1、1华东电网时间同步系统技术规范Technical Specification for Time Synchronism Systemof EastChina Electric Power Network前 言华东电网已初步建成以超高压输电、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
2、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。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 GPS 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。有越来越多的单位已经建立或将要建立这样的时间同步系统。为了规范、指导时间同步系统的管理、设计、安装、测
3、试和运行，特制订华东电网时间同步系统技术规范（以下简称规范）。本规范根据国内外涉及时间、时间统一技术的有关标准、建议、规范或规约，结合华东电网“统一时钟系统技术研究”的实践和有关时间同步的具体情况制订的。本规范的贯彻、实施，对提高华东电网全网时间统一准确度和改进系统运行、管理质量将起推动作用。本标准由国家电力公司华东公司提出。本标准由国家电力公司华东公司归口。本标准由国家电力公司华东公司生产科技部负责起草并解释。本标准主要起草人：朱缵震 陈洪卿 宋金安2目 次前言 11. 范围 32. 引用标准 33. 术语与定义 44. 主时钟 55. 带 GPS 接收器的主时钟的专门要求 76. 时间同步
4、信号类型 77. 时间同步信号电接口88. 各种时间同步信号采用接口99. 时间同步信号传输通道910. 各种不同类型装置（系统）时间同步准确度要求 1011. 时间同步准确度的现场测试方法 11附录133国家电力公司华东公司企业标准华东电网时间同步系统技术规范The Technical Specification for Time Synchronism System ofEastChina Electric Power Network1 范围：本标准规定了时间同步系统的术语和定义、时间同步系统的组成和各组成部分的技术要求、各种装置（系统）时间同步准确度的要求以及现场测试方法等内容。可作为华
5、东电网内各生产单位时间同步系统建设和管理的技术依据。1.1 适用场合本规标准用于华东电网内国家电力公司系统各级调度中心（调度所）、电力局（供电局）、发电厂、变电站以及并网运行的非国家电力公司系统发电厂。1.2 适用装置(系统) 1.2.1 将时间显示给运行人员观察或作人工记录的数字式挂钟。1.2.2 记录与时间有关的信息的装置（系统）：如故障录波器、事件顺序记录装置、各级能量管理系统和调度自动化系统、火电厂机组控制系统、水电厂计算机监控系统、变电站计算机监控（监测）系统、配电网自动化系统、用电负荷管理系统、通信网监控系统等。1.2.3 有必要记录其动作时间的控制装置（系统）：如微机保护装置、电
6、网安全自动装置等。1.2.4 有必要记录其作用时间的装置（系统）：如电力市场交易系统、调度录音电话等。1.2.5 工作原理建立在时间同步基础上的装置（系统）：如雷电定位系统、功角测量装置、线路故障行波测距装置等。1.2.6 要求在同一时刻记录其采集数据的系统：如电能量计费系统、电网频率按秒考核系统等。1.2.7 各类信息管理系统 MIS。1.2.8 其它要求时间统一的装置。2. 引用标准下列标准所包含的条文,通过在本规范中引用而构成本规范的条文。在标准出版时所示版本均为有效。 所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GJB 22421994 时统设备通用规范GJ
7、B 29911997 B 时间码接口终端GJB 27151996 国防计量通用术语 GB/T 155271995 船用全球定位系统(GPS)接收机通用技术条件.GB 110141990 平衡电压数字接口电路的电气特性GB/T 61072000 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/T 144291993 远动设备和系统 术语(IEC 870-1-3)GB/T 164351996 远动设备和系统 接口(电气特性)GB/T 174631998 远动设备和系统 性能要求GB/T 139261992 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性EIA-485 用在平衡数字多点系统
8、中的信号发生器和接收器接口的电气特征（RS-485 接口）IEC 870-5-5 6.7 节 基本应用功能 时钟同步 IEC 60870-5-103 7.4.2 节 时间同步43. 术语与定义3.1 UTC 协调世界时 Coordinated Universal Time UTC 是由国际权度局 (BIPM)、国际地球自转服务(IERS)组织保持的以国际原子时定义的秒长为秒长,通过闰秒方法使其时刻与世界时 UT1 接近的国际通用时间尺度。( BIPM:the Bureau International des Poids et MesuresIERS:the International Eart
9、h Rotation Service )3.2 UTC(CSAO)由中国科学院国家授时中心(NTSC)保持的标准时间 UTC(CSAO)，它与 UTC 的偏差，保持小于 0.1s。3.3 北京时间 Beijing Standard Time - BST 北京时间是我国公认的全国统一标准时间, 采用东 8 时区的标准区时(Standard Zone Time)，它比 UTC 提早 8 小时整，即北京时间 = UTC + 8h。缺省标注时，均默认为北京时间。3.4 华东电网基准时间 Time Reference of EastChina Electric Power Network北京时间是华东电
10、网全网时钟和电网业务运转的基准时间，如：某日某时某分某秒, 可以不加注“北京时间”字样。如涉外业务需要, 使用 UTC 时间, 并在相应时刻加注 UTC 字样, 如: （12h44m UTC = 20h44m BST)。本标准为阐述方便, 不涉及区时时差( 8h )问题时, 用 UTC 一词代替 UTC+8h。3.5 时间同步系统 Time Synchronism System安装在调度中心（调度所）、发电厂和变电站内，由a.主时钟，b.时间信号传输通道，c.时间信号用户设备接口，所组成的系统称为时间同步系统。时间同步系统一般在一个调度中心（调度所）、发电厂或变电站建立一个。对安全有特别高要求
11、的场合，也可以在单独的建筑物里建立一个。3.6 主时钟 Master Clock自带高稳定时间基准或能够接收外部时间基准信号，以要求的准确度走时并能发送时间同步信号和时间信息的标准时钟可作为时间同步系统的主时钟。3.7 时码 Time Code包含时间信息的脉冲编码。3.8 时间报文 Time telegraph包含时间信息和报头、报尾等标志信息的字符串，通常由串行口传输。3.9 秒脉冲 l pulse per second一种时间同步信号，每秒钟一个脉冲，通常用英文缩写 l pps 表示。3.10 分脉冲 l pulse per minute 一种时间同步信号，每分钟一个脉冲，通常用英文缩写
12、 l ppm 表示。3.11 时脉冲 l pulse per hour 一种时间同步信号，每小时一个脉冲，通常用英文缩写 l pph 表示。3.12 时间准确度 Time accuracy标准时钟输出(输入)的时间信号(时码和 1 pps 等) 相对于北京时间的偏差，亦称为绝对时间准确度。3.13 时钟准确度 clock accuracy时钟计量时间的准确度，通常用某一时间间隔内时间计量的最大偏差表示，如一天误差不大于 1 秒；在技术文献中常以相对值，如 n10m 表示。3.14 时间同步准确度 Time synchronization accuracy装置或系统接收主时钟发送的时钟同步信号，
13、使其内部实时时钟的时间同步后，内部实时时钟达到的时间准确度。53.15 全球定位系统 (GPS) Global Positioning System美国军方建立的全球卫星导航定位系统，由专门的接收器接收卫星发射的信号，可以获得位置、时间和其它相关信息。4. 主时钟4.1 组成主时钟由以下三个主要部分组成：a.时间信号接收（输入）单元，接收外部时间基准信号。重要应用场合（如调度中心、500kV 变电站和发电厂）应采用冗余配置，b.时间保持单元，c.时间信号输出（扩展）单元。4.2 时间信号接收（输入）单元4.2.1 功能时间信号接收（输入）单元通过接收以无线手段传递的时间信号或输入以有线手段传递
14、的时间信号，获得 1pps 和包含北京时间的时刻和日期信息的时间报文， 1pps 的前沿与 UTC 秒的时刻偏差1s，该 1pps 和时间报文作为主时钟的外部时间基准。4.2.2 无线时间信号接收单元接收 GPS(全球定位系统)卫星或我国卫星、短波广播和电视等无线手段传递的时间信号，获得满足 4.2.1 规定要求的时间信息。目前，主时钟主要采用 GPS 信号接收单元。4.2.3 GPS 卫星信号接收单元 接收 GPS 卫星发送的定时、定位信号, 获得满足 4.2.1 规定要求的时间信息。4.2.4 有线时间信号输入单元 通过导线或光纤接收其它主时钟发送的时间信号, 获得满足 4.2.1 规定要
15、求的时间信息。一般在主时钟内时间信号接收单元冗余配置时采用，其时间信息作为主时钟的后备外部时间基准。4.3 时间保持单元4.3.1 功能主时钟内部的时钟，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，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证一定的准确度。4.3.2 准确度时间保持单元的时钟准确度应优于 710-8。4.3.3 内部时钟的振荡源内部时钟的振荡源可以根据时钟精度的要求，选用普通石英晶振、有温度补偿的石英晶振或原子频标。4.4 时间信号输出（扩展）单元4.4.1 功能当主时钟接收到外部时间基准信号时，按照外部时间基准信号输出时间同步
16、信号；当接收不到外部时间基准信号时，按照内部时钟保持单元的时钟输出时间同步信号。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：时间报文不得有错码，脉冲码不得多发或少发。4.4.2 扩展一般主时钟应输出足够数量的不同类型时间同步信号，数量不够时可以增加扩充单元以满足不同使用场合的需要。4.4.3 输出时间信号输出的时间信号类型应符合 6 的规定。时间信号的电接口规格应符合 7 的规定，各接口在电气上均应相互隔离。4.5 工作状态指示和告警4.5.1 工作状态指示主时钟面板上应有下列工作状态指示：6a. 主时钟电源正常。b
17、. 外部时间基准信号锁定（接收外部时间基准信号正常）。当外部时间基准信号输入冗余配置时应指示当前起作用的一个。c. 输出时间信号，一般为 l pps。4.5.2 告警主时钟应有下列告警信号输出：a. 电源中断。b. 外部时间基准信号消失，当外部时间基准信号输入冗余配置时应指示当前消失的一个。告警信号的电接口类型为继电器空接点。4.6 辅助功能4.6.1 时间（日期）显示显示时间，至少 6 位，即能显示时、分、秒。必要时可显示日期，即年、月、日，允许只显示世纪年份，即公元纪元年份的后两位。4.6.2 时间、日期设置必要时可增加时间、日期的设置手段。4.7 外部事件发生时刻测量(可选)用户需要时，
18、外部事件发生时刻测量功能作为可选功能。分辨率：1s，准确度：3s。信号类型：TTL 电平脉冲或静态空接点。作用边沿（对应事件发生时刻）：脉冲上升沿或接点闭合。4.8 电源4.8.1 交流供电：220V 20%(50Hz +/-1Hz)，功耗：15W 。4.8.2 直流供电：110V 20%，或 220V20%，功耗： 15W。 4.8.3 交直流供电：同时符合 4.8.1 和 4.8.2 的规定。4.9 机箱采用标准 19机箱，可安装在配电盘内立柱上。也可采用用户指定的其它尺寸机箱。4.10 环境要求4.10.1 工作温度：0至 60。湿度：95%，不结露。4.10.2 电磁兼容性在发电厂和变
19、电站的保护室和控制室的电磁场的环境下能正常工作，符合“GB/T 139261992 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。4.11 可靠性4.11.1 防震: 主时钟的结构和包装应保证正常运输中受震后仍能正常工作。4.11.2 平均无故障间隔时间(MTBF)：在正常使用条件下应不小于 25000h。 4.12 可维修性采用更换损坏部件维修的办法，主时钟平均维修时间(MTTR)一般不大于 30min。 4.13 安全性4.13.1 主时钟的各种输出接口均应相互在电气上隔离，以减少电磁干扰对时间信号与各被同步设备的影响。4.13.2 主时钟的各种输入、输出接口发生短暂(持续时间 5
20、min)短路或接地时, 不应给设备带来永久性损伤。4.14 标志主时钟面板上应有简明、清晰的产品型号及出厂编号标志，其标志应粘贴牢固。4.15 外观质量表面油漆涂层应光洁美观、均匀一致，不应有气泡、龟裂、脱落、划痕等缺陷。5. 带 GPS 接收器的主时钟的专门要求7带 GPS 接收器的主时钟除满足 4 的各项规定外，还应满足下列要求：5.1 GPS 接收天线主时钟所配 GPS 天线必须保证安装地点接收信号所需灵敏度。 天线环境要求：工作温度: -40至 70 ，工作湿度: 100% ，结露。接收天线需和安装底座一起供货。说明书中应详细列出天线尺寸（直径和高度）、重量（包括安装底座）及安装方式。
21、天线安装位置应视野开阔，可见绝大部分天空，尽可能安装在屋顶。天线安装在屋顶时只要视野足够，高出屋面距离不要超过正确安装必需的高度，以尽可能减少雷击危险。天线电缆应根据其长度选择 RG-59 型、RG-58 型或其它合适的型号，以保证 GPS 接收器需要的信号强度。天线电缆应按照正确的工艺安装，穿在建筑物预留管道或电线管道中到电缆层。5.2 GPS 接收器 (OEM 板)接收载波频率： 1575.42 MHz(L1 信号）接收灵敏度: 捕获 -130 dBm, 跟踪 -133 dBm同时跟踪： 装置冷起动时，不少于 4 颗卫星装置热起动时，不少于 1 颗卫星 捕获时间： 装置热起动时 2 min
22、装置冷起动时 20 min 定时准确度: 1s( 1pps 相对于 UTC 时间)5.3 GPS 接收器内部电池 内部电池为 GPS 接收器的时钟提供备用电源。电池类型： 锂电池电池寿命： 25000 h6 时间同步信号类型6.1 l pps 脉冲信号准时沿:上升沿，上升时间 50ns，上升沿的时间准确度 1s，脉冲宽度: 20ms 200ms。主时钟至少有一路标准 TTL 电平 1pps 输出, 表征主时钟的准确度。6.2 l ppm 脉冲信号准时沿:上升沿，上升时间 150ns，上升沿的时间准确度 3s，脉冲宽度: 20ms 200ms。6.3 l pph 脉冲信号准时沿:上升沿，上升时间
23、 1s，上升沿的时间准确度 3s，脉冲宽度: 20ms 200ms。6.4 IRIGB(DC)时码每秒 1 帧，包含 100 个码元，每个码元 10 ms。脉冲宽度编码，2 ms 宽度表示二进制 0、分隔标志或未编码位，5 ms 宽度表示二进制 1，8 ms 宽度表示整 100 ms 基准标志。秒准时沿：连续两个 8ms 宽度基准标志脉冲的第二个脉冲的前沿帧结构：起始标志、秒（个位）、分隔标志、秒（十位）、基准标志、分（个位）、分隔标志、分（十位）、基准标志、时（个位）、分隔标志、时（十位）、基准标志、自当年元旦开始的天（个位）、分隔标志、天（十位）、基准标志、天（百位）（前面各数均为 BCD
24、 码）、 7 个控制码（在特殊使用场合定义）、自当天 0 时整开始的秒数（为纯二进制整数）、结束标志。8附录图 1 表示今年 4 月 1 日 14 时 08 分 32 秒的波形图。6.5 IRIGB(AC)时码用 IRIGB(DC)码对 1kHz 正弦波进行幅度调制形成的时码信号，幅值大的对应高电平，幅值小的对应低电平，典型调制比为 3:1。示意图见附录图 1。6.6 时间报文6.6.1 报文内容时间报文应该包含下列内容：时间：时、分、秒，日期：年、月、日，报文起始、结束标志及其它信息传输必须的标志。也可包含用户指定的其它特殊内容，如时间基准标志、GPS 卫星锁定状态、接收 GPS卫星数、告警
25、信号等。6.6.2 报文信息格式ASCII 码或 BCD 码或 16 进制码。数据位：7 位或 8 位，起始位：1 位，校验位：偶校验、奇校验或无校验，停止位：1位或 2 位。6.6.3 信息传输速率300、600、1200、2400 、4800、9600 、19200bps, 可选。6.6.4 报文发送时间每秒输出、每分输出或根据请求输出 1 次（帧）。或用户指定的方式输出。7 时间同步信号电接口主时钟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应相互隔离。7.1 静态空接点(光隔离)输出 允许外接电压: 250 v 7.2 TTL 电平输出负载: 50 欧；驱动:HCMOS
26、7.3 串行数据通信接口 RS-232电气特性符合 GB/T 6107-2000（CCITT 建议 V.28）连接器 9 针 D 型小型公插座， 针的编号和定义见表 1表 1针的编号 RS-232 信号 RS-422/485 信号1 空 数据接收 RXD-2 数据接收 RXD 数据接收 RXD+3 数据发送 TXD 数据发送 TXD-4 空 数据发送 TXD+5 信号地 GND 信号地 GND69 空 空7.4 串行数据通信接口 RS-422电气特性符合 GB-11014-90（CCITT 建议 V.11）连接器 9 针 D 型小型公插座， 针的编号和定义见表 17.5 串行数据通信接口 RS
27、-485电气特性符合 EIA/485（CCITT 建议 V.28）连接器 9 针 D 型小型公插座，针的编号和定义见表 17.6 20mA 电流环接口传输有效信号时环路电流保持 20mA，电气特性尚无标准。7.7 AC 调制信号接口载波频率：1kHz9信号幅值(峰-峰值): 高 : 10.0V 、低: 符合 3:1 调制比要求。输出阻抗: 600 欧 隔离输出。8. 各种时间同步信号采用的电接口为保证时间同步信号传输的质量，应按表 2 采用不同信号接口表 2信号电接口类型 同步信号类型静态空接点 TTL RS-232 RS-422 RS-48520mA电流环 AC1pps 1ppm 1pph
28、时间报文 IRIG-B（DC） IRIG-B（AC） 9. 时间同步信号传输通道时间信号传输通道应保证主时钟发出的时间信号传输到用户设备时能满足用户设备对时间信号质量的要求，一般可在下列几种通道中选用。9.1 同轴电缆用于高质量地传输 TTL 电平信号，如 l pps 、l ppm、 l pph 和 IRIGB(DC)码 TTL电平信号等，传输距离10m。 9.2 有屏蔽控制电缆用于在保护室内传输 RS-232 接口信号、传输距离 15 m。用于在保护室内传输 RS-422、RS-485、20mA 电流环接口信号、传输距离150 m 。9.3 音频通信电缆用于传输 IRIGB(AC)信号，传输
29、距离1000 m。9.4 光纤用于远距离传输各种时间信号，传输距离取决于光纤的类型。10 各种不同类型装置、系统的时间同步准确度要求华东电网对常用的各种装置（系统）的时间同步准确度要求规定见表 3表 3装置（系统）名称 时间同步准确度 时间同步信号类型10线路行波故障测距装置1 s l pps 及时间报文雷电定位系统1 s l pps 及时间报文功角测量系统40 s l pps 及时间报文故障录波器1 ms IRIG-B 或 l ppm 及时间报文事件顺序记录装置1 ms IRIG-B 或 l ppm 及时间报文微机保护装置10 ms IRIG-B 或 l ppm 及时间报文RTU 1 ms
30、IRIG-B 或 l ppm 及时间报文各级调度自动化系统1 ms IRIG-B 或 l ppm 及时间报文变电站、换流站监控系统1 ms IRIG-B 或 l ppm 及时间报文火电厂机组控制系统1 ms IRIG-B 或 l ppm 及时间报文水电厂计算机监控系统1 ms IRIG-B 或 l ppm 及时间报文配电网自动化系统10 ms IRIG-B 或 l ppm 及时间报文电能量计费系统0.5 s时间报文电力市场交易系统0.5 s时间报文电网频率按秒考核系统0.5 s时间报文自动记录仪表0.5 s时间报文各级 MIS 系统0.5 s时间报文负荷监控系统0.5 s时间报文调度录音电话0
31、.5 s时间报文各类挂钟0.5 s时间报文1111. 时间同步系统的现场测试方法 时间同步系统建立后要在现场进行测试，包括主时钟技术指标的测试和用户设备接收时间同步信号后能达到的时间同步准确度的测试。11.1 测试仪器：在现场测试中使用的测试仪器有：带 GPS 的标准时钟（有事件记录功能）、时间间隔计数器、电平转换装置和脉冲延时装置等。也可以用将这些仪器功能组合在一起的一台现场综合测试仪代替。11.2 主时钟技术指标的测试主时钟的主要技术指标是它输出的 1pps（TTL 电平信号）脉冲前沿相对于 UTC 秒的时间准确度，可按图 1 接线进行测试。如主时钟只有 1ppm （TTL 电平信号）输出
32、，则测量它相对于 UTC 分的时间准确度，也按图 1 接线进行测试。图 1如主时钟没有 1pps 或 1ppm （TTL 电平信号）输出，则用测量 1pps 或 1ppm （空接点信号）输出相对于 UTC 时间秒或分的时间准确度代替，对 1pps 或 1ppm 空接点信号经电平转换后接到测试仪器，见图 2。图 211.3 有事件记录功能的装置的时间同步准确度测量有事件记录功能的装置，如故障录波器、RTU 等，都能记录空接点型开关量的闭合时刻，并显示或打印出来。可按图 3 所示，将一个给定时刻的开关量信号送到被测装置去，将该给定时刻与被测装置记录的该开关量闭合时刻比较，可判断被测装置的时间同步准
33、确度。时间间隔计数器标准时钟被测主时钟电平转换GPS 天线 GPS 天线1pps(1ppm)1pps(1ppm)时间间隔计数器标准时钟被测主时钟GPS 天线 GPS 天线1pps(1ppm) 1pps(1ppm)12图 311.4 微机保护装置的时间同步准确度测试按图 4 将保护试验信号加到被测保护装置，使保护装置动作，保护装置的跳闸出口接点接到具有事件记录（停钟）功能的标准时钟，将标准时钟记录的保护装置跳闸出口接点闭合时刻与保护装置事故报告中的跳闸时刻比较，可以判断被测微机保护装置的时间同步准确度。图 4 微机保跳闸 护装置接点标准时钟（有事件记录，即停钟功能）微机保护试验装置GPS 天线主时钟来时钟同步信号脉冲延时装置标准时钟被测装置GPS 天线主时钟来时钟同步信号1pps/1ppm 1pps/1ppm13附录附录图 1IRIG-B 脉冲时间编码100 个脉冲/秒典型 1kHz 调制波形控制功能此时刻为当年第 91 天的 14 时 08 分 32 秒当年的 BCD 码时刻时分秒 天当天到现在的总秒数时刻基准点标记，宽度为 8ms每帧 1 秒每帧 1 秒二进制 15ms二进制 02ms分隔标记8ms单个脉冲元素，总共 100 个脉冲
