同步系统配置的主时钟及时间同步信号扩展装置设备用于实现发电厂内计算机监控系统、保护装置、故障录波器、DCS及脱硫装置等设备的时间同步，提供满足这些设备需要的各种时间同步信号。 时间同步系统应能接收北斗卫星和GPS卫星信号作为外部时间基准信号（北斗信号优先），当接收不到北斗卫星时，切换到GPS卫星信号。正常情况下，两台主时钟的时间信号接收单元独立接收北斗卫星和GPS卫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。主时钟应具有内部守时钟，当主时钟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，保持一定的走时准确度，使主时钟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，切换时间应小于0.5S，切换时主时钟输出的时间同步信号不得出错。时间同步信号扩展屏的时间基准信号输入应同时分别接收两台主时钟信号，并实现两个时间基准信号互为备用。主时钟屏配置满足多路时间同步信号扩展屏接入所需的接口。输出的时间信号满足秒(1PPS)、分(1PPM)、时(1PPH)、IRIG-B（DC）时码、IRIG-B（AC）时码以及串口、网口等方式 具有时间信号扩展功能，以满足用户不同要求方便地扩展时间同步信号的输出数量。主时钟设备屏和时钟信号扩展设备屏有多路时间信号输出时，不管信号接口的类型，各路输出在电气上均相互隔离。具有工作状态指示、告警显示和告警信号输出功能。
卫星时间同步系统是根据《华东电网统一时钟系统技术规范》、《上海电网GPS时间同步系统技术原则和运行管理规定》和《电力系统时间同步技术规范》设计的时间同步系统，它由时间同步系统主时钟和时间同步系统从时钟组成，可集中或单独组屏。该系统利用GPS（全球卫星定位系统）、北斗或IRIG-B（DC）码发送的秒同步信号和时间信息，向电力系统各种系统和自动化装置（如调度自动化系统、微机继电保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、远动装置、计算机数据交换网、雷电定位系统等）提供精确的时间信息和时间同步信号。
1.1 用途
卫星时间同步系统主要用途如下：
1、系统结合美国GPS、中国北斗、俄罗斯格罗娜丝等技术特点并考虑了各种涉及国家安全的关联因素，实现了输入多源头(GPS、北斗、格罗娜丝、高精度守时、IRIG-B码基准等)、输出多制式（TTL、空接点、IRIG-B、差分、串口、网络、光纤等）、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，可为电力、煤炭、轨道交通、石油化工、航道水运、邮电电信及相关领域的系统中需要接收时钟同步信号的装置及系统提供高精度、高稳定、高安全，高可靠的时间基准信号。
2、用作各级电力公司（电力局）机关和所属调度所、发电厂、变电站等单位的挂钟。
1.2 特点
1、与外同步时钟信号同步精度高，同步精度优于±0.2μs。
采用多同步源自适应同步技术，同步精度优于±0.2μs。
2、采用冗余结构
支持双GPS热备和双IRIG-B热备且装备有高精度守时时钟。时间同步系统主时钟可同时接入GPS和1路IRIG-B码外同步信号，互为备用。时间同步系统从时钟可同时接入2路IRIG-B码外同步信号，互为备用。主时钟和信号扩展装置都可采用了冗余化装置，保证了GPS时间同步系统的可靠性和稳定性。
3、模块化设计，多种输出接口，使用灵活方便。
可输出满足IEEE STD 1344-1995标准的IRIG-B(AC)码、IRIG-B(DC)码、以及可定义的时分秒脉冲空接点和时间报文信息，每12路为一组。2U装置最多可输出60路,4U装置最多可输出156路。
采用2U或4U 19”标准机箱，可单独组屏，支持光纤或电缆级连输入和输出，为将来卫星时间同步信号的扩展提供了方便，便于维护和管理。
4、双CPU并行处理时间报文输出技术
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。
5、高精度脉冲输出
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。
6、高精度守时时钟
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15μs/min。
7、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。
8、支持NTP（Network Time Protocol,网络时间协议）版本4
9、LCD显示日期和时间及外同步信息，具有电网频率测量功能
10、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。
11、有监视本装置运行状态的告警接点输出，包括电源消失告警、外同步信号消失告警、以及本装置自检异常告警。
12、多卫星系统接入以及不同系统间的无缝切换，保证了授时系统的安全性及可靠性。目前支持接入GPS、北斗、格洛纳斯等卫星系统。
13、适应更多的组网方式,互备方式、主从方式等。灵活多变的组网模式，适用于双钟或多钟互备、子母钟等方式。
14、设备运行状态可通过104规约上传到调度中心
- 技术指标
2.1 物理参数
2.1.1 机箱
时间同步系统主时钟和时间同步系统从时钟都采用标准19″机架式机箱，能牢固安装在配电盘内立柱上，高度为2U或4U。机箱外壳有可靠接地点。
外形尺寸：482.6mm(W)×260mm(L)×89mm(H)（2U）
482.6mm(W)×260mm(L)×178mm(H)（4U）
颜 色：计算机灰 （RAL 7032）或用户指定。
重 量：5kg
2U机箱：
4U机箱：
2.1.2 天线
接收天线和安装底座配套。
天线尺寸：直径95（mm）×高度128（mm）
底座尺寸： 90×30（mm）×高度110（mm）
底座安装方式：阳管螺纹, 内径24（mm）×高度60（mm），
底座安装位置：屋顶，可见大部分天空
重量（包括安装底座）：3 kg
电缆：RG-59 /RG-58型，标准长度30m，或用户指定。
2.2 环境条件
2.2.1 装置工作环境
工作温度：-25℃~ +55℃
储存温度：-40℃~ +85℃
湿 度：5％ ~ 95%，不结露
2.2.2 天线工作环境
工作温度：-40℃~ +80℃
储存温度：-45℃~ +90℃
湿 度：100%，结露
2.3 电磁兼容性
装置在变电站保护室和控制室的电磁场环境下能正常工作，符合“GB/T13926-1992 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性” 中有关规定的要求，达到Ⅳ级标准。
??绝缘性能： GB/T13926-2002 Ⅳ级
??抗高频干扰： GB/T 15153.1-1998 Ⅳ级
??抗快速瞬变干扰：GB/T 17626.4-1998 Ⅳ级
??抗静电放电干扰：GB/T 15153.1-1998 Ⅳ级
??抗工频磁场干扰： GB/T 17626.8-1998 Ⅴ级
??抗脉冲磁场干扰： GB/T 17626.9-1998 Ⅴ级
??抗阻尼振荡磁场干扰： GB/T 17626.10-1998 Ⅴ级
??抗射频电磁场辐射干扰： GB/T 17626.3-1998 Ⅳ级
??抗浪涌干扰： GB/T 15153.1-1998 Ⅳ级
2.4 供电电源
GPS时间同步系统采用交直流共用方式供电。
2.4.1 交流电源
额定电压：单相AC85-265V
频率：50Hz，允许偏差± 5Hz；
波形：正弦，波形畸变不大于5%。
2.4.2 直流电源
额定电压：DC100～280V；
纹波系数：≤5%。
防护：防浪涌、输入滤波
2.4.3 功率消耗
不大于50W。
2.5 平均无故障间隔时间MTBF
正常使用条件下无须维护。
MTBF：在正常使用条件下不小于50000h
2.6 时间信号输入输出接口
2.6.1 时间信号接收（输入）
1）时间同步系统主时钟
时间同步系统主时钟有一路GPS接口和1路IRIG-B（DC RS-422）时码接口。第一路IRIG-B接口接收另一台时间同步系统主时钟发送的信号。也可实现两路无线加一路有线输入，实现多时间源输入。
当时间同步系统主时钟同时正常接收GPS卫星定时信号和IRIG-B（DC RS-422）时码时，GPS发送的秒同步信号作为主时钟的外部时间基准，IRIG-B（DC RS-422）时码作为后备。当GPS失步时，第一路IRIG-B（DC）接口接收的时间信号优选作为主时钟的外部时间基准。
GPS卫星同步时钟只支持一路GPS接口或一路IRIG-B接口。
2）时间同步系统从时钟
时间同步系统从时钟用于当时间同步系统主时钟输出的时间同步信号不足时，提供所需的扩充单元以满足不同使用场合的需要。
时间同步系统从时钟的时间信号输入有两路IRIG-B（DC RS-422）时码输入。当时间同步系统从时钟只接一路IRIG-B（DC RS-422）时码输入时，该路输入可以是IRIG-B（DC）输入1，也可以是IRIG-B（DC）输入2。
当时间同步系统从时钟接入两路IRIG-B（DC）时码输入时，以IRIG-B（DC RS-422）输入1作为该时标扩展装置的外部时间基准，IRIG-B（DC RS-422）输入2作为后备。
2.6.2 时间信号输出
时间同步系统主时钟、时间同步系统从时钟能提供下列时间同步信号输出：
1）1PPS和1PPM脉冲信号（TTL电平）输出，作为检测口
2）可定义的1PPS、1PPM脉冲信号（空接点）或24V有源脉冲输出
2）可定义的1PPS、1PPM脉冲信号（差分信号，即RS-422电平）
3）时间日期报文串口（RS－232或RS-422）输出
4）IRIG-B（DC RS－422）时码输出
5）IRIG-B（DC TTL）时码输出
6）IRIG-B(AC)时码输出
7）DCF77（空节点）时码输出
8）测频数据输出
9）NTP网络输出
各个输出之间相互隔离，各种同步信号的数量可根据实际需要组合，每个信号输出接口只能接入一台需授时的设备。在共地无要求时，IRIG-B（DC RS－422）时码输出每路可接入8台需授时的设备。
