CSC-196电力系统时间同步装置说明书(0SF.459.057)_V2.20

1、CSC-196 电力系统时间同步装置说 明 书 CSC-196 电力系统时间同步装置说明书编 制：吴雅璐 校 核：胡炯标准化审查：郑蔚 审 定：朱启晨出 版 号：V2.20 文 件 代 号：0SF.459.057出 版 日 期：2009年 5月版权所有：北京四方继保自动化股份有限公司注：本公司保留对此说明书修改的权利。如果产品与说明书有不符之处，请您及时与我公司联系，我们将为您提供相应的服务。技术支持 电话传真 要 提 示感谢您使用北京四方继保自动化股份有限公司的产品。为了安全、正确、高效地使用本装置，请您务必注意以下重要提示：1) 本说

2、明书仅适用于CSC-196 (电力系统时间同步装置)。2) 请仔细阅读本说明书，并按照说明书的规定调整、测试和操作。如有随机资料，请以随机资料为准。3) 为防止装置损坏，严禁带电插拔装置各插件、触摸印制电路板上的芯片和器件。4) 请使用合格的测试仪器和设备对装置进行试验和检测。5) 装置如出现异常或需维修，请及时与本公司服务热线联系。目 录1.概述11.1.装置简介11.2.装置功能12.技术参数32.1.主要技术参数32.2.环境条件52.3.电气绝缘性能62.4.机械性能62.5.电磁兼容性72.6.安全性能72.7.告警输出触点容量73.装置硬件说明83.1.插件布置方法83.2.电源插

3、件（插件代码D）83.3.主信号接收插件（插件代码J）93.4.副信号接收插件（插件代码JF）113.5.主信号接收插件（插件代码G）113.6.副信号接收插件（插件代码GB）133.7.串行口报文输出插件（插件代码T）133.8.空接点型脉冲输出插件（插件代码P）143.9.空接点型信号输出插件（插件代码K）153.10.多模光纤输出插件（插件代码F）163.11.B码输出插件（插件代码B）173.12.差分型信号输出插件（插件代码C）183.13.TTL型输出插件（插件代码L）193.14.网络对时插件（插件代码N）203.15.交流B码输出插件（插件代码A）203.16.单模光纤输出插件

4、（插件代码H）213.17.前面板224.工程应用254.1.典型时间同步系统简介254.2.CSC-196配置方案265.现场安装调试及运行维护385.1.天线安装要求385.2.常规初始化设置395.3.北斗信号接收插件的初始化设置395.4.装置运行维护406.订货信息446.1.工程订货需求446.2.单台装置配置清单456.3.装置可配置信息代码48附录A 配置串口使用说明49A.1 配置串口连接方法49A.2 配置串口线定义50A.3 CSC-196装置默认配置51A.4 串口配置命令51A.5 工作状态定义和故障处理方法64附录B 前面板显示装置配置参数67附录C 网络对时插件配

5、置方法68附录D 串行口报文输出格式72附录E IRIG-B标准格式74附录F 主备式时间同步系统的工作方式77CSC-196 电力系统时间同步装置 说明书1. 概述1.1. 装置简介CSC-196 电力系统同步时钟装置（以下简称装置）是北京四方继保自动化股份有限公司（以下简称四方公司）参照电力系统的时间同步系统技术规范研制和生产的时间基准信号输出装置，可为PMU、保护、测控、故障录波器等各种厂站端及调度端设备提供高精度时间同步信号。图1-1 CSC-196实物图1.2. 装置功能1) 严格参照电力系统的时间同步系统技术规范设计，可灵活构建基本、主从式、主备式等多种时间同步系统，时钟的工作逻辑

6、和技术参数符合技术规范的要求，输出信号路数可任意扩展。2) 可接收GPS、北斗、IRIG-B(DC)码等多种外部时间基准信号，每台时钟可接入最多4路时间基准信号，各路输入信号互为冗余热备份，具有极高的运行可靠性。3) 装置核心授时算法基于专利200410009685.2（“北斗一号”卫星导航系统与GPS互备授时方法及装置），可滤除输入信号秒准时沿的随机误差，当接入多路输入时间信号时，自动识别跟踪最优的输入信号，确保输出信号的时间准确度优于1us，完全满足PMU等装置对于高精度授时信号的要求。4) 可输出对时脉冲、IRIG-B码、串行口时间报文、网络时间报文（SNTP）等多种时间同步信号。5)

7、支持光纤、空接点、TTL、RS-422/485、RS-232、以太网等多种时间同步信号接口。6) 采用19英寸2U标准上架式机箱，模块化设计，可根据需要配置各种输入信号接收插件和时间信号输出插件。7) 主时钟、从时钟均内置高精度晶振，在外部时间基准信号异常的情况下，可以自行维持时间同步信号输出，在守时保持状态下的时间准确度优于0.92us/min（55us /h）。8) 支持时间补偿功能，可自由设置各路输入信号和输出信号的补偿 参数，补偿由于长距离信号传输引入的误差，确保任意一台主时钟或从时钟的输出信号精度均可达到1us。9) 支持双电源热备用；所有输出接口均为隔离输出。10) 具备良好的可维

8、护性，前面板简要显示装置工作状态，配置串口可提供装置各路输入和输出的详细工作状态信息和错误诊断信息，便于迅速准确的定位故障原因；可将输入、输出时间基准信号转至测试端口对外输出。11) 对于闰秒标识的处理方法遵循电力系统的时间同步系统技术规范及IEEE C37.118-2005，可提前获知闰秒信息，并将闰秒预告标志置位，满足PMU装置的要求。2. 技术参数2.1. 主要技术参数1) 额定电源电压：110V或220V，交直流混用。2) 电源功率消耗：小于35W 。3) 接收器和天线a) 接收器12个并行通道，可同时跟踪12颗卫星；接收灵敏度：捕获 -160 dBW, 跟踪 -163 dBW；捕获时

9、间：热起动时 50s； 冷起动时 100s； 时间准确度： 500nsb) 接收天线灵敏度：-163 dBW工作温度范围： - 40至70 4) 时钟配置方案：CSC-196通过装配不同的信号接收插件，可以灵活构建基本、主从式、主备式等各种时间同步系统，工程配置方案详见本说明书4.2节。每台装置的最大输入配置如下表所示（某些最大配置方案较少在现场使用）：输入信号类型最大输入配置（信号接收插件代码为J、JF）（装置支持下列任意一种配置方案）最大天线长度（不加中继器）信号接口GPS1路/2路1路/150米BNC天线接头北斗/1路/1路/100米TNC天线接头IRIG-B2路2路/4路/光纤输入信号

10、类型最大输入配置（信号接收插件代码为G、GB）（装置支持下列任意一种配置方案）最大天线长度（不加中继器）信号接口GPS1路/150米BNC天线接头IRIG-B1路2路/光纤、RS422/485注：从2008年7月起将开始供货代码为J、JF的信号接收插件。5) 对时脉冲输出u 脉冲类型：1PPS、1PPM、1PPH（1PPM和1PPH共用输出端口，一台装置只能输出其中一种），可编程脉冲（可根据需要配置为1PPS、1PPM 、1PPH）。u 接口类型：a) 空接点：时间准确度优于3us，接点闭合对应TTL电平的高电平，接点打开对应TTL电平的低电平，接点由打开到闭合的跳变对应准时沿；b) 820n

11、m多模ST型光纤口：时间准确度优于1us。c) 1310nm单模SC型光纤口：时间准确度优于1us。d) 差分接口：RS422/RS485接口，时间准确度优于1us。脉冲宽度：105ms。6) 串行口时间报文输出u 报文格式：支持符合电力系统时间同步系统规范的标准格式报文和四方公司自有格式报文（见附录D）。u 报文输出时间：可配置为按整秒、整分、整小时输出。u 输出波特率：可配置为1200，2400，4800，9600，19200 bit/s。u 接口类型：RS-232、RS-422/485、820nm多模ST型光纤口、1310nm单模SC型光纤口。u 报文帧头与秒脉冲（1PPS）的前沿对齐，

12、偏差小于1ms。7) IRIG-B码输出IRIG-B（DC）u 对时码类型：IRIG-B（DC）。u 参照标准：电力系统时间同步系统规范，与IEEE C37.118-2005兼容（见附录E）。u 接口类型：RS-422/485、TTL、820nm多模ST型光纤口、1310nm单模SC型光纤口。u 时间准确度：优于1us。IRIG-B（AC）u 对时码类型：IRIG-B（AC）。u 载波频率：1 kHz；u 频率抖动：载波频率的1；u 信号幅值（峰峰值）： 高幅值为3 V12 V可调，典型值为10 V；低幅值符合3 : 16 : 1调制比要求，典型调制比为3 : 1；u 输出阻抗：600，变压器

13、隔离输出；u 秒准时点的时间准确度：优于20 s；u 参照标准：电力系统时间同步系统规范，与IEEE C37.118-2005兼容（见附录E）。8) SNTP网络对时接口输出u 接口类型：10/100M以太网RJ45接口，不同网口之间物理隔离。u 时间同步准确度：优于10ms。9) 输出插件配置方法：基于信号接收插件和电源插件的不同配置方法（参见3.1节），每台装置最多可配置68块时间信号输出插件，每块插件支持的最大输出信号路数如下：a) 交流B码输出插件A1：3路（需要交流B码输出时，一台装置中必须且只能配置一块A1），A2：8路；b) 多模光纤输出插件：4路；c) 单模光纤输出插件：2路；

14、d) 网络对时插件：2路。e) 其它如空接点信号输出、串行口报文输出、差分信号输出、TTL信号输出等均为8路。10) 光信号与电信号的对应关系：光纤亮对应电信号高电平，光纤灭对应电信号低电平。11) 信号有效传输距离a) 多模光纤口：2km；b) RS232：15米；c) RS422/485：150米；d) 空接点：150米；e) 以太网RJ45电接口：100米；f) TTL：10米（不推荐在强电磁干扰环境下使用）。g) 交流B码：1 km；h) 单模光纤口：-17dB。c) 秒准时沿的时间准确度：优于1us。3.11. B码输出插件（插件代码B） B1 B2图3-11 B码输出插件B1/B2

15、面板示意图1) B码输出插件共有两种类型，插件代码为B1、B2，插件挡板印字均为B。2) 其中B1插件输出8路RS422/485接口的IRIG-B(DC)对时码，B2插件输出8路TTL接口的IRIG-B(DC)对时码。输出RS422/485接口的IRIG-B(DC)对时码时，推荐使用插件C1替代插件B1。输出TTL接口的IRIG-B(DC)对时码时，推荐使用插件L1替代插件B2。3) B码格式：符合电力系统的时间同步系统技术规范，与IEEE C37.118-2005兼容（详见附录E）。4) 秒准时沿的时间准确度：优于1us。5) B码输出插件B仅用于输出IRIG-B(DC)电信号，输出IRIG

16、-B(DC)光信号应使用光纤输出插件F、H实现。图3-12 TTL接口B码输出示意图3.12. 差分型信号输出插件（插件代码C） C1图3-11 差分型信号输出插件C1面板示意图1) 差分型信号输出插件代码为C1，插件挡板印字为C。插件C1是插件B1的升级版本，推荐使用。2) C1插件输出8路RS422/485接口的信号，可通过跳线J4选择8路输出同时为选择的信号。跳线名称跳线设置方法备注J4PPS输出秒脉冲1PPSPPM默认输出分脉冲1PPM，也可通过配置串口设置为输出时脉冲1PPHRPS输出RPS报文RPM输出RPM报文IRIG-B（出厂默认设置）输出IRIG-B(DC)对时码, B码格式

17、符合电力系统的时间同步系统技术规范，与IEEE C37.118-2005兼容（详见附录E）可编程脉冲输出可编程脉冲，通过配置串口进行设置3) B码格式：符合电力系统的时间同步系统技术规范，与IEEE C37.118-2005兼容（详见附录E）。4) 秒准时沿的时间准确度：优于1us。3.13. TTL型输出插件（插件代码L） L1图3-11 TTL型信号输出插件T1面板示意图1) TTL型信号输出插件代码为L1，插件挡板印字为L。插件L1是插件B2的升级版本，推荐使用。2) L1插件输出8路TTL接口的信号，可通过跳线J4选择8路输出同时为秒脉冲、分脉冲、RPS报文、RPM报文、IRIG-B(

18、DC)或可编程脉冲。3) B码格式：符合电力系统的时间同步系统技术规范，与IEEE C37.118-2005兼容（详见附录E）。4) 秒准时沿的时间准确度：优于1us。5) TTL输出插件L1可通过跳线 J4选择需要输出的电信号。图3-12 TTL接口输出示意图3.14. 网络对时插件（插件代码N）图3-13 网络对时插件N面板示意图1) 网络对时插件的插件代码为N，支持SNTP网络时间同步协议（RFC 2030），具体配置方法见附录C。2) 插件支持2个10/100M自适应的以太网口，RJ45接口，以太网口之间物理隔离。3) 时间同步准确度：优于10ms。3.15. 交流B码输出插件（插件代

19、码A） A1 A2图3-14 交流B码插件A面板示意图1) 交流B码输出插件共有两种类型：A1产生并输出3路信号，要求输出交流B码时，一台装置必须且只能配置1块；A2相当于A1的扩展插件，输出8路信号。交流B码输出插件支持热插拔。2) B码格式：符合电力系统的时间同步系统技术规范，与IEEE C37.118-2005兼容（详见附录E）。3) 时间同步准确度：优于20us。4) A1插件跳线说明：跳线S1S3用于选择调制比，默认不插跳线选择1：3。1：31：21：41：51：6S3OFFOFFONONONS2OFFONOFFOFFONS1OFFOFFOFFONOFFS5S8用于选择输出幅值（峰峰

20、值），默认插跳线S5选择10V。若其中跳线S8插上，其它跳线不插时选择用可调电阻进行调幅（满足312V范围可调）。10V6V12V可调S5ONOFFOFFOFFS6OFFONOFFOFFS7OFFOFFONOFFS8OFFOFFOFFON3.16. 单模光纤输出插件（插件代码H） 图3-15 单模光纤输出插件H1面板示意图1) 单模光纤输出插件支持2路光输出。2) 跳线设置方法：通过插件上的跳线J1、J2可分别选择光发1、2的输出信号类型。跳线名称跳线设置方法备注J1J2PPS输出秒脉冲1PPSPPM默认输出分脉冲1PPM，也可通过配置串口设置为输出时脉冲1PPHCLOCK_S输出RPS报文C

21、LOCK_M输出RPM报文IRIG-B（出厂默认设置）输出IRIG-B(DC)对时码, B码格式符合电力系统的时间同步系统技术规范，与IEEE C37.118-2005兼容（详见附录E）RPS输出RPS报文（仅在V2及更高版本中可实现）RPM输出RPM报文（仅在V2及更高版本中可实现）可编程脉冲输出输出可编程脉冲，通过配置串口进行设置（仅在V2及更高版本中可实现）3.17. 前面板CSC-196装置面板布置图见图3-14：图3-14 装置面板布置图1） 秒脉冲指示灯：秒脉冲输出指示灯，装置初始化完毕，输出时间信号时，维持一秒一次的闪烁。2） 同步指示灯：指示输入、输出信号的同步状态。a) 点亮

22、：装置处于跟踪锁定状态，即正在使用输入时间基准信号同步输出时间信号；b) 熄灭：装置处于初始化状态或守时保持状态，工作状态异常。注：各种工作状态的说明参见附录F.3。3） 年、月、日、时、分、秒数码管：显示当地时间，在中国大陆使用时为北京时间。4） 告警指示灯：装置出现异常时点亮，与主信号接收插件的告警开出接点同步动作，异常原因的详细介绍见附录A.5。当显示板与主信号接收插件通信中断时，告警灯会维持3秒一次的闪烁。5） 主输入、备输入指示灯：指示输入时间基准信号的秒准时沿接收状态，主输入对应优先级最高的输入信号，备输入对应优先级次高的输入信号。a) 点亮：输入时间信号的秒准时沿稳定，且与输出时

23、间信号保持同步。b) 闪烁：输入时间信号的秒准时沿稳定，但与输出时间信号不同步。c) 熄灭：未识别出输入时间信号的秒准时沿，或输入时间信号的秒准时沿不稳定。注1：输入信号优先级、输入通道配置的相关定义见4.2节注2：输出时间信号与优先级最高且状态正常的输入信号同步。注3：主对应优先级最高的输入信号，备对应优先级次高的输入信号，主备并不一定直接对应主、副信号接收插件；例如主副信号接收插件接入IRIG-B码，副信号接收插件接入北斗，通常北斗信号的优先级配置为高于IRIG-B码，则主输入指示灯、主时间质量数码管对应副信号接收插件北斗的输入状态，备输入指示灯、备时间质量数码管对应主信号接收插件IRIG

24、-B的输入状态。可采用下表中的简单判别方法。输入信号类型主输入、主时间质量对应的输入信号备输入、备时间质量对应的输入信号同时输入GPS/北斗和B码GPS/北斗B码输入为GPS/北斗第1路GPS/北斗输入第2路GPS/北斗输入输入为B码第1路B码输入第2路B码输入6） 主时间质量、备时间质量数码管：指示输入时间基准信号的锁星状态或同步状态，“主”对应优先级最高的输入信号，“备”对应优先级次高的输入信号。a) 对应通道配置为无输入信号（输入通道配置为N）：显示“”。b) 对应通道配置为有效输入信号（输入通道配置为A/B/C），时间质量显示含义如下：输入信号类型时间质量显示输入信号状态具体含义GPS

25、/北斗0锁星正常（3Dfix）GPS/北斗OEM板串口报文中标识锁星正常（3Dfix）1锁星不稳定（2Dfix）GPS/北斗OEM板串口报文中标识锁星不稳定（2Dfix）E输入信号异常存在以下几种可能：(1) 插件G4在装置上电后始终无法锁定卫星；(2) OEM板的串口报文接收异常。GPS9GPS卫星失锁GPS卫星失锁GPS插件J1、JF18尚未取得闰秒信息装置连续断电一周以上，重上电时有可能出现此种情况，通常GPS OEM板需要花费几分钟时间从卫星系统重新取得闰秒数，之后自动进入正常工作状态在“E”和“9”之间切换显示GPS天线自检异常GPS天线短路在“E”和“”之间切换显示GPS天线开路北

26、斗4卫星锁定状态或定位状态异常未定位，PPS输出无效5正在估算，PPS输出无效6位置错误，PPS输出无效7当前正在定位，状态正常，PPS输出无效8卫星数目不够，等待接收状况变为良好，PPS输出无效9长时间未能完成定位，需要用户手动输入位置，PPS输出无效IRIG-B0输入信号标识为同步正常输入IRIG-B码中的时间质量标识为0（同步正常）3主时钟的特殊同步状态输入信号来自主备时间同步系统中的主时钟，此台主时钟自带的GPS/北斗工作异常，正与另一台主时钟发来的IRIG-B(DC)码同步49输入信号标识为同步异常如果输入IRIG-B中的时间质量标识小于等于9，直接显示；其它情况下显示“9”；B码中

27、的时间质量定义遵循电力系统的时间同步系统技术规范，数值越大表示同步精度越差，详见附录E。E输入信号接收异常无法接收到正确的IRIG-B对时码c) 主信号接收插件J将跳线J17接通时，装置处于测试模式，自动输出时间信号，此时前面板的时间质量数码管将在“E”和“4”之间切换显示，告警灯点亮，秒脉冲指示灯闪烁。d) 前面板的数码管在装置上电后5秒内会显示装置配置信息，详见附录B。e) 利用前面板显示信息判断装置工作状态的方法见5.4节。-81-4. 工程应用4.1. 典型时间同步系统简介时间同步系统的组成有多种形式，其典型形式有基本式、主从式、主备式三种，本节进行简要介绍，本节内容引自电力系统的时间

28、同步系统技术规范。4.1.1. 基本时间同步系统基本式时间同步系统由一台主时钟和信号传输介质组成，用以为被授时设备或系统对时，见图4-1。根据需要和技术要求，主时钟可设接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号的接口。图4-1 基本时间同步系统的组成4.1.2. 主从式时间同步系统主从式时间同步系统由一台主时钟、多台从时钟和信号传输介质组成，用以为被授时设备或系统对时，见图4-2。根据实际需要和技术要求，主时钟可设接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号的接口。图4-2 主从式时间同步系统的组成4.1.3. 主备式时间同步授时系统主备式时间同步系统由两台主时钟、多台从时钟和信号传输介质组

29、成，为被授时设备或系统对时，见图4-3。根据实际需要和技术要求，主时钟可留有接口，用来接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号。图4-3 主备式时间同步系统的组成4.2. CSC-196配置方案4.2.1. 配置方案概述CSC-196通过装配不同的信号接收插件，可以灵活构建基本、主从式、主备式等各种时间同步系统，本节将对常用配置方案进行介绍。在本节中主从时钟的互联统一使用光纤，由于光纤连接具有抗干扰能力强、传输距离远、传输延时稳定的优点，因此推荐使用光纤实现主从时钟之间的互联。CSC-196主从钟互联通常使用IRIG-B信号，因此每路输入、输出信号均只占用一个光口或电口。基本式和主从式时间

30、同步系统的差别仅在于主时钟是否连接从时钟，配置方案类似，由于篇幅所限，本节仅介绍主从式系统的配置，将其中的从时钟去除即成为基本式时间同步系统。4.2.2. 输入通道软件配置为使时钟正常工作，输入通道的软件配置必须与信号接收插件的硬件配置对应，通过配置串口可修改CSC-196装置输入通道的软件配置，配置参数存储在装置内部的FLASH中，掉电不丢失（配置修改方法见附录A）。输入通道的配置格式为“1XX2XX”，“1”代表主信号接收插件，“2”代表副信号接收插件。“X”为输入配置，分为以下4种：1） N：没有输入信号。2） A：无线时间基准信号，通常来自GPS或北斗OEM板。3） B：来自主时钟的输

31、入信号，即本地有线时间基准信号，统一为IRIG-B对时码。4） C：来自时间同步网的输入信号，即远方有线时间基准信号，统一为IRIG-B对时码。输入通道配置信息中不指定具体的输入信号类型（如北斗OEM板、GPS OEM板、IRIG-B）和输入信号极性，CSC-196可自动识别输入信号的类型和极性，并进行相应处理。如果机箱中未配置副信号接收插件，则配置格式应为“1XX2NN”。如果某块信号接收插件仅支持一路输入（如G4、G2、J1等），则应将此插件对应的第2个“X”配置为“N”，即“1XN2XN”。配置信息中含有A为主时钟，其它为从时钟；主从时钟的工作逻辑存在区别，详见附录F。主、从时钟在实际应

32、用中的一个明显区别是：当一个系统的外部输入时间基准信号全部异常时，主时钟自行守时，而全部从时钟则继续跟踪某一台主时钟的输出，这样可以确保守时状态下全站多台时钟输出的一致性。时钟输出与优先级最高，且状态正常的输入源保持同步。输入信号优先级排列：A类输入 B类输入 C类输入同类输入中，硬件接口排在前面的信号优先级更高。将主信号接收插件的跳线J15断开时，装置将启用默认配置“1AN2NN”，即装置只接入一路输入时间基准信号，此时FLASH中存储的输入通道配置信息无效。4.2.3. 主从式时间同步系统（单路GPS）主信号接收插件副信号接收插件输出插件输入通道配置主从式（基本式）时间同步系统主时钟（单路GPS）J1/J6空F/H1AN2NN主从式时间同步系统的从时钟J2/J7空1BN2NN主从式时间同步系统的从时钟J5空1BN2NN主从式（基本式）时间同步系统主时钟（单路GPS）G4空F/H1AN2NN主从式时间同步系统的从时钟G2空1BN2NN图4-4 主从式时间同步系统（单路GPS）连接示意图4.2.4. 主从式时间同步系统（GPS互备）只有信号插件J/JF支持此种配置方案。主信号接收插件副信号接收