时间同步系统基本知识
一、概述
时间是物质的存在形式，人们的生活和生产活动与时间密切相关，经常要知
道现在是什么时间，这就产生了时间计量的需要，它包括时刻指示和时间间隔计
量两个方面。在日常生活和工程应用的时间尺度范围内，时间计量的工具是钟表
，以工作原理分，有机械式和电子式两大类，它的外形则多种多样。为了时刻指
示的准确，要求有统一的时间基准；为了时间间隔计量的准确，要求钟表的走时
准确度高。但是，各种钟表总会有误差，时间久了，累计误差增大，可以明显观
察到，造成它指示的时刻不准，所以需要经常按照某一时间基准校准钟表，也就
是日常生活中所谓“对钟”、“对表”，技术上称为“时间同步”。
我国全国统一的时间基准为北京时间。我们可以通过各种途径得到时间基准
信息，日常生活中，可以从广播电台报时、电视画面或电信部门的报时业务中得
到；专业工作中，可以从中国国家授时中心的长波或短波广播得到更准的时间基
准信息，也可以从国际上其它授时电台得到时间基准信息。自从全球定位系统（
美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗）建成以后，我们可以通过接收
全球定位系统卫星的信号，从中得到时间基准信息。比较各种得到时间基准信息
的方法，从全球定位系统得到的准确度最高，可以达到原子钟的准确度水平。目
前，接收美国的全球定位系统（GPS）和中国的北斗系统卫星信号得到时间基准
信息的方法是最经济、最方便的方法。
电力生产中时间同步问题历来是一个受到普遍关注的问题，早在上一世纪的
50年代，一些发电厂里就装有子母钟，由一台母钟带动全厂各车间各部门的指
针式时钟即所谓“子钟”同步走时，为全厂的生产活动提供统一的时间指示。这
也可以说是原始的时间同步系统。
近十年来电力系统的自动化技术迅速发展，发电厂、变电站监控系统、调度
自动化系统、RTU、故障录波器、微机继电保护装置、事件顺序纪录装置、机组
的DCS和DEH系统等广泛应用。这些装置（系统）的正常工作和作用发挥，都
离不开时间记录和统一的时间基准，因而在这些装置（系统）内部都有自己的时
钟，即所谓“实时时钟”。这些实时时钟都是电子式的，它的准确度一般都不很
高，长时间运行后累计误差越来越大，如不及时校正，将影响它们正常作用的发
挥，因而对这些装置（系统）的实时时钟实现自动时间同步是电力系统自动化的
一个重要的任务。
为了规范此推广工作，国家电力公司华东公司专门制订了《华东电网时间同
步系统技术规范》，于2002年4月22日作为公司第一号企业标准颁布，要求在
华东电网全网执行。《规范》对时间同步系统的术语、需纳入时间同步系统的设
备、时间同步系统主时钟的技术要求、时间同步信号的类型、时间同步信号接口、
信号传输通道以及不同设备的时间同步准确度要求等都作了详细的规定。
二、时钟基准的基本概念
（一）时钟的内部基准
任何时钟都需要有至少一个基准，这个基准决定了这个时钟的时间准确度。
内部基准是时钟通过自身携带的走时基准。
1、机械摆
机械摆根据其摆臂的长度，有其固有的谐振频率，可以作为时钟的基准，例
1
如老式的挂钟、座钟。将摆臂做成螺旋状，可大大缩小时钟的体积，例如马蹄表，
手表。
2、石英晶体振荡器
由于机械摆的振荡频率不够稳定，机械表的精度不高。进入电子时代，人们
发明了“电子摆”就是石英晶体振荡器，简称－晶振。一般晶振的振荡频率稳定
性高达1X10-6，改变其物理尺寸就可以改变振荡频率，体积小、成本低，应用广
泛。
石英晶振的缺点是温度稳定性差，温度的变化会造成时钟的误差，为了得到
更高的精度，可根据温度对石英晶振的振荡频率进行补偿，这就是温度补偿石英
晶体振荡器，简称－温补晶振，温补晶振的振荡频率稳定性可达1X10-7。给晶
振盖个密闭的小房子，使其温度恒定，可将晶振的振荡频率稳定性提高到1X10-8
至1X10-9，这种晶振称－恒温晶振。使用石英晶振作为基准的时钟称电子种或
石英钟。
3、原子频标
如果需要更稳定的振荡频率，晶振就不能胜任了。
科学家研究发现，有些元素的原子从一种能量状态到另一种能量状态所发射
出的电磁波频率异常稳定。根据这一现象设计制造了振荡频率超级稳定的振荡源
－原子频标。原子