宋兵兵
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801；
1 概述
2023年12月23日蔚来宣布了一项重要的计划，表示蔚来将在2024年新建1000座换电站，这将使蔚来的换电站总数达到3310+座，2025年蔚来将建成全面覆盖“九纵九横城市群”的高速换电网络，并且全球换电站数量将超过4000座。此外，蔚来还计划在2024年新增20000根充电桩，使充电桩总数达到41000+根。这一战略规划的主要目标是为车主提供更加便捷的充电和换电服务，与传统的充电桩相比，蔚来换电站能够在短时间内完成电池充电和更换，提供更快捷、更高效的充能解决方案，这也成为了吸引新能源汽车消费者的一大亮点。
蔚来自建充换电站的计划堪比当年京东自建物流，尽管当年很多人不看好，但是现在的京东物流现在已经成为京东电商生态的重要竞争力之一。而重视用户体验的蔚来为用户建立起完善的充换电网络，不仅可以更好的服务于用户，而且数以千计的充换电站构建的虚拟电厂未来也可能是中国能源市场的重要参与者和获益者。
尽管布局充换电站对蔚来的意义非常重大，但是同时也耗资庞大。根据蔚来2023年全年财报数据来看，依旧处于阶段，而相比其他造车新势力，蔚来为提高用户体验而花了更多的钱来布局充换电站。充换电站属于重资产，建造和运营前期都需要投入大量资金，通过数字化平台来运维管理显然可以在提升用户体验的同时大幅降低充换电站的运营成本。
图1-1 蔚来充换电站NIO House
2 充换电站的供配电系统及智能化要求
充换电站变配电系统通常采用箱式变电站，由高压室、变压器室和低压室三个独立小室组成，用电容量一般在630kVA~1250kVA之间，根据充换电站的规模而定，如图2-1所示。
图2-1 充换电站箱变典型一次图
图2-2 充换电站箱式变电站
蔚来对充换电站箱变智能化做了标准化要求，对箱式变电站电气参数、接点温度、变压器室和高低压室内环境参数监测要求见表2-1。
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序号 |
功能 |
位置 |
检测模块 |
驱动模块 |
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1 |
环境温湿度 |
高压室、变压器室、低压室 |
温湿度检测模块 |
加热器/风机 |
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2 |
接点温度 |
变压器本体、高压电缆头处（高压柜连接处）、低压框架断路器上桩头、低压塑壳断路器下桩头、低压水平母排 |
无线测温 |
风机/报警/跳闸 |
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3 |
电压检测 |
进线高压柜输入端或出线高压柜输出端、低压次总柜总开下端 |
继保或多功能电表 |
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4 |
电流检测 |
进线高压柜输出端或出线高压柜输出端、低压次总开关上端、低压出线塑壳上端、出线高压柜输出端、低压PE排 |
继保、多功能电表 |
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5 |
电能计量/功率因数 |
进线高压柜输入端或出线高压柜输出端、低压次总开关上端、低压出线塑壳上端 |
多功能电表 |
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6 |
谐波检测 |
出线高压柜输出端 |
谐波检测装置 |
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7 |
门禁检测 |
高压室外门、低压室外门、变压器室外门、变压器室内门 |
行程开关 |
报警 |
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8 |
烟雾检测 |
高压室、变压器室、低压室 |
烟雾传感器 |
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9 |
水浸检测 |
变压器室箱变下部 |
水浸传感器 |
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10 |
浪涌状态检测/保护熔断器检测 |
低压次总柜 |
带通讯浪涌 |
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11 |
高压断路器状态检测 |
高压断路器、高压接地刀、高压负荷开关、高压主熔断器、低压框架断路器、低压塑壳、风机开关 |
辅助触点 |
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12 |
远程补偿控制/监测 |
低压电容柜 |
无功补偿器 |
表2-1 箱式变电站数字化监测要求
3 充换电站数字化监控和运维解决方案
3.1 设备配置及组网方案
根据需求现场箱式变电站配置安科瑞微机保护装置、谐波检测装置、多功能仪表、无线测温传感器、无功补偿控制器和智能电容补偿装置等，通过RS485总线接入设置在智慧测控柜内的智能网关ANet-2E4SM，然后通过4G上传至蔚来充换电站运维管理平台，设备配置图见图3.1-1，现场设备组网结构图建图3.1-2。
图3.1-1 充换电站箱式变电站智能装置配置
图3.1-2 现场设备组网结构图
3.2 设备选型表
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名称 |
图片 |
型号 |
功能 |
应用 |
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微机保护 装置 |
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AM3SE-I |
具备三段式电流保护和反时限过流保护，测量三相电流、电压、有功/无功功率、电能、功率因数等等 |
10kV进线保护测控 |
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多功能电表(谐波检测) |
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APM520 |
具有全电量测量，2-53次谐波畸变率、电压合格率统计、分时电能统计，开关量输入输出，模拟量输入输出。 |
高低压重要回路 谐波测量 |
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多功能电表 |
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AMC72L-E4/KC |
具有常规电气参数测量，2-53次谐波畸变率、电压合格率统计、分时电能统计，开关量输入输出，模拟量输入输出。 |
0.4kV进/馈线回路 |
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电流表 |
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AMC72-AI3 |
三相电流表，数码管显示 |
0.4kV进线回路，就地显示三相电流 |
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无功补偿控制器 |
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ARC-28F/Z-USB-L |
具备28组电容器分补、共补等方式的自动投切控制，使功率因数达到设定目标值。 |
电容器补偿柜 |
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智能电容器 |
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AZC-SP1/450 |
智能电容器，可选择共补、分补方式，具备RJ45网络通信线接口，可配合无功补偿控制器实现无功补偿。 |
0.4kV无功补偿 |
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无线测温接收器 |
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ATC450-C |
通过无线接收无线测温传感器数据，并通过RS485接口上传给智能网关。 |
无线测温 |
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无线测温传感器 |
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ATE400 |
监测高压电缆头处、低压框架断路器上桩头、低压塑壳断路器下桩头、低压水平母排温度。 |
无线测温 |
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开关量采集单元 |
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ARTU100 |
具备32路遥信信号采集，通过RS485通讯上传网关。 |
遥信采集 |
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智能网关 |
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ANet-2E4SM |
边缘计算网关，嵌入式linux系统，网络通讯方式具备Socket方式，支持XML格式压缩上传，提供AES加密及MD5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议 |
电量、环境等数据采集、转换和逻辑判断 |
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网关扩展 模块 |
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ANet-M4G/M485 |
可以配合ANet-2E4SM智能网关扩展4G无线通讯或RS485接口。 |
网关扩展模块 |
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温湿度传感器 |
/ |
/ |
采集高压室、变压器室和低压室环境温湿度，并通过RS485通讯上传网关。 |
环境参数 |
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门磁、水浸、烟雾、浪涌 |
/ |
/ |
通过开关量信号接入遥信采集单元 |
环境参数 |
表3.2-1 蔚来充换电站箱变智能化设备选型表
3.3 智能网关及平台
由于蔚来已经建设了充换电站运维管理平台，本项目箱变数据通过ANet-2E4SM智能网关采集后，按照蔚来运管平台要求的数据格式上传平台。智能网关采用嵌入式系统，具备本地数据采集、逻辑判断、协议转换、断点续传、数据加密、协议定制等功能，可以无缝对接上级平台。
安科瑞Acrelcloud-1000电力运维平台也可以满足箱变运维管理功能，平台可同时接入数以千计的用户变电站数据。平台采集的数据包括变电所电气参数和环境数据，包括电流电压功率、开关状态、变压器温度、环境温湿度、浸水、烟雾、视频、门禁等信息，有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到人员手机上，并通过北斗定位跟踪运维执行过程进行闭环，提高运维效率，及时发现缺陷并做消缺处理。
图3.3-1 AcrelCloud-1000电力运维平台界面
电力监测
运维平台通过4G网络采集箱变配电系统数据，包括电流电压功率电能和开关状态等数据，掌握箱变实时和历史数据。
电能统计
基于尖峰平谷分时电度统计不同时段的电能消耗和用电成本，并形成日报、月报、年报表，通过同比环比分析比较，便于用户计算运营成本。
异常报警
箱变电流、电压、功率、开关状态、变压器负荷率和绕组温度、电气接点温度、环境温湿度、烟雾、浸水、视频、门禁信息，发生异常情况会及时通过APP和短信向运维人员发出报警信息。
运维管理
可帮助用户制定巡检计划，记录巡检发现的缺陷，并派发消缺工单，查看巡检轨迹定位和消缺抢修进度，反馈任务进度等，闭环运维管理流程。
用户报告
运维平台自动生成用户用电及运行诊断报告，对配电系统运行情况提供周期性诊断报告，总结配电系统存在的问题，提出改进建议。
另外平台还具备环境监测、视频监控、电能质量分析、需量分析、设备台账等管理功能，帮助用户更高效的管理地理分散、数量众多的箱变，提高供电可靠性和设备使用寿命，降低运维成本和用电成本。
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