京准电钟：变电站北斗卫星授时系统改造方案探讨​

京准电钟：变电站北斗卫星授时系统改造方案探讨

京准电钟：变电站北斗卫星授时系统改造方案探讨

一、改造背景与必要性

1.1 安全可控需求

在全球政治经济形势复杂多变的当下，电力系统的安全稳定运行至关重要。传统的 GPS 授时系统依赖国外技术，存在诸多安全隐患。例如，在特殊国际形势下，国外有可能对 GPS 信号进行干扰或限制，导致电力系统授时出现偏差甚至中断。而北斗授时系统采用国产化元器件和操作系统，通信协议自主可控，从根本上保障了电力系统的信息安全，符合国家电网安全要求，降低了外部攻击风险，为电力系统的可靠运行筑牢了安全防线。

1.2 精度与可靠性提升

随着电力系统的不断发展，对时间同步精度的要求日益提高。北斗授时精度可达 20-50 纳秒，相较于 GPS 的 100 纳秒，精度优势明显。在一些对时间精度要求极高的电力业务场景中，如故障录波、继电保护等，高精度的时间同步能够更准确地记录故障发生时间和顺序，为后续的故障分析和处理提供精准依据，有助于快速恢复电力供应，减少停电损失。同时，北斗系统支持双北斗冗余模式（“北斗 + 北斗”），这种冗余设计避免了单点故障风险。即使某一卫星信号受到干扰或出现故障，另一路信号仍能确保授时的连续性和稳定性，大大提升了授时系统的可靠性。

1.3 政策驱动

国家相关政策对电力系统的时间同步安全高度重视。《防止电力生产事故的二十五项重点要求》明确指出，早期建设的电力设施需升级为北斗对时系统，以消除对 GPS 的依赖风险。这一政策要求体现了国家从战略层面保障电力系统安全的决心，推动了变电站北斗授时系统改造工作的全面开展。各电力企业积极响应政策号召，加快推进改造项目，确保电力系统的时间同步符合国家政策标准，提升整个电力行业的安全性和稳定性。

二、核心功能需求

2.1 单北斗信号接收

为确保数据源的绝对安全，变电站北斗授时系统应完全摒弃 GPS，仅依赖北斗卫星信号。通过先进的信号接收技术和算法，精准捕获和解析北斗卫星信号，将其作为唯一的时间基准来源。这样可以避免因使用 GPS 信号而带来的潜在安全风险，确保授时系统不受国外技术制约，实现真正意义上的自主可控。

2.2 时间监测与告警

实时监测各设备的对时偏差是保障授时系统正常运行的关键环节。系统应具备高精度的时间监测能力，能够实时获取站内所有设备的时间信息，并与标准时间进行比对，当对时偏差超过设定阈值（偏差精度可达 1 微秒）时，立即触发告警机制。告警信息可通过多种方式及时通知运维人员，如站内监控系统弹窗提示、短信提醒、邮件通知等。运维人员可根据告警信息迅速定位问题设备，及时进行排查和处理，确保整个变电站设备的时间同步精度在正常范围内。

2.3 抗干扰能力

在复杂的电磁环境中，授时信号容易受到各种干扰，影响授时精度和可靠性。因此，北斗授时系统必须具备强大的抗干扰能力。通过集成欺骗干扰信号识别功能，能够有效识别和抵御恶意信号攻击，如欺骗信号、干扰信号等。采用先进的滤波技术、信号加密技术和抗干扰算法，对接收的北斗卫星信号进行预处理和优化，提高信号的信噪比，确保在恶劣电磁环境下仍能稳定、准确地接收和处理授时信号，保障授时系统的正常运行。

2.4 远程管理平台

构建统一的远程管理平台，实现对主时钟、从时钟、监测钟等设备状态的集中监测和管理。平台应具备友好的用户界面，实时显示各设备的运行状态、时间同步状态、卫星锁定数量及设备对时精度等关键信息。同时，支持远程控制功能，运维人员可通过平台对设备进行参数设置、时钟校准、设备重启等操作，极大提高了运维效率。此外，平台还应具备完善的日志记录功能，详细记录设备的操作历史、告警信息等，便于后续的故障分析和系统优化。通过远程管理平台，可实现对变电站北斗授时系统的全方位、智能化管理，降低运维成本，提升系统的可靠性和稳定性。

三、技术方案与设备选型

3.1 主时钟双重化配置

主时钟作为整个授时系统的核心设备，采用双机冗余设计至关重要。以京准电钟为例，其支持双北斗输入，具备卓越的守时性能，守时误差小于 1 微秒 / 小时，能够满足 220kV 及以上变电站对高精度时间同步的严苛需求。在实际运行中，两台主时钟互为备用，当一台主时钟出现故障时，另一台主时钟能够无缝切换，继续为站内设备提供稳定可靠的授时信号，确保授时系统的不间断运行。同时，主时钟的扩展输出支持 IRIG - B 码、NTP/PTP、脉冲信号等多种接口类型，可适配不同设备的对时要求，兼容性强，能够与变电站内各种自动化设备实现良好对接。

3.2 卫星授时安全隔离装置

卫星授时安全隔离装置部署于主时钟信号接收端，起着保障授时信号可靠性与抗干扰能力的关键作用。该装置通过硬件隔离技术，将卫星信号接收模块与主时钟内部其他电路进行有效隔离，防止外部干扰信号通过电源、数据线等途径进入主时钟，影响授时精度。同时，采用先进的信号校验算法，对接收的卫星信号进行实时校验，确保信号的准确性和完整性。一旦检测到异常信号，立即采取相应措施，如阻断异常信号传输、发出告警信息等，从而有效保障授时信号的质量和安全性，为变电站设备提供稳定可靠的时间基准。

3.3 统一管理平台建设

统一管理平台集成了主时钟、从时钟及监测设备等信息，是实现授时系统智能化管理的核心。平台实时显示时间同步状态，通过直观的图形界面展示各设备与标准时间的同步情况，便于运维人员快速了解系统整体运行状态。同时，准确显示卫星锁定数量，让运维人员及时掌握卫星信号接收情况，判断授时系统的可靠性。设备对时精度也在平台上清晰呈现，运维人员可根据精度数据对设备进行调整和优化。平台支持日志记录功能，详细记录设备的运行日志、操作日志、告警日志等，为故障排查和系统优化提供详实的数据支持。此外，还具备远程升级功能，可通过网络远程对设备的软件进行升级，确保设备始终运行在最新、最稳定的状态，提高系统的整体性能和安全性。

3.4 高精度授时网络架构

构建高精度授时网络架构是实现全站设备时间同步的关键。在站控层，采用 SNTP/NTP 网络对时方式，利用网络的广泛覆盖性和便捷性，将主时钟的时间信号快速、准确地传输到站控层的各个设备，实现站控层设备的时间同步。在间隔层和过程层，根据设备的具体特点和对时精度要求，采用 IRIG - B 码或 IEEE 1588 协议进行对时。IRIG - B 码具有高精度、抗干扰能力强等优点，适用于对时精度要求较高的设备；IEEE 1588 协议则利用网络传输时间信号，具有灵活性高、易于部署等优势。通过合理选择对时方式，确保全站时间同步精度优于 1 微秒，满足电力系统对时间同步精度的严格要求，为电力系统的安全稳定运行提供有力保障。

四、实施步骤

4.1 设备替换

淘汰老旧的 GPS 授时装置，这是实现北斗授时系统改造的第一步。老旧 GPS 授时装置不仅存在安全隐患，而且随着技术的发展，其授时精度和可靠性已难以满足现代电力系统的需求。更换为北斗主时钟，如安徽京准 HR - 901B，该设备具备高精度授时能力和良好的稳定性，同时配备配套的安全隔离装置，有效保障授时信号的安全可靠传输。在设备替换过程中，需严格按照设备安装手册进行操作，确保新设备的正确安装和调试，同时对旧设备进行妥善拆除和回收处理。

4.2 双北斗冗余部署

将原有 “GPS + 北斗” 模式升级为双北斗授时模式，是提升系统容错能力的重要举措。在双北斗冗余部署过程中，需合理规划卫星天线的安装位置，确保两个北斗天线都能接收到良好的卫星信号，且相互之间不会产生干扰。同时，对主时钟设备进行相应的配置调整，使其能够同时接收和处理两路北斗卫星信号。通过双北斗冗余部署，当其中一路北斗信号出现异常时，另一路信号能够立即接替工作，保障授时系统的不间断运行，大大提高了系统的可靠性和稳定性。

4.3 信号调试与校准

信号调试与校准是确保授时信号稳定性的关键环节。在天线安装方面，应选择开阔场地，避免周围建筑物、树木等对卫星信号的遮挡，同时采取抗干扰设计，如对天线进行屏蔽处理、合理布线等，减少电磁干扰对信号的影响。在传输延时补偿方面，通过精确测量信号传输路径的长度和信号传输速度，计算出信号传输延时，并在主时钟设备中进行相应的补偿设置，确保设备接收到的时间信号准确无误。此外，还需对授时系统进行全面的调试和测试，包括信号强度测试、对时精度测试、抗干扰测试等，及时发现并解决信号传输过程中出现的问题，保障授时信号的稳定可靠传输。

4.4 平台联调与验证

完成设备安装和信号调试后，进行平台联调与验证工作。测试各设备的对时精度，如故障录波器要求对时精度≤1μs，保护装置要求对时精度≤10ms，确保所有设备的对时精度满足电力系统的运行要求。对统一管理平台进行全面测试，验证其各项功能的正确性和稳定性，包括设备状态监测功能、时间同步状态显示功能、远程控制功能、日志记录功能等。在平台联调与验证过程中，模拟各种可能出现的故障情况，如卫星信号中断、主时钟故障、从时钟故障等，观察系统的响应情况和恢复能力，确保系统在各种复杂情况下都能正常运行。通过严格的平台联调与验证，完成全站时间同步验证，确保变电站北斗授时系统能够投入正式运行，为电力系统的安全稳定运行提供可靠的时间保障。

五、典型案例

5.1 电力双北斗改造

某地区成功完成 6 座 35kV 变电站的 “北斗 + 北斗” 授时升级。在改造过程中，严格按照上述技术方案和实施步骤进行操作。首先，对老旧的授时装置进行替换，安装了性能优良的北斗主时钟及安全隔离装置。然后，精心部署双北斗冗余系统，确保卫星信号接收的稳定性。通过仔细的信号调试与校准，优化了信号传输路径，补偿了传输延时。最后，经过全面的平台联调与验证，测试了各设备的对时精度，均满足设计要求。改造后，授时精度达 20 纳秒，显著提升了电网稳定性。在后续的运行过程中，系统表现出良好的可靠性和抗干扰能力，有效减少了因时间同步问题导致的电力故障，为地区电力供应的稳定可靠提供了有力保障。

5.2 风电场改造项目

某风电场采用京准电钟 HR - 901B 装置进行升压站设备的授时改造。该装置具备强大的授时功能和灵活的接口配置，能够满足风电场升压站多种设备的对时需求。在实施过程中，同样注重设备替换、双北斗冗余部署、信号调试与校准以及平台联调与验证等环节。通过改造，实现了升压站设备全覆盖，同步精度优于 1μs。同时，借助统一管理平台的远程监测与故障分析功能，运维人员能够实时掌握设备的运行状态，及时发现并处理潜在问题。在风电场复杂的电磁环境下，该授时系统稳定运行，为风电场的安全高效运行提供了准确的时间基准，提高了风电场的整体运行效率和可靠性。

六、优势与效益

6.1 安全性

北斗授时系统采用国产化芯片与操作系统，从根本上消除了外部攻击风险。相较于依赖国外技术的 GPS 授时系统，北斗系统在信息安全方面具有显著优势。在电力系统面临日益严峻的网络安全威胁的背景下，使用北斗授时系统能够有效保障电力系统的安全稳定运行，防止因外部攻击导致的时间同步异常，进而避免电力事故的发生，维护国家能源安全和社会稳定。

6.2 经济性

国产设备成本优势明显，以安徽京准科技北斗卫星授时为例，售价仅为 3 -5万元，而进口同类方案成本约为其 2-3 倍。在大规模的变电站北斗授时系统改造项目中，采用国产设备能够大幅降低设备采购成本。同时，国产设备的定制化扩展能力强，可根据不同变电站的实际需求进行灵活配置，减少不必要的功能冗余，进一步降低成本。此外，国产设备在后期维护和技术支持方面具有响应速度快、成本低的优势，能够有效降低运维成本，提高电力企业的经济效益。

6.3 可扩展性

北斗授时系统具有良好的可扩展性，能够适配智能电网、新能源电站等多种新兴电力应用场景。随着 5G、物联网技术在电力领域的逐步融合应用，对时间同步精度和系统智能化管理的要求将越来越高。北斗授时系统能够与这些新技术无缝对接，通过不断升级和优化系统功能，满足未来电力系统发展的需求。例如，在智能电网中，高精度的时间同步是实现分布式能源精准调度、电力市场交易公平公正的基础；在新能源电站中，时间同步对于保障光伏、风电等新能源设备的协同运行和电能质量监测至关重要。北斗授时系统的可扩展性为电力系统的持续创新发展提供了有力支撑。

七、总结

变电站北斗授时系统改造是电力系统数字化转型进程中的关键一环，其重要性不言而喻。通过国产化设备替换，彻底摆脱对国外技术的依赖，从源头上保障了电力系统的安全。双北斗冗余设计极大地提升了授时系统的可靠性，确保在各种复杂环境下都能稳定提供高精度时间基准。统一管理平台建设实现了对授时系统的智能化、集中化管理，提高了运维效率，降低了运维成本。这些措施综合作用，显著提升了电网的安全性和运行效率。

在具体实施过程中，必须充分结合站点的实际情况，包括电压等级、设备接口类型及精度需求等。不同电压等级的变电站对授时精度的要求有所差异，例如，220kV 及以上变电站通常对授时精度要求更为严苛，需要选择性能更优的主时钟设备和更精密的授时网络架构。设备接口类型的多样性也决定了在选择授时设备和配置对时方式时，要确保设备之间的兼容性和匹配性。根据精度需求合理调整信号调试、校准以及设备选型等环节，以实现最佳的改造效果。

随着电力技术的不断发展和创新，北斗授时系统在电力领域的应用前景将更加广阔。未来，应持续关注北斗技术的发展动态，不断优化和完善变电站北斗授时系统改造方案，推动电力系统向更加安全、高效、智能的方向发展，为经济社会的持续稳定发展提供坚实的电力保障。

审核编辑 黄宇