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发布：2026-06-12 07:12:58 · 事件：2026-06-12 07:12:58

来源： 《中国电力》2026年第5期 引用本文： 石恒初, 陈晓帆, 游昊, 等. 基于录波数据的全域继电保护时钟失步智能校核系统设计[J]. 中国电力, 2026, 59(5): 97-108. SHI Hengchu, CHEN Xiaofan, YOU Hao, et al. Design of global relay protection clock desynchronization ...

安全检测质量电力系统数据设计

来源： 《中国电力》2026年第5期 引用本文： 石恒初, 陈晓帆, 游昊, 等. 基于录波数据的全域继电保护时钟失步智能校核系统设计[J]. 中国电力, 2026, 59(5): 97-108. SHI Hengchu, CHEN Xiaofan, YOU Hao, et al. Design of global relay protection clock desynchronization intelligent verification system based on waveform recording data[J]. Electric Power, 2026, 59(5): 97-108. DOI:  1 0 .11930/j.issn.1004-9649. 202512042 摘要 继电保护装置的时间同步对新型电力系统故障后的事故分析和动作追溯至关重要。为解决传统时钟监测覆盖不全、同步校正依赖人工、缺乏统一管理平台的问题，建立基于录波数据的全域继电保护时钟失步智能校核系统。系统依托现有录波主–子站架构，在主站侧部署继电保护时钟失步在线监测单元，统一接入多厂站录波数据，设计分时段远程启动监测和同源数据比对监测两类方案，实现故障与非故障场景下的全域保护装置时钟偏差在线监测。在此基础上，系统内置以“时钟偏差-漂移率”为状态变量的卡尔曼滤波智能校核算法，在考虑测量噪声影响的条件下对多时刻观测结果进行滤波与预测估计，生成更精准的偏差校准量。应用结果表明，系统可有效监测出时钟失步的继电保护装置，并可将同步校准后装置时钟偏差稳定控制在20 ms以内，有利于开展继电保护装置时钟失步下的事故后分析和时钟同步状态运行维护。 研究背景 随着新型电力系统向高比例可再生能源接入、高电力电子化方向的加速演进，电网运行特性日趋复杂，对二次设备的状态感知精度、运维响应效率提出了更高要求。当前针对二次设备的状态运维研究已形成诸多成果，既有基于数据挖掘算法的二次设备运行状态风险评估方法，也有人工智能技术赋能的变电站二次设备智能巡检手段，而基于智能故障录波的状态监测方案凭借录波数据实时性强、信息维度完整的优势，为二次设备全场景、全时段状态监测提供了精准的数据支撑，推动电网运维模式转型升级。 继电保护装置作为保障电力系统安全稳定运行的核心二次设备，其时钟同步状态直接关系故障后事故分析的准确性与保护动作追溯的有效性，一旦其出现时钟失步问题，将导致故障录波时标错位、保护动作时间戳偏离，进而影响对故障的协同判别和事后分析。继电保护装置时钟失步有着不可预测性和随机性，目前缺乏必要的时钟失步在线监测和同步校准技术。 电力系统现有时钟校验多采用离线校验或定期巡检模式，难以及时捕捉瞬时性时钟失步问题，也无法长时间监测继电保护装置失步情况；主流的时钟同步方案多依赖于全球定位系统（global positioning system，GPS）或北斗卫星同步授时，不仅对硬件精度要求较高，还易受信号遮挡影响；部分厂站通过时间编码进行授时需额外部署专用硬件设备，增加了运维成本且授时可靠性不足；智能变电站的统一集中授时模式，则易受传输延时、设备启动抖动等因素干扰，难以实现时钟偏差的精准校正。 全域继电保护时钟失步智能校核系统架构 系统设计方案 本系统基于电网现有主子站拓扑架构 ，结合录波数据实时性与完整性优势，实现全域继电保护装置时钟失步的在线监测及同步校准，系统架构如图1所示。 图1   基于录波数据的全域继电保护时钟失步智能校核系统架构 Fig.1   Architecture of global relay protection clock asynchronism intelligent verification system based on waveform recording data 本文所提架构复用电力系统现有通信网络，仅在主站侧部署继电保护装置时钟失步监测单元，即可实现全域的时钟失步监测与同步校核功能；子站侧各保护装置、行波装置和录波装置依据本地时钟生成录波数据并将其上传至调度数据网；主站侧时钟失步监测单元依托北斗卫星与GPS 2套时间同步系统进行高精度授时，以此作为统一时间基准实施全域时钟失步分析。该单元通过解析调度数据网中符合电力系统瞬态数据交换通用格式（common format for transient data exchange for power systems，COMTRADE）的录波文件，结合内置的“分时段远程启动”与“同源数据比对”2类时钟失步监测方案算法，实现精准的时钟失步判别。最后，该单元基于卡尔曼滤波的自适应同步算法，完成对全域继电保护装置时钟精准同步校准。 系统功能模块 全域继电保护时钟失步智能校核系统主要由3个功能模块构成。 1）录波数据接入与管理。负责与调度数据网、录波主站建立通信连接，实现故障自动上送与定时召唤2种模式的录波数据采集，对接收的COMTRADE文件进行解析，形成统一的录波数据库。 2）智能监测与同步校准。实现融合时钟失步在线监测与智能校核两大功能，构建覆盖全场景的时钟状态感知与同步校准体系。通过分时段远程启动监测与同源数据比对策略，实现对故障及非故障场景下保护装置时钟偏差的多维评估，并自动生成失步监测报告。基于卡尔曼滤波算法，以“时钟偏差-漂移率”为状态变量进行多时刻滤波估计，动态生成偏差校正量。整个系统形成从时钟监测、失步评估到同步校正的闭环分析能力。 3）可视化运维。为运维人员提供图形化人机交互界面，从省网-地市-厂站-装置多个层级展示继电保护时钟状态，支持全网时钟状态、失步分布统计等多种可视化形式，并根据阈值自动触发告警与报表输出，实现时钟运维工作的精细化管理。 结语 针对新型电力系统下继电保护时钟同步要求越来越高，而基于GPS或北斗卫星授时的时钟同步方案存在随机性故障、可靠性下降、依赖人工运维等问题，本文研发了基于录波数据的全域继电保护时钟失步智能校核系统，形成“在线监测-智能校核”的闭环解决方案。 1）构建了全域继电保护时钟失步智能校核系统架构并完成相应的功能模块设计，复用电力系统现有录波主子站通信链路与数据资源，无需额外部署专用信息通道，实现全域继电保护装置时钟状态的统一管理与集中运维，大幅降低建设与运维成本。 2）提出分时段远程启动与同源数据比对2类差异化时钟监测方案，既可以完成主站与子站纵向结构的时钟失步监测，保证整体电网时钟同步，又能满足子站间横向结构的时间失步监测要求，2类方案相结合实现全场景无死角的时钟失步监测。 3）引入卡尔曼滤波进行时间同步校准，在状态空间模型下利用多次偏差观测和时钟演化规律，对偏差和漂移率进行动态估计，抑制单次测量噪声对校时结果的影响，能显著提高同步精度。 4）实际应用结果表明，该系统可精准识别时钟失步的装置，且同步校准后时钟偏差稳定控制在20 ms以内，残差最大绝对值不超过2.6 ms，大幅提升校时精度，有效减轻现场运维工作量，实现时钟同步在线监测和状态运维的精确化与智能化。 5）本文研发的全域继电保护时钟失步智能校核系统，摆脱了站域保护装置对GPS之类设备授时的高度依赖，其融合分时段远程启动与同源数据比对的监测方案，强化了时钟失步监测的主动性，并能实现主站与子站纵向、子站间横向的全场景无死角监测，通过智能校核算法实现同步校准，为基于录波数据的故障后分析提供统一时间基准。这是二次设备时钟同步监测与校准的工程化实践，也为新型电力系统二次设备状态感知与主动运维理念的实施丰富了技术路径。 作者简介 石恒初 石恒初（1983），男，通信作者，硕士，高级工程师（教授级），从事电力系统继电保护研究，E-mail：93324244@qq.com； 陈晓帆（1992），女，硕士，工程师，从事电力系统继电保护研究，E-mail：624614593@qq.com； 游昊（1986），男，硕士，高级工程师，从事电力系统继电保护研究，E-mail：403168654@qq.com； 虎啸（1994），女，硕士，工程师，从事电力系统继电保护研究，E-mail：1877905632@qq.com。 注：本文内容呈现略有调整，如需要请查看原文。 往期回顾 ◀  《中国电力》2026年第5期抢先看 ◀  国网山东省电力公司 李娜 等｜电碳耦合市场下虚拟电厂与配电网协同优化运行模型 ◀  广东电网有限责任公司 曾瑞江 等｜数据稀缺场景下的配电网异常数据检测方法 ◀  国网冀北电力有限公司 王泽森 等｜虚拟电厂协同的自适应二次调频策略 ◀  西华大学 随泽远 等｜基于门控脉冲神经P系统模型的概率负荷预测 ◀  “面向新型电力系统安全稳定运行的多元负荷可调能力与互动关键技术”专题征稿启事 ◀  “超高比例新能源系统电力电量置信平衡机制及多类型电源概率化规划技术”专题征稿启事 ◀  “‘双碳’目标下支撑能源转型的电价市场化改革与价格监管”专题征稿启事 ◀  “电力电子化电力系统故障控制与保护关键技术”专题征稿启事 编辑： 许新雨 校对： 于静茹 审核：张红宪 声明 根据国家版权局最新规定，纸媒、网站、微博、微信公众号转载、摘编《中国电力》编辑部的作品，转载时要包含本微信号名称、二维码等关键信息，在文首注明《中国电力》原创。个人请按本微信原文转发、分享。欢迎大家转载分享。