淺談汽車充電站配電系統設計研究
摘要：文章根據實踐工作經驗，總結出汽車充電站配電系統設計方法，主要從配電變壓器的選擇、配電室位置選擇、配電容量的確定、配電執行方式、配電主接線設計等方面進行闡述，為汽車充電站建設工作者提供借鑑。
關鍵詞：汽車充電站；配電系統；變壓器
在能源危機及環境保護的高壓下，節約能源且環保的新型動力汽車將是未來發展的新走向。電動汽車可以說是滿足上述要求，具有廣闊發展前景的綠色交通工具。電動汽車充電站作為電動汽車執行的能量補給站，是發展電動汽車商業化所必備的重要配套基礎設施，充電站的建設將直接影響電動汽車產業的發展。文章簡要說明汽車充電站結構的基礎上，著重對充電站配電系統的設計進行探究。
1 汽車充電站結構
當電動汽車動力用蓄電池電量不足時，需要充電補充電能。充電站的主要功能就是完成電動汽車電池電能的補給。充電站的功能決定充電站的總體結構。為此，一個完整的充電站需要配電室、中央監控室、充電區、更換電池區和電池維護間等五個基本組成部分。
2 汽車充電站配電系統設計
配電系統為充電站的執行提供電源，它不僅提供充電所需電能，也是整個充電站正常執行的基礎。電動汽車充電站的電力負荷級別確定為2級，採用雙路供電但不配置後備電源。配電電壓：380V／220v。動力***充電機***採用三相四線制、380V供電，照明採用單相220v供電。
2.1 配電變壓器選擇
①變壓器型別的選擇。變壓器可分為乾式變壓器和油浸式變壓器。充電機***站***變壓器型別可根據工程實際情況選定。建議充電機***站***變壓器採用sc***環氧樹脂澆注包封式***乾式變壓器。環氧樹脂乾式變壓器具有良好的電氣和機械效能、較高的耐熱等級，並且是一種可靠的安全性的環保、節能型新產品，能適應多種惡劣環境。②變壓器臺數的選擇。變壓器臺數的選擇應滿足負荷對供電可靠性的要求。若採用集中式充電，然後在小區設立電池經營店***運營模式類似於水站送飲用水***，則有必要選用2臺變壓器保證充電站的高可靠性。若充電機***站***像加油站一樣較為普遍，則只需l臺變壓器即可，充電站的可靠性的降低由充電站的數量來彌補。若在小區建充電機***站***，可考慮利用小區配電變壓器而不另設變壓器，以減少投資。③變壓器接線的選擇。根據《供配電系統設計規範》第7.0.7條，在TN及1rr接地型式的低壓電網中，推薦採用Dyrm接線組別的配電變壓器。條文解釋中說明Dynll接線有利於抑制高次諧波。充電站採用TT接地型式，因此變壓器採用Dynll接線。
2.2 配電室位置選擇
配電室的位置選擇原則：考慮電源的進線方向，偏向電源側；進出線方便；不應妨礙充電站的發展，要考慮擴建的可能性；裝置運輸方便；儘量避開有腐蝕性氣體和汙穢的地段；室外配電裝置與其他建築物、構築物之間的防火間距符合規定。
2.3 配電容量計算
配電系統的容量應包括動力用電、監控和辦公等用電。只裝一臺變壓器時，變壓器的容量SN應能滿足全部用電裝置的計算負荷sC，並留有一定的容量裕度。車輛數量、電池容量以及運營方式決定了充電站的容量。
①蓄電池數量：充電站設計有兩種運營模式：整車充電模式和更換電池模式。前者需要為每車配備一組電池，後者需要根據運營方式確定後備電池的數量。②充電機數量：車輛型別、行駛里程和運營模式決定了充電機的配置。充電機的選擇包括確定充電機的輸出功率和需配備的臺數。③配電容量：單進線單變壓器時，整個充電站需要的配電容量即全部用電裝置的用電量SC=S1+S2，其中s1為動力用電量，s2為照明及辦公用***下轉第15頁***
2.4 配電執行方式要求及裝置
①配電執行方式要求。10kV進線2路，單線進線容量不小於充電站所需容量；正常工作時，高低壓側母線分段斷路器均斷開，兩路電源通過2****立變壓器輸出，各承擔50％的工作；當任一母線失去電源時，通過合閘分段斷路器從另一供電線路取得電源；配電室設有照明消防電源；每路低壓母線應配置相應的諧波抑制與無功補償裝置；配電系統繼電保護及自動裝置應滿足電力行業標準和規定的要求。②主要裝置。計量裝置、諧波抑制及無功補償裝置各2套；主變10kV／0.4kV乾式變壓器2臺；10kV高壓開關櫃和0.4kV低壓開關櫃***含斷路器和隔離開關***；繼電保護裝置、自動裝置。
2.5 配電主接線設計
對充電站配電主接線有下列基本要求：安全，應符合國家標準有關技術規範的要求，能充分保證人身和裝置的安全。可靠，應符合電力負荷特別是其中一、二級負荷對供電可靠性的要求。靈活，能適應各種不同的執行方式，便於切換操作和檢修，且適應負荷的發展。經濟，在滿足上列要求的前提下，儘量使主接線簡單，投資少，執行費用低，並節約電能和有色金屬消耗量。
對於電動汽車充電站，配電室有2路10kV電源進線，通過變壓器等裝置供給充電機，並滿足照明、控制裝置的用電。在高壓側裝設高壓計量櫃，低壓側採用中性點直接接地的三相四線制系統，還應提供獨立的接地迴路；10kV母線、0.4kV母線均採用單母線分段的主接線形式，通過分段斷路器實現暗備用；在變壓器低壓側裝設諧波抑制與無功補償裝置；配電室必須配備相關消防設施。配電主接線執行靈活性較好，供電可靠性較高，適用於一、二級負荷。當任一主變壓器或任一電源線停電檢修或發生故障時，通過備自投裝置自動閉合母線分段開關，即可迅速恢復對整個充電站的供電。根據實際要求和條件也可簡化主接線，例如採用橋式接線。
需要說明的是，上述配電設計方案適用於大負載功率的充電站，其安全係數高、可靠性好。在實際工程中應該對充電站服務物件進行具體分析、設計，比如：①示範區車輛：結合示範區的電網建設，考慮在變電站附近建設充電站。②集團車隊：可在停車場建立使用者配電室，按照內部車輛型別提供各類電源。③社會車輛：根據車輛的不同特點，或建設可靠性高的社會運營的大功率充電站，或充分利用現有的配電資源，就近提供充電站。④微型車輛：利用現有的低層電網資源，在自行車停車場、社群服務中心、公共場所、配電間***站***等附近為使用者提供交流220V的普通插座***插頭***。
3 結語
在我國，汽車充電站的規劃和建設才剛剛起步，所以其實施過程中的相關技術還不夠成熟，除文章根據實際工作經驗所總結的以上汽車充電站配電系統設計細則外，還需要不斷學習，並借鑑國外先進技術，完善汽車充電站建設理論與實踐體系。
關鍵詞：汽車充電站；配電系統；變壓器
在能源危機及環境保護的高壓下，節約能源且環保的新型動力汽車將是未來發展的新走向。電動汽車可以說是滿足上述要求，具有廣闊發展前景的綠色交通工具。電動汽車充電站作為電動汽車執行的能量補給站，是發展電動汽車商業化所必備的重要配套基礎設施，充電站的建設將直接影響電動汽車產業的發展。文章簡要說明汽車充電站結構的基礎上，著重對充電站配電系統的設計進行探究。
1 汽車充電站結構
當電動汽車動力用蓄電池電量不足時，需要充電補充電能。充電站的主要功能就是完成電動汽車電池電能的補給。充電站的功能決定充電站的總體結構。為此，一個完整的充電站需要配電室、中央監控室、充電區、更換電池區和電池維護間等五個基本組成部分。
2 汽車充電站配電系統設計
配電系統為充電站的執行提供電源，它不僅提供充電所需電能，也是整個充電站正常執行的基礎。電動汽車充電站的電力負荷級別確定為2級，採用雙路供電但不配置後備電源。配電電壓：380V／220v。動力***充電機***採用三相四線制、380V供電，照明採用單相220v供電。
2.1 配電變壓器選擇
①變壓器型別的選擇。變壓器可分為乾式變壓器和油浸式變壓器。充電機***站***變壓器型別可根據工程實際情況選定。建議充電機***站***變壓器採用sc***環氧樹脂澆注包封式***乾式變壓器。環氧樹脂乾式變壓器具有良好的電氣和機械效能、較高的耐熱等級，並且是一種可靠的安全性的環保、節能型新產品，能適應多種惡劣環境。②變壓器臺數的選擇。變壓器臺數的選擇應滿足負荷對供電可靠性的要求。若採用集中式充電，然後在小區設立電池經營店***運營模式類似於水站送飲用水***，則有必要選用2臺變壓器保證充電站的高可靠性。若充電機***站***像加油站一樣較為普遍，則只需l臺變壓器即可，充電站的可靠性的降低由充電站的數量來彌補。若在小區建充電機***站***，可考慮利用小區配電變壓器而不另設變壓器，以減少投資。③變壓器接線的選擇。根據《供配電系統設計規範》第7.0.7條，在TN及1rr接地型式的低壓電網中，推薦採用Dyrm接線組別的配電變壓器。條文解釋中說明Dynll接線有利於抑制高次諧波。充電站採用TT接地型式，因此變壓器採用Dynll接線。
2.2 配電室位置選擇
配電室的位置選擇原則：考慮電源的進線方向，偏向電源側；進出線方便；不應妨礙充電站的發展，要考慮擴建的可能性；裝置運輸方便；儘量避開有腐蝕性氣體和汙穢的地段；室外配電裝置與其他建築物、構築物之間的防火間距符合規定。
2.3 配電容量計算
配電系統的容量應包括動力用電、監控和辦公等用電。只裝一臺變壓器時，變壓器的容量SN應能滿足全部用電裝置的計算負荷sC，並留有一定的容量裕度。車輛數量、電池容量以及運營方式決定了充電站的容量。
①蓄電池數量：充電站設計有兩種運營模式：整車充電模式和更換電池模式。前者需要為每車配備一組電池，後者需要根據運營方式確定後備電池的數量。②充電機數量：車輛型別、行駛里程和運營模式決定了充電機的配置。充電機的選擇包括確定充電機的輸出功率和需配備的臺數。③配電容量：單進線單變壓器時，整個充電站需要的配電容量即全部用電裝置的用電量SC=S1+S2，其中s1為動力用電量，s2為照明及辦公用***下轉第15頁***
2.4 配電執行方式要求及裝置
①配電執行方式要求。10kV進線2路，單線進線容量不小於充電站所需容量；正常工作時，高低壓側母線分段斷路器均斷開，兩路電源通過2****立變壓器輸出，各承擔50％的工作；當任一母線失去電源時，通過合閘分段斷路器從另一供電線路取得電源；配電室設有照明消防電源；每路低壓母線應配置相應的諧波抑制與無功補償裝置；配電系統繼電保護及自動裝置應滿足電力行業標準和規定的要求。②主要裝置。計量裝置、諧波抑制及無功補償裝置各2套；主變10kV／0.4kV乾式變壓器2臺；10kV高壓開關櫃和0.4kV低壓開關櫃***含斷路器和隔離開關***；繼電保護裝置、自動裝置。
2.5 配電主接線設計
對充電站配電主接線有下列基本要求：安全，應符合國家標準有關技術規範的要求，能充分保證人身和裝置的安全。可靠，應符合電力負荷特別是其中一、二級負荷對供電可靠性的要求。靈活，能適應各種不同的執行方式，便於切換操作和檢修，且適應負荷的發展。經濟，在滿足上列要求的前提下，儘量使主接線簡單，投資少，執行費用低，並節約電能和有色金屬消耗量。
對於電動汽車充電站，配電室有2路10kV電源進線，通過變壓器等裝置供給充電機，並滿足照明、控制裝置的用電。在高壓側裝設高壓計量櫃，低壓側採用中性點直接接地的三相四線制系統，還應提供獨立的接地迴路；10kV母線、0.4kV母線均採用單母線分段的主接線形式，通過分段斷路器實現暗備用；在變壓器低壓側裝設諧波抑制與無功補償裝置；配電室必須配備相關消防設施。配電主接線執行靈活性較好，供電可靠性較高，適用於一、二級負荷。當任一主變壓器或任一電源線停電檢修或發生故障時，通過備自投裝置自動閉合母線分段開關，即可迅速恢復對整個充電站的供電。根據實際要求和條件也可簡化主接線，例如採用橋式接線。
需要說明的是，上述配電設計方案適用於大負載功率的充電站，其安全係數高、可靠性好。在實際工程中應該對充電站服務物件進行具體分析、設計，比如：①示範區車輛：結合示範區的電網建設，考慮在變電站附近建設充電站。②集團車隊：可在停車場建立使用者配電室，按照內部車輛型別提供各類電源。③社會車輛：根據車輛的不同特點，或建設可靠性高的社會運營的大功率充電站，或充分利用現有的配電資源，就近提供充電站。④微型車輛：利用現有的低層電網資源，在自行車停車場、社群服務中心、公共場所、配電間***站***等附近為使用者提供交流220V的普通插座***插頭***。
3 結語
在我國，汽車充電站的規劃和建設才剛剛起步，所以其實施過程中的相關技術還不夠成熟，除文章根據實際工作經驗所總結的以上汽車充電站配電系統設計細則外，還需要不斷學習，並借鑑國外先進技術，完善汽車充電站建設理論與實踐體系。