1. 概述
2023年12月23日蔚來宣布了一項重要的計劃，表示蔚來將在2024年新建1000座換電站，這將使蔚來的換電站總數(shù)達到3310+座，2025年蔚來將建成全面覆蓋“九縱九橫城市群"的高速換電網(wǎng)絡，并且全球換電站數(shù)量將超過4000座。此外，蔚來還計劃在2024年新增20000根充電樁，使充電樁總數(shù)達到41000+根。這一戰(zhàn)略規(guī)劃的主要目標是為車主提供更加便捷的充電和換電服務，與傳統(tǒng)的充電樁相比，蔚來換電站能夠在短時間內完成電池充電和更換，提供更快捷、更高效的充能解決方案，這也成為了吸引新能源汽車消費者的一大亮點。
蔚來自建充換電站的計劃堪比當年京東自建物流，盡管當年很多人不看好，但是現(xiàn)在的京東物流現(xiàn)在已經(jīng)成為京東電商生態(tài)的重要競爭力之一。而重視用戶體驗的蔚來為用戶建立起完善的充換電網(wǎng)絡，不僅可以更好的服務于用戶，而且數(shù)以千計的充換電站構建的虛擬電廠未來也可能是中國能源市場的重要參與者和獲益者。
盡管布局充換電站對蔚來的意義非常重大，但是同時也耗資龐大。根據(jù)蔚來2023年全年財報數(shù)據(jù)來看，依舊處于虧損階段，而相比其他造車新勢力，蔚來為提高用戶體驗而花了更多的錢來布局充換電站。充換電站屬于重資產(chǎn)，建造和運營前期都需要投入大量資金，通過數(shù)字化平臺來運維管理顯然可以在提升用戶體驗的同時大幅降低充換電站的運營成本。
圖1-1 蔚來充換電站NIO House
2. 充換電站的供配電系統(tǒng)及智能化要求
充換電站變配電系統(tǒng)通常采用箱式變電站，由高壓室、變壓器室和低壓室三個獨立小室組成，用電容量一般在630kVA~1250kVA之間，根據(jù)充換電站的規(guī)模而定，如圖2-1所示。
圖2-1 充換電站箱變典型一次圖
圖2-2 充換電站箱式變電站
蔚來對充換電站箱變智能化做了標準化要求，對箱式變電站電氣參數(shù)、接點溫度、變壓器室和高低壓室內環(huán)境參數(shù)監(jiān)測要求見表2-1。
序號 | 功能 | 位置 | 檢測模塊 | 驅動模塊 |
1 | 環(huán)境溫濕度 | 高壓室、變壓器室、低壓室 | 溫濕度檢測模塊 | 加熱器/風機 |
2 | 接點溫度 | 變壓器本體、高壓電纜頭處（高壓柜連接處）、低壓框架斷路器上樁頭、低壓塑殼斷路器下樁頭、低壓水平母排 | 無線測溫 | 風機/報警/跳閘 |
3 | 電壓檢測 | 進線高壓柜輸入端或出線高壓柜輸出端、低壓次總柜總開下端 | 繼保或多功能電表 |
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4 | 電流檢測 | 進線高壓柜輸出端或出線高壓柜輸出端、低壓次總開關上端、低壓出線塑殼上端、出線高壓柜輸出端、低壓PE排 | 繼保、多功能電表 |
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5 | 電能計量/功率因數(shù) | 進線高壓柜輸入端或出線高壓柜輸出端、低壓次總開關上端、低壓出線塑殼上端 | 多功能電表 |
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6 | 諧波檢測 | 出線高壓柜輸出端 | 諧波檢測裝置 |
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7 | 門禁檢測 | 高壓室外門、低壓室外門、變壓器室外門、變壓器室內門 | 行程開關 | 報警 |
8 | 煙霧檢測 | 高壓室、變壓器室、低壓室 | 煙霧傳感器 |
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9 | 水浸檢測 | 變壓器室箱變下部 | 水浸傳感器 |
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10 | 浪涌狀態(tài)檢測/保護熔斷器檢測 | 低壓次總柜 | 帶通訊浪涌 |
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11 | 高壓斷路器狀態(tài)檢測 | 高壓斷路器、高壓接地刀、高壓負荷開關、高壓主熔斷器、低壓框架斷路器、低壓塑殼、風機開關 | 輔助觸點 |
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12 | 遠程補償控制/監(jiān)測 | 低壓電容柜 | 無功補償器 |
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表2-1 箱式變電站數(shù)字化監(jiān)測要求
3. 充換電站數(shù)字化監(jiān)控和運維解決方案
3.1. 設備配置及組網(wǎng)方案
根據(jù)需求現(xiàn)場箱式變電站配置安科瑞微機保護裝置、諧波檢測裝置、多功能儀表、無線測溫傳感器、無功補償控制器和智能電容補償裝置等，通過RS485總線接入設置在智慧測控柜內的智能網(wǎng)關ANet-2E4SM，最后通過4G上傳至蔚來充換電站運維管理平臺，設備配置圖見圖3.1-1，現(xiàn)場設備組網(wǎng)結構圖建圖3.1-2。
圖3.1-1 充換電站箱式變電站智能裝置配置
圖3.1-2 現(xiàn)場設備組網(wǎng)結構圖
3.2. 設備選型表
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應用 |
微機保護 裝置 | 
| AM3SE-I | 具備三段式電流保護和反時限過流保護，測量三相電流、電壓、有功/無功功率、電能、功率因數(shù)等等 | 10kV進線保護測控 |
多功能電表(諧波檢測) | 
| APM520 | 具有全電量測量，2-53次諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、分時電能統(tǒng)計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 高低壓重要回路 諧波測量 |
多功能電表 | 
| AMC72L-E4/KC | 具有常規(guī)電氣參數(shù)測量，2-53次諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、分時電能統(tǒng)計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 0.4kV進/饋線回路 |
電流表 | 
| AMC72-AI3 | 三相電流表，數(shù)碼管顯示 | 0.4kV進線回路，就地顯示三相電流 |
無功補償控制器 | 
| ARC-28F/Z-USB-L | 具備28組電容器分補、共補等方式的自動投切控制，使功率因數(shù)達到設定目標值。 | 電容器補償柜 |
智能電容器 | 
| AZC-SP1/450 | 智能電容器，可選擇共補、分補方式，具備RJ45網(wǎng)絡通信線接口，可配合無功補償控制器實現(xiàn)無功補償。 | 0.4kV無功補償 |
無線測溫接收器 | 
| ATC450-C | 通過無線接收無線測溫傳感器數(shù)據(jù)，并通過RS485接口上傳給智能網(wǎng)關。 | 無線測溫 |
無線測溫傳感器 | 
| ATE400 | 監(jiān)測高壓電纜頭處、低壓框架斷路器上樁頭、低壓塑殼斷路器下樁頭、低壓水平母排溫度。 | 無線測溫 |
開關量采集單元 | 
| ARTU100 | 具備最多32路遙信信號采集，通過RS485通訊上傳網(wǎng)關。 | 遙信采集 |
智能網(wǎng)關 | 
| ANet-2E4SM | 邊緣計算網(wǎng)關，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議 | 電量、環(huán)境等數(shù)據(jù)采集、轉換和邏輯判斷 |
網(wǎng)關擴展 模塊 | 
| ANet-M4G/M485 | 可以配合ANet-2E4SM智能網(wǎng)關擴展4G無線通訊或RS485接口。 | 網(wǎng)關擴展模塊 |
溫濕度傳感器 | / | / | 采集高壓室、變壓器室和低壓室環(huán)境溫濕度，并通過RS485通訊上傳網(wǎng)關。 | 環(huán)境參數(shù) |
門磁、水浸、煙霧、浪涌 | / | / | 通過開關量信號接入遙信采集單元 | 環(huán)境參數(shù) |
表3.2-1 蔚來充換電站箱變智能化設備選型表
3.3. 智能網(wǎng)關及平臺
由于蔚來已經(jīng)建設了充換電站運維管理平臺，本項目箱變數(shù)據(jù)通過ANet-2E4SM智能網(wǎng)關采集后，按照蔚來運管平臺要求的數(shù)據(jù)格式上傳平臺。智能網(wǎng)關采用嵌入式系統(tǒng)，具備本地數(shù)據(jù)采集、邏輯判斷、協(xié)議轉換、斷點續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密、協(xié)議定制等功能，可以無縫對接上級平臺。
安科瑞Acrelcloud-1000電力運維平臺也可以滿足箱變運維管理功能，平臺可同時接入數(shù)以千計的用戶變電站數(shù)據(jù)。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所電氣參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，包括電流電壓功率、開關狀態(tài)、變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發(fā)生10S內通過短信和APP發(fā)出告警信號。平臺通過手機APP下發(fā)運維任務到人員手機上，并通過北斗定位跟蹤運維執(zhí)行過程進行閉環(huán)，提高運維效率，及時發(fā)現(xiàn)缺陷并做消缺處理。
圖3.3-1 AcrelCloud-1000電力運維平臺界面
3.3.1. 電力監(jiān)測
運維平臺通過4G網(wǎng)絡采集箱變配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括電流電壓功率電能和開關狀態(tài)等數(shù)據(jù)，掌握箱變實時和歷史數(shù)據(jù)。
3.3.2. 電能統(tǒng)計
基于尖峰平谷分時電度統(tǒng)計不同時段的電能消耗和用電成本，并形成日報、月報、年報表，通過同比環(huán)比分析比較，便于用戶計算運營成本。
3.3.3. 異常報警
箱變電流、電壓、功率、開關狀態(tài)、變壓器負荷率和繞組溫度、電氣接點溫度、環(huán)境溫濕度、煙霧、浸水、視頻、門禁信息，發(fā)生異常情況會及時通過APP和短信向運維人員發(fā)出報警信息。
3.3.4. 運維管理
可幫助用戶制定巡檢計劃，記錄巡檢發(fā)現(xiàn)的缺陷，并派發(fā)消缺工單，查看巡檢軌跡定位和消缺搶修進度，反饋任務進度等，閉環(huán)運維管理流程。
3.3.5. 用戶報告
運維平臺自動生成用戶用電及運行診斷報告，對配電系統(tǒng)運行情況提供周期性診斷報告，總結配電系統(tǒng)存在的問題，提出改進建議。
另外平臺還具備環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控、電能質量分析、需量分析、設備臺賬等管理功能，幫助用戶更高效的管理地理分散、數(shù)量眾多的箱變，提高供電可靠性和設備使用壽命，降低運維成本和用電成本。
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