安科瑞 劉秋霞
摘要：本文針對電動汽車充電站的繼電保護(hù)配置方案展開研究。隨著電動汽車的快速發(fā)展，充電站作為其重要基礎(chǔ)設(shè)施，其安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。本文首先分析了充電站的電氣特性和運行特點，探討了充電站面臨的主要故障類型及保護(hù)需求。在此基礎(chǔ)上，提出了充電站繼電保護(hù)配置方案，包括進(jìn)線保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)和充電樁保護(hù)。通過仿真分析和案例研究，驗證了所提出方案的有效性和可靠性。研究結(jié)果表明，合理的繼電保護(hù)配置方案能夠有效提高充電站的安全性和穩(wěn)定性，為電動汽車的普及提供有力保障。
關(guān)鍵詞 電動汽車；充電站；繼電保護(hù)；配置方案；故障分析；保護(hù)策略
引言
隨著全球能源危機和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，電動汽車作為清潔能源交通工具得到了快速發(fā)展。作為電動汽車的重要配套設(shè)施，充電站的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量不斷擴(kuò)大。然而，充電站作為新型電力負(fù)荷，其電氣特性和運行特點與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在顯著差異，這對繼電保護(hù)系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。
繼電保護(hù)是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵技術(shù)，對于充電站而言尤為重要。合理的繼電保護(hù)配置方案能夠及時檢測和隔離故障，防止事故擴(kuò)大，保障充電站和電動汽車的安全。本文旨在研究適用于電動汽車充電站的繼電保護(hù)配置方案，以提高充電站的運行可靠性和安全性。
國內(nèi)外學(xué)者已對充電站繼電保護(hù)進(jìn)行了一些研究。國外研究主要集中在充電站對配電網(wǎng)的影響及保護(hù)策略優(yōu)化方面，而國內(nèi)研究則更多關(guān)注充電站內(nèi)部保護(hù)配置和整定方法。然而，針對充電站特殊電氣特性的繼電保護(hù)配置方案仍需進(jìn)一步深入研究。本文將從充電站的電氣特性分析入手，探討其保護(hù)需求，并提出相應(yīng)的繼電保護(hù)配置方案。
1電動汽車充電站電氣特性分析
電動汽車充電站主要由配電變壓器、充電樁、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。其典型電氣結(jié)構(gòu)包括高壓進(jìn)線、變壓器、低壓母線和充電樁回路。充電站的運行特點主要體現(xiàn)在負(fù)荷特性、諧波含量和功率因數(shù)等方面。
充電站負(fù)荷具有隨機性、間歇性和波動性大的特點。電動汽車的充電需求受用戶行為、電價政策等因素影響，導(dǎo)致負(fù)荷變化劇烈。此外，充電樁作為非線性負(fù)載，會產(chǎn)生大量諧波，可能引發(fā)電網(wǎng)諧波污染。充電站的功率因數(shù)也較低，需要進(jìn)行無功補償。
充電站面臨的主要故障類型包括短路故障、接地故障和過負(fù)荷等。短路故障可能發(fā)生在高壓側(cè)或低壓側(cè)，需要快速切除以防止設(shè)備損壞。接地故障在低壓系統(tǒng)中較為常見，可能引發(fā)電擊危險。過負(fù)荷則可能由多臺充電樁同時工作或單臺充電樁長時間滿負(fù)荷運行引起。
2充電站繼電保護(hù)配置方案
針對充電站的電氣特性和保護(hù)需求，本文提出以下繼電保護(hù)配置方案：
進(jìn)線保護(hù)配置主要包括過電流保護(hù)、速斷保護(hù)和零序電流保護(hù)。過電流保護(hù)用于檢測和切除進(jìn)線短路故障，速斷保護(hù)可快速切除近區(qū)故障，電流保護(hù)則用于檢測接地故障。保護(hù)定值應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)短路容量和變壓器參數(shù)進(jìn)行整定。
變壓器保護(hù)配置包括差動保護(hù)、過流保護(hù)和溫度保護(hù)。差動保護(hù)作為變壓器主保護(hù)，可快速切除內(nèi)部故障。過流保護(hù)作為后備保護(hù)，用于切除外部故障。溫度保護(hù)則可防止變壓器過熱損壞。
母線保護(hù)配置主要采用差動保護(hù)，可快速切除母線故障。對于重要充電站，可考慮配置雙重化保護(hù)以提高可靠性。充電樁保護(hù)配置包括過流保護(hù)、漏電保護(hù)和過溫保護(hù)。過流保護(hù)用于檢測充電樁輸出短路，漏電保護(hù)可防止電擊事故，過溫保護(hù)則可避免充電樁過熱損壞。
3方案驗證與案例分析
為驗證所提出繼電保護(hù)配置方案的有效性，本文采用仿真分析和實際案例研究相結(jié)合的方法。通過建立充電站電氣系統(tǒng)模型，模擬各種故障情況，測試保護(hù)裝置的動作行為。仿真結(jié)果表明，所配置的保護(hù)方案能夠準(zhǔn)確檢測和快速切除各類故障，滿足選擇性、速動性和靈敏性的要求。
以某城市充電站為例，應(yīng)用本文提出的繼電保護(hù)配置方案。該充電站配備2臺1000kVA變壓器，20臺60kW直流充電樁。運行一年來，保護(hù)裝置正確動作率達(dá)到100%，有效避免了設(shè)備損壞和停電事故。特別是在一次外部短路故障中，進(jìn)線速斷保護(hù)在0.1秒內(nèi)動作，將故障影響限制在范圍。
通過仿真和案例分析，驗證了本文提出的繼電保護(hù)配置方案的可行性和有效性。該方案能夠滿足充電站的保護(hù)需求，提高充電站運行的安全性和可靠性。
4安科瑞限流式保護(hù)器
安科瑞ASCP系列電氣防火限流式保護(hù)器是一種用于低壓配電線路的智能保護(hù)設(shè)備，旨在解決傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)等設(shè)備在短路、過載等情況下存在的不足，如短路電流大、切斷時間長、電弧火花大等問題。以下是關(guān)于該產(chǎn)品的詳細(xì)介紹：
4.1功能特點
短路保護(hù)：當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，保護(hù)器能在150微秒內(nèi)快速限制短路電流，實現(xiàn)滅弧保護(hù)，并發(fā)出聲光報警信號。
過載保護(hù)：當(dāng)線路電流過載且持續(xù)時間超過設(shè)定時間（3~60秒可調(diào)）時，保護(hù)器啟動限流保護(hù)并報警。
超溫保護(hù)：當(dāng)保護(hù)器內(nèi)部溫度過高時，自動啟動限流保護(hù)并報警。
過壓/欠壓保護(hù)：檢測到線路電壓異常時，發(fā)出報警信號，并可設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。
線纜溫度監(jiān)測：實時監(jiān)測線纜溫度，超過設(shè)定值時報警。
漏電流監(jiān)測：監(jiān)測線路漏電流，超過設(shè)定值時報警。
通訊功能：支持1路RS485通訊（Modbus-RTU協(xié)議）和1路4G/NB-IoT無線通訊，可將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
4.2應(yīng)用范圍
ASCP系列保護(hù)器廣泛應(yīng)用于以下場所的末端干、支路線路保護(hù)：
學(xué)校、醫(yī)院、商場、賓館、娛樂場所、寺廟、文物建筑、會展中心等公共建筑。
住宅、倉庫、幼兒園、老年人建筑、集體宿舍等民用建筑。
電動車充電站、租賃式商場商鋪、批發(fā)市場、集貿(mào)市場等商業(yè)場所。
甲乙丙類危險品庫房等特殊場所。
4.3技術(shù)參數(shù)
額定電流：0~63A（具體型號如ASCP200-1）。
通訊協(xié)議：1路RS485（Modbus-RTU協(xié)議），1路4G無線通訊。
輔助電源：AC220V1811。
安裝方式：壁掛式或?qū)к壥桨惭b，適用于配電箱內(nèi)或墻面。
4.4產(chǎn)品型號
ASCP200-1：額定電流0~63A，適用于多種場所。
ASCP200-40B：單相限流式保護(hù)器，額定電流40A。
4.5現(xiàn)場安裝圖片
汽車充電樁集中保護(hù) 汽車快充樁保護(hù)
5安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)選型方案
5.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時對充電機過溫保護(hù)、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
5.2應(yīng)用場所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。
5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)分為四層：
1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。
2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計量和保護(hù)。
3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。
小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。
5.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能
5.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。
5.4.2實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設(shè)施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。
5.4.3交易管理
平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。
5.4.4故障管理
設(shè)備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。
5.4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。
5.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。
5.4.7運維APP
面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時可接收故障推送
5.4.8充電小程序
面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。
5.5系統(tǒng)硬件配置
6結(jié)論
本文針對電動汽車充電站的繼電保護(hù)配置方案進(jìn)行了深入研究。通過分析充電站的電氣特性和保護(hù)需求，提出了包括進(jìn)線保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)和充電樁保護(hù)在內(nèi)的完整繼電保護(hù)配置方案。研究結(jié)果表明，合理的繼電保護(hù)配置能夠有效提高充電站的安全性和穩(wěn)定性，為電動汽車的普及提供有力保障。
未來的研究方向可以集中在以下幾個方面：一是進(jìn)一步優(yōu)化保護(hù)定值整定方法，提高保護(hù)的靈敏性和選擇性；二是研究充電站與配電網(wǎng)保護(hù)的協(xié)調(diào)配合，減少保護(hù)動作對電網(wǎng)的影響；三是探索基于人工智能的保護(hù)新方法，提高故障診斷和處理的智能化水平。
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