安科瑞自動化系統 “間隔層 + 通信層 + 站控層” 解析

摘要

隨著智能電網建設的推進，35kV 及以下電壓等級用戶變電站對自動化、無人值守的需求日益迫切。安科瑞電氣股份有限公司推出的變電站綜合自動化系統，通過 “間隔層 + 通信層 + 站控層” 的分層分布式架構，構建了覆蓋數據采集、傳輸、分析與控制的全鏈條智能管理體系。本文結合安科瑞 Acrel-1000、Acrel-2000/Z 等典型系統方案，系統解析三層架構的核心組成、技術特性及協同機制，揭示其在提升變電站運行可靠性、運維效率與能效管理水平中的關鍵作用，為電力工程技術人員提供實踐參考。

引言

變電站作為電力系統的核心節點，承擔著電壓轉換與電能分配的關鍵職能。傳統變電站存在信息孤島嚴重、人工操作頻繁、故障響應滯后等痛點，已難以適配現代電力系統的智能化發展需求。安科瑞基于電力自動化技術與計算機網絡技術，研發的分層分布式綜合自動化系統，通過清晰的三層架構劃分實現功能模塊化與信息一體化，既保障了系統運行的可靠性，又為無人或少人值守模式提供了技術支撐。這種架構設計為何能成為變電站智能化的核心骨架？各層級又承擔著怎樣的角色？本文將逐一解析。

一、架構基石：分層分布式設計的底層邏輯

安科瑞變電站綜合自動化系統的三層架構遵循 “功能分散、信息集中” 的設計理念，通過物理分層與邏輯協同，實現了可靠性與靈活性的統一。與傳統集中式系統相比，該架構具有三大核心優勢：

系統架構

故障隔離性：各層級獨立運行，單一層級故障不會導致全站系統癱瘓，間隔層設備在站控層失效時仍可獨立完成就地監控功能。

擴展靈活性：支持根據變電站規模增減設備，適配從住宅小區到大型工業園區的不同應用場景。

維護便捷性：模塊化設計使設備檢修無需中斷整體系統運行，降低運維成本。

三層架構的協同機制可概括為：間隔層采集原始數據，通信層實現標準化傳輸，站控層完成集中管控與智能分析，形成 “感知 - 傳輸 - 決策 - 執行” 的閉環管理流程。

二、三層架構深度解析：從數據采集到智能決策

（一）間隔層：智能感知的 “神經末梢”

間隔層作為系統與一次設備的連接界面，承擔著數據采集、就地保護與控制執行的基礎功能，是變電站智能運行的 “感知單元”。安科瑞系統的間隔層設備配置充分考慮不同電壓等級與回路特性，主要包含三類核心組件：

保護裝置：針對 35kV、10kV 等不同電壓等級回路，配置 AM5SE 系列進線保護、主變保護及出線保護裝置，具備弧光保護、失靈保護、TA 斷線監測等功能，可實現故障時的快速跳閘響應，動作時間以毫秒級計。

系統簡圖

監測設備：包括多功能儀表、智能操控裝置、溫度傳感器等，實時采集電壓、電流、功率、功率因數等電參量，以及開關柜內電氣節點溫度、斷路器分合狀態等設備信息。在總進線等關鍵位置，可選配 APView500 電能質量在線監測裝置，實現諧波畸變率、電壓不平衡度等參數的精準監測。

 APView500 電能質量在線監測裝置

輔助設備：配置直流屏為間隔層設備提供穩定電源，保障工況下的持續運行。

間隔層的核心優勢在于 “就地處理能力”，通過內置邏輯實現保護與控制的本地化響應，減少數據傳輸延遲，同時具備設備自檢功能，可及時上報異常狀態，為系統故障預警提供原始數據支撐。

（二）通信層：信息傳輸的 “高速公路”

通信層作為連接間隔層與站控層的橋梁，解決了不同設備間的數據兼容與實時傳輸問題，是實現信息一體化的關鍵樞紐。安科瑞系統在通信層設計上體現了高度的靈活性與可靠性：

硬件組成：以 ANet-2E8S 等智能網關為核心，搭配網絡交換機、光纖收發器等設備，支持光纖、網線、屏蔽雙絞線等多種物理傳輸媒介，可根據變電站布局采用星型、環網等組網方式。

協議兼容：全面支持 Modbus RTU、Modbus TCP、IEC60870-5-101/103/104 等多種電力行業標準規約，解決了不同廠家設備的互連問題，同時具備規約轉換能力，實現異構設備的數據統一接入。

冗余設計：采用雙網冗余架構與均衡流量管理，配合 GPS 硬件對時功能，確保數據傳輸的實時性與同步性，網絡異常時可自動顯示故障設備及部位，便于快速排查。

在實際應用中，通信層可實現兩類核心功能：一是將間隔層采集的實時數據上傳至站控層，二是將站控層的控制指令下發至現場設備，同時承擔與上級調度系統的數據交互任務，通過縱向加密裝置保障數據傳輸安全。

（三）站控層：智能決策的 “中樞大腦”

站控層作為系統的最高管理層，通過軟硬件結合實現全站運行的集中監控、數據分析與智能決策，是無人值守模式的核心載體。安科瑞 Acrel-1000 等系統的站控層配置體現了 “人性化操作 + 智能化分析” 的設計思路：

硬件配置：采用監控主機、工程師站組成的雙機熱備系統，搭配打印機、UPS 電源等輔助設備，確保核心設備無單點故障。

核心功能：

可視化監控：以配電一次圖為核心界面，直觀顯示各回路運行狀態、電參量數據及設備變位信息，支持棒圖、曲線等多種數據展示形式。

告警管理：可定義物理下限、告警下限、告警上限、物理上限四級限值，針對故障跳閘、保護動作、參數越限等事件觸發彈窗、聲光、語音等多維度告警，報警信息存儲可追溯。

數據分析：自動生成日、月、年運行報表，統計開關分合次數、電能消耗等數據，通過歷史曲線分析負荷變化趨勢，輔助能效管理決策。

遠程控制：支持對斷路器、隔離開關等設備的遙控操作，具備操作監護與權限管理功能，防止誤操作，控制級別分為就地檢修、間隔層后備、站控層及遠方調度四級。

安全機制：通過用戶權限分級管理，定義管理員、維護員、值班員等不同角色的操作權限，配合操作日志審計，確保系統操作的安全性與可追溯性。

三、實踐驗證：三層架構的應用價值凸顯

在某 35kV 物流園變電站項目中，安科瑞基于三層架構的 Acrel-1000 系統實現了對 13 面 35kV 開關柜、21 面 10kV 開關柜及主變系統的全面監控。間隔層的 AM5SE 保護裝置成功在某次線路短路故障中實現 0.1 秒內跳閘保護，通信層通過光纖環網將故障信息實時上傳至站控層，運維人員借助 SOE 事件記錄與故障錄波功能，15 分鐘內完成故障定位與排除，較傳統人工排查效率提升 80%。

該項目運行數據顯示，三層架構帶來的核心價值體現在三方面：一是故障響應時間從小時級縮短至分鐘級；二是通過能效分析優化負荷分配，年節電率達 5.2%；三是實現無人值守，運維人員數量減少 60%。這種應用成效已在公共建筑、工業廠區、住宅小區等多個場景得到驗證。

四、結語

安科瑞變電站綜合自動化系統的 “間隔層 + 通信層 + 站控層” 架構，通過精準的功能劃分與高效的協同機制，構建了變電站智能化運行的核心骨架。間隔層的可靠感知、通信層的穩定傳輸與站控層的智能決策，共同實現了從 “人工運維” 到 “智能管控” 的跨越，為 35kV 及以下電壓等級變電站提供了安全、高效、經濟的運行解決方案。

隨著智能電網技術的持續發展，三層架構將進一步融入人工智能、大數據等先進技術，實現故障預測、負荷預測等高階功能。對于電力運維企業而言，深入理解這種架構邏輯，是充分發揮自動化系統價值、提升供電可靠性的關鍵所在。