一种时间同步实时监测装置

暂无

一种时间同步实时监测装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种TMU时间同步实时监测系统装置。\n背景技术\n[0002] 在电力系统运行过程中，电网的运行状态瞬息万变，电网调度实行分层多级管理，调度管理中心远离现场。为保证电网安全和经济运行，各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置被广泛应用，如调度自动化系统、故障录波装置、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、电能量计费系统、火电厂机组自动控制系统、雷电定位系统及输煤、除灰、脱硫等控制装置等。随着电厂、变电站自动化水平的提高，电力系统对全站统一时钟的要求愈来愈迫切，有了统一时钟，既可实现全站各系统在统一时间基准下的运行监控，也可以通过各开关动作的先后顺序来分析事故的原因及发展过程。\n[0003] 因此时钟是电力二次系统中进行实时数据采集、控制、事故追忆和事故分析的基础，是电力系统安全运行的重要组成部分。目前各厂站的被授时设备众多，包括保护、测控、录波、PMU和监控系统等，这些子系统均需要与时钟装置连接以获取精确时间。时钟设备接受卫星授时信号并处理后转换为差分、TTL、节点、网络等形式的直流B码、脉冲、交流B码、网络NTP、PTP(IEEE1588)等各类对时信号对上述设备进行授时。典型时钟系统的授时过程基本上都是采用单向传递的结构，授时的正确度及精度在单向传递过程中任何一个环节出现问题，最终都将引发被授时设备的时间偏差或根本就没有被授时。\n发明内容\n[0004] 本实用新型的目的是提供一种时钟同步实时监测装置，用以对时钟状态监测、时钟时间精度监测，保护、测控、故障录波、PMU、监控系统等被授时设备接收时间正确性的监测。\n[0005] 为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种时间同步实时监测装置，其特征在于：包括壳体，在壳体的正面设有触摸式显示屏，在壳体的背面或正面设有主站通讯数据接口、SOE数据输入接口、基准时钟接入接口、现场时钟接入接口、变位脉冲输出接口及工作电源输入接口，主站通讯数据接口、SOE数据输入接口、基准时钟接入接口、现场时钟接入接口、变位脉冲输出接口、工作电源输入接口及触摸式显示屏连接设于壳体内的工控主板。\n[0006] 本实用新型的优点是：采用本实用新型提供的硬件设备后再结合相应的软件能够实现对厂站端（包括变电站、电厂等）时钟系统的监测与管理，包括时钟数据采集和处理、状态监测、时间精度及延迟检测、对比考核、告警处理、控制等功能。\n附图说明\n[0007] 图1为本实用新型提供的一种时间同步实时监测装置的外部示意图；\n[0008] 图2为本实用新型提供的一种时间同步实时监测装置的接口示意图。\n具体实施方式\n[0009] 为使本实用新型更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。\n[0010] 如图1及图2所示，为本实用新型提供的一种时间同步实时监测装置，包括壳体1，在壳体1的正面设有触摸式显示屏2，在壳体1的背面或正面设有主站通讯数据接口3、SOE数据输入接口4、基准时钟接入接口5、现场时钟接入接口6、变位脉冲输出接口7及工作电源输入接口8，主站通讯数据接口3、SOE数据输入接口4、基准时钟接入接口5、现场时钟接入接口6、变位脉冲输出接口7、工作电源输入接口8及触摸式显示屏2连接设于壳体1内的工控主板。\n[0011] 本实用新型提供的装置采用模块化结构设计，通过多种接口板接入现场的各类不同的时钟信号。同时装置以网络方式通过数据网与中心端核心时钟建立时间同步关系，获取精确的参考时间。装置通过对接入的多种时间信号和中心端核心时钟的时间参考信号进行时间对比，将该信息通过数据网上报至监测中心，实现对时钟设备时间精度的监测功能。\n设置节点脉冲输出准时刻信号，接入到自动化设备的遥信位上产生SOE，分析SOE发生时刻监测被授时设备的时间同步状况。装置配置大屏幕触摸显示屏显示各项监测数据。从而达到：a、稳定性。系统长期稳定运行，系统中各类设备的平均无故障时间（MTBF）大于20000小时。系统的年可用率不小于99.95％。单个设备的故障不会引起系统功能的丧失。系统在任何情况下不会引起实时数据的丢失。 b、实时性。系统能够对系统事件提供快速、恒定的响应性。以高效、可靠和准确的方式反映系统事件。 c、准确性。主站信息处理的正确率为100％。 d、可靠性。服务器、工作站和网络设备采用冗余方式配置以保证系统的可靠性。\n重要的文件、系统及数据库均有自动备份功能。由于偶发性故障而发生自动热启动的平均次数<1次/360小时。 e、可扩展性。系统具有灵活的系统扩充能力，提供包括系统数据库容量、服务器节点、工作站节点、时钟装置台数等系统功能和系统设备的扩充条件及技术手段。系统接入网络接点数、工作站个数、时钟装置台数可由用户自行定义或扩充，系统软件无任何限制的优点。\n[0012] 本实用新型采用的原理方法有以下几点：\n[0013] A、时钟同步方式\n[0014] 时钟同步和监测的关键技术在于通讯信道的时间精确传递和误差测量及补偿。根据目前电力系统通信方面的实际条件，可以较快而且方便应用于时间同步的方式主要有基于数据网的NTP方式、基于数据网的PTP方式和基于SDH-E1通道的时码方式。对于前两者主要是通过数据网IP通道来实现，其中NTP方式较为成熟同步精确度通常为几十毫秒（ms）的等级。 \n[0015] PTP技术其理论精度较高，但是该技术需要数据网纵向链路的所有设备均要完备支持PTP（IEEE1588）协议为前提，因此以该方式实施可以会带来设备更换和成本过高等诸多因素，同时PTP复杂的时间同步机制需要链路层所有设备可靠并且严密的协同工作，否则会直接影响对时性能。由于目前PTP技术属于起步阶段，各类厂家和设备的技术应用能力尚不成熟，本系统对PTP方式作为研究课题进行验证，在时机成熟时可逐步过渡到PTP方式。 \n[0016] E1通道的时码传递方式，通过建立中心和各厂站端点对点的E1专用通道，以传递标准时码的方式来进行时间同步。该方式可以实现较高精度，而且较为容易实现，目前随着电力系统SDH光纤专网的铺设，E1应用资源较为丰富。但是该方式需要为每个监测厂站设置专用E1通道，才能实现远程时间扩展和时钟时间精度远程监测。 \n[0017] B、时钟扩展通道\n[0018] 系统网络扩展通道可采用数据网IP通道及SDH-E1通道。 \n[0019] C、监测信息类型\n[0020] 时钟同步实时监测系统主要完成以下信息类型的实时监测： \n[0021] a) 目前厂站端应用的时钟系统种类繁杂，监测类型包括基本的时码输出IRIG－BDC、差分，TTL，光纤，节点等方式。 \n[0022] b) 由于种种原因时钟设备建设所经历的过程，采用技术标准不同及所需的配置不同，为适应需求监测装置需能接收原系统输出的各类时码信号。 \n[0023] c) 监测装置能输出E1、PTP、NTP信号送至监测中心提供远程时间偏差检测。 [0024] d) 监测装置提供现场的时间信号扩容输出能力，对原设备由于配置不全需达到功能尚不能满足的信号量进行拓展。 \n[0025] e) 满足时钟监测中心通过网络方式来获得厂站的时钟，来实测其偏差并对厂站的时钟正确度及精度作出评估。 \n[0026] f) 对厂站的遥信节点输出的时钟信号(有源节点及无源节点)进行扩展，时脉冲的输出可设定即将时脉冲输出有控的分配在电网出于低谷时的几个时段来实施，有效避免类似过于集中变位引发系统的问题。 \n[0027] D、数据通信规约\n[0028] 时间精度监测通过调度数据网或标准E1信道进行，包括标准时码方式，利用NTP/SNTP网络时间同步协议，也可采用PTP精密时间协议（IEEE1588）技术完成。时钟状态数据采集的传输协议采用TCP/IP的TCP联接方式。厂站时钟监测装置作为TCP服务器端,监测中心以TCP客户端方式与远方时钟装置建立连接, 获取监测数据，通讯协议采用标准104规约。 \n[0029] 对于时间精度监测，当采用NTP技术时，远方时钟装置又作为一台NTP时间服务器,监测中心以标准的NTP客户端方式获取其时间信息以供测量。当采用PTP精密时间协议来做时间精度监测时，远方时钟作为PTP主时钟，监测中心以标准的PTP从节点的方式与主时钟做时间运算，获取其精确时间信息以供测量。 \n[0030] E、E1通讯原理\n[0031] 采用SDH-E1通讯时需要采用固定路由通讯的方式，因此对于两个方向的传输时延可以通过在线测量技术测取后返回中心端通过软件分析通道某段时间的固定时延并进行补偿。 \n[0032] 在E1通道上实现时间扩展传递，其对时精度取决于E1通讯路由的稳定度和变换情况，因此需要将对时用的E1通道采用固定通信路由的方式。在通讯路由固定的情况下，时间同步精度可以达到0.5us（500ns）精度。由于偶然因素导致的路径变化引起时间传递时延突变时，厂站端时钟检测设备在侦测到该变化后将输出告警信号。 [0033] F、对时精度监测原理\n[0034] 厂站时钟设备到被授时设备之间的授时和接收过程是否正确，采用时钟系统的节点脉冲以正点变位方式输出信号，现场自动化设备基本上均具备遥信位输入，将脉冲信号接入到被授时设备的遥信位上促使其产生SOE变位时间，变位SOE时间记录通过标准协议由自动化设备输出至时钟监测装置，通过时标比较测出SOE报文传送的变位时间与时钟系统设定的节点脉冲变位时刻之间的时间差，即可监测到授时设备与被授时设备的时间传递状况。监测记录数据上报中心站并按接受序列存入相应的数据库内供时钟监测系统处理。 [0035] 对时精度监测实施根据现有时钟系统配置进行建设，可利用原有时钟系统提供变位节点脉冲，原系统容量不够时由时钟监测装置提供变位节点脉冲。 \n[0036] 时钟监测装置比较测出SOE报文传送的变位时间与时钟系统设定的节点脉冲变位时刻之间的时间差。得出以下几种结果： \n[0037] a) 变位时间差在国网颁布的允许范围内则说明自动化监控系统对时是完好的，说明时钟授时设备与被授时设备间的授时是有效的，且设备对所接受的时钟信息的处理和变位处理时的时间控制是正常的。 \n[0038] b) 变位时间差异偏差很大则说明时钟授时设备与被授时设备间的传递过程中有问题，可能存在时钟输出有故障、被授时设备根本就不具备被授时功能、时钟输出方式选择错误、授时报文在二者间的适配性有缺陷。 \n[0039] c) 变位时间差异偏差很大，但与原有时钟系统时间差在允许范围内，则说明厂站所运行的由自多制造商提供的时钟设备与标准UTC时间不一致，需对厂站时钟设备进行精度监测。