某大型小區(qū)地下車庫電動汽車充電樁配電設(shè)計探討

池強穩(wěn)

廈門中建東北設(shè)計院有限公司（361000）

某大型小區(qū)地下車庫電動汽車充電樁配電設(shè)計探討

池強穩(wěn)

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根據(jù)實例，結(jié)合目前國家和地區(qū)對于新能源汽車發(fā)展規(guī)劃及政策，分析小區(qū)地下室電動汽車充電樁設(shè)計的合理性、實用性和前瞻性，探索住宅地下車庫充電樁設(shè)計所需要注意的一些問題。

住宅小區(qū)地下車庫；新能源汽車；自用交流充電樁；配電系統(tǒng)；配電規(guī)劃

0 引言

新能源汽車包括插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車，我國目前發(fā)展的新能源汽車主要以前兩種為主。新能源汽車的快速大量發(fā)展，要求相應(yīng)配套的基礎(chǔ)設(shè)施——電動汽車充電樁大量建設(shè)。《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快新能源汽車的推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》提出以住宅居住地、駐車停車位配套充電設(shè)施建設(shè)為主，城市公共停車位配套建設(shè)充電設(shè)施為輔的要求。《福建省人民政府關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用八條措施》、《福建省電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運營管理暫行辦法》提出“樁站先行”，要求新建住宅配建停車位應(yīng)100%建設(shè)充電設(shè)施或預(yù)留建設(shè)安裝條件，且已建設(shè)充電設(shè)施的非固定產(chǎn)權(quán)停車泊位不應(yīng)低于總車位的20%。因此，新建住宅小區(qū)地下車庫充電樁規(guī)劃、設(shè)計成為民用建筑電氣設(shè)計內(nèi)容的一個重要的環(huán)節(jié)。

1 住宅小區(qū)配置的充電樁以及設(shè)置技術(shù)要求

交流電動汽車充電樁是為電動汽車車載充電機提供交流電源的裝置，交流充電樁供電電源應(yīng)采用220 V交流電壓，額定電流不應(yīng)大于32 A，宜采用放射式供電。家用充電樁產(chǎn)品主要有額定輸出電流為16 A、32 A兩種，即輸出功率為3.5 kW、7kW。

交流充電樁應(yīng)具有為電動汽車車載充電機提供安全可靠的交流電源的能力，能顯示充電狀態(tài)、電量和計費等信息，具備急停開關(guān)，可以使用該裝置緊急切斷輸出電源；具備過負(fù)荷、短路和漏電保護功能，自檢及故障報警功能；充電異常時具有自切斷功能；具備組成監(jiān)控管理系統(tǒng)的通訊能力。

交流充電樁的電源進線宜采用阻燃電纜及電纜護管,并應(yīng)安裝具有漏電保護功能的空氣開關(guān)；多臺交流充電樁的電源接線應(yīng)考慮供電電源的三相平衡；交流充電樁的保護接地端子應(yīng)可靠接地；應(yīng)該具備配套設(shè)置環(huán)境的自身防護功能。

交流充電樁的低壓配電接地系統(tǒng)宜采用TN-S系統(tǒng)；低壓進出線斷路器宜具有短路瞬時、短路短延時、短路長延時和接地保護功能，宜設(shè)分勵脫扣裝置，不宜設(shè)置失壓脫扣裝置或低壓脫扣裝置。

充電樁配電系統(tǒng)設(shè)計還應(yīng)該滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范》、《低壓配電設(shè)計規(guī)范》等各民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范。

2 某大型小區(qū)地下車庫充電樁的配電設(shè)計

2.1 項目情況及設(shè)計規(guī)劃

該項目為福建省某市一個較大型的住宅區(qū)，建筑面積約34萬m2，地下車庫設(shè)計車位數(shù)為2 265個，按《福建省電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運營管理暫行辦法》以及當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門要求，當(dāng)?shù)匦陆ㄗ≌^(qū)先期按20%車位數(shù)建設(shè)電動汽車充電設(shè)施，遠(yuǎn)期逐步建設(shè)，需預(yù)留100%車位數(shù)充電設(shè)施的建設(shè)條件。考慮到小區(qū)建設(shè)周期較短，結(jié)合目前當(dāng)?shù)匦履茉雌嚢l(fā)展情況以及近期發(fā)展規(guī)劃，如果直接獨立建設(shè)小區(qū)充電樁供電的變配電所，設(shè)置20%車位數(shù)的充電樁,不可避免地會帶來建設(shè)設(shè)施的閑置。因此，把先期20%車位數(shù)的充電樁電源連接至住宅變電所，適當(dāng)提高分布在小區(qū)的5個住宅變電所容量。把先期20%車位數(shù)的電動汽車充電樁分步建設(shè)，按需設(shè)置。同時在小區(qū)相對中心的位置預(yù)留一個獨立變配電室,用于將來100%建設(shè)充電樁的電源中心[1]。

2.2 充電樁所需輸入總?cè)萘亢怂?/p>

先期建設(shè)的20%停車位數(shù)的充電樁數(shù)量為453個充電樁。

單個充電樁輸入容量：

式中：P——單臺交流充電樁的輸出功率；S——單臺交流充電樁的輸入容量；cosφ——交流充電樁功率因素，取0.9；η——交流充電樁效率98%（+車載充電機效率90%）效率，取0.88（參照南方電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)）。

小區(qū)先期20%停車位數(shù)的充電樁所需總?cè)萘浚ɡ硐霠顩r，注3）：

小區(qū)遠(yuǎn)期100%停車位數(shù)的充電樁所需總?cè)萘浚ɡ硐霠顩r，注3）：

式中：P1～n為各臺交流充電樁的輸出功率；SΣ為交流充電樁的輸入總?cè)萘浚籧osφ為交流充電樁功率因素，取0.9；η為交流充電樁效率（車載充電機），交流充電樁效率98%（+車載充電機效率90%）效率，取0.88（參照南方電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)）；K1為交流充電樁同時工作系數(shù)，取0.6（見注1）；K2為交流充電樁同時工作系數(shù)，取0.35（見注2）。

注1：按目前市面純電動汽車，充一次電行駛里程150～250 km，按某市規(guī)模，人均用車?yán)锍碳s為50 km/d，3～5 d充一次電，453個充電樁同時充電概率為33%～20%。考慮到先期建設(shè)的453車位均分到5個住宅變電所，每個變電所提供約90個充電樁負(fù)荷容量，因此取同時系數(shù)為0.6。

注2：按目前市面純電動汽車，充一次電行駛里程150～250 km，按某市規(guī)模，人均用車?yán)锍碳s為50 km/天，3～5 d充一次電，2 265個充電樁同時充電概率為33%～20%。遠(yuǎn)期規(guī)劃一個充電樁變電配電室供電，考慮到電池技術(shù)的進步以及完全使用電動汽車的概率，因此取同時系數(shù)為0.35。

注3：在計算充電樁配電所需輸入容量是以理想的交流充電樁所能提供的輸出功率為基礎(chǔ)。實際使用中，普通家用電動汽車車載充電機的輸入功率要比交流充電樁所提供的輸出功率要小，因此實際所需的輸入容量應(yīng)該比理想計算值要小。

2.3 先期配置20%車位數(shù)充電樁的配電

按預(yù)設(shè)計，平均每個住宅變電所提供90～100個充電樁供電負(fù)荷，總負(fù)荷約480 kVA。按地下室規(guī)劃，每個變電所提供地下車庫4～5個防火分區(qū)的車位，每個防火分區(qū)20～30個充電樁（根據(jù)不同防火分區(qū)停車位數(shù)量不同）。下面取其中4#住宅變電所對應(yīng)的地下室充電樁供電設(shè)計為例。

先期建設(shè)20%充電樁4#變配電室供電干線示意圖（如圖1所示）。

圖1 配電室供電干線示意圖

10 #防火分區(qū)局部充電樁車位設(shè)置以及配電走線示意圖（如圖2所示）。

圖2 局部充電樁車位設(shè)置以及配電走線示意圖

10 #防火分區(qū)充電樁供電系統(tǒng)圖（如圖3所示）。

圖3 充電樁供電系統(tǒng)圖

2.4 遠(yuǎn)期100%配置充電樁的配電規(guī)劃

根據(jù)前面負(fù)荷計算，充電樁專用變電所預(yù)計規(guī)劃設(shè)計8臺800 kVA變壓器(理想狀況)。同理，在應(yīng)用中應(yīng)考慮實際使用情況，后期容量配置建議根據(jù)先期20%數(shù)量的充電樁運行情況，包括電動汽車車載充電機的技術(shù)、電池技、充電樁監(jiān)測管理技術(shù)，為后期100%車位數(shù)的充電樁如何計算提供參考數(shù)據(jù)，結(jié)合實際應(yīng)用參數(shù)來規(guī)劃遠(yuǎn)期充電樁負(fù)荷容量配置。

規(guī)劃設(shè)計100%預(yù)留充電樁變電所供電干線示意圖（如圖4所示）。規(guī)劃設(shè)計預(yù)留充電樁變電所平面圖（預(yù)留建設(shè)條件）（如圖5所示）。

圖4 充電樁變電所供電干線示意圖

圖5 預(yù)留充電樁變電所平面圖

電動汽車的發(fā)展不是臺階性的，而應(yīng)該是曲線增加，根據(jù)這種情況，預(yù)留的充電樁電源變壓器可以考慮以逐臺安裝，梯階容量配置。

3 地下車庫充電樁設(shè)計幾個需要注意的問題

大多自用電動汽車在夜間充電，電動汽車充電樁接入住宅供電網(wǎng)絡(luò)，增大了住宅供電的負(fù)荷。而且充電設(shè)備是非線性負(fù)載，大量的電動汽車充電樁的接入，不可避免地產(chǎn)生諧波，對住宅用電用戶甚至供電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。在設(shè)計中應(yīng)對設(shè)備接入點，接入數(shù)量以及運營管理綜合考慮，避免影響正常住宅用電使用功能。本工程中，先期20%車位數(shù)充電樁的配電引自各個住宅變電所，可以根據(jù)運營實測情況考慮在配電總控箱增設(shè)末端有源濾波裝置，防止諧波影響其他低壓用戶。另一方面，電動汽車使用和充電時間特性對住宅供電網(wǎng)絡(luò)有填谷功能，一定程度上改善了住宅小區(qū)內(nèi)的電力負(fù)荷曲線，提高了供電網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟效益，又能達到環(huán)保目的[3]。

住宅地下車庫內(nèi)充電樁設(shè)置，應(yīng)優(yōu)先考慮靠墻車位，壁掛式充電機安裝高度應(yīng)該適當(dāng)提高，或者結(jié)合業(yè)主需求，避免設(shè)置不合理。非靠墻車位，應(yīng)優(yōu)先考慮明裝在柱子上，應(yīng)該避免影響消防栓等其他重要功能設(shè)施。中間無法安裝壁掛式充電樁的車位,可以考慮一樁兩充，或者一樁三充、四充的充電樁，這樣避免大量充電樁占據(jù)位置，影響車位的正常使用。

住宅小區(qū)地下車庫人防區(qū)內(nèi)的設(shè)置，應(yīng)該符合人防的相關(guān)規(guī)范。壁掛的充電樁在人防防護墻上應(yīng)該避免開洞等其他破壞人防防護結(jié)構(gòu)的措施。人防區(qū)內(nèi)設(shè)置的相應(yīng)的配電、充電樁設(shè)施，應(yīng)該提前規(guī)劃設(shè)計，施工預(yù)留好孔洞。穿越人防防護結(jié)構(gòu)墻體的線纜應(yīng)該提前設(shè)計規(guī)劃,預(yù)埋好穿套管等，做好防護密閉等措施，防止后期建設(shè)破壞人防建設(shè)設(shè)施和防護結(jié)構(gòu)。

住宅小區(qū)地下車庫安裝大量電動汽車充電樁需要注意消防安全等問題，設(shè)計中應(yīng)該嚴(yán)格選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)的充電樁設(shè)備、電氣設(shè)備。

5 結(jié)語

對某大型小區(qū)地下車庫充電樁配電設(shè)計方案綜合考慮設(shè)計，作了現(xiàn)實發(fā)展和實用性能的配電規(guī)劃。先期的20%的充電樁電源連接至住宅供電電源。遠(yuǎn)期100%充電樁電源，預(yù)留獨立的配電室，既減輕了甲方前期在經(jīng)濟上的超前投入，以免造成的資源的閑置占用和浪費，也考慮了短期實際使用需求。新能源汽車發(fā)展是一個循序漸進的過程，人為超前地制定經(jīng)濟發(fā)展的規(guī)劃，一方面體現(xiàn)了政府的決心和執(zhí)行能力，另一方面也帶來了一些弊端，造成國民經(jīng)濟的超前投入和資源浪費。因此，結(jié)合設(shè)計中一個簡單的應(yīng)用實例，期望為經(jīng)濟、環(huán)境、節(jié)能的綜合發(fā)展應(yīng)用做出努力，探討電動汽車充電樁配電設(shè)計，供同行參考。

[1]雷黎，劉權(quán)彬.電動汽車使用對電網(wǎng)負(fù)荷曲線的影響初探[J].電機技術(shù)，2000(1)：37-39．

[2]徐挺挺.電動汽車充電站的諧波治理[J].上海電力，2011 (3)：49-50.