GPS精确对时系统在水电站自动化中的应用王竹(宝珠寺水力发电厂，四川广元628003)摘要：主要介绍了用GPS构成水电站自动控制中的对时系统的一种方案，并提出了工程应用中需要注意的几点意见。关键词：GPS；对时；自动化随着现代科技的迅猛发展，计算机监控系统、微机保护装置、微机故障录波装置以及各类数据管理机已在水电站自动化控制中得到了广泛的应用。所有上述设备的正常工作必须依赖于一个统一精确的时钟系统，特别是当系统发生故障时，只有在统一精确的时钟系统的控制下各个系统才能准确地记录下事件动作的先后时间，从而为分析事故原因，事故类型，事故发生发展过程提供可靠依据。宝珠寺水力发电厂投产初期由于工程进展及设计原因，计算机监控系统由一套GPS系统提供系统对时时间，其他系统均未设独立的时钟系统，这些系统的时间均取于装置内工控机的内部时钟，但是众所周知计算机内部时钟为晶振时钟，其精确度相当差。因此，每当故障发生时各个系统对事件时间的记录互相矛盾，从而给事故分析带来很大不便。针对这一情况，经过认真分析比较，最后决定采用全厂统一一套GPS时钟系统进行精确对时，以保证各系统之间的同步与协调。lGPS简介GPS(导航卫星全球定位系统)是一个基于卫星技术的无线电导航系统。该系统拥有24颗卫星，分布6个地球轨道平面上，构成一个个全球定时定位网络。只要装备有GPS接收机的用户，便能全天候、实时接收PGS空间卫星发送的信号，从而获得精确的导航定位和精确的时间信息，GPS发送的时间信息包含年、月、日、时、分、秒以及IPPS(标准秒)信号，GPS卫星上都装有铯原子钟，因而具有很高的频率精度(可达l0-12量级)和时间精度。2系统构成实际应用中，宝珠寺水力发电厂采用了成都新星新华时间频率技术研究所生产的TF9002型GPS接收机和TF1581B型GPS同步钟构成全厂时钟同步系统。
TF9002型GPS接收机能够同时接收八颗卫星信号(最大)，并通过V．11接口向TF1581B型GPS同步时钟传输GPS数据信息，由TF1581B机对该信息解调、处理后向用户提供时间信息、同步脉冲信号等。TF1581B同步时钟具有18路脉冲输出(无源光隔输出)、1PPM(分信号)输出以及12路RS—422串行接口。针对不同厂家的设备装置给出不同的数据通讯规约。由于计算机监控系统下位机(LCU)要求较高的时间精度，装置专门为LCU提供了脉冲输出，通过这种方式可以实现硬件同步对时，从而达到1μs的时间分辨率。装置与线路保护装置、机组保护装置、机组故障录波装置之间采用RS—422串口通讯并由软件方式实现系统对时。其中与WXB—11、15型线路保护的通讯规约为：工作方式：异步，无校验波特率：4800起始位：1位，数据位：8位，停止位：1位信息格式：同步字符
起始符
地址位
特征位
分组数
分组序号
报文长度
信息
结束符

0EBH
090H
0EBH
090H
02H
0FFH
47H
1
1
12
年
月
日
时
分
秒
毫秒（L）
毫秒（H）
03H

与LFP—90l、902线路保护装置的通讯规约为：工作方式：异步，无校验波特率：2400始起位：1位，数据位：8位，停止位：1位信息格式：字节1
字节2
字节3
字节4
字节5
字节6
字节7
字节8
字节9
字节10
字节11
字节12

保护地址
报文类型
数据长度
年
年
月
日
时
分
秒
CRC（L）
CRC（H）

FFH
81H
07H









与WFB—100型机变保护及机组故障录波通讯规约：工作方式：异步，无校验波特率：9600数据格式：格式
输出信息
方式

B
年、月、日、时、分、秒、同步有效/无效
每分钟一次

T
年、月、日、时、分、秒、毫秒、同步有效/无效
召唤一次、送出一次
式中：B格式：<SOH>yyyy:mm；dd;HH;MM;SS＜SP＞A/V＜CR＞＜LF＞T格式：<SOH>yyyy:mm；dd;HH;MM;SS.THM＜SP＞A/V＜CR＞＜LF＞装置与计算机监控系统上位机也是通过RS-422串口进行对时。3工程实际中应注意的问题1)GPS同步时钟对时系统的设计应与水电站电气二次部分设计同步进行，凡是涉及时间记录、同步工作的各个系统都可以共用一个GPS资源。本系统由于历史原因，目前尚未将线路故障录波装置、机组振摆测量系统纳入GPS同步时钟对时系统。2)所选GPS步时钟应适用于电站强电磁场干扰环境。考虑到现场不同系统所采用的通讯接口和规约不尽相同，要求GPS同步时钟还要有灵活多样的输出方式。以本系统为例：同步时钟可以同时输出6种信息格式，满足了各个装置不同的要求，便于构成系统。3)针对各系统自身资源有限，对于采用串口通讯实现软同步的对时方式，数据通讯波特率最高不要超过4800bit／s，这样既能满足系统在一般情况下的时间精度要求，同时又不影响时钟装置的主要任务的进程。正如文中所述，输出到WFB—100机变保护的信息格式中波特率大于4800，导致保护装置难以与之协调。4)GPS同步时钟还提供一种IRIG—B码的串口输出信息，在这种方式下可以实现更高精度的软件同步对时。对特殊用户可采用这种方式进行系统组建。