IRIG-B碼對時方式在繼電保護裝置中的應用

摘要：隨著變電站自動化技術的發(fā)展，對變電站內時間的精確和統一提出了更高的要求。本文提出了一種采用IRIG-B時間碼來時時的方案。在這種對時方案中，每個變電站只安裝一個GPS接收裝置，利用RS422／485總線傳輸IRIG-B碼，保護裝置對IRIG-B碼解碼器后，來設置自己的時間。本文還詳細介紹了IRIG-B碼的概念和原理以及用CPLD實現IRIG-B碼解碼器的設計思想和實現方法。IRIG-B碼時時方式簡化了回路設計，并且能夠可靠地提供精確的時間信息，必將在電力系統中得到廣泛的應用。
關鍵詞：IRIG-B時間碼；繼電保護；對時；CPLD

時間的精確和統一是變電站自動化系統的最基本要求。只有電力系統中的各種自動化設備(如故障錄波器、繼電保護裝置、RTU微機監(jiān)控系統等)采用統一的時間基準，在發(fā)生事故時，才能根據故障錄波數據，以及各開關、斷路器動作的先后順序和準確時間，對事故的原因、過程進行準確分析。統一精確的時間是保證電力系統安全運行，提高運行水平的一個重要措施。全球定位系統(GPS)的出現為實現這些需求提供了可能。
基于GPS的對時方式有3種：1)脈沖對時方式；2)串行口對時方式；3)IRIG-B時間編碼對時方式。脈沖對時和串行口對時各有優(yōu)缺點，前者精度高但是無法直接提供時間信息，而后者對時精度比較低。IRIG-B碼對時方式兼顧了兩者的優(yōu)點，是一種精度很高并且又含有絕對的精確時間信息的對時方式，采用IRIC-B碼對時，就不再需要現場總線的通信報文對時，也不再需要GPS輸出大量脈沖節(jié)點信號。國家電網公司發(fā)布的技術規(guī)范中明確要求新投運的需要授時的變電站自動化系統間隔層設備，原則上應采用IRIG-B碼(DC)方式實現對時。

1 繼電保護裝置對時方案
一個變電站內配置一套時間同步系統，該時間同步系統可由一面或多面時鐘裝置屏組成。時問同步系統的結構可采用主從式或主備式結構。時間同步系統與被授時的繼電保護裝置之間采用EIA RS-422／485接口標準來傳輸IRIG-B(DC)碼信號。不同廠家的保護裝置僅需具有EIA RS422／485接口的IRIG-B碼解碼器，即可接入變電站統一對時網絡。保護裝置內嵌IRIG-B碼解碼模塊，采用圖1中的對時模式，即由IRIG-B碼解碼模塊檢測出時間信息和對時脈沖，通過串口將時間信息直接下發(fā)到各個功能插件。各功能插件都直接從對時模塊引入對時脈沖。

2 IRIG-B碼解碼模塊的硬件設計
早期的B碼解碼設備多采用TTL集成電路與單片機相結合的方法來實現，利用門電路和觸發(fā)器從編碼信號中提取出秒同步信號，而用單片機實現時間信息的解碼。目前該方法仍在使用，但該方法存在器件較多，結構復雜，可靠性差、同步精度不高、通用性差、不利于功能擴展等問題。
為了解決上述問題，在本設計中，采用CPLD芯片來實現IRIG-B碼的解碼，采用的是Altera公司的EPM3256。開發(fā)仿真軟件采用的是MAX+ PLUSⅡ，它可以進行原理圖編輯和VHDL語言編輯，并支持這些編輯方式的混合設計。在本設計中利用VHDL語言進行底層模塊的設計，用原理圖進行上層模塊的設計。該軟件具有門級仿真功能，可以進行功能和時序仿真，并且支持目標程序在線下載。