时间同步系统在企业供配电继电保护系统中的应用

时间：2024-11-02

李胜亮

（中铝洛阳铜加工有限公司，河南洛阳 471039）

随着社会经济的发展，很多企业的高压配电系统（本文章以企业的10KV配电系统为主，以下同）自动化程度越来越高。企业配电站根据生产功能和重要程度分别设置，分为主控站（一级站）、区域站（二级站）、功能站（三级站）等，每一级配电站内安装多台独立运行的高压配电柜（以KYN28A型为主），高压柜安装微机综合保护装置实现对本柜配电负荷的综合保护与远程操作[1]。每一级配电站内安装集中的通讯管理装置，各个配电站之间采用光纤集中接至总控制室的工控机的自动化系统上，从而实现了各级配电站的远程管理。电网运行情况瞬息万变，为了在其发生事故时能够以发生时间先后准确追溯始发故障、连锁故障，及时处理或隔离故障点，保障电网运行，需要统一的时间基准和时间精度，以保证自动化控制系统、故障录波、SOE等一系列变电站自动化装置运行的准确性[2,3]。

1 配电柜的微机综合保护装置

微机综合保护装置安装在独立的配电柜上，它是以微处理器为核心，具备过流、速断、延时跳闸、电压监测、报警与故障记录、计量监测等功能，通过RS-485通讯具备远程管理功能，是电力自动化系统最终端的数据采集、记录、执行器件。它记录任一台配电柜的故障情况及故障时间均通过传输网络输送到中控室的自动化控制系统上。

2 企业配电自动化控制系统

企业的配电自动糊控制系统是安装于中控室工控机上的管理系统，它通过传输网络实现对各级配电站和各个配电柜的远程分别管理，主要具备数据采集及处理、远程操作就控制、事故报警和记录功能、报警事件启动事故追忆、监控显示、故障录波、报表生成及打印功能。

3 时间同步系统

（1）概述。配电自动化控制的时间同步系统指为了规范电网内所有运行设备的时间准确性和精度而设立的时间同步系统，使所有软硬件在统一的时间精度下运行。在整个电网中，电力设备都是在线运行，并实时进行数据采集和数据处理，而时间同步系统的可靠性在这里尤为重要。事故发生后，可以通过查找SOE装置的记录帮助运行维护人员明确事故发生的时间。这样做，可以及时解决问题，不走弯路。电网自动化装置和工控机自带的实时时钟受现代制作工艺的限制，其精度并不是统一的，有很小的误差。这些小误差随着设备的长时间运行慢慢积累，进而形成较大的误差，最终影响时钟的准确性，使其失去时间计量作用。

目前，时间同步对时方式有很多，基于电网系统的特殊性，各级配电站的反馈级差不超过1s，综保装置的最高时间设置精度为0.001s，为了追溯故障设备的时间先后，要求授时系统的时间精度不小于毫秒级，因此一般采用GPS+BDS授时系统。GPS和BDS双运行或单运行模式均可，为了保证可靠性，最好采用双运行模式。

时间同步系统的架构图如下。

图1 卫星时间同步系统的架构

（2）系统的工作原理。卫星接收模块从GPS、北斗卫星接收精确的时间信息，经编码处理后再通过RS-232接口向控制中心服务器提供时间信息和秒脉冲信号，该时间同步信号同步于世界时UTC。NTP服务软件使电网控制中心服务器成为标准NTP卫星时间同步系统，并能通过电网自动化控制系统软件同步网内的各工作站、路由器、交换机和配电柜的综合保护装置，从而实现整个电网控制系统的时间同步。

4 时间同步系统在企业供配电系统故障处理中的应用

（1）某企业设置总配电站一座，分配电站10个（编号为1#-10#配电站），总配电站主要为接受供电公司10KV配电网络，并配出10KV供电线路给分配电站，分配电站给负责区域内的各种变压器、高压电机供电。

（2）该企业设有主控制室，11个配电站无人值守，每个配电站设置独立的通讯管理终端（通讯管理机）负责本分站内所有独立高压柜的综合保护装置管理。11个配电站的通讯管理终端通过将信息传输至主控室，主控室安装有两台独立运行的工控机，均安装电力自动化控制监控系统，两台工控机互为备用，数据实时共享传输，共同负责整个公司电力系统的运行监控、异常报警、电字自动抄报和报表输出、远程操作与反馈等。

（3）2018年X月X日X时X分，总控制室值班人员收到多起声光报警，显示为5#配电站多面高压柜跳闸。5#高压配电站为该企业的压缩空气站，负荷均为10KV高压电动机，平时两段供电分别运行。该站的电网故障将使全企业的压缩空气失压，越及早处理对企业的损失越小。值班人员立即联系检修人员到5#高压配电站处理故障，检修人员到达5#高压配电站后发现，站内1#进线柜及1段母线断电失压，1段母线的5面高压柜断电失压，于是采用试合闸的方式进行送电，当遇到故障柜时，1段母线会再次失压，从而判定故障点。结果1#进线柜及配出柜送电后均再无跳闸，故障点未找到。

（4）压缩空气恢复供气压力后，该企业的技术处电气工程师随即进行事故调查。该工程师认为5台配出柜同时发生故障的可能性很小，必定有先发故障，从而导致1#进线柜跳闸和1段母线失压。于是改工程师调取1段母线的6个综合保护装置数据，结果均显示如下主要报警信息：15:42:3608 三相失压报警。15:42:3608 主断路器储能完成。15:42:3608 主断路器故障分位。

后查询每个综保装置的时间精度设置均为0.01s，因此从单体配电柜的的综保装置不能确定先发故障。该工程师于是查看了总控制室电力自动化控制监控系统的报警记录，主要如下：15:42:36088 5#站1#高压电动机三相失压，断路器分位。15:42:36088 5#站1#高压电动机就地报警输出，遥测信号开。15:42:36088 5#站2#高压电动机三相失压，断路器分位。15:42:36088 5#站2#高压电动机就地报警输出，遥测信号开。15:42:36088 5#站4#高压电动机三相失压，断路器分位。15:42:36088 5#站4#高压电动机就地报警输出，遥测信号开。15:42:36088 5#站5#高压电动机三相失压，断路器分位。15:42:36088 5#站5#高压电动机就地报警输出，遥测信号开。15:42:36087 5#站1#进线柜三相失压，断路器分位。15:42:36087 5#站1#进线柜就地报警输出，遥测信号开。15:42:36085 5#站3#高压电动机速断跳闸，断路器分位。15:42:36085 5#站3#高压电动机地报警输出，遥测信号开。

该工程师从上述报警记录中发现3#高压电动机是始发故障，因此让检修人员对3#高压电动机及供电电缆进行绝缘检测，发现3#高压电动机绕组对地电阻为0，其供电线路和其余电动机和线路绝缘均合格，因此判定3#高压电动机为始发故障，随后脱开3#高压电动机配电柜，其余5台高压柜顺利送电，供气系统采用双电源系统。

（5）事故总结。①该企业虽然安装了时间同步系统，时间精度为0.001s，但分体配电柜的综保装置时间精度均错误的设置成了0.01s，导致在本体配电柜无法分辨时间先后并引发越级跳闸。因此需要对综保装置的时间精度重新设定，与时间同步系统、中控室的控制系统时间精度一致，均为0.001s。②该主控室的电力自动化控制监控系统运行维护良好，使得故障溯源得以展开，最终发现了始发故障。