安科瑞 劉邁

　　摘要：本文針對(duì)電動(dòng)汽車充電站的繼電保護(hù)配置方案展開(kāi)研究。隨著電動(dòng)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(yùn)行至關(guān)重要。本文首先分析了充電站的電氣特性和運(yùn)行特點(diǎn)，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(guò)仿真分析和案例研究，驗(yàn)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(dòng)汽車的普及提供有力保障。

　　關(guān)鍵詞 電動(dòng)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(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，電動(dòng)汽車作為清潔能源交通工具得到了快速發(fā)展。作為電動(dòng)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(yùn)行特點(diǎn)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在顯著差異，這對(duì)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(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)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(shí)檢測(cè)和隔離故障，防止事故擴(kuò)大，保障充電站和電動(dòng)汽車的安全。本文旨在研究適用于電動(dòng)汽車充電站的繼電保護(hù)配置方案，以提高充電站的運(yùn)行可靠性和安全性。

　　國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)充電站繼電保護(hù)進(jìn)行了一些研究。國(guó)外研究主要集中在充電站對(duì)配電網(wǎng)的影響及保護(hù)策略優(yōu)化方面，而國(guó)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(duì)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(dòng)汽車充電站電氣特性分析

　　電動(dòng)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(yùn)行特點(diǎn)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(jī)性、間歇性和波動(dòng)性大的特點(diǎn)。電動(dòng)汽車的充電需求受用戶行為、電價(jià)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(huì)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(wú)功補(bǔ)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(guò)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(jiàn)，可能引發(fā)電擊危險(xiǎn)。過(guò)負(fù)荷則可能由多臺(tái)充電樁同時(shí)工作或單臺(tái)充電樁長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行引起。

　　2充電站繼電保護(hù)配置方案

　　針對(duì)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(guò)電流保護(hù)、速斷保護(hù)和零序電流保護(hù)。過(guò)電流保護(hù)用于檢測(cè)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(cè)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(dòng)保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和溫度保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)作為變壓器主保護(hù)，可快速切除內(nèi)部故障。過(guò)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(guò)熱損壞。

　　母線保護(hù)配置主要采用差動(dòng)保護(hù)，可快速切除母線故障。對(duì)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(guò)流保護(hù)、漏電保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)。過(guò)流保護(hù)用于檢測(cè)充電樁輸出短路，漏電保護(hù)可防止電擊事故，過(guò)溫保護(hù)則可避免充電樁過(guò)熱損壞。

　　3方案驗(yàn)證與案例分析

　　為驗(yàn)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(shí)際案例研究相結(jié)合的方法。通過(guò)建立充電站電氣系統(tǒng)模型，模擬各種故障情況，測(cè)試保護(hù)裝置的動(dòng)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(cè)和快速切除各類故障，滿足選擇性、速動(dòng)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(tái)1000kVA變壓器，20臺(tái)60kW直流充電樁。運(yùn)行一年來(lái)，保護(hù)裝置正確動(dòng)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(dòng)作，將故障影響限制在范圍。

　　通過(guò)仿真和案例分析，驗(yàn)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(yùn)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(kāi)關(guān)等設(shè)備在短路、過(guò)載等情況下存在的不足，如短路電流大、切斷時(shí)間長(zhǎng)、電弧火花大等問(wèn)題。以下是關(guān)于該產(chǎn)品的詳細(xì)介紹：

　　4.1功能特點(diǎn)

　　短路保護(hù)：當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)器能在150微秒內(nèi)快速限制短路電流，實(shí)現(xiàn)滅弧保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

　　過(guò)載保護(hù)：當(dāng)線路電流過(guò)載且持續(xù)時(shí)間超過(guò)設(shè)定時(shí)間（3~60秒可調(diào)）時(shí)，保護(hù)器啟動(dòng)限流保護(hù)并報(bào)警。

　　超溫保護(hù)：當(dāng)保護(hù)器內(nèi)部溫度過(guò)高時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)限流保護(hù)并報(bào)警。

　　過(guò)壓/欠壓保護(hù)：檢測(cè)到線路電壓異常時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并可設(shè)置是否啟動(dòng)限流保護(hù)。

　　線纜溫度監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線纜溫度，超過(guò)設(shè)定值時(shí)報(bào)警。

　　漏電流監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)線路漏電流，超過(guò)設(shè)定值時(shí)報(bào)警。

　　通訊功能：支持1路RS485通訊（Modbus-RTU協(xié)議）和1路4G/NB-IoT無(wú)線通訊，可將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)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(chǎng)所的末端干、支路線路保護(hù)：

　　學(xué)校、醫(yī)院、商場(chǎng)、賓館、娛樂(lè)場(chǎng)所、寺廟、文物建筑、會(huì)展中心等公共建筑。

　　住宅、倉(cāng)庫(kù)、幼兒園、老年人建筑、集體宿舍等民用建筑。

　　電動(dòng)車充電站、租賃式商場(chǎng)商鋪、批發(fā)市場(chǎng)、集貿(mào)市場(chǎng)等商業(yè)場(chǎng)所。

　　甲乙丙類危險(xiǎn)品庫(kù)房等特殊場(chǎng)所。

　　4.3技術(shù)參數(shù)

　　額定電流：0~63A（具體型號(hào)如ASCP200-1）。

　　通訊協(xié)議：1路RS485（Modbus-RTU協(xié)議），1路4G無(wú)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(hào)

　　ASCP200-1：額定電流0~63A，適用于多種場(chǎng)所。

　　ASCP200-40B：?jiǎn)蜗嘞蘖魇奖Ｗo(hù)器，額定電流40A。

　　4.5現(xiàn)場(chǎng)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(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)選型方案

　　5.1概述

　　AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)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(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)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(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

　　5.2應(yīng)用場(chǎng)所

　　適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)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(jì)。

　　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(jì)量和保護(hù)。

　　3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

　　小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

　　5.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

　　5.4.1智能化大屏

　　智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)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(shí)時(shí)監(jiān)控

　　實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)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(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)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(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

5.4.5統(tǒng)計(jì)分析

　　通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

5.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

　　在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

5.4.7運(yùn)維APP

　　面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)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(shí)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(duì)電動(dòng)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(guò)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(dòng)汽車的普及提供有力保障。

　　未來(lái)的研究方向可以集中在以下幾個(gè)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(dòng)作對(duì)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。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]陳琛，徐志根，劉術(shù)波.電動(dòng)汽車充電站繼電保護(hù)配置方案的研究

　　[2]張明遠(yuǎn), 李華東.電動(dòng)汽車充電站繼電保護(hù)配置研究

　　[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版