0 引言

随着内蒙古电网的发展，通信网逐步扩大，承载的业务越来越多，业务传送的安全性、可靠性问题愈加凸显。时钟同步系统作为SDH（Synchro⁃nous Digital Hierarchy，同步数字序列）传输网的重要组成部分，需要发挥稳定的支撑作用。

内蒙古电力通信网于2005年建立了时钟同步系统，但随着业务的增加和技术的发展，原有系统已不适应目前通信网的要求。2015年内蒙古电力信息通信中心（以下简称信通中心）对时钟同步系统进行了升级和优化，改造后的时钟同步系统的稳定性和可靠性大幅提升。以下即对原有时钟同步系统存在的问题进行分析，提出改造方案，为电力通信网时钟组网规划提供借鉴。

1 时钟同步系统的相关技术及要求 1.1 同步方式

SDH传输网的时钟同步系统通常采用主从同步方式。主从同步方式指在传输网内设1个时钟主站并配有高精度时钟，其余各站均跟踪该主站，以主站时钟为定时基准，并逐级下控直至网内的末端站（见图 1）。主从同步方式的优点是网络稳定性好，对网络节点的要求低，控制简单；缺点是对主站时钟要求高，设备价格也较高^[1]。电力通信网对安全可靠性要求极高，因此应采用主从同步方式进行组网。

1.2 SDH设备的时钟工作模式

SDH设备的时钟工作模式主要有3种：正常工作模式、保持模式和自由运行模式。

正常工作模式下，SDH设备时钟跟踪锁定上级时钟，此时从站跟踪锁定的时钟基准由上一级站下传，可能是网内的主时钟、上一级网元内置时钟源下发的时钟或本地区的外部时钟。该从时钟的工作模式精度最高。

在所有定时基准丢失后，从时钟进入保持模式。此时从站时钟源利用定时基准信号丢失前所存储的最后频率信息作为其定时基准，但是由于振荡器的固有振荡频率会逐渐漂移，故此工作状态不能持续很久，其时钟精度仅次于正常工作模式。

自由运行模式即自由振荡模式。从时钟在丢失外部定时基准，同时超出保持模式的工作时间后，从时钟内部振荡器就会以自由振荡方式工作，即采用自己内部振荡器的时钟。

1.3 SDH设备的时钟源

SDH设备的时钟源一般有3种：外部时钟源、线路时钟源和设备内置时钟源。

外部时钟源是将同步定时设备提供的时钟信号，接入SDH设备的时钟输入接口，使SDH设备时钟跟踪外部时钟。

线路时钟源由SDH设备从线路信号中提取，即SDH设备通过光路从上一级节点获取时钟信号，再逐级下传。

设备内置时钟源由SDH设备的内部振荡器提供，当采取此种时钟源时，SDH设备进入自由振荡模式，时钟精度最差^[2]。

1.4 时钟同步系统组网的基本原则

（1） 时钟信号传送不应存在环路，否则会导致时钟信号的跟踪出现混乱。

（2） 尽量缩短定时传递链路的长度，避免因链路太长影响时钟信号的质量。

（3） 从时钟由高一级设备或同一级设备获得定时基准。

（4） 应从分散路由获得主、备用时钟基准，避免因主用时钟传递链路中断而导致时钟基准丢失。

（5） 选择可靠性高的传输系统来传递时钟基准^[3]。

2 时钟同步系统网络结构

内蒙古电力通信网已有13套同步定时设备，分布在电网的13个站点，包括内蒙古电力信息通信中心、呼和浩特区调、乌兰察布区调、包头区调、巴彦淖尔区调、乌海区调、阿拉善区调、鄂尔多斯区调、薛家湾220 kV变电站、锡林浩特220 kV变电站、永圣域500 kV变电站、丰泉500 kV变电站、乌海500kV变电站^[4]。该同步定时设备可以同时接收美国GPS和俄罗斯GLONASS卫星提供的高精度定时信号，再经信号调整和转换，最终通过2048 kbit/s和2048 kHz 2种制式进行信号输出，输出的时钟信号为稳定的一级基准时钟^[5]。本文中提到的外部时钟设备就是指该同步定时设备。

3 存在的问题

内蒙古电力通信网主网主要由西门子、马可尼和华为3种不同品牌的SDH传输设备构成。对内蒙古电力通信网整个时钟同步系统进行分析，在各个传输网管上对传输设备时钟信号进行核查，以确定系统存在的主要问题。

3.1 西门子SDH传输网

西门子SDH传输网络时钟分布如图 2所示。整个西门子SDH传输网只有2个外部时钟源，即包头区调和锡林浩特220 kV变电站的各1台同步定时设备；呼和浩特及以西地区的所有SDH设备，均跟踪包头区调的时钟设备；呼和浩特地区以东的所有SDH设备均跟踪锡林浩特220 kV变电站的时钟设备。一旦这2个同步定时设备发生故障，将造成西门子SDH传输网络的大面积瘫痪。

3.2 马可尼SDH传输网

马可尼SDH传输网络的时钟分布如图 3所示。马可尼SDH传输网只有1个外部时钟源，即永圣域500 kV变电站的同步定时设备，一旦该设备出现问题，会对全网造成重大影响。

3.3 华为SDH传输网

华为SDH传输网是由各个500 kV变电站和各个区调的SDH设备组成的1个相对较小的网络。华为SDH传输网只有1个外部时钟源，即信通中心的同步定时设备。该设备已经运行10 a以上，一旦出现故障，将造成整个华为SDH传输网无法正常运行。

3.4 小结

综上所述，现有时钟同步系统主要存在3个问题：

（1） SDH传输网络的时钟分布不合理。主要体现在3个方面：整个传输网在用的外部时钟源太少、每个外部时钟源承载设备过多、外部时钟源没有备用资源。

（2） 同步定时设备利用率较低。全网采购的13台同步定时设备大多处于闲置状态，造成资源浪费。

（3） 没有统一的时钟同步网管系统。全网所有的同步定时设备均没有网管监控，一旦出现故障，无法及时发现，也无法定位故障原因，存在很大的安全隐患。

4 时钟同步系统改造方案

针对上述问题，2015年对时钟同步系统进行了重新规划和改造，改造方案分为2个部分：同步定时设备的改造和升级、SDH传输网的调整和优化。

4.1 同步定时设备的改造和升级

目前，很多同步定时设备使用年限都超过了10 a，出现了不同程度的缺陷，并且原设备只能接收GPS+GLONASS卫星提供的时钟定时信号，安全性和稳定性没有保障。

本次改造和升级，将原有同步定时设备逐个进行检查，更换有故障的板卡；将接收GPS+GLONASS卫星信号的接收板卡全部更换为可以接收北斗卫星+GPS信号的接收板卡，使设备的运行更加稳定和可靠。同时，为信通中心和各个区调配置同步定时设备网管系统，维护人员可以对时钟同步系统进行实时监控和管理。

4.2 SDH传输网的调整和优化 4.2.1 调整方案

针对以上提到的整个传输网在用的外部时钟源太少、每个外部时钟源承载设备过多、外部时钟源出现故障没有备用资源等问题，对SDH传输网从以下2个方面做出调整和优化：充分利用已有同步定时设备资源，将整个传输网重新进行划分，减少单个同步定时设备承载的SDH设备数量；增加稳定可靠的备用时钟。

西门子和马可尼SDH传输设备在时钟同步系统内应按照地区进行划分，每个地区的传输设备都跟踪区调的同步定时设备提供的时钟信号。以乌兰察布地区为例，时钟分布如图 4所示，乌兰察布区调的SDH设备跟踪该区调的同步定时设备，该地区网内的其余各个网元的时钟采取主从同步方式跟踪区调的SDH设备。

华为SDH传输网由各个500 kV变电站及各个区调的SDH设备组成，共34个网元。由于网络相对较小，其时钟同步系统应单独组网。2015年信通中心采购了1台同步定时设备，放置在信通中心新机房，用于华为传输网时钟调整。具体规划为：信通中心华为SDH设备主用时钟跟踪新购置的同步定时设备，备用时钟跟踪旧同步定时设备，其余各个网元的时钟均跟踪信通中心的这台SDH设备。同时，由于华为SDH传输网可以将信通中心同步定时设备提供的时钟信号通过地面链路方式传送至各个区调，因此华为SDH传输网的时钟还作为整个时钟同步系统的备用时钟使用。仍以乌兰察布地区为例，加入备用时钟后，时钟分布如图 5所示。各个地区的西门子和马可尼SDH传输网中，主用时钟都跟踪当地同步定时设备提供的时钟信号，备用时钟都跟踪信通中心同步定时设备提供的时钟（该时钟由华为SDH传输网通过地面链路方式传送）信号。

有2个地区的时钟走向需要注意，即锡林郭勒地区和薛家湾地区，这2个地区的同步定时设备放置在与区调相连的变电站内，西门子和马可尼SDH传输网的时钟应跟踪对应变电站的SDH设备。这2台SDH设备的主用时钟跟踪本站的同步定时设备，备用时钟跟踪区调方向的线路时钟，即区调SDH设备收到华为SDH传输网传送过来的时钟信号后，再将该信号通过线路时钟传给变电站的SDH设备。

4.2.2 调整后的效果

按照以上方案进行调整后，时钟同步系统形成的总体时钟走向如图 6所示。按照方案规划的时钟同步系统充分利用了全网的同步定时设备，将西门子和马可尼SDH传输网按照地区划分为各个时钟同步分系统，每个分系统相对隔离，某一地区的时钟系统出现问题不会影响其他地区传输网的正常运行；并且在引入备用时钟后，即使某一台同步定时设备故障，也不会对该地区传输网造成影响。对于华为SDH传输网来说，增加了备用时钟后，网络的可靠性有了很大提升。

5 结束语

针对内蒙古电力传输网时钟同步系统存在的问题，本文提出了一套完整的改造方案，2015年底，按照方案实施的时钟同步系统优化升级工作圆满结束。试运行期间，从各个传输网管上查看，所有SDH设备的时钟指向明确，精度全部达到要求。调整后的时钟同步系统，在稳定性和可靠性上有了很大提高，为电网的安全稳定运行提供了保证。