时间就是电力系统可靠性的关键
当停电发生时，手电筒就会亮起。如果电力系统像手电筒一样简单就好了，但显然并非如此…而且电力的用途远不止照明。
尽管电力基础设施中有防止意外停电的技术，但系统有时仍会出乎意料地陷入黑暗。公用事业公司、工业界和电力用户都不希望电力中断。除了带来不便，电力中断还可能导致危险且代价高昂的后果。
我们的日常生活离不开电，它是现代社会运转的生命线。庞大电力基础设施的健康和可靠性至关重要。在由众多系统资产组成的庞大互联体系中，任何一个环节出现哪怕是微小的问题，都可能导致停电。
一切正常时风平浪静，但一旦出现问题就会措手不及。避免意外停电意味着要了解发电设备、变压器和导电设备的状态，并尽快采取措施保护它们免受电气损坏。状态监测以及保护与控制 (P&C) 系统能帮助业主运营商提前发现关键资产可靠性方面的问题，并在很大程度上保护这些投资。
同步至关重要
构成状态监测和保护与控制系统的设备是网络拓扑中的节点，这些节点将电力基础设施与控制中心连接起来。这些电力公司和工业运营技术 (OT) 系统，以及 SCADA、EMS 等系统，都需要一个统一的时间参考。确保各种设备和多个网络保持精确同步极其重要，这并非一项简单的工程任务。
网络工程师和 OT 通信专家在设计网络时，会将延迟（信号在网络中从源到目的地所需的时间）、抖动（延迟的时间变化）以及漂移（时间精度的退化）等因素纳入其架构设计之中。网络设备的制造地和安装位置，如IED、MU、RTU、HMI 等，会影响通信方案中所选介质（光纤或铜缆、无线、电力线载波、微波、卫星）的选择。
不同的通信介质各有优缺点。系统架构师在设计可行的网络基础设施时，会综合考虑物理因素（如成本、耐用性、连接性）和虚拟因素（如带宽、格式、传输速率）。他们的努力成果是一个由众多设备组成的通信系统，这些设备同步运行，以实现对电力系统的监测、测量、保护与控制。
时间问题
在电力基础设施的 OT 系统中，保护与控制系统在切断电力流动方面起着独特的作用。继电器是保护与控制系统的核心，当通过电压互感器 (PT/VT) 和电流互感器 (CT) 检测到电气故障信号时，继电器随时准备启动断路器的“断开”操作。重合器则相反，它会在每次继电器跳闸后使断路器迅速闭合，直到“闭锁”将断路器触点保持在断开位置（如果故障无法自行消除，此时就需要手动干预）。自动继电器、重合器和断路器的操作在瞬间完成，这可能会导致在暴风雨期间出现短暂闪烁…也许就在停电前一刻。
但暴风雨并非电力中断的唯一原因。保护与控制系统继电器和许多其他 OT 设备一样，有符合其应用参数的设置。但与其他 OT 设备不同的是，继电器可能需要大量的设置，尤其是现代智能电子设备 (IED) 继电器，它可以在故障检测和断路器控制过程中自动执行多种通信操作。
继电器方案与通信方案在本地和远程设备之间以时间协调的顺序协同工作。无论是通过光纤电缆将电流和电压信号传输数百英里，还是通过电力线本身发送高频信号，保护继电器之间的协调（即时间同步）至关重要。如果光纤电缆的延迟过高，电流和电压数据的收发时间差可能会被继电器误判为线路故障。电力线两端收发器接收高频信号所需的时间需要被考虑在内，并正确设置参数，以确保线路两端的保护装置能够正确协调。
如果由于某种原因，继电器或断路器出现故障—或者通信通道出现故障—备用方案就会启动。如果主方案或备用方案的时间设置出现偏差，故障水平可能会持续足够长的时间，从而导致灾难性后果，而那些本应防止灾难发生的设备，尽管设置了正确的参数，却只能闲置一旁。
数字保护技术的出现进一步凸显了时间的重要性，并使网络工程师和 OT 通信专家的工作更加复杂。冗余是电力系统的关键要素，这一点在保护与控制系统进入数字领域后也不会改变。数字保护系统，如采用 IEC 61850 标准的系统，需要冗余的并行网络，这基本上使网络需求翻倍，并且所有网络都需要微秒级甚至更高的精度。随着越来越多的数据被传输到保护电力系统的网络中，时间同步和高精度同步将变得更加重要。
刻不容缓
近来，电力行业似乎发展得和电本身一样快。现代化和扩建是电力行业热议的话题。能够以微秒、甚至纳秒级速度运行的 OT 设备技术的出现，正在改变电力基础设施，而系统协调性与稳定性正是建立在这些基础设施之上的。
电力和工业企业正在快速发展，用能够以更高速度测量和响应电信号传播的升级设备替换使用多年的 OT 设备。除了更快的通信和跳闸功能外，新上线的先进 OT 设备还能通过更高分辨率的时间戳来改进事件序列数据的捕获，从而实现更精确的事件分析和调查。
众多与时间域相关的标准明确规定了设备和系统为确保可靠运行必须满足的要求。业主运营商和供应商都对 OT 设备的正常运行有着切身利益。如今，面临的利害关系比以往任何时候都更大，容不得半点差错，准时至关重要。
其他信息：
- 特别感谢 Doble Engineering 的 Blake Harris 和 Peter Newell，感谢他们提供的技术专业知识和文本贡献。
- 最初发表于 The Relay™ Newsletter。在 LinkedIn 上订阅。
