安科瑞自动化系统 “间隔层 + 通信层 + 站控层” 解析

摘要

随着智能电网建设的推进，35kV 及以下电压等级用户变电站对自动化、无人值守的需求日益迫切。安科瑞电气股份有限公司推出的变电站综合自动化系统，通过 “间隔层 + 通信层 + 站控层" 的分层分布式架构，构建了覆盖数据采集、传输、分析与控制的全链条智能管理体系。本文结合安科瑞 Acrel-1000、Acrel-2000/Z 等典型系统方案，系统解析三层架构的核心组成、技术特性及协同机制，揭示其在提升变电站运行可靠性、运维效率与能效管理水平中的关键作用，为电力工程技术人员提供实践参考。

引言

变电站作为电力系统的核心节点，承担着电压转换与电能分配的关键职能。传统变电站存在信息孤岛严重、人工操作频繁、故障响应滞后等痛点，已难以适配现代电力系统的智能化发展需求。安科瑞基于电力自动化技术与计算机网络技术，研发的分层分布式综合自动化系统，通过清晰的三层架构划分实现功能模块化与信息一体化，既保障了系统运行的可靠性，又为无人或少人值守模式提供了技术支撑。这种架构设计为何能成为变电站智能化的核心骨架？各层级又承担着怎样的角色？本文将逐一解析。

一、架构基石：分层分布式设计的底层逻辑

安科瑞变电站综合自动化系统的三层架构遵循 “功能分散、信息集中" 的设计理念，通过物理分层与逻辑协同，实现了可靠性与灵活性的统一。与传统集中式系统相比，该架构具有三大核心优势：

系统架构

故障隔离性：各层级独立运行，单一层级故障不会导致全站系统瘫痪，间隔层设备在站控层失效时仍可独立完成就地监控功能。

扩展灵活性：支持根据变电站规模增减设备，适配从住宅小区到大型工业园区的不同应用场景。

维护便捷性：模块化设计使设备检修无需中断整体系统运行，降低运维成本。

三层架构的协同机制可概括为：间隔层采集原始数据，通信层实现标准化传输，站控层完成集中管控与智能分析，形成 “感知 - 传输 - 决策 - 执行" 的闭环管理流程。

二、三层架构深度解析：从数据采集到智能决策

（一）间隔层：智能感知的 “神经末梢"

间隔层作为系统与一次设备的连接界面，承担着数据采集、就地保护与控制执行的基础功能，是变电站智能运行的 “感知单元"。安科瑞系统的间隔层设备配置充分考虑不同电压等级与回路特性，主要包含三类核心组件：

保护装置：针对 35kV、10kV 等不同电压等级回路，配置 AM5SE 系列进线保护、主变保护及出线保护装置，具备弧光保护、失灵保护、TA 断线监测等功能，可实现故障时的快速跳闸响应，动作时间以毫秒级计。

系统简图

监测设备：包括多功能仪表、智能操控装置、温度传感器等，实时采集电压、电流、功率、功率因数等电参量，以及开关柜内电气节点温度、断路器分合状态等设备信息。在总进线等关键位置，可选配 APView500 电能质量在线监测装置，实现谐波畸变率、电压不平衡度等参数的精准监测。

 APView500 电能质量在线监测装置

辅助设备：配置直流屏为间隔层设备提供稳定电源，保障工况下的持续运行。

间隔层的核心优势在于 “就地处理能力"，通过内置逻辑实现保护与控制的本地化响应，减少数据传输延迟，同时具备设备自检功能，可及时上报异常状态，为系统故障预警提供原始数据支撑。

（二）通信层：信息传输的 “高速公路"

通信层作为连接间隔层与站控层的桥梁，解决了不同设备间的数据兼容与实时传输问题，是实现信息一体化的关键枢纽。安科瑞系统在通信层设计上体现了高度的灵活性与可靠性：

硬件组成：以 ANet-2E8S 等智能网关为核心，搭配网络交换机、光纤收发器等设备，支持光纤、网线、屏蔽双绞线等多种物理传输媒介，可根据变电站布局采用星型、环网等组网方式。

协议兼容：全面支持 Modbus RTU、Modbus TCP、IEC60870-5-101/103/104 等多种电力行业标准规约，解决了不同厂家设备的互连问题，同时具备规约转换能力，实现异构设备的数据统一接入。

冗余设计：采用双网冗余架构与均衡流量管理，配合 GPS 硬件对时功能，确保数据传输的实时性与同步性，网络异常时可自动显示故障设备及部位，便于快速排查。

在实际应用中，通信层可实现两类核心功能：一是将间隔层采集的实时数据上传至站控层，二是将站控层的控制指令下发至现场设备，同时承担与上级调度系统的数据交互任务，通过纵向加密装置保障数据传输安全。

（三）站控层：智能决策的 “中枢大脑"

站控层作为系统的最高管理层，通过软硬件结合实现全站运行的集中监控、数据分析与智能决策，是无人值守模式的核心载体。安科瑞 Acrel-1000 等系统的站控层配置体现了 “人性化操作 + 智能化分析" 的设计思路：

硬件配置：采用监控主机、工程师站组成的双机热备系统，搭配打印机、UPS 电源等辅助设备，确保核心设备无单点故障。

核心功能：

可视化监控：以配电一次图为核心界面，直观显示各回路运行状态、电参量数据及设备变位信息，支持棒图、曲线等多种数据展示形式。

告警管理：可定义物理下限、告警下限、告警上限、物理上限四级限值，针对故障跳闸、保护动作、参数越限等事件触发弹窗、声光、语音等多维度告警，报警信息存储可追溯。

数据分析：自动生成日、月、年运行报表，统计开关分合次数、电能消耗等数据，通过历史曲线分析负荷变化趋势，辅助能效管理决策。

远程控制：支持对断路器、隔离开关等设备的遥控操作，具备操作监护与权限管理功能，防止误操作，控制级别分为就地检修、间隔层后备、站控层及远方调度四级。

安全机制：通过用户权限分级管理，定义管理员、维护员、值班员等不同角色的操作权限，配合操作日志审计，确保系统操作的安全性与可追溯性。

三、实践验证：三层架构的应用价值凸显

在某 35kV 物流园变电站项目中，安科瑞基于三层架构的 Acrel-1000 系统实现了对 13 面 35kV 开关柜、21 面 10kV 开关柜及主变系统的全面监控。间隔层的 AM5SE 保护装置成功在某次线路短路故障中实现 0.1 秒内跳闸保护，通信层通过光纤环网将故障信息实时上传至站控层，运维人员借助 SOE 事件记录与故障录波功能，15 分钟内完成故障定位与排除，较传统人工排查效率提升 80%。

该项目运行数据显示，三层架构带来的核心价值体现在三方面：一是故障响应时间从小时级缩短至分钟级；二是通过能效分析优化负荷分配，年节电率达 5.2%；三是实现无人值守，运维人员数量减少 60%。这种应用成效已在公共建筑、工业厂区、住宅小区等多个场景得到验证。

四、结语

安科瑞变电站综合自动化系统的 “间隔层 + 通信层 + 站控层" 架构，通过精准的功能划分与高效的协同机制，构建了变电站智能化运行的核心骨架。间隔层的可靠感知、通信层的稳定传输与站控层的智能决策，共同实现了从 “人工运维" 到 “智能管控" 的跨越，为 35kV 及以下电压等级变电站提供了安全、高效、经济的运行解决方案。

随着智能电网技术的持续发展，三层架构将进一步融入人工智能、大数据等先进技术，实现故障预测、负荷预测等高阶功能。对于电力运维企业而言，深入理解这种架构逻辑，是充分发挥自动化系统价值、提升供电可靠性的关键所在。