统一时钟在电厂的应用

在电力系统中，借助GPS的高精度定位技术，可有效支持变电站选址及输电线路路径的规划与施工。将GPS定位数据与配电网管理中的自动监测和灵活管理（AM/FM）系统结合，能够显著提升故障设备定位效率，优化现场抢修调度流程。当前，电力领域最为关注的应用是利用GPS提供的精确时间信号作为全网统一时钟。一旦实现全系统范围内测量、保护、控制及故障录波等环节的同步采样，不仅使相量测量、自适应继电保护等复杂技术更易落地，还将极大增强对电网运行状态的实时感知与调控能力。例如，在广域测量系统、故障定位分析及继电保护协同等方面，同步时钟已展现出重要价值，推动电网向智能化、精细化方向发展。

1、 时钟基站包含主时钟系统、对时精度监控系统等设备，各部分功能依次详述。

2、 主时钟系统

3、 应某电厂需求，配置一套具备互备冗余功能的天文对时主钟系统。该系统由两台主钟组成，分别接收不同卫星信号：一台接入美国全球定位系统（GPS）进行授时，另一台则接收我国北斗卫星导航系统的信号，实现双机主备冗余运行，确保时间同步的高可靠性。主时钟系统采用双模授时机制，其中GPS模块以美国导航星全球定位系统为时间基准，同步精度达到1微秒。该模块基于国外专业厂商生产的高性能GPS接收部件，经过二次开发研制而成，可同时捕获并跟踪视场内多达12颗GPS卫星，并自动优选最佳卫星星座完成精准定位与定时。另一模块以北斗一号卫星系统为时间源，同步精度优于1微秒，能够稳定跟踪3颗北斗卫星，具备高精度授时能力及完善的自主监测功能。两套系统均可输出与协调世界时（UTC）同步精度达1微秒的秒脉冲（1PPS）、分脉冲（1PPM）和时脉冲（1PPH），同时提供标准北京时间的钟面显示。此外，设备还集成了工频量测量功能，可通过串行通信接口按指定格式输出包括日期、时间、周波钟、周波数、钟差、事件发生时刻以及电力系统安全运行天数等关键信息，全面满足电力系统中各类自动化设备对高精度时间基准的需求。配套使用的SYN2101型NTP网络时间服务器进一步增强了系统在局域网内的授时能力。

4、 传统时钟管理存在诸多弊端

5、 基于行波原理的故障定位方法，在时间同步精度达到0.5微秒且对行波衰减合理修正的情况下，可实现约300米的定位精度。

6、 利用GPS实现两端同步采样，将输电线路一端的电压采样值加上精确时标后通过光纤传至另一端，结合两端数据计算出线路两侧电压相角，失步继电器以此相角及其预测值作为判断依据，实现对系统失步的快速准确检测与保护。

7、 基于两端同步采样的线路差动保护，利用GPS高精度时间同步技术，有效解决了传统电流纵差动保护中因采样不同步导致的误差问题。以往由于同步精度不足，易引发保护误动，需复杂算法补偿。如今在精准同步下，采样一致性显著提升，保护动作更可靠，大大增强了差动保护的灵敏性与稳定性，成为现代输电线路的重要保护手段。

8、 当时间超过1微秒时，将带有GPS时标的电流采样值通过光纤传输至对端，再将各端同一时刻的采样值进行相加或相减运算，从而实现差动保护。该方法不仅简化了保护流程，还显著提升了动作的可靠性与准确性。

9、 通过线路各端同步采样值实现故障定位，可有效削弱过渡电阻的干扰，显著提升定位准确度。

10、 高精度同步时钟广泛应用于系统实验，如通信通道延时测量及保护控制性能测试等，SYN2101型NTP网络时间服务器为此类应用提供精准时间支持。