【智慧教室】标准化考场NTP网络时钟服务器建设
【智慧教室】标准化考场NTP网络时钟服务器建设

1.1 建立时间同步系统的重要性
随着计算机网络自动化水平的提高，各种计算机技术和通信技术为基础的自动化装置广泛应用，如调度自动化系统、广域相量测量系统、继电保护及故障信息管理系统、事件顺序记录装置、变电站自动化系统、发电厂监控系统、微机继电保护装置、故障录波装置、安全自动装置、雷电定位系统、电网预决策分析系统等。其运行实行分层控制，设备的运行往往要靠数百公里外的调度员指挥；电网运行瞬息万变，发生事故后更要及时处理，这些都需要有统一的时间基准。有了统一精确的时间，既可实现全厂（站）各系统在GPS（北斗）时间基准下的运行监控，也可以通过事故后各开关动作、调整的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。统一精确的时间是保证电力系统安全运行，提高运行水平的一个重要措施。因此，在电网内的电厂、变电站及调度中心等建立专用的时间同步系统是十分必要和迫切的。

1.2 建立时间同步系统的优越性
计算机网络的时间同步是一件十分重要的基础工作，现在电厂/变电站大多采用不同厂家的计算机监控系统、DCS分布式控制系统、发电厂电气监控管理系统(ECS)、微机保护、故障录波装置、电能量计费系统、电液调速系统DEH、SCADA系统及各种输煤PLC、除灰PLC、化水PLC、脱硫PLC等，以前的时间同步大多是各设备提供商采用各自独立的GPS时钟，而各时钟因产品质量有很大差异（GPS模块质量差、内置精度不高的晶振时钟作为基准时间源），在对时精度上都有一定的偏差。同时,受雷电天气等影响, 质量差的GPS接收机授时性能的劣化降质难以发现,不少电厂/变电站安装GPS天线不合规范,如没配置专用天线避雷器、馈线没有加铠装外套(易出现被老鼠咬断的可能) ，这些都造成了全厂（站）各系统不能在统一的时间基准基础上进行数据分析和比较，给事故后正确的故障分析判断带来很大困难。
现在，人们已经充分意识到时间统一的重要性。但是，统一时间并不是单纯地并用GPS时钟设备。目前，许多电厂/变电站普遍采用一台简单配置的GPS时钟装置作为基准时间源，装置提供的接口数量有限。而各个电厂/变电站往往有不同的装置需要接收时间同步信号，其接口类型繁多，如RS232/422/485串行口、脉冲、IRIG-B码、DCF77信号、NTP网络时间等接口形式，而且装置的数量也不等，所以在实际应用中常感到GPS装置的某些类型接口数量不够或缺少某些类型接口，其结果就是电厂/变电站中有些装置不能实现时间同步，或者需要再增加一台甚至数台GPS装置，而这往往受到资金不足或没有安装位置等限制。若全厂（站）采用时间同步系统方案，就可实现全厂（站）各系统在统一时间基准下的运行监控和事故后的故障分析，大大提高了电厂/变电站的安全稳定性。因此，采用GPS时间同步系统比采用传统的分散的GPS时钟设备有着明显的优势，也是技术发展的必然趋势。

1.3 建立时间同步系统的必要性
建设全网统一的时间同步网,固然是解决全网时间同步问题的好方法。但就能否精确补偿时间信号传输时延、如何利用通道资源、如何建设高可靠性高时间精度的时间同步网及其投资代价等方面的综合性问题,目前仍处于探讨阶段。
结合我国电网现状,首先建设好电网每个基本单元的电厂/变电站内时间同步系统,即时间同步子系统是迫切需要解决的,这不但对提高电力系统稳定运行极其重要,而且也为将来建设全网的时间同步网打下良好的基础。

第二章 时间同步系统方案

2.1 时间同步系统的配置
2.1.1 系统组屏
2.1.1.1系统独立组屏。
2.1.1.2屏柜内安装接线端子排，时钟装置的输出信号通过接线端子排与外部信号电缆连接。
2.1.1.3时钟装置的输出到接线端子排的连接导线采用0.5mm2～1mm2的多股软线。
2.1.2 系统配置
2.1.2.1一个发电厂或一个变电站，配置一套时间同步系统，一套时间同步系统可由一面或多面时钟装置屏组成。
2.1.2.2 变电站，按每幢建筑（保护小室或控制室）配置一面时钟装置屏。
2.1.2.3发电厂，按每台发电机组配置一面时钟装置屏，升压站系统按变电站原则配置，另外针对输煤PLC、除灰PLC、化水PLC、脱硫PLC等需要对时信号特别少的小室可选择从主时钟屏通过光纤直接接收对时信号的方式。
2.1.2.4 一套时间同步系统可配置一台主时钟或两台主时钟（冗余方式）。大型发电厂及500kV变电站应采用两台主时钟，两台主时钟以冗余热备模式工作，提高了系统的可靠性。

2.2 时间同步系统的性能
2.2.1 主时钟(一级时钟)接收GPS/北斗卫星信号或接收外部IRIG-B（DC）时间基准信号，并向信号扩展箱(二级时钟)提供IRIG-B（DC）时间基准信号。
2.2.2 时间同步系统各时钟屏内需配置一台或多台信号扩展箱，信号扩展箱提供多路脉冲信号（1PPS、1PPM、1PPH、事件，空接点、差分、TTL、24V/110V/220V有源）、IRIB-B信号（TTL、422、232、AC）、DCF77信号（有源、无源）、时间报文（RS232、RS422/485）、NTP网络时间信号，可以满足电厂/变电站内不同设备的对时接口要求。信号扩展箱的数量及输出信号接口类型根据各小室内对时设备的情况而定。
2.2.3 主时钟的时间信号接收单元能接收GPS/北斗卫星发送的协调世界时（UTC）信号作为外部时间基准信号。正常情况下，主时钟的时间信号接收单元独立接收GPS/北斗卫星发送的时间基准信号。当某一主时钟的时间信号接收单元发生故障时，该主时钟能自动切换到另一台主时钟的时间信号接收单元接收到的时间基准信号，实现时间基准信号互为备用。当主时钟的时间信号接收单元恢复正常后，该主时钟自动切换回正常工作状态，切换时间小于0.5秒，切换时主时钟输出的时间同步信号不会出错。
2.2.4 主时钟可输出一路特殊的供主时钟间互联的IRIG-B（DC）码信号，该信号作为互联主时钟的“后备”外部时间基准，当主时钟的“主”外部时间基准故障时，该信号停止输出。消除当主时钟互联时“主”外部时间基准发生故障所引起的工作状态不确定性。
2.2.5 信号扩展箱的时间基准信号输入包括两路IRIG-B（DC）输入。当装置只接一路IRIG-B（DC）输入时，该路输入可以是“B码输入1”，也可以是“B码输入2”。装置接入两路IRIG-B（DC）输入时，以“B码输入1”作为该装置的“主”外部时间基准，“B码输入2”作为“后备”外部时间基准，当“B码输入1”异常时，装置自动切换到“B码输入2”接收“后备”外部时间基准信号，当“B码输入1”恢复正常时，装置自动切换回正常工作状态，切换时间小于0.5秒，切换时装置输出的时间同步信号不会出错。
2.2.6时钟装置具有内部守时功能。当接收到外部时间基准信号时，被外部时间基准信号同步；当接收不到外部时间基准信号时，切换到内部守时，使主时钟或信号扩展箱输出的时间同步信号仍能保持一定的准确度。当外部时间基准信号接收恢复时，自动切换到正常状态工作，切换时间小于0.5秒，切换时时钟输出的时间同步信号不会出错。
2.2.7时钟装置的外部时间基准（B码输入）具有时延补偿功能，能够补偿外部时间基准信号（IRIG-B）的传输延时，从而保证了时间基准信号的精度。
2.2.8时钟装置的所有输出信号均经隔离输出，抗干扰能力强，且各路输出在电气上均相互隔离。
2.2.9时钟装置的某一路输出信号允许短路5分钟以上，不会造成对该输出回路的永久性损坏。
2.2.10时钟装置的某一路输出信号短路，不会影响其它输出信号。
2.2.11时钟装置具有自复位能力，在因干扰造成装置CPU瞬间故障时，能自动恢复正常工作。
2.2.12时钟装置采用全模块化即插即用结构设计，支持板卡热插拔，配置灵活，维护方便。
2.2.13 时钟装置具有工作状态指示、告警显示和告警信号输出功能。告警信号的电接口类型为继电器空接点，接点耐压>250V DC。
2.2.14 时钟装置具有时间显示功能，可显示年、月、日、时、分、秒。
2.2.15 每台时钟装置都提供一路TTL脉冲信号（可编程输出1PPS、1PPM、1PPH、事件），供时钟的准确度指标测试。
2.2.16 时间同步系统可采用双电源冗余供电，任何一路电源消失，系统仍能保持正常工作。有两种实现方式：a)时钟屏采用时间继电器和接触开关组成电源切换电路。b)时钟装置采用双电源冗余供电，电源供电自适应。