•变电站GPS对时异常处理摘要：对时要求是变电站自动化系统的最基本要求。
110kV枢纽站和220kV站要求系统具有GPS对时功能，要求对变电站层设备和间隔层IED设备（包括智能电度表等）均实现GPS对时，并具有时钟同步网络传输校正措施。
本文通过对某站系统时间异常的排查，分析了异常原因，进行了整改。
关键词：GPS；对时方式0引言随着电厂、变电站自动化水平的提高,电力系统对统一时钟的要求愈来愈迫切,有了统一时钟,既可以实现全站各系统在GPS时间基准下的运行监控后事故后的故障分析,也可以通过各开关动作、调整的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。
统一时钟是保证电力系统安全运行、提高运行水平的一个重要措施。
原国家电力公司在1999年10月发布的《微机母线保护装置通用技术条件》及部颁标准《220kV～500kV电力系统故障动态记录装置检测要求》，都明确要求采用外部GPS时钟对电站装置进行校时。
随着光纤通讯的大量运用,通过主站对子站进行远方对时也能满足精度要求，故我公司从08年开始新建110千伏变电站取消了GPS装置，均由主站采用规约对时，目前只有老的110千伏综自站和220千伏变电站站内仍采用站内GPS对时。
•1 故障现象2008年9月5日，某变电站发生一起保护跳闸事件，运行人员在调取后台机SOE记录，分析保护动作原因时，发现后台机部份记录时间异常，摘取部分如下：2008/09/05 14:52:00.079 110母联闭锁备自投(IN) 信号置合2008/09/05 14:52:00.108 Ⅰ号主变低后备保护跳位继电器(IN) 信号置合2008/09/05 16:31:00.098 Ⅰ号主变测控 101合闸位置(4Xa-10) 分闸2008/09/05 14:52:00.106 110母联 1#主变断路器合位(4Xa-10) 分闸2008/09/05 14:52:00.109 Ⅰ号主变低后备保护合位继电器(IN) 信号置分2008/09/05 14:52:00.275 110母联闭锁备自投(IN) 信号置分2008/09/05 14:56:00.992 Ⅰ号主变高后备保护合位继电器(IN) 信号置分2008/09/05 14:56:00.989 110母联闭锁备自投(IN) 信号置合2008/09/05 14:56:00.079 Ⅰ号主变高后备保护跳位继电器(IN) 信号置合2008/09/05 16:31:00.984 Ⅰ号主变测控 301合位(2Xa-7) 分闸2008/09/05 14:56:00.187 110母联闭锁备自投(IN) 信号置分2008/09/05 16:31:00.986 Ⅰ号主变测控 1#主变301控制回路断线(4Xb-1) 合闸2008/09/05 16:31:00.068 Ⅰ号主变测控 1#主变301控制回路断线(4Xb-1) 分闸2008/09/05 16:31:00.069 Ⅰ号主变测控 1#主变高压侧断路器分位(2Xa-8) 合闸可见，在时间的秒位上都为零，时间异常，影响了对保护事件的分析。
2 原因分析保护人员立即检查了相关保护测控装置内的历史记录，发现时间的秒位数都为零，即后台监控机的时间确实为保护装置上传。
又检查了装置的系统时间，时间是正常的。
那么保护装置为何会将事件SOE的秒位数都置为零呢？由于是第一次遇到此种问题，保护人员怀疑是保护测控装置有问题，为了确定，于是保护人员将241保护装置的“置检修”压板先投入再退出（注：该种保护投“置检修”压板只是屏蔽信息上传，保护功能仍存在，故可以一试），然后进入“历史记录”，查看报告，如下（图一、图二）：图一241装置“置检修”压板投入图二 241装置“置检修”压板退出的确秒位数为零，这似乎验证了保护装置在处理时间环节上有问题。
如果装置有问题，那么其他装置是否也存在呢？保护人员即在242保护装置上重复了如上试验，如下（图三、图四）：图三242装置“置检修”压板投入图四242装置“置检修”压板退出又试了几台，结果一样。
我们询问了在场的保护厂家，厂家人员即进入保护装置菜单，检查了装置“通信信息”的“GPS状态”项，显示“OK”，说明对时是正常的。
厂家人员也很困惑，同时信誓旦旦告知该型保护装置为较成熟的设备，在与本站设备配置相同的其他站对时都是如此接法，对时都正常，没有接到运行单位关于对时异常情况的回馈，此种情况第一次遇见。
厂家那里没有答案。
大家你一言、我一语的谈看法，有人提出在实际应用中经常遇到GPS对时接口与接受对时的保护设备接口不能正常通信的问题，使保护装置接受时间异常，而我们在“GPS状态”项中看见的“OK”可能是一种假象。
为了验证是否是此种情况，保护人员将GPS电源关闭，以停止GPS的脉冲对时输出。
再次重复上述试验，保护装置记录的时间正常。
如下（图五、图六）：图五242装置“置检修”压板投入图六242装置“置检修”压板退出这说明，当装置判断无外部脉冲对时，即通过CAN网接受通信对时，并以此为根据记录各种事件。
从上面看，时间异常消失了，说明保护装置是正常的。
问题都集中到GPS对时接口与接受对时的保护设备接口是否匹配上来了。
GPS时钟服务器是一个精致的可以独立工作的装置，它通过GPS模块获得卫星系统提供的格林尼治的准确时间并及时更新，使用时通过接收服务器发出的串行数据获得毫秒级精确度的北京时间。
GPS信号接收器: 是专用接收GPS卫星信号的集成电路模块，输出时间精度为1微秒的1PPS脉冲，并通过RS232串行口输出国际标准时间、日期和接收器所处地理位置(经纬度)等信息。
同步脉冲发生电路: 输出秒(1PPS)、分钟(1PPM)、小时(1PPH)同步脉冲信号。
中心处理单元: 对整个系统进行监控。
接收GPS卫星信号接收模块发送的国际标准时间信息及秒同步信息，换算成当地时间送LED数码显示器显示，并按一定的格式经串行口输出，供继电保护和自动装置使用。
原理图如下（图七）：•图七对时方式有3种：①软对时是以通讯报文的方式实现的，这个时间是包括年、月、日、时、分、秒、毫秒在内的完整时间，监控系统中一般是：总控或远动装置与GPS装置通讯以获得GPS的时间，再以广播报文的方式发送到装置。
这种广播的对时一般每隔一段时间广播一次。
报文对时会受距离限制，如RS-232口传输距离为30m。
由于对时报文存在固有传播延时误差，所以在精度要求高的场合不能满足要求。
②硬对时一般用分对时或秒对时。
理论上讲，秒对时精度要高于分对时。
硬对时按接线方式又可分成差分对时与空接点方式两种。
差分是类似于485的电平信号，以总线方式将所有装置挂在上面，GPS装置定时（一般是整秒时）通过两根信号线中A（+）与B（-）的电平变化脉冲向装置发出对时信号。
这种对时方式可以节省GPS输出口数、GPS装置与各保护测控装置之间的对时线，还能保证对时的总线同步。
如RCS-9000系列装置就是采用差分方式对时。
空接点方式是类似于继电器的接点信号，GPS装置对时接点输出与每台保护测控装置对时输入一一对应连接。
③编码对时：目前常用的IRIG-B对时，分调制和非调制两种。
IRIG-B 码实际上也可以看作是一种综合对时方案，因为在其报文中包含了秒、分、小时、日期等时间信息，同时每一帧报文的第一个跳变又对应于整秒，相当于秒脉冲同步信号。
从厂家那里得知，该站的保护装置实际采用脉冲TTL秒脉冲对时（类似于空接点方式），以总线以总线方式将所有装置挂在上面，如图八：图八我们又阅读了GPS的说明书，该站GPS的脉冲输出图为图九：图九从GPS装置的说明书，可以知道GPS装置不是无源空接点输出，而是有源光隔TTL电平输出。
由于很多保护GPS接口本身为有源，外部只须接入空接点，是不考虑极性的。
在遇到保护GPS接口本身为无源的情况下，须考虑电压大小匹配和极性。
如果电压大小不匹配、极性接反是会出现对时异常的。
厂家人员首先测量了对时电压为48V，和该种保护的对时电压匹配，正确。
接着检查了GPS装置输出的两根通讯线与保护装置对时口的连接关系，如图红线和黑线（图十）。
图十为了加快检查速度，保护人员干脆直接将图十中黑线和红线位置对调，将GPS装置上电，再次做上述试验，结果时间正常。
于是有人即认为先前输出线接反了，问题似乎解决了。
但查看“GPS状态”项，显示“OFF”，说明未正常通讯；为了确证，用万用表电阻档测量黑线与保护对时口GPS+和GPS-的通断关系，发现对调前的电位极性正确，而对调后的电位极性反而错误；为何时间显示正常？经分析，对调后极性错误，但遥信时间正常的原因是该类型GPS接口将收到的反向电平等同于没有收到电平，此刻保护装置在收不到正常电平是会取系统时间作为基准时间，而系统时间是通过保护通讯CAN网广播的软报文，故时间正常，但此时的时间是报文广播，并不是真正的脉冲对时，这和将GPS电源关闭停止脉冲输出的道理一样。
保护人员继续检查。
GPS输出又分上升沿输出和下降沿输出，如果和保护对时口匹配有误也会导致异常。
将GPS主板取出检查了上升沿和下降沿输出的跳线设置，并又将装置上电并用万用表测量确定为上升沿输出，和该类型保护匹配。
又排除了一种可能，保护人员没有放弃，又查看了保护说明书和GPS装置接口，这才恍然大捂。
该保护是分脉冲对时，而GPS装置接口是PPS即秒脉冲输出（见图十）。
GPS装置接口每秒输出对时脉冲，而保护为分脉冲对时，由于保护每秒都收到对时信号，装置即认为为整分，将秒位数清零，这样，任何时刻的遥信秒位数都是零也就不难解释了。
保护人员将GPS装置接口调为PPM，对时正常。
我们随即也反思了查找问题的思路，如果我们自己能认真阅读装置说明书，对厂家不偏听偏信，可能很快就能找出问题所在了。
至于厂家所说的同样接法在其他变电站运行良好，因为我班辖区只此一站，也就不得而知了。
解决了此问题，保护人员又检查了GPS的标准时间和保护时间及后台时间的一致性，结果新问题又出来了。
后台和保护装置时间比GPS标准时间要块10分钟左右。
考虑到报文对时是有时间间隔的，检查人员又等待了一段时间，结果还没对上。
是GPS装置未将时间给总控装置，还是总控装置收到时间后没将广播报文发送到保护装置和后台？GPS装置以485通讯口与总控通讯，如图为485通讯口（图十一）：图十一用万用表测量TR与TA之间电位为2.8V,GPS输出电平正常。
接着检查总控机，保护人员将测试通讯软件安装在总控机器上,进行测试,如图,总控机收到的却是乱码（图十二）。
图十二接受乱码图片问题就在GPS和总控机的通讯上。
排除了软件安装设置、机器受病毒影响等因素后，保护人员又进行了仔细检查,终于发现两台装置的485的两根线接反了,导致总控机485口接受电平异常而致乱码。