基于定时变量的实时测量设备的时间同步能力检测方法

摘要

本发明提供一种基于定时变量的实时测量设备的时间同步能力检测方法。在实时测量设备正确收到授时信号的前提下，以实时测量设备的时间同步信号应用能力为检验目的，使用包括量值传递设备、定时可控开关等构成的纯阻性回路方式，给出基于变量定时控制的电网厂站实时测量设备的时间同步能力检测方法。该方法涵盖了实时测量设备测量功能的开关量、交流电压/电流输入通道，通过实时测量设备测量功能的时间同步性能，较完整反映了设备的时间同步信号应用能力，同时符合量值传递的要求。该方法是厂站时间同步授时信号以及传输准确性检测基础上的发展，完善了厂站时间同步检测流程，有利于提升厂站、电网对一次设备以及一次系统的实时分析与监控能力。

说明书

技术领域

本发明涉及电力设备检测方法，具体是一种基于定时变量的实时 测量设备的时间同步能力检测方法。其基于定时控制交流信号和开关 量信号突变量的方式，通过电网厂站电气实时测量设备的测量功能， 检测实时测量设备的时间同步信号应用能力。

背景技术

近年来，随着电子设备制造技术水平的提升、卫星授时技术的普 及应用，以及电力行业关于时间同步技术标准的制定与完善，支撑了 地区电网和变电站的自动化技术发展，保障了电网运行安全，提升了 电网运行的实时分析、判断与处理能力，促进了变电站无人值班运维 模式的有效实施。

物理层面的电网厂站(含变电站、发电厂开关场)时间同步，狭 义是指各厂站内智能电子设备(Intelligent Electronic Device，IED) 功能之间实现同步，广义是区域内实现各厂站相关IED功能之间的 同步。由于厂站IED时间同步的不一致，致使电力系统大量存在异 地/本地实时记录时序不正确、故障分析与逻辑不相符的现象，影响 了电网实时采样分析、实时操作控制、准确判断故障和及时处理事故 等能力。

厂站用于实时测量、故障分析的电气二次智能电子设备，例如故 障录波、同步相量测量(Phasor Measurement Unit，PMU)等，大多 具有交流量输入和开关量输入的实时测量功能，通常要求实时记录的 时间准确性，达到毫秒或微秒的时间同步能力。

基于厂站时间同步系统结构，并根据现场应用与检测现状，IED 设备时间同步的正确性主要应控制三个环节：厂站内的授时设备、同 步授时信号传输、IED设备寻时应用(即设备对同步信号的应用正确 性)等。由于现行技术标准基本满足了前两个环节的常规应用检测， 凸显了当前IED设备寻时应用环节的检测是技术关键点，也是现场 时间同步问题的多发点以及技术难点。

目前现场工程应用针对IED时间同步能力的检测，大多根据设 备功能之间逻辑关联，采取相互印证的定性验证方式。由于厂站时间 同步的根本目的，在于实现面向电力一次设备对象的IED功能时间 同步。即，IED时间同步应能够确定一次设备对象测量、控制的时间 断面，支持厂站、电网对一次设备以及一次系统的实时分析与监控。 因此，应依据源端验证的工程技术原则，采用可溯源的时间定量检测 方法，通过IED设备的各项功能来确认其时间同步能力。

本申请基于“可控时标信号源”(另案授权，专利号：CN 200820067196.6)以及“卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测 方法”(另案授权，专利号：200810047989.6)的时间可控开关应用 成熟性，结合纯阻性回路的交流电量原理，提出了基于定时变量的实 时测量设备的时间同步能力检测方法。

发明内容

本发明提供一种基于定时变量的实时测量设备的时间同步能力 检测方法，其在指定时刻改变电网实时测量设备的交流输入信号大小 和开关输入信号状态，通过已知信号变量时刻与电网实时测量设备记 录的突变时间值进行比对，检测实时测量设备应用时间同步信号的能 力。

所述基于定时变量的实时测量设备的时间同步能力检测方法中， 检测实时测量设备的测量功能时间同步能力，用到以下设备：实时测 量设备、标准卫星同步授时装置、多通道存储示波器、交流源、可控 时标信号源。

两个卫星信号天线分别接入至标准卫星同步授时装置和可控时 标信号源；标准卫星同步授时装置的时间同步信号TOUT输出端接至 实时测量设备的时间同步信号TIN输入端；标准卫星同步授时装置 的脉冲1pps信号POUT输出端接至示波器的采样通道CH1；可控时 标信号源的用于开关量检测的时间可控开关SDC输出端并联连接实 时测量设备的开关量DI输入端和示波器的采样通道CH2；交流源输 出接口的第一输出端串接第一纯阻性元件、实时测量设备的交流 电流输入通道、第二纯阻性元件后至交流源输出接口的第二 输出端，构成纯阻性交流检测回路；实时测量设备的交流电压输入通道和示波器的采样通道CH3均跨接在第一纯阻性元件的两端； 可控时标信号源的用于交流量检测的时间可控开关SAC输出端和示 波器采样通道CH4并联后跨接在第二纯阻性元件的两端。

如上所述的基于定时变量的实时测量设备的时间同步能力检测 方法，所测试的交流量时间同步测量能力的交流电压测量时间同步偏 差(t2-T2)和交流电流测量时间同步偏差(t3-T2)，经过以下步骤检 出：

步骤61：确认示波器的采样通道CH1接收检测参比标准脉冲 1pps信号正常，检查实时测量设备的人机界面HMI确认接收时间同 步TIN信号正常；

步骤62：设定示波器的采样通道CH2为触发通道；

步骤63：可控时标信号源设定检测时刻T为某整分或整秒时间 用于开关量检测的时间可控开关SDC和用于交流量检测的时间可控 开关SAC同时动作，启动可控时标信号源；

步骤64：等待T到时；

步骤65：到设定时间T可控开关SDC动作触发示波器显示锁屏， 示波器显示各采样通道在T时刻的状态，根据采样通道CH2，采样 通道CH1捕获T时刻参比标准脉冲1pps信号的脉冲上升沿；

步骤70：由采样通道CH1，得到采样通道CH3捕获第一纯阻性 元件、采样通道CH4捕获第二纯阻性元件两端的电压突变绝对时刻 均为T2＝T+ΔT2，其中ΔT2为开关SAC动作相对T的时间偏差，根 据纯阻性回路原理得到交流电压测量信号输入端、交流电流测量信号输入端的信号突变绝对时刻均为T2＝T+ΔT2；

步骤71：实时测量设备的人机界面HMI记录交流电压输入 信号的突变时间t2＝T+Δt2，其中Δt2为实时测量设备记录交流电压 突变相对T的时间偏差；交流电流输入信号的突变时间t3＝ T+Δt3，其中Δt3为实时测量设备记录交流电流突变相对T的时 间偏差；

步骤72：得到实时测量设备交流量测量的时间同步偏差，交流 电压测量的时间同步偏差为t2-T2＝Δt2-ΔT2，交流电流测量的时间 同步偏差为t3-T2＝Δt3-ΔT2。

如上所述的基于定时变量的实时测量设备的时间同步能力检测 方法，所测试的开关量时间同步测量能力的开关量测量时间同步偏差 (t1-T1)，经过以下步骤检出：

步骤61：确认示波器的采样通道CH1接收检测参比标准脉冲 1pps信号正常，检查实时测量设备的人机界面HMI确认接收时间同 步TIN信号正常；

步骤62：设定示波器的采样通道CH2为触发通道；

步骤63：可控时标信号源设定检测时刻T为某整分或整秒时间 用于开关量检测的时间可控开关SDC动作，启动可控时标信号源；

步骤64：等待T到时；

步骤65：到设定时间T可控开关SDC动作触发示波器显示锁屏， 示波器显示各采样通道在T时刻的状态，根据采样通道CH2，采样 通道CH1捕获T时刻参比标准脉冲1pps信号的脉冲上升沿；

步骤67：由采样通道CH1和采样通道CH2得到用于开关量检测 的时间可控开关SDC、开关量DI测量信号输入端的状态改变绝对时 刻T1＝T+ΔT1，其中ΔT1为开关SDC动作相对T的时间偏差；

步骤68：实时测量设备的人机界面HMI记录到开关量DI输入 信号状态改变时间为t1＝T+Δt1，其中Δt1为实时测量设备记录开关 量DI状态变化相对T的时间偏差；

步骤69：得到实时测量设备开关量测量的时间同步偏差为t1- T1＝Δt1-ΔT1。

本发明采用“可控时标信号源”(另案授权，专利号：CN 200820067196.6)以及“卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测 方法”(另案授权，专利号：200810047989.6)的可控开关应用原理， 在实时测量设备正确收到授时信号的前提下，以实时测量设备的时间 同步信号应用能力为检验目的，使用包括量值传递设备、定时可控开 关等构成的纯阻性回路，给出基于变量定时控制的电网厂站实时测量 设备的时间同步能力检测方法。

该方法涵盖了实时测量设备测量功能的开关量、交流电压/电流 输入通道，通过实时测量设备测量功能的时间同步性能，较完整反映 了设备的时间同步信号应用能力，同时符合量值传递的要求。该方法 是厂站时间同步授时信号以及传输准确性检测基础上的发展，完善了 厂站时间同步检测流程，有利于提升厂站、电网对一次设备以及一次 系统的实时分析与监控能力。

附图说明

图1是本发明的时间同步信号回路连接示意图；

图2是本发明的参考基准时间同步脉冲波形示意图；

图3是本发明的开关量测量时间同步检测回路连接示意图；

图4是本发明的开关量测量时间同步检测波形示意图；

图5是本发明的交流量测量时间同步检测回路连接示意图；

图6是本发明的交流量测量时间同步检测波形示意图；

图7是本发明基于定时变量的实时测量设备的时间同步能力检 测方法的设备连接示意图；

图8是本发明基于定时变量的实时测量设备的时间同步能力检 测方法的检测流程示意框图。

图中：1-实时测量设备，2-标准卫星同步授时装置，3-示波 器，4-交流源，5-可控时标信号源，6-第一纯阻性元件，7-第二 纯阻性元件，9、10-卫星信号天线，11-时间同步信号输入端，12- 开关量DI测量信号输入端，13-交流电压测量信号输入端，14- 交流电流测量信号输入端，15-人机界面，21-时间同步信号输 出端，22-脉冲1pps信号输出端，31-采样通道CH1，32-采样通 道CH2，33-采样通道CH3，34-采样通道CH4，41-交流源输出 接口的第一输出端，42-交流源输出接口的第二输出端，51- 用于开关量检测的时间可控开关SDC，52-用于交流量检测的时间 可控开关SAC；61-检测方法共用步骤一，62-检测方法共用步骤 二，63-检测方法共用步骤三，64-检测方法共用步骤四，65-检测 方法共用步骤五，66-检测方法共用步骤六，67-开关量检测步骤一， 68-开关量检测步骤二，69-开关量检测步骤三，70-交流量检测步 骤一，71-交流量检测步骤二，72-交流量检测步骤三，73-检测结 束步骤，T-可控时标信号源设置的检测起始时刻及其参比标准 POUT的1pps脉冲上升沿，T1-时间可控开关SDC实际动作时刻， ΔT1-开关SDC动作相对T的时间偏差，t1-实时测量设备记录的 开关量DI状态变化时刻，Δt1-实时测量设备记录开关量DI状态变 化相对T的时间偏差，T2-时间可控开关SAC实际动作时刻，ΔT2- 开关SAC动作相对T的时间偏差，t2-实时测量设备记录的交流电 压突变时刻，Δt2-实时测量设备交流电压突变记录相对T 的时间偏差，t3-实时测量设备记录的交流电流突变时刻，Δt3- 实时测量设备交流电流突变记录相对T的时间偏差，(t1-T1)- 实时测量设备开关量测量时间同步偏差，(t2-T2)-实时测量设备交 流电压测量时间同步偏差，(t3-T2)-实时测量设备交流电流测量时 间同步偏差。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、 完整地描述。

本发明基于定时变量的实时测量设备的时间同步能力检测方法 中，检测步骤如下：

1.时间同步信号连接(实时测量设备时间同步能力检测准备)

如图1，标准卫星同步授时装置2既是实时测量设备1的标准时 间信号源也是本测试方法的时间参考基准源，相关设备连接方式如 下：

标准卫星同步授时装置2的时间同步信号输出端21直接连接至 实时测量设备1的时间同步信号输入端11，脉冲1pps信号输出端22 连接至示波器3的采样通道CH1(31)。卫星同步授时装置2通过卫 星信号天线9实现与卫星时间的同步。

如图2，示波器3可从采样通道CH1(31)检测到脉冲1pps信 号输出端22的1pps波形。

结合图1、2、8，通过步骤61，确认示波器3采样通道CH1(31) 接收检测参比标准脉冲1pps信号正常，检查实时测量设备1的人机 界面15确认接收时间同步TIN信号正常。步骤61的内容如下：

a)示波器3从采样通道CH1(31)检测到脉冲1pps信号输出端 22的1pps波形，并确认接收到的脉冲1pps信号正常；

b)检查实时测量设备1人机界面15的时间显示正常；

c)断开时间同步信号输入端11与时间同步信号输出端21之间的 连接；

d)更改人机界面15的时间显示与卫星同步授时装置2不一致， 并确认人机界面15自走时正常；

e)恢复时间同步信号输入端11与时间同步信号输出端21之间的 连接；

f)人机界面15的时间显示自动恢复与卫星同步授时装置2一致；

g)检查结束，实时测量设备1接收到卫星同步授时装置2的时间 同步信号。

2.开关量测量时间同步检测

结合图1，根据“可控时标信号源”(另案授权，专利号：CN 200820067196.6)以及“卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测 方法”(另案授权，专利号：200810047989.6)的可控开关应用原理， 按照图3，增加开关量测量的时间同步能力检测回路如下：

可控时标信号源5通过卫星信号天线10实现与卫星时间的同步， 实时测量设备1的开关量DI测量信号输入端12、示波器3的采样通 道CH2(32)、可控时标信号源5的用于开关量检测的时间可控开关 51并联连接。

结合图1、3、4、8，可获得开关量时间同步测量能力的开关量 测量时间同步偏差检测步骤如下：

步骤61：确认示波器3的采样通道CH1(31)接收检测参比标 准脉冲1pps信号正常，检查实时测量设备1的人机界面15确认接收 时间同步TIN信号正常；

步骤62：设定示波器3的采样通道CH2(32)为触发通道；

步骤63：可控时标信号源5设定检测时刻T为某整分或整秒时 间用于开关量检测的时间可控开关51动作，启动可控时标信号源5；

步骤64：等待T到时；

步骤65：到设定时间T可控开关51动作触发示波器3显示锁屏， 示波器3显示各采样通道在T时刻的状态，根据采样通道CH2(32)， 采样通道CH1捕获T时刻参比标准脉冲1pps信号的脉冲上升沿(如 图4所示)；

步骤67：由采样通道CH1(31)和采样通道CH2(32)得到用 于开关量检测的时间可控开关51、开关量DI测量信号输入端12的 状态改变绝对时刻T1＝T+ΔT1，其中ΔT1为开关51动作相对T的 时间偏(如图4所示)；

步骤68：实时测量设备1的人机界面15记录到开关量DI输入 信号状态改变时间为t1＝T+Δt1，其中Δt1为实时测量设备记录开关 量DI状态变化相对T的时间偏差(如图4所示)；

步骤69：得到实时测量设备1开关量测量的时间同步偏差，t1- T1＝Δt1-ΔT1(如图4所示)；

步骤73：检测结束。

3.交流量测量时间同步检测

结合图1、图3，根据上述可控时标开关应用原理，按照图5增 加交流测量时间同步能力检测的纯阻性回路，构成方式：

交流源4输出接口的第一输出端41，依次串接第一纯阻性 元件6、实时测量设备1的交流电流测量信号输入端14、第二纯 阻性元件7，至交流源4输出接口的第二输出端42，构成交流回 路；实时测量设备1的交流电压测量信号输入端13和示波器3 的采样通道CH3(33)，均跨接在第一纯阻性元件6的两端；可控时 标信号源5的用于交流量检测的时间可控开关52和示波器3采样通 道CH4(34)并联后跨接在第二纯阻性元件7的两端。

结合图1、3、4、5、6、8，根据可控时标开关应用原理，根据 纯阻性回路交流电压、电流同相位(同时刻变化)的原理，可获得交 流量测量时间同步测量能力的交流电压测量时间同步偏差和交流电 流测量时间同步偏差检测步骤如下：

步骤61：确认示波器3的采样通道CH1(31)接收检测参比标 准脉冲1pps信号正常，检查实时测量设备1的人机界面15确认接收 时间同步TIN信号正常；

步骤62：设定示波器3的采样通道CH2(32)为触发通道；

步骤63：可控时标信号源5设定检测时刻T为某整分或整秒时 间用于开关量检测的时间可控开关51和用于交流量检测的时间可控 开关52同时动作，启动可控时标信号源5；

步骤64：等待T到时；

步骤65：到设定时间T可控开关51动作触发示波器3显示锁屏， 示波器3显示各采样通道在T时刻的状态，根据采样通道CH2(32)， 采样通道CH1(31)捕获T时刻参比标准脉冲1pps信号的脉冲上升 沿(如图6所示)；

步骤70：由采样通道CH1(31)，得到采样通道CH3(33)捕获 第一纯阻性元件6、采样通道CH4(34)捕获第二纯阻性元件7两端 的电压突变绝对时刻均为T2＝T+ΔT2，其中ΔT2为开关52动作相对 T的时间偏差，根据纯阻性回路原理得到交流电压测量信号输入 端13、交流电流测量信号输入端14的信号突变绝对时刻均为 T2＝T+ΔT2(如图6所示)；

步骤71：实时测量设备1的人机界面15记录交流电压输入 信号的突变时间t2＝T+Δt2，其中Δt2为实时测量设备记录交流电压 突变相对T的时间偏差；交流电流输入信号的突变时间t3＝ T+Δt3，其中Δt3为实时测量设备记录交流电流突变相对T的时 间偏差(如图6所示)；

步骤72：得到实时测量设备1交流量测量的时间同步偏差，交 流电压测量的时间同步偏差为t2-T2＝Δt2-ΔT2，交流电流测量的时 间同步偏差为t3-T2＝Δt3-ΔT2(如图6所示)；

步骤73：检测结束。

4.实时测量设备时间同步检测

综合图1、3、5，得到图7实时测量设备时间同步检测方法完整 的设备连接方式：

卫星信号天线9和10分别接入标准卫星同步授时装置2和可控 时标信号源5；卫星同步授时装置2的时间同步信号输出端21接至 实时测量设备1的时间同步信号输入端11；卫星同步授时装置2的 脉冲1pps信号输出端22接至示波器3的采样通道CH1(31)；可控 时标信号源5的用于开关量检测的时间可控开关SDC输出端51并联 连接实时测量设备1的开关量输入端12和示波器3的采样通道CH2 (32)；交流源4输出接口的第一输出端41串接第一纯阻性元件 6、实时测量设备1的交流电流输入通道14、第二纯阻性元件7后至 交流源4输出接口的第二输出端42，构成纯阻性交流检测回路； 实时测量设备1的交流电压输入通道13和示波器3的采样通道CH3 (33)均跨接在第一纯阻性元件6的两端；可控时标信号源5的用于 交流量检测的时间可控开关SAC输出端52和示波器3采样通道CH4 (34)并联后跨接在第二纯阻性元件7的两端。

结合图2、4、6、7、8，根据“可控时标信号源”(另案授权，专 利号：CN 200820067196.6)以及“卫星同步授时装置输出信号的时间 信息检测方法”(另案授权，专利号：200810047989.6)的可控开关 应用原理，并根据纯阻性回路交流电压、电流同相位的原理，可获得 图8所示实时测量设备时间同步检测方法的步骤如下：

步骤61：确认示波器3的采样通道CH1(31)接收检测参比标 准脉冲1pps信号正常，检查实时测量设备1的人机界面15确认接收 时间同步TIN信号正常。

步骤62：设定示波器3的采样通道CH2(32)为触发通道；

步骤63：可控时标信号源5设定检测时刻T为某整分或整秒时 间用于开关量检测的时间可控开关51和用于交流量检测的时间可控 开关52同时动作，启动可控时标信号源5；

步骤64：等待T到时；

步骤65：到设定时间T可控开关51动作触发示波器3显示锁屏， 示波器3显示各采样通道在T时刻的状态，根据采样通道CH2(32)， 采样通道CH1(31)捕获T时刻参比标准脉冲1pps信号的脉冲上升 沿；

步骤66：开关量测量检测至步骤67，交流量测量检测至步骤70；

步骤67：由采样通道CH1(31)和采样通道CH2(32)得到用 于开关量检测的时间可控开关51、开关量DI测量信号输入端12的 状态改变绝对时刻T1＝T+ΔT1，其中ΔT1为开关51动作相对T的 时间偏差；

步骤68：实时测量设备1的人机界面15记录到开关量DI输入 信号状态改变时间为t1＝T+Δt1，其中Δt1为实时测量设备记录开关 量DI状态变化相对T的时间偏差；

步骤69：得到实时测量设备1开关量测量的时间同步偏差为t1- T1＝Δt1-ΔT1，至步骤73；

步骤70：由采样通道CH1(31)，得到采样通道CH3(33)捕获 第一纯阻性元件6、采样通道CH4(34)捕获第二纯阻性元件7两端 的电压突变绝对时刻均为T2＝T+ΔT2，其中ΔT2为开关52动作相对 T的时间偏差，根据纯阻性回路原理得到交流电压测量信号输入 端13、交流电流测量信号输入端14的信号突变绝对时刻均为 T2＝T+ΔT2；

步骤71：实时测量设备1的人机界面15记录交流电压输入 信号的突变时间t2＝T+Δt2，其中Δt2为实时测量设备记录交流电压 突变相对T的时间偏差；交流电流输入信号的突变时间t3＝ T+Δt3，其中Δt3为实时测量设备记录交流电流突变相对T的时 间偏差；

步骤72：得到实时测量设备1交流量测量的时间同步偏差，交 流电压测量的时间同步偏差为t2-T2＝Δt2-ΔT2，交流电流测量的时 间同步偏差为t3-T2＝Δt3-ΔT2；

步骤73：检测结束。

本发明采用“可控时标信号源”(另案授权，专利号：CN 200820067196.6)以及“卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测 方法”(另案授权，专利号：200810047989.6)的可控开关应用原理， 在实时测量设备正确收到授时信号的前提下，以实时测量设备的时间 同步信号应用能力为检验目的，使用包括量值传递设备、定时可控开 关等构成的纯阻性回路方式，给出基于变量定时控制的电网厂站实时 测量设备时间同步能力的检测方法。

该方法通过实时测量设备测量功能的时间同步性能，较完整反映 了设备的时间同步信号应用能力，符合量值传递的要求，也是厂站时 间同步授时信号以及传输准确性检测基础上的发展，完善了厂站时间 同步检测流程，有利于提升厂站、电网对一次设备以及一次系统的实 时分析与监控能力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。