CN203135907U - 时间质量监测系统 - Google Patents

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林志和
尹元
唐志军
见伟
蒋金龙
耿世奇
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Abstract

本实用新型公开了一种时间质量监测系统,包括:时间同步装置、时间监测装置和授时监测系统;其中,所述时间同步装置向所述时间监测装置以及保护设备发送从卫星获取的UTC标准时间,所述时间监测装置获取保护设备的当前时间并与UTC标准时间进行比对计算出偏差数据和延时数据后,将偏差和延时数据发送给授时监测系统进行整理并显示。实用新型提供的时间质量监测系统,可以实现对变电站内测控、保护等设备的时间质量监测,及时发现其时间异常信息,及时作出应对措施保证设备的高质量运行;同时统计站内设备的时间偏差为站内及站间故障分析提供时间基准依据,便于判断动作时序及明确责任,为保障变电站安全可靠运行提供技术支持。

Description

时间质量监测系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及时间监测技术领域,特别涉及一种时间质量监测系统,尤其涉及一种基于通讯模式的变电站设备时间质量监测系统。
背景技术
[0002]目前变电站内的智能设备授时主要依靠站内时间同步装置通过美国GPS系统或国内北斗系统获取精确时间源进行设备授时,然后通过IRIG-B码、脉冲(秒脉冲、分脉冲)、串口 /网络报文等方式输出,综合自动化厂家设备通过和时间同步装置通讯获得精确时间信息,通过网络报文或上述方式有效结合实现对智能设备的时间同步。目前变电站的时间源主要有:1)无线方式:GPS系统时间源、北斗系统时间源;2)有线方式:调度下发时间信息、当地监控系统对时。保护设备对时方式主要有:a)报文对时方式:串口报文、各厂家私有协议报文、SNTP协议报文、NTP协议报文、1588协议报文;b)脉冲对时方式:主要有秒脉冲、分脉冲;c) IRIG-B码对时方式。
[0003] 综上所述,目前变电站存在以下问题:首先,变电站现场时间同步装置运行状态良莠不一。其次,保护厂家对时模式统一现场模式并不统一,导致对时精度并不一致,普遍存在时间偏差现象。第三,由于缺乏较为科学的监测手段,对保护设备的时间质量管理处于较为混乱的状态。
实用新型内容
[0004](一)要解决的技术问题
[0005] 本实用新型要解决的技术问题是,针对现有技术的不足,提供一种时间质量监测系统,可以实现对变电站内保护设备的时间质量监测,及时发现保护设备时间异常信息,及时作出应对措施保证设备的高质量运行,解决因站内被授时设备授时质量无回馈,造成无法实现站内设备统一时间断面进行故障分析的难题。
[0006] (二)技术方案
[0007] 本实用新型提供一种时间质量监测系统,包括:时间同步装置、时间监测装置和授时监测系统;其中,所述时间同步装置向所述时间监测装置以及保护设备发送从卫星获取的UTC标准时间,所述时间监测装置获取保护设备的当前时间并与UTC标准时间进行比对计算出偏差数据和延时数据后,将偏差和延时数据发送给授时监测系统进行整理并显示。
[0008] 其中,所述系统还包括测控设备,所述时间监测装置向所述测控设备发送实时监测脉冲,并通过变电站内以太网络获取保护设备的实时时间信息。
[0009] 其中,所述时间监测装置将从卫星上获取UTC标准时间与从时间同步装置获取的当前时间进行比对并计算出的偏差数据和延时数据发送给授时监测系统进行整理并显示。
[0010](三)有益效果
[0011] 本实用新型提供的时间质量监测系统,可以实现对变电站内保护设备的时间质量监测,及时发现保护 设备时间异常信息,及时作出应对措施保证设备的高质量运行;同时统计站内设备的时间偏差为站内及站间故障分析提供时间基准依据,便于判断动作时序及明确责任,为保障变电站安全可靠运行提供技术支持。并实时对变电站重要保护设备的时间质量进行监测,通过采集保护装置时间信息和标准时间对比获得不同设备时间偏差的监测及进而实现对时间偏差的修正,及时发现时间偏差隐患并通过友好界面给出告警提示,保证变电站重要设备的安全运行,实现对变电站设备的精细化管理。
附图说明
[0012] 图1是本实用新型时间质量监测系统结构框图;
[0013] 图2是本实用新型时间监测装置在常规变电站时间监测系统中的设计方案图;
[0014] 图3是本实用新型时间监测装置总召唤及遥信变位信息上送流程;
[0015] 图4是本实用新型时间质量监测系统网络通讯延时原理图;
[0016] 图5是本实用新型时间 监测装置内部结构原理图。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图和实施例,对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型,但不用来限制本实用新型的范围。
[0018] 如图1所示,本实用新型提供一种时间质量监测系统,包括:时间同步装置1、时间监测装置2 (TMU设备)和授时监测系统3 ;其中,所述时间同步装置I向所述时间监测装置2以及保护设备发送从卫星4获取的UTC标准时间(UTC:世界标准时间,国际协调时间),所述时间监测装置2获取保护设备7的当前时间并与UTC标准时间进行比对计算出偏差数据和延时数据后,将偏差数据和延时数据发送给授时监测系统3进行整理并显示。
[0019] 所述系统还包括:
[0020] 测控设备5,所述时间监测装置2向所述测控设备5发送实时监测脉冲,并通过变电站内以太网络获取保护设备7的实时时间信息。
[0021 ] 保护管理机6,所述保护管理机6将保护设备7发出的时间信息翻译为所述时间监测装置2接受的时间信息并发送给所述时间监测装置2。
[0022] 另外,时间监测装置2将从卫星4上获取UTC标准时间与从时间同步装置I获取的当前时间进行比对并计算出的偏差数据和延时数据发送给所述授时监测系统3进行整
理并显示。
[0023] 图2为本实用新型时间监测装置在常规变电站时间监测系统中的设计方案图;如图2所示,依托福州某IlOkV变电站某厂家时钟可以输出脉冲、IRIG-B码及NTP及保护设备支持网络103规约的现状;TMU装置设计了针对最具代表的IRIG-B码及通过网络103模式实现时钟及设备时间监测方案。
[0024] 目前IEC60870-5-103规约已经在常规变电站大规模推广使用,TMU设备利用变电站已有监控系统通讯网络即可方便实现对保护设备的时间信息通讯软报文方式的实时采集,即通过IEC60870-5-103规约定时总召模式和常规问询设备变位信息方式获得保护设备时间质量信息。
[0025] TMU软件优化分析通讯过程通过定时测算动态测算网络延时,进而对采集到保护设备时间偏差进行动态补偿,保证设备偏差监测精度(优于25ms)满足绝大部分故障分析需要。
[0026] TMU对于脉冲触发保护产生SOE信息不再作为主要获得保护设备时间信息手段,仅作为一种补充手段对重要设备时间质量监测及获得网络延时标准判断方式之一。
[0027] 对于变电站设备时间监测功能,早期传统方式主要通过脉冲触发保护/测控装置产生SOE信息来进行判断,该方案存在对保护测控硬件要求高、施工难度大及投资高的特点,从而制约了其推广应用。基于网络通讯报文实现对设备时间监测的方案则克服了上述缺点,具备良好的推广应用价值。下面表格是对比说明:
[0028]
Figure CN203135907UD00051
[0029] 下面对变电站时间监测系统投资进行详细说明:
[0030] 由于常规变电站网络结构相对复杂,通讯接口方式多样,需要开发独立的时间监测装置(TMU)满足上述复杂需求,综合考虑主要接口方式及软硬件开发,以8万元/站投资规模估算,可以实现对站内时间同步装置及被授时设备的时间质量监测。
[0031] 由于变电站是一个复杂的微系统环境,其运行设备的温湿度变化范围广、灰尘多、存在强电磁干扰、接头接触不良等因素,而且站内各智能设备多来自不同厂家、工艺及元器件选型、电磁干扰、网络延时及管理方面等种种因素会导致站内不同设备之间不可避免会产生相对时间偏差。
[0032] 通过在变电站部署基于网络通讯模式的授时监测系统,在不增加过多投资成本的情况下可实现对各种类型变电站内间隔层设备的时间质量高精度监测。对于变电站各种设备的时间异常能够及时发现消除隐患,同时通过授时监测系统可以实现时间偏差的记录及修正,避免给变电站运行带来更大的隐患。
[0033] 同时目前各厂家授时设备仅是通过相关检测机构的静态功能测试,对其长期运行的产品性能无法跟踪了解,通过部署变电站时间监测系统,可以实现对变电站不同厂家设备的质量稳定性实现动态测试,掌握其长期运行稳定性及老化程度,为变电站不同厂家设备质量辨别及检修提供辅助性参考。
[0034] 该实用新型具体应用具备良好的经济效益及社会效益。
[0035] 监测原理:
[0036] IEC60870-5-103规约中有两类时间信息表示方式:4个八位位组的二进制时间(CP32time2a)和7个八位位组的二进制时间(CP56time2a),这两种时间信息的精度均为毫秒级。
[0037] 如图2所示,总召唤响应应用服务数据单元(ASDUl)均包含时间信息,满足提取保护设备时间信息需要。通过对IEC60870-5-103规约总召唤及遥信变位信息上送流程分析,经过对通讯延时的科学修正后的保护设备时间信息能满足站内保护事件定位分析的需要。
[0038] 一、时间信息获取
[0039] I) TMU设备定时(默认10分钟)发出总召命令以收到设备第一帧总召遥信响应时间为Tl,则通过提取报文内保护上送时间信息并根据网络延时对时间进行修正后对比,超出时间定值偏差定值则告警输出。
[0040] 2) TMU设备通过召唤一 / 二级数据命令获取保护设备实时变为信息,通过提取报文中时间信息,和TMU获取报文时时间信息对比,超出时间定值偏差定值则告警输出。
[0041] 对于通讯方式获得保护设备时间信息的方式,影响监测精度的主要原因为程序及通讯延时,产生延迟原因见下图说明,可以看出影响保护设备时间偏差的主要包含程序处理时间Tl、T3,网络传输延时T2,由于程序处理延时相对固定,对时间监测影响最为主要的是网络延时T2的测算。因此要保证监测信息的精度重点是对通讯延时时间的修正。
[0042] 二、网络延时偏差修正
[0043] 如图3所示,对于重要设备通过可编程脉冲触发遥信产生SOE方式精确判断装置时间偏差及网络延时数据。
[0044] 多数设备通过定时统计方式计算网络延时,具体方式为设定发送报文时间为tl,则得到响应报文时间为t2,则网络延时At=(t2_tl)/2 (含程序处理延时)。
[0045] 另外,如图4所示,根据子系统的结构需求,TMU设备内分为公共模块、103规约模块、网络模块、104规约模块、时间信息处理模块、日志模块和看门狗模块,其中:
[0046] 公共模块,用于提供软件需要的的底层资源封装及接口,如线程池、消息封装、定时器;同时处理软件模块间的启动顺序调用关系;
[0047] 103规约模块负责103规约的收发和解析并转发到时间信息处理模块;
[0048] 网络模块通过接口和规约模块通信,实现网络规约的收发;
[0049] 104规约模块负责从时间信息处理模块获取保护装置的时间信息并通过104规约转发到授时监测主站;
[0050] 时间信息处理模块,用于接收103规约模块采集的时间信息进行处理,处理后转发到104规约模块;
[0051 ]日志模块,用于日志模块记录,记录程序的运行情况及通信操作等状态;
[0052] 看门狗模块,用于监视程序的心跳,在程序退出的时候根据配置重新启动程序或重启服务器。
[0053] 所述公共模块提供软件需要的底层资源封装及接口,如线程池、消息封装、定时器;同时处理软件模块间的启动顺序调用关系;模块的划分可以兼顾程序功能的完成以及程序的扩展。如需要子系统进行多规约支持,则只需要开发网络模块和规约模块,公共模块和接口模块可以达到复用的目的。
[0054] 试验验证:
[0055] 该方案在福州某IlOkV变电站实际运行,通过测试各种不同背景流量及保护状态实验效果对比分析,试验方法为每种状态下各试验三次,所得数据如下表所示:
Figure CN203135907UD00071
[0057] 通过现场实验数据可以看出在不同网络流量及保护状态下,通过通讯报文计算与脉冲触发方式的计算时间偏差精度误差优于20ms,考虑到脉冲触发模式的误差优于5ms,综合误差优于25ms,满足绝大多数电压等级变电站站内保护故障定位需要。
[0058] 综上所述,本实用新型的时间质量监测系统简单可靠、科学易行、覆盖全面、不影响不破坏现有运行系统,是促进电力系统精细化管理不错的有效手段。
[0059] I)时间校正:
[0060] 根据现场原有时钟源的IRIG-B输入进行IRIG-B解码,并对系统时间进行校正。
[0061] 2)时间监测数据的采集:
[0062] 通过和保护装置间的问答采集时间信息,并对其时间质量进行监测。
[0063] 3)时间监测数据的上送:
[0064] 将采集到的保护时间信息上送到授时监测主站。
[0065] 4 )卫星同步状态显示:
[0066] 在装置的液晶屏显示TMU的卫星同步状态。
[0067] 本实用新型提供的时间质量监测系统,可以实现对变电站内保护设备的时间质量监测,及时发现保护设备时间异常信息,及时作出应对措施保证设备的高质量运行;同时统计站内设备的时间偏差为站内及站间故障分析提供时间基准依据,便于判断动作时序及明确责任,为保障变电站安全可靠运行提供技术支持。并实时对变电站重要保护设备的时间质量进行监测,通过采集保护装置时间信息和UTC标准时间对比获得不同设备时间偏差、延时的监测数据进而实现对其修正,及时发现时间偏差隐患并通过友好界面给出告警提示,保证变电站重要设备的安全运行,实现对变电站设备的精细化管理。
[0068] 以上实施方式仅用于说明本实用新型,而并非对本实用新型的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴,本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (3)

1.一种时间质量监测系统,其特征在于,包括:时间同步装置、时间监测装置和授时监测系统;其中,所述时间同步装置向所述时间监测装置以及保护设备发送从卫星获取的UTC标准时间,所述时间监测装置获取保护设备的当前时间并与UTC标准时间进行比对计算出偏差数据和延时数据后,将偏差和延时数据发送给授时监测系统进行整理并显示。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括测控设备,所述时间监测装置向所述测控设备发送实时监测脉冲,并通过变电站内以太网络获取保护设备的实时时间信息。
3.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述时间监测装置将从卫星上获取UTC标准时间与从时间同步装置获取的当前时间进行比对并计算出的偏差数据和延时数据发送给授时监测系统进行整理并显 示。
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