0 引 言

目前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中時(shí)間同步系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，缺乏反饋信息，無(wú)法獲知變電站時(shí)鐘工作狀態(tài)。為了對(duì)變電站時(shí)鐘形成有效管理，減少因?qū)r(shí)錯(cuò)誤引起的事件順序記錄無(wú)效，甚至導(dǎo)致設(shè)備死機(jī)等運(yùn)行事故，相關(guān)電網(wǎng)單位制定一套全新的時(shí)鐘同步體系，即時(shí)間同步管理技術(shù)方案。該方案將時(shí)鐘和被對(duì)時(shí)設(shè)備形成閉環(huán)監(jiān)測(cè)，使變電站運(yùn)行人員有效掌握整個(gè)變電站時(shí)間運(yùn)行體系[1]。

1 時(shí)鐘管理重要性

時(shí)間的**和統(tǒng)一在電網(wǎng)中是十分重要的。在電力系統(tǒng)的許多領(lǐng)域，諸如時(shí)間順序記錄、繼電保護(hù)、故障測(cè)距、電能計(jì)費(fèi)、實(shí)時(shí)信息采集等都需要有一個(gè)統(tǒng)一的、高精度的時(shí)間基準(zhǔn)。**統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，可以保證智能變電站數(shù)字采樣的同步性，從而確保智能變電站正?？煽窟\(yùn)行[2]。特別是在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生連續(xù)故障的情況下，全站統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)可以方便地分析研究各微機(jī)保護(hù)的動(dòng)作行為、故障原因、故障類型、故障發(fā)**展過(guò)程。這對(duì)于事故分析, 保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行有著重要意義。

在目前運(yùn)行或在建的變電站中，B碼對(duì)時(shí)以其對(duì)時(shí)環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單，精度高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等三大優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用,文獻(xiàn)［3－4］提出間隔層和過(guò)程層設(shè)備宜采用B碼、秒脈沖對(duì)時(shí)方式。為了適應(yīng)新形勢(shì)下變電站時(shí)鐘同步體系對(duì)繼電保護(hù)裝置B碼對(duì)時(shí)要求，加強(qiáng)繼電保護(hù)時(shí)鐘精度的研發(fā)和測(cè)試，本文結(jié)合某型號(hào)微機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置，介紹了一種基于高精度繼電保護(hù)測(cè)試儀和GPS時(shí)間同步系統(tǒng)搭建的B碼時(shí)鐘管理系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境，為新一代智能變電站繼電保護(hù)時(shí)鐘管理系統(tǒng)的研發(fā)和測(cè)試提供指導(dǎo)。

2 B碼對(duì)時(shí)在繼電保護(hù)中的實(shí)現(xiàn)

B碼是目前電力繼電保護(hù)行業(yè)應(yīng)用*廣泛的一種對(duì)時(shí)方式，由圖1可見(jiàn)，B碼是一種脈寬碼，幀長(zhǎng)度為1s，碼速率位100PPS，碼元周期10ms，碼元有三種（碼元“P”、碼元邏輯“1”和碼元邏輯“0”）。位置識(shí)別標(biāo)志的脈寬是8ms，位置識(shí)別碼元P的前沿在幀參考點(diǎn)前一個(gè)索引數(shù)間隔處，以后每10個(gè)碼元有1個(gè)位置識(shí)別標(biāo)志，分別是P1、P2、……、P9，PR為幀參考點(diǎn)。

繼電保護(hù)獲取到正確連續(xù)的B碼對(duì)時(shí)信號(hào)，經(jīng)過(guò)軟件判別B碼脈沖信號(hào)的信息無(wú)誤后，提取B碼脈沖相關(guān)時(shí)間信息并對(duì)繼電繼電保護(hù)裝置對(duì)時(shí)，使其實(shí)現(xiàn)與GPS時(shí)鐘同步功能。由于B碼脈沖信號(hào)是每秒一次連續(xù)的脈沖信號(hào)，因此要求繼電繼電保護(hù)裝置應(yīng)能1秒鐘正確捕獲一次B碼脈沖信號(hào)，并能及時(shí)進(jìn)行相關(guān)

分析處理，這就對(duì)繼電保護(hù)邏輯運(yùn)算處理能力有一定的性能要求[6]。

3 時(shí)鐘同步管理系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)B碼對(duì)時(shí)要求

時(shí)鐘同步管理系統(tǒng)是一種在線時(shí)鐘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)將時(shí)鐘、被對(duì)時(shí)設(shè)備（繼電保護(hù)等）構(gòu)成閉環(huán)，使對(duì)時(shí)狀態(tài)可檢測(cè)，且檢測(cè)結(jié)果可上送，從而將時(shí)間同步系統(tǒng)納入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理[7]。這對(duì)繼電保護(hù)裝置在B碼對(duì)時(shí)邏輯處理性能方面有一定的要求。根據(jù)《加強(qiáng)時(shí)間同步管理的整體技術(shù)方案》與《電力系統(tǒng)的時(shí)間同步運(yùn)行管理技術(shù)的檢測(cè)規(guī)范》的相關(guān)技術(shù)規(guī)范（見(jiàn)表1、表2和表3），繼電保護(hù)裝置應(yīng)有以下功能：

（1）繼電保護(hù)裝置時(shí)間連續(xù)性（跳變偵測(cè)）判斷，是本地秒間隔刷新，即0ms時(shí)，本地時(shí)間的年月日時(shí)分秒與收到的年月日時(shí)分秒比較，邏輯上相同則認(rèn)為時(shí)間是連續(xù)的，反之則不連續(xù)。

（2）繼電保護(hù)裝置應(yīng)有檢測(cè)輸入時(shí)間不連續(xù)的能力，在出現(xiàn)時(shí)間不連續(xù)時(shí)應(yīng)能進(jìn)入守時(shí)，并發(fā)出時(shí)間連續(xù)異常告警（不包括初始化階段）。

（3）繼電保護(hù)裝置應(yīng)能正確處理閏秒時(shí)間，避免產(chǎn)生錯(cuò)誤的時(shí)間不連續(xù)狀態(tài)。

（4）繼電保護(hù)裝置應(yīng)能正確處理對(duì)時(shí)報(bào)文中的品質(zhì)、檢驗(yàn)位，并在自檢信息中反應(yīng)。

4 B碼的測(cè)試環(huán)境及測(cè)試原理

為了對(duì)繼電保護(hù)的B碼對(duì)時(shí)做**詳細(xì)的量化測(cè)試，我們用高精度繼電保護(hù)測(cè)試儀與GPS時(shí)間同步系統(tǒng)搭建一套**測(cè)試?yán)^電保護(hù)B碼時(shí)鐘精度管理的測(cè)試環(huán)境。詳見(jiàn)圖2和圖3。

繼電保護(hù)裝置B碼處理性能：（1）繼電保護(hù)裝置在接收到B碼對(duì)時(shí)信號(hào)時(shí)能正確更新時(shí)間并置同步標(biāo)志。（2）繼電保護(hù)裝置在B碼對(duì)時(shí)信號(hào)消失后能正確守時(shí)并置失步標(biāo)志。（3）繼電保護(hù)裝置在對(duì)時(shí)狀態(tài)應(yīng)能正確更新裝置時(shí)間，同時(shí)對(duì)時(shí)精度應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)要求。（4）繼電保護(hù)裝置應(yīng)能正確識(shí)別時(shí)間跳變、正負(fù)閏秒、校驗(yàn)位錯(cuò)誤、時(shí)間質(zhì)量錯(cuò)誤，并給出相應(yīng)告警提示。

測(cè)試原理及測(cè)試環(huán)境1：如圖2，微機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置支持±5V差分B碼，對(duì)B碼抖動(dòng)處理誤差為1ms，而高精度繼電保護(hù)測(cè)試儀模擬±5V差分B碼的抖

動(dòng)誤差為0.6ms左右，且其能回放超過(guò)60個(gè)B碼脈沖信號(hào)，回放的波形文件可以以Excel格式打開(kāi)并修改任1秒鐘的B碼碼元，從而模擬各種情況B碼信號(hào)（如圖4），因此高精度繼電保護(hù)測(cè)試儀完全滿足微機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置B碼對(duì)時(shí)邏輯處理性能的測(cè)試。例如：利用繼電保護(hù)測(cè)試儀回放20個(gè)連續(xù)的B碼脈沖信號(hào)，時(shí)間起始為2013-01-01 07:59:51至2013-01-01 08:00:10，修改中間部分B碼脈沖的碼元，模擬各種正常或非法的B碼信號(hào)，驗(yàn)證繼電保護(hù)裝置B碼對(duì)時(shí)邏輯處理功能的正確性。

測(cè)試原理及測(cè)試環(huán)境2：如圖3，GPS時(shí)間同步系統(tǒng)采用GPS衛(wèi)星同步，對(duì)外發(fā)送±5V差分B碼的抖動(dòng)誤差不大于200ns，其性能指標(biāo)完全滿足微機(jī)變壓器繼

電保護(hù)裝置B碼對(duì)時(shí)要求。利用GPS時(shí)間同步系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間輸出B碼脈沖穩(wěn)定可靠[8]，對(duì)微機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置進(jìn)行B碼對(duì)時(shí)長(zhǎng)期拷機(jī)，驗(yàn)證保護(hù)裝置長(zhǎng)期運(yùn)行中有無(wú)誤檢時(shí)間跳變及對(duì)時(shí)信號(hào)異常等現(xiàn)象。同時(shí)GPS時(shí)間同步系統(tǒng)還有能支持220V電壓信號(hào)的空節(jié)點(diǎn)，空節(jié)點(diǎn)每秒閉合一次（閉合20ms，斷開(kāi)980ms），利用該空節(jié)點(diǎn)對(duì)微機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置施加220V硬開(kāi)入，通過(guò)裝置記錄開(kāi)入時(shí)間檢驗(yàn)繼電保護(hù)裝置B碼對(duì)時(shí)精度。

5 測(cè)試環(huán)境的應(yīng)用

5.1 性能指標(biāo)考核

對(duì)時(shí)精度：利用圖3測(cè)試環(huán)境對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行對(duì)時(shí)精度測(cè)試，GPS時(shí)間同步系統(tǒng)每秒給繼電保護(hù)裝置一個(gè)220V的開(kāi)入信號(hào)，裝置記錄開(kāi)入時(shí)間與GPS

時(shí)鐘對(duì)比，誤差小于1ms，試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。守時(shí)性能：利用圖3測(cè)試環(huán)境對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行守時(shí)性能測(cè)試，GPS時(shí)間同步與繼電保護(hù)裝置B碼

對(duì)時(shí)成功后，去掉B碼信號(hào)，裝置拷機(jī)48小時(shí)，比較繼電保護(hù)裝置走時(shí)與GPS時(shí)鐘，誤差2ms，試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。

穩(wěn)定性：利用圖3測(cè)試環(huán)境對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行48小時(shí)穩(wěn)定性拷機(jī)，拷機(jī)結(jié)束后，查看繼電保護(hù)裝置相關(guān)統(tǒng)計(jì)記錄，確認(rèn)48小時(shí)拷機(jī)中有無(wú)誤檢時(shí)間跳

變、時(shí)間質(zhì)量錯(cuò)誤、校驗(yàn)位錯(cuò)誤和正負(fù)閏秒等異常現(xiàn)象?？綑C(jī)結(jié)果正常，試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。

5.2 正常B碼信號(hào)考核

脈沖采樣：利用圖2測(cè)試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)繼電保護(hù)裝置回放20個(gè)正常B碼脈沖信號(hào)，回放20次，繼電保護(hù)裝置每次均能正確識(shí)別該20個(gè)脈沖信

號(hào)。試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。正閏秒：利用圖2測(cè)試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)繼電保護(hù)裝置回放21個(gè)帶正閏秒預(yù)告(LSP)和正閏秒(LS)標(biāo)志的正常B碼脈沖信號(hào)[9]，脈沖秒位起始時(shí)間為51s至下一分鐘的10s，年月日等分別設(shè)為2012年1月1日7時(shí)59分、2012年7月1日7時(shí)59分、2012年8月20日7時(shí)59分，三種情況各試驗(yàn)5次，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證繼電保護(hù)裝置能正確識(shí)別1月1日7時(shí)59分和7月1日7時(shí)59分的正閏秒，且能正確顯示正閏秒60，同時(shí)不識(shí)別其他時(shí)間的正閏秒。試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。負(fù)閏秒測(cè)試與正閏秒測(cè)試相同。

時(shí)間質(zhì)量：利用圖2測(cè)試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)繼電保護(hù)裝置回放20個(gè)正常B碼脈沖信號(hào)，模擬其中個(gè)別B碼脈沖時(shí)間質(zhì)量錯(cuò)誤，試驗(yàn)10次，繼電保

護(hù)裝置每次均能正確識(shí)別時(shí)間質(zhì)量錯(cuò)誤的B碼時(shí)間脈沖。試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。

校驗(yàn)位：利用圖2測(cè)試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)繼電保護(hù)裝置回放20個(gè)正常B碼脈沖信號(hào)，模擬其中個(gè)別B碼脈沖校驗(yàn)位錯(cuò)誤，試驗(yàn)10次，繼電保護(hù)裝

置每次均能正確識(shí)別校驗(yàn)位錯(cuò)誤的B碼時(shí)間脈沖。試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。

5.3 異常B碼信號(hào)考核

脈沖異常：利用圖2測(cè)試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)繼電保護(hù)裝置回放20個(gè)正常B碼脈沖信號(hào)，模擬其中某一秒脈沖多發(fā)一次、某一秒脈沖丟失不發(fā)、某

一秒脈沖的5V電平信號(hào)丟失，三種情況下各試驗(yàn)5次，繼電保護(hù)裝置在每種情況下均能正確識(shí)別異常的B碼時(shí)間脈沖，及時(shí)識(shí)別出相關(guān)的時(shí)間跳變。試驗(yàn)結(jié)

果符合預(yù)期效果。

非法時(shí)間：利用圖2測(cè)試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)繼電保護(hù)裝置回放20個(gè)正常B碼脈沖信號(hào)，模擬其中個(gè)別B碼脈沖時(shí)間非法，非法時(shí)間有年非法、天

非法（閏年超過(guò)366，非閏年超過(guò)365）、時(shí)非法（超過(guò)24）、分非法（超過(guò)59）、秒非法（正潤(rùn)秒超過(guò)60），以上幾種情況各試驗(yàn)5次，繼電保護(hù)裝置在每種情況下均能正確識(shí)別非法B碼時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章分析了時(shí)鐘管理體系對(duì)繼電保護(hù)B碼對(duì)時(shí)要求，通過(guò)自己實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合微機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置，講述了一種通過(guò)高精度繼電保護(hù)測(cè)試儀與GPS時(shí)間同步系統(tǒng)詳細(xì)測(cè)試?yán)^電保護(hù)B碼對(duì)時(shí)的方法，為時(shí)鐘管理體系中繼電保護(hù)B碼時(shí)鐘處理機(jī)制[10]的研發(fā)及測(cè)試提供一個(gè)指導(dǎo)。