基于CPLD的IRIG-B碼對時方式在繼電保護裝置中的應

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微機監控系統等)采用統一的時間基準，在發生事故時，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輸出大量脈沖節點信號。國家電網公司發布的技術規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。

　　外部接入的IRIG-B編碼信號是用RS485電平傳輸的差分信號，需變換為TTL信號，轉換芯片為AD公司的ADM2483，該芯片是帶隔離的增強型RS485收發器，有失效保護、短路電流限制、熱關斷和恢復等功能。外接的5 MHz信號來源于5 MHz的有源晶振。硬件框圖如圖2所示。