0 引 言

目前變電站自動化系統(tǒng)中時間同步系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，缺乏反饋信息，無法獲知變電站時鐘工作狀態(tài)。為了對變電站時鐘形成有效管理，減少因?qū)r錯誤引起的事件順序記錄無效，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鐘同步體系，即時間同步管理技術(shù)方案。該方案將時鐘和被對時設(shè)備形成閉環(huán)監(jiān)測，使變電站運(yùn)行人員有效掌握整個變電站時間運(yùn)行體系[1]。

1 時鐘管理重要性

時間的**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，諸如時間順序記錄、繼電保護(hù)、故障測距、電能計(jì)費(fèi)、實(shí)時信息采集等都需要有一個統(tǒng)一的、高精度的時間基準(zhǔn)。**統(tǒng)一的時間基準(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常可靠運(yùn)行[2]。特別是在短時間內(nèi)發(fā)生連續(xù)故障的情況下，全站統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)可以方便地分析研究各微機(jī)保護(hù)的動作行為、故障原因、故障類型、故障發(fā)**展過程。這對于事故分析, 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碼對時以其對時環(huán)節(jié)簡單，精度高，實(shí)現(xiàn)簡單等三大優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用,文獻(xiàn)［3－4］提出間隔層和過程層設(shè)備宜采用B碼、秒脈沖對時方式。為了適應(yīng)新形勢下變電站時鐘同步體系對繼電保護(hù)裝置B碼對時要求，加強(qiáng)繼電保護(hù)時鐘精度的研發(fā)和測試，本文結(jié)合某型號微機(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)測試儀和GPS時間同步系統(tǒng)搭建的B碼時鐘管理系統(tǒng)測試環(huán)境，為新一代智能變電站繼電保護(hù)時鐘管理系統(tǒng)的研發(fā)和測試提供指導(dǎo)。

2 B碼對時在繼電保護(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*廣泛的一種對時方式，由圖1可見，B碼是一種脈寬碼，幀長度為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”）。位置識別標(biāo)志的脈寬是8ms，位置識別碼元P的前沿在幀參考點(diǎn)前一個索引數(shù)間隔處，以后每10個碼元有1個位置識別標(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碼對時信號，經(jīng)過軟件判別B碼脈沖信號的信息無誤后，提取B碼脈沖相關(guān)時間信息并對繼電繼電保護(hù)裝置對時，使其實(shí)現(xiàn)與GPS時鐘同步功能。由于B碼脈沖信號是每秒一次連續(xù)的脈沖信號，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，并能及時進(jìn)行相關(guān)

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

3 時鐘同步管理系統(tǒng)對微機(jī)保護(hù)B碼對時要求

時鐘同步管理系統(tǒng)是一種在線時鐘監(jiān)測系統(tǒng)，通過將時鐘、被對時設(shè)備（繼電保護(hù)等）構(gòu)成閉環(huán)，使對時狀態(tài)可檢測，且檢測結(jié)果可上送，從而將時間同步系統(tǒng)納入自動化監(jiān)測系統(tǒng)管理[7]。這對繼電保護(hù)裝置在B碼對時邏輯處理性能方面有一定的要求。根據(jù)《加強(qiáng)時間同步管理的整體技術(shù)方案》與《電力系統(tǒng)的時間同步運(yùn)行管理技術(shù)的檢測規(guī)范》的相關(guān)技術(shù)規(guī)范（見表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)裝置時間連續(xù)性（跳變偵測）判斷，是本地秒間隔刷新，即0ms時，本地時間的年月日時分秒與收到的年月日時分秒比較，邏輯上相同則認(rèn)為時間是連續(xù)的，反之則不連續(xù)。

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

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

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

4 B碼的測試環(huán)境及測試原理

為了對繼電保護(hù)的B碼對時做**詳細(xì)的量化測試，我們用高精度繼電保護(hù)測試儀與GPS時間同步系統(tǒng)搭建一套**測試?yán)^電保護(hù)B碼時鐘精度管理的測試環(huán)境。詳見圖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碼對時信號時能正確更新時間并置同步標(biāo)志。（2）繼電保護(hù)裝置在B碼對時信號消失后能正確守時并置失步標(biāo)志。（3）繼電保護(hù)裝置在對時狀態(tài)應(yīng)能正確更新裝置時間，同時對時精度應(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)能正確識別時間跳變、正負(fù)閏秒、校驗(yàn)位錯誤、時間質(zhì)量錯誤，并給出相應(yīng)告警提示。

測試原理及測試環(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B碼抖動處理誤差為1ms，而高精度繼電保護(hù)測試儀模擬±5V差分B碼的抖

動誤差為0.6ms左右，且其能回放超過60個B碼脈沖信號，回放的波形文件可以以Excel格式打開并修改任1秒鐘的B碼碼元，從而模擬各種情況B碼信號（如圖4），因此高精度繼電保護(hù)測試儀完全滿足微機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置B碼對時邏輯處理性能的測試。例如：利用繼電保護(hù)測試儀回放20個連續(xù)的B碼脈沖信號，時間起始為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，驗(yàn)證繼電保護(hù)裝置B碼對時邏輯處理功能的正確性。

測試原理及測試環(huán)境2：如圖3，GPS時間同步系統(tǒng)采用GPS衛(wèi)星同步，對外發(fā)送±5V差分B碼的抖動誤差不大于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碼對時要求。利用GPS時間同步系統(tǒng)長時間輸出B碼脈沖穩(wěn)定可靠[8]，對微機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置進(jìn)行B碼對時長期拷機(jī)，驗(yàn)證保護(hù)裝置長期運(yùn)行中有無誤檢時間跳變及對時信號異常等現(xiàn)象。同時GPS時間同步系統(tǒng)還有能支持220V電壓信號的空節(jié)點(diǎn)，空節(jié)點(diǎn)每秒閉合一次（閉合20ms，斷開980ms），利用該空節(jié)點(diǎn)對微機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置施加220V硬開入，通過裝置記錄開入時間檢驗(yàn)繼電保護(hù)裝置B碼對時精度。

5 測試環(huán)境的應(yīng)用

5.1 性能指標(biāo)考核

對時精度：利用圖3測試環(huán)境對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行對時精度測試，GPS時間同步系統(tǒng)每秒給繼電保護(hù)裝置一個220V的開入信號，裝置記錄開入時間與GPS

時鐘對比，誤差小于1ms，試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。守時性能：利用圖3測試環(huán)境對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行守時性能測試，GPS時間同步與繼電保護(hù)裝置B碼

對時成功后，去掉B碼信號，裝置拷機(jī)48小時，比較繼電保護(hù)裝置走時與GPS時鐘，誤差2ms，試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。

穩(wěn)定性：利用圖3測試環(huán)境對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行48小時穩(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小時拷機(jī)中有無誤檢時間跳

變、時間質(zhì)量錯誤、校驗(yàn)位錯誤和正負(fù)閏秒等異?，F(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碼信號考核

脈沖采樣：利用圖2測試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測試儀對繼電保護(hù)裝置回放20個正常B碼脈沖信號，回放20次，繼電保護(hù)裝置每次均能正確識別該20個脈沖信

號。試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。正閏秒：利用圖2測試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測試儀對繼電保護(hù)裝置回放21個帶正閏秒預(yù)告(LSP)和正閏秒(LS)標(biāo)志的正常B碼脈沖信號[9]，脈沖秒位起始時間為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59分、2012年7月1日7時59分、2012年8月20日7時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)裝置能正確識別1月1日7時59分和7月1日7時59分的正閏秒，且能正確顯示正閏秒60，同時不識別其他時間的正閏秒。試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。負(fù)閏秒測試與正閏秒測試相同。

時間質(zhì)量：利用圖2測試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測試儀對繼電保護(hù)裝置回放20個正常B碼脈沖信號，模擬其中個別B碼脈沖時間質(zhì)量錯誤，試驗(yàn)10次，繼電保

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

校驗(yàn)位：利用圖2測試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測試儀對繼電保護(hù)裝置回放20個正常B碼脈沖信號，模擬其中個別B碼脈沖校驗(yàn)位錯誤，試驗(yàn)10次，繼電保護(hù)裝

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

5.3 異常B碼信號考核

脈沖異常：利用圖2測試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測試儀對繼電保護(hù)裝置回放20個正常B碼脈沖信號，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別異常的B碼時間脈沖，及時識別出相關(guān)的時間跳變。試驗(yàn)結(jié)

果符合預(yù)期效果。

非法時間：利用圖2測試環(huán)境，使用繼電保護(hù)測試儀對繼電保護(hù)裝置回放20個正常B碼脈沖信號，模擬其中個別B碼脈沖時間非法，非法時間有年非法、天

非法（閏年超過366，非閏年超過365）、時非法（超過24）、分非法（超過59）、秒非法（正潤秒超過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別非法B碼時間。試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期效果。

6 結(jié)束語

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