全数字化变电站实施方案110KV081009P讲解.docx
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全数字化变电站实施方案110KV081009P讲解
全数字化变电站自动化系统实施方案
（110kV及以下
编写:
孙一民周俊峰
批准:
徐成斌
深圳南瑞科技有限公司
全数字化变电站实施方案
1.适用范围（1
2.全数字化实施方案（1
2.1.系统特点（1
2.2.系统网络结构（2
2.3.校时及采样同步方案（2
2.4.站控层设备及其组网（3
2.5.间隔层设备及其组网（4
2.6.过程层设备及其组网（6
2.7.电子互感器设备（12
3.110KV典型数字化站设备配置清单（13
3.1.数字化计算机监控系统（13
3.2.保护设备（14
3.3.测控及MU（15
3.4.电子互感器（16
3.5.端子箱（智能操作箱（17
3.6.其它（17
4.WB800系列平台简介（18
深圳南瑞科技有限公司-I-
全数字化变电站实施方案全数字化变电站实施方案（110kV及以下
深圳南瑞科技有限公司
1.适用范围
本实施方案使用于以下设计方案的变电站:
z站控层、过程层均按照数字化变电站设计,可以是传统式互感器。
z110kV及其以下电压等级变电站:
110/35/10kV、110/35kV、110/10kV、35/10kV。
z全部集中组屏,或110kV及主变集中组屏、35/10kV分散就地。
z110kV可以是线路变压器组方式（内桥或外桥接线。
z单母分段主接线方式。
2.全数字化实施方案
2.1.系统特点
zPRS-7000数字化变电站系统采用深圳南瑞研发的WB800系列新一代硬件平台,可以为各种模式的数字化站要求提供完整高效的解决方案。
z站控层采用双以太网,100MBase-FX或100MBase-TX,设备直联,符合IEC61850协议。
z过程层设备提供足够多的以太网接口（100MBase-FX,即可采用交换机组网互联,也可采用设备点对点互联。
z同步系统对于需要同步的设备提供多种解决方案:
可采用全站秒脉冲同步,或IEEE1588同步校时（复用以太网,采用采样点插值同步方式,无需专用校时网。
z过程层通用间隔合并器采用深圳南瑞PRS-7390-1,传输规约为IEC61850-9-1/2,与二次保护测量设备点对点联接。
z过程层电压间隔合并器采用深圳南瑞PRS-7390-3,采集本段母线电压,同时合并相邻段母线电压,实现电压并列功能,传输规约为IEC61850-9-1。
z过程层智能终端安装在开关附近的端子箱内,采集断路器及刀闸的位置、状态信息等,转换成数字信号用光纤上送到保护测控设备;保护测控设备的下行命令（分合闸等通过光纤传输到过程层智能终端,由过程层智能终端的控制回路控制一次设备。
其中智能操作箱采用深圳南瑞PRS-7389,本体操作箱采用深圳南瑞PRS-7361,就地安装于端子箱或开关柜,每台装置提供8个GOOSE接口,支持交换机组网联接和点对点互联。
z110kV间隔及主变各侧配置ECT、EPT,采用IEC60044-8交互协议。
过程层配置智能操作箱和间隔合并器。
间隔层配置PRS-7000系列的成套保护测控装置,其中变压器保护测控装置即可采用传统的保护测控分立、主后备分立的配置方式,也可采用集成的系统保护（变压器保护测控装置双套配置方式。
系统保护可以独立配置或集成选配备自投及母线保护功能。
z35/10kV各间隔配置低电压信号输出或数字信号输出的组合式电子互感器,采用保护测控一体化装置,接入电子式互感器和传统开关,可接入GOOSE操作网。
深圳南瑞科技有限公司第1页
2.2.系统网络结构
图2-1-1、110kV数字化变电站结构示意图（GOOSE点对点组网
图2-1-2、110kV数字化变电站结构示意图（GOOSE交换机组网2.3.校时及采样同步方案
2.3.1.校时方案
1监控服务器、运行工作站支持以下方式校时:
z采用SNTP校时。
z来自远动工作站的规约校时。
2远动工作站支持以下方式校时:
zIRIG-B（DC校时。
zGPS秒脉冲对时。
zSNTP校时（复用站控层以太网,传输层协议为用户数据报协议UDP。
zIEEE1588校时（复用站控层以太网,严格按IEEE1588解码。
z来自调度的规约校时。
3所有带站控层接口板的装置支持以下方式校时:
zIRIG-B（DC校时。
zGPS秒脉冲对时。
zSNTP校时（复用站控层以太网,传输层协议为用户数据报协议UDP。
zIEEE1588校时（复用站控层以太网,严格按IEEE1588解码。
z来自远动工作站的规约校时。
2.3.2.过程层MU采样同步
变电站内的变压器保护、方向距离保护、以及测控计量设备对数据源同步的精度要求为最大为5us（0.1度。
对于实现不同采集设备的同步,工程应用中通常采用以下两种方案:
全站同步时钟源同步方案和区域采样点同步方案。
2.3.2.1.全站同步时钟源同步方案
全站同步时钟源以固定间隔（一般为1秒向全站需要同步的设备发出同步序列波形（一般为秒脉冲,序列波型中指定特定边沿为系统同步点,拟同步设备对同步波形进行解码,实现全系统同步。
由于系统对于同步时钟源的可靠性要求较高,在现场应用中采用双机双网方式,以避免同步时钟源装置故障时所有系统级保护退出。
该方案原理简单,工程实施方便,现场网络一般为星型结构或者分级星型结构的光纤网。
深圳南瑞全站同步时钟源装置的型号为PRS-7391,PRS-7391装置不依赖于GPS设备,独立发出同步采样脉冲,装置采用WB800系列新平台,可以16为倍数扩展同步脉冲口。
对于全部是深圳南瑞设备的变电站,还可以全部采用IEEE1588同步校时方式,此时各装置间的时间误差在亚微妙级范围内,完全满足保护5us的时间精度要求。
2.3.2.2.区域采样同步方案
区域主机（系统级保护或测控装置等每隔1个或数个采样点向拟同步设备发出同步信号序列波形,同步波形中的特定点为系统同步采样点。
拟同步设备（一般为间隔MU对同步波形进行解码,根据区域主机的同步采样时间点对本机的采样值进行插值,从而得到严格同步的采样点。
因IEC60044-8对同步的实现方案并作未定义,为保证数字化变电站今后升级的兼容性,深圳南瑞公司采用国际通用的、协议定义明确的、基于以太网的IEEE1588作为区域同步协议。
WB800平台系列CPU板均支持IEEE1588同步方式。
区域采样同步方案不需要全站同步时钟源,不需布设独立的同步网,可靠性强。
对于全站采用深圳南瑞设备的220kV变电站,深圳南瑞推荐采用区域采样同步方案。
2.4.站控层设备及其组网
站控层采用深圳南瑞的PRS-7000数字化变电站系统（110kV,系统采用以太网构建,网络传输协议为TCP/UDP/IP,应用层协议采用IEC61850标准,传输速率为100/1000Mbps。
站控层设备包括SCADA服务器、操作员工作站、远动工作站、继电保护及系统维护工程师工作站、防误系统、PRS-7301系列通信接口设备、GPS对时设备、打印机、音响报警装置、网络设备、直流逆变器（或UPS及通信电缆等。
系统网络由网线、以太网交换机、协议转换器、网关或网桥、路由器等设备组成。
交换机用于本地局域网组网,为网络节点提供网络接入点,同时提供稳定的网络带宽;路由器用于局域网间联络组网。
对于需要远距离传输的系统节点部分建议采用光纤介质通讯;此时可以增加100MBase-TX/100MBase-FX转接设备,或直接采用配有100MBase-FX接口的交换机/路由器。
网络传输介质为超5类屏蔽双绞线或光纤,变电站内光纤统一推荐使用多模、ST接口。
35/10kV开关室配置工业级交换机,分别安装在PT柜中。
分段、馈线和电容器保护测控装置等就地
安装的间隔层设备使用超5类屏蔽双绞线或光纤接入35/10kV开关室站控层交换机,再通过光纤以太网接入控制室站控层交换机。
户外柜的智能终端可直接通过光纤以太网接入站控层交换机。
深圳南瑞的远动工程师站和保护工程师站PRS-7301同样采用WB800系列平台,对内接入站控层MMS网,对外可接入各类调度系统。
对于采用全站同步时钟源同步方案的应用,除配置GPS校时设备外,还需配置全站同步时钟源装置PRS-7391,一般采用双配置。
2.5.间隔层设备及其组网
PRS-7000数字变电站自动化系统提供涵盖各电压等级的全套变电站保护测控装置,可为用户提供各种各样的变电站保护、测控解决方案。
间隔层设备包括:
母线保护、变压器保护、线路保护、断路器保护、电抗器保护、分段（母联保护、单元测控、公共测控装置等。
装置对上提供三个以太网口和校时接口接入站控层网络;对下提供多个采集网口点对点的接入各通用间隔合并器和电压间隔合并器,对于传统式互感器可以接入模拟量合并器;同时提供多个GOOSE网口接入各GOOSE网络。
采用WB800平台的变压器保护、线路保护装置,既可采用传统的保护、测控分立配置,也可采用一体化实现、双重化配置方式。
考虑到WB800平台采用了模块化组合的开放式设计,千兆的数据总线有效地实现了各个接口板件、保护功能板件的数据共享,建议在全数字化的110kV变电站中采用主后一体的配置方案。
这样可以有效利用各类数字化的模拟量和开关量,大大简化系统的设计和互联关系,而且使采集网和GOOSE能够采用点对点联接方式,减少了以太网交换机环节,大大提高了系统的可靠性。
35kV/10kV保护系统单配置,就地安装,并可接入GOOSE操作网。
表2-5-1保护测控设备列表
型号名称功能简介
BP-2C-D母线系统保护装置独立配置的分布式母线保护主站（子站由间隔保护选配
PRS-7311高压线路保护测控110kV线路距离保护、测控等。
PRS-7323母联保护测控110kV及以上母联或分段保护、测控。
PRS-7341单元测控装置为变电站现场级的单元测控装置,具有四遥远动功能,具有和五防主机同规则的间隔五防闭锁遥控功能。
PRS-7342公共测控装置为变电站现场级的公共测控装置,具有四遥远动功能,具有和五防主机同规则的间隔五防闭锁遥控功能。
PRS-7351馈线保护测控实现馈线、变压器组、分段的保护、测控、操作等功能（可以选配母线保护子站功能。
PRS-7358备自投装置适用于两段母线、两条进线或两台变压器互为备用方式。
也可适用于三台降压变、负荷侧四段母线、中间一台低压侧有双分支的运行模式,可完成四段母线两两互为暗备用和均分负荷功能。
PRS-7359电容器保护测控零序差压差流型、分相差压型、分相差流型（可以选配母线保护子站功能。
PRS-7367中低压线路保护测控实现中低压输电线路的保护、测控等功能（可以选配母线保护子站功能。
PRS-7378变压器系统保护装置集成变压器的差动保护、后备保护、备自投以及测控功能。
一般按变压器双套配置。
可以选配母线保护、备自投等跨多间隔的保护及安全自动化功能。
PRS-7387变压器差动保护适用于多种接线方式的三卷和两卷变压器,提供变压器差动保护功能。
PRS-7388变压器后备保护测控实现变压器的后备保护、测控等功能
PRS-7381所用变保护测控装置实现所用变、接地变、曲折变的保护测控等功能（可以选配母线保护子站功能。
2.5.1.变压器保护
2.5.1.1.主后一体的双配置方式
下表为110kV采用主后一体的变压器保护PRS-7378的通讯口对应表:
板件网口WB825板
MMS
WB821板
MU-1
WB821板
MU-2
WB821板
GOOSE
1站控层网A进线MU零序MU高侧进线开关
2站控层网B分段MU（桥间隙MU高侧分段开关（桥
3保护信息网高侧MU高侧PTMU中侧出线开关
4B码校时中侧分支MU中侧PTMU中侧出线开关
5中侧分支MU低侧PTMU低侧出线开关
6低侧分支MU零序PTMU低侧出线开关
7低侧分支MU
8备自投
注:
z若GOOSE采用交换机模式,相应WB821只需2个口,一块板件。
z若为两卷变,则MU接入只需一块WB821板。
z若MU接入采用级联合并方式,则相应的WB821只需1个口。
z若本装置集成备自投功能,则无需配置相应的GOOSE口。
2.5.1.2.主、后备配置方式
1变压器差动保护
下表为110kV采用变压器差动保护PRS-7387的通讯口对应表:
板件网口WB825板
MMS
WB821板
MU/GOOSE
1站控层网AG网A
2站控层网BG网B
3保护信息网进线MU
4B码校时分段MU（桥
5中侧分支MU
6中侧分支MU
7低侧分支MU
8低侧分支MU
注:
z若MU接入采用级联合并方式,则相应的WB821只需1个口。
2变压器高/中/低后备保护
下表为110kV采用变压器后备保护PRS-7388的通讯口对应表:
板件网口WB825板
MMS
WB821板
MU/GOOSE
1站控层网AG网A
2站控层网BG网B
3保护信息网本侧CTMU
4B码校时本侧PTMU
5零序MU
6间隙MU
7零序PTMU
8
注:
z若MU接入采用级联合并且方式,则相应的WB821只需1个口。
2.5.2.备自投
下表为备自投装置PRS-7358的通讯口对应表:
板件网口WB825板
MMS
WB821板
MU
1站控层网AG网A
2站控层网BG网B
3保护信息网#1CTMU
4B码校时#2CTMU
5#1PTMU
6#2PTMU
7#3PTMU
8#4PTMU
注:
z若MU接入采用级联合并且方式,则相应的WB821只需1个口。
2.5.
3.110kV间隔保护测控
下表为110kV线路保护测控装置PRS-7311的通讯口对应表:
板件网口WB825板
MMS
WB821板
MU
1站控层网AG网A
2站控层网BG网B
3保护信息网#1CTMU
4B码校时#1PTMU
5#2PTMU
6
7
8
2.6.过程层设备及其组网
型号名称功能简介PRS-7389智能操作箱（三相提供IO,完成状态信号采集以及开出控制
PRS-7361本体操作箱提供IO,完成状态信号采集以及开出控制
PRS-7390-1通用间隔合并器接入数字互感器,按9-1格式输出,用于间隔单元
PRS-7390-3电压间隔合并器接入电压数字互感器,按9-1格式输出,实现电压并列。
以下简称电压合并器
PRS-7391全站时钟源提供全站采样同步信号
PRS-7392级联合并器提供9-1报文的合并和预处理,用于系统保护
PRS-7393模拟量合并器（DAU接入传统或弱电互感器,按9-1格式输出
过程层数字化是61850数字化变电站实施的重点,包括:
z模拟采样数字化和网络传输。
z过程层I/O数字化和GOOSE网络传输。
即保护跳合闸命令和保护间的配合信号通过过程层数字化、网络化传输,降低传统信号电缆成本,解决信号电缆的电磁干扰问题。
对于110kV数字化变电站,间隔合并器和智能操作箱的数量较少,而且信号互联关系不复杂,由于实时以太网交换设备价格昂贵（同时必须组光纤双网,建议过程层组网采用点对点方式。
这样不仅简化了系统架构,降低了系统造价,同时可以大大提高系统运行的可靠性。
对于信号互联关系较复杂或者间隔比较多的大型变电站,过程层采用交换机组网方式。
深圳南瑞选用电子式互感器作为系统110kV部分和变压器中、低压测的配套设备。
互感器的配置原则为:
按间隔配置ECT,按母线配置EPT（包括进线ECT、分段ECT、高压侧ECT、中性点ECT、高压侧EPT、中压侧ECT、中压侧EPT、低压侧ECT、低压侧EPT等。
深圳南瑞PRS-7390-1间隔合并器的配置原则为按互感器组一一对应。
可以接入10路分相电子式互感
器,采用IEC60044-8协议;可以扩展输出16路100MBase-FX以太网接口,采用IEC61850-9-1/2协议将采样数据发送给所需要的保护测控装置。
同时支持双路秒脉冲同步或IEEE1588采样点插值同步。
对于保护双配置的变电站,PT绕组及电压合并器也双配置（和保护双配置、ECT线圈双配置相对应,这样避免了装置发生异常时,扩大故障范围。
此时,测控装置、录波器、计量表计缺省接入第一套电压间隔合并装置。
N
图2-6-1过程层组网示意图
2.6.1.电压合并器及其组网
在数字化站情况下,不再存在电压小母线,需要组建电压数据网将电压信号输送至各相关间隔合并器,再由间隔合并器合并后组成一个完整的间隔交流量给各保护测控装置。
在深圳南瑞的数字化变电站保护测控装置中,可以直接接入母线PT合并器的电压数据信号而无须经过相应的间隔合并器（一般直接采集电流量。
这种配置情况下,电表需提供两个口。
如果各间隔均配置EPT来直接采集本间隔的电压信号、而不使用母线电压来构成完整的间隔交流量,就不需要构建专门的电压数据网,各段母线电压仅提供给功能性保护装置即可（如备自投等。
深圳南瑞采用PRS-7390-3间隔合并器来实现电压信号的合并功能,除实现EPT的接口功能,同时可以接入相邻母线间隔合并器的数字信号,实现电压并列功能。
110kV母线I段、II段的电压经过各自电压合并器实现并列功能,通过接入GOOSE报文来获取分段断路器状态,同时判断本装置接入的把手状态,输出合适的电压采集数据报文。
图2-6-2110kV电压并列功能示意图
35kV母线I段、II段的电压经过各自电压合并器实现并列功能,通过接入GOOSE报文来获取分段断路器状态,同时判断本装置接入的把手状态,输出合适的电压采集数据报文。
图2-6-335kV电压并列功能示意图
10kV母线I段、II段的电压经过各自间隔合并器装置实现并列功能,通过接入GOOSE报文来获取分段断路器状态,同时判断本装置接入的把手状态,输出合适的电压采集数据报文。
图2-6-410kV电压并列功能示意图
2.6.2.通用间隔合并器及其组网
深圳南瑞选用数字式电流互感器实现110kV电压等级的线路、分段/母联、变压器的电流电压量采集,接口采用IEC-60044-8规范。
深圳南瑞的通用间隔合并器PRS-7390-1除接入数字式电流互感器外,可以直接接入数字式电压互感器,或者可接入电压间隔合并器PRS-7390-3发来的电压信号并进行同步合并,以IEC-61850-9-1规约发送给相对应的间隔层设备（不需要电压切换的情况下使用。
基于保护设备采用双CPU闭锁设计来提高可靠性的考虑,每套间隔合并器可接入两套各自独立的数采模块信息,对于测量线圈选用非饱和性材料或模式的情况,测量信息可以复用于保护闭锁量。
另外,间隔保护测控装置还可以配置母线保护子站接口,与主站一道构成分布式母线保护系统。
通
用间隔MU
Ch3Ch4Ch5Ch6进线测控1.间隔测控4.5.6.录波
7.电表
3.2.间隔保护
光网
电网
1.保护及测量Ia3.保护及测量Ic4.5.6.
母线电压
2.保护及测量Ib光串
光网
图2-6-5通用间隔合并器组网示意图
深圳南瑞推荐选用电压电流组合式的电子式互感器实现35/10kV各馈线、分段、电容器等的电量采集,接口为弱电差分信号,在开关柜上直接用屏蔽航空电缆接入相应的保护测控装置。
这样大大简化了35/10kV的系统设计,降低了整体造价。
2.6.
3.级联合并器及其组网
对于某些跨间隔的功能性保护装置如主变差动保护、备自投装置等,为减少其用于接入MU的网口,可通过级联合并器来对各MU数据进行合并处理后再发送给功能性保护。
采用级联合并器的方式仅作为特定情况下的备选方案。
级联合并器一般包括:
主变级联合并器、备自投级联合并器等,装置型号为PRS-7392。
主变级联
110KV内桥MU主变高侧MU主变低侧MU1进线MU5.主变低测控1.主变差动4.主变低后备6.录波7.主变高侧电表3.主变高测控2.主变高后备
光网
电网主变低侧MU2
光网
8.
电网
图2-6-6主变级联合并器组网示意图
2.6.4.智能终端及其组网
通过按间隔的户外汇控柜旁安装户外柜,将智能终端装置安装在户外柜中,可以实现智能操作箱的功能（10kV直接安装于相应的开关柜上。
智能终端装置可以采集断路器、刀闸、地刀等位置状态信号,同时实现顺序命令输出功能。
深圳南瑞的110kV数字化变电站智能终端保护包括2个型号装置:
PRS-7389;PRS-7361。
分别实现断路器和变压器本体的智能终端功能。
除GOOSE接口,相应装置还可选配WB825板,接入站控层MMS网（建议采用光纤,简化系统信息中转。
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深圳南瑞科技有限公司
站控层网A站控层网BGOOSE网GOOSE网
图2-6-7智能终端组网示意图
PRS-7389和PRS-7361标准配置可以接入多个独立的GOOSE接口。
对于110kV变电站可采用点对点的联接方案,简化系统设计,提高系统通讯可靠性。
z若采用交换机模式,WB821只需2个口。
z若2套变压器保护需配置双网,需增加1块WB821板
2.6.5.间隔DAU
及其组网
对于采用传统CT/PT实现数字化变电站的场合,可以配置间隔DAU（PRS-7393装置接入过程层网络。
相应装置还可选配WB825板,接入站控层MMS网（建议采用光纤,简化系统信息中转。
2.7.电子互感器设备
电子式互感器采用Rogowski线圈检测电流,阻容分压原理检测电压,不存在大电流饱和问题。
3.110kV典型数字化站设备配置清单
3.1.数字化计算机监控系统
3.1.1.主机兼操作员工作站
序号货物名称规格和型号单位数量1服务器
主机DellPrecision390
主频:
3.0GHz,内存:
1GB,硬盘:
120GB,,标准键盘+鼠标:
1,串口:
2,并口:
1,以太网端口（10M/100MB:
2
套
液晶显示器"TFT宽屏,分辩率≥1280*1024外置音箱（Windows操作系统
2操作员工作站
主机DellPrecision390
主频:
3.0GHz,内存:
1GB,硬盘:
120GB,标准键盘+鼠标:
1,串口:
2,并口:
1,以太网端口（10M/100MB:
2
套
液晶显示器"TFT宽屏,分辩率≥1280*10241外置音箱（Windows操作系统
3网络激光打印机HP5200,A3幅面台
4音响报警装置套
5软件系统PRS-7000
Windows操作系统,满足工程要求的各种应用软件、系统软件、支撑软件、接口软件等套
3.1.2.通讯及GPS
序号货物名称规格和型号单位数量
1通讯及GPS屏
远动
升级会员 