中型电动汽车充电站设计方案(国网电科院).doc

中型电动汽车充电站设计方案(国网电科院)

中型电动汽车充电站
设计建设方案

国网电力科学研究院
2010.01

1 术语和定义
交流充电桩（AC charge spots）：
指固定在地面，采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供交流电能，提供人机操作界面及交流充电接口，并具备相应测控保护功能的专用装置。
非车载充电机（off-board charger）：
指采用传导方式将电网交流电能变换为直流电能，为电动汽车动力电池充电，提供人机操作界面及直流接口，并具备相应测控保护功能的专用装置。非车载充电机主要由交直流变换和直流输出控制两部分构成，分为一体式和分体式两种。
一体式充电机（integrated charger）：
指交直流变换和直流输出控制两部分结合成一体的非车载充电机。
分体式充电机（split charger）：
指交直流变换和直流输出控制两部分分立组成的非车载充电机，它们之间通过电缆连接组成一套完整的充电机。
整流柜（rectifier cabinet）：
指分体式充电机中完成交直流变换的部分，一般以标准机柜形式提供。
直流充电桩（DC charge spots）：
是分体式充电机的一部分，固定在地面，提供人机操作界面及直流输出接口的装置
电池管理系统（BMS，battery management system）：
监视蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态），对蓄电池系统充电、放电过程进行有效管理，保证电池安全运行的电子装置。

2设计依据
以《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》和《国家电网公司电动汽车充电设施典型设计》为指导，以电动车辆国家标准、国家电网公司充电站相关的6项行业标准等技术规范文件为建设依据,以电动汽车市场需求发展为导向，采用模块化设计方法，充分体现系统扩展性和开放性。以标准化、通用化为工程实施原则，为今后充电机推广使用奠定基础。
本设计主要参照以下标准规范：
电动汽车相关技术标准
GB 50156-2002 《汽车加油加气站设计与施工规范》
GB/T 18487.1-2001《电动车辆传导充电系统 一般要求》
GB/T 18487.2-2001《电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流电源的连接要求》
GB/T 18487.3-2001《电动车辆传导充电系统电动车辆与交流/直流充电机（站）》
GB/T 19596-2004 《电动汽车术语》
GB/T 20234-2006 《电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求》
QC/T 743-2006 《电动汽车用锂离子蓄电池》
Q/GDW 233-2009 《电动汽车非车载充电机通用技术要求》
Q/GDW 234-2009 《电动汽车非车载充电机电气接口规范》
Q/GDW 235-2009 《电动汽车非车载充电机通信规约》
Q/GDW 236-2009 《电动汽车充电站通用要求》
Q/GDW 237-2009 《电动汽车充电站布置设计导则》
Q/GDW 238-2009 《电动汽车充电站供电系统规范》
YD/T 1436-2006 《室外型通信电源系统》
《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》[国家电网营销（2009）1561号]
电气技术标准
GB 50052-95 《供配电系统设计规范》
GB 50053-94 《10kV以下变电所设计规范》
GB 50054-95 《低压配电设计规范》；
GB 50055-93 《通用用电设备配电设计规范》
GB 50217-2007 《电力工程电缆设计规范》
GB 12326-2000 《电能质量电压波动和闪变》
GB/T 14549-93 《电能质量 公用电网谐波》
GB/T 17215.211-2006《交流电测量设备通用要求、试验和试验条件》
GB/T 17215.322-2008《静止式有功电能表0.2S级和0.5S级》
SDJ 6-83 《继电保护和安全自动装置技术规程》
DL/T448-2000 《电能计量装置技术管理规程》
DL/T 856-2004 《电力用直流电源监控装置》
JB/T 5777.4-2000 《电力系统直流电源设备通用技术条件及安全要求》
JGJ 16-2008 《民用建筑电气设计规范》
《电力系统继电保护规定汇编》（第二版）
土建技术规范
GB 50003-2001 《砌体结构设计规范》
GB 50007-2002 《地基基础设计规范》
GB 50009-2001 《建筑结构荷载规范》
GB 50010-2002 《混凝土结构设计规范》
GB 50011-2001 《建筑抗震设计规范》
GB 50016-2006 《建筑设计防火规范》
GB 50017-2003 《钢结构设计规范》
GB 50034-2004 《建筑照明设计标准》
GB 50037-96 《建筑地面设计规范》
GB 50345-2004 《屋面工程技术规范》
GB 50057-1994 《建筑物防雷设计规范》
GB 50067-97 《汽车库，修车库，停车场设计防火规范》
GB 50202-2002 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》
GB 50204-2002 《混凝土结构工程施工质量验收规范》
GB 50300-2001 《建筑工程施工质量验收统一标准》
GB 50303-2002 《建筑电气工程施工质量验收规范》
JGJ 50-2001 《城市道路和建筑物无障碍设计规范》
JGJ 100-98 《汽车库建筑设计规范》
给排水设计规范
GB 50013-2006 《室外给水设计规范》
GB 50014-2006 《室外排水设计规范》
GB 50015-2003 《建筑给水排水设计规范》
GB 50084-2001 《自动喷水灭火系统设计规范》
GB 50140-2005 《建筑灭火器配置设计规范》
GB/T 50106-2001《给水排水制图标准》
监控系统
IEC 60870 《远动设备及系统》
IEC 61850 《变电站通信网络和系统》
IEC 61968 《配网管理系统接口》
GB 2887-2000 《计算机场地技术条件》
GB/T 13729-2002 《远动终端通用技术条件》
GB/T 13730-2002 《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》
DL 451-91 《循环式远动规约》
《配电系统自动化规划设计导则》（试行）
《配电自动化及管理系统功能规范》
视频监控系统
ISO/IEC 14496-2 《MPEG4视音频编解码标准-视听对象的编码》
ITU-T H.323 《网络电视电话系统和终端设备标准》
ITU H.263 《视音频编解码标准》
CCITT G.703 《脉冲编码调制通信系统网路数字接口参数标准》
GB 2423.10-2008 《电工电子产品基本环境试验规程》
GB 12322-1990 《通用型应用电视设备可靠性试验方法》
GB 4798.4-2007 《电工电子产品应用环境条件无气候防护场所使用》
GB 50217-2007 《电力工程电缆设计规范》
GB 12663-2001 《防盗报警控制器通用技术条件》
GBJ 115-87 《工业电视系统工程设计规范》

3设计方案
3.1方案概述
3.1.1规模
本设计方案的目标是建一座中型电动汽车充电站，占地约1000平方米，包括8台充电机，一座综合办公室和其他相关辅助设施。
3.1.2充电机及配电容量选择
本充电站充电设备包括2台DC500V/400A大型直流充电机用于大型车辆的慢速充电；2台DC500V/200A中型直流充电机用于中型车辆或小型车辆充电；4台5～10KW交流充电桩用于小型车辆充电。
配电系统采用1台400kVA干式非晶合金变压器，高压侧采用单路常供，单母线接线方式，低压侧采用单母线接线方式，同时设置低压备用电源。
3.1.3场地布置
充电站占地1000平方米，充电工作区包括8个停车位，其中2个大型车辆停车位，2个中型车辆停车位横向布置，4个小型车辆停车位纵向布置。在停车区域醒目位置设置国网充电站标示。
3.2一次系统设计
进线电源采用10kV单路供电，10kV侧采用单母线接线方式。高压柜采用真空断路器中置式开关柜(型号KYN28-12)，设进线计量柜、PT及避雷器柜、出线柜。
在高压侧设置保护和监控系统；
根据电动汽车充电站的特点，630kVA变压器采用干式非晶合金变压器，空载损耗为普通干式变压器的30%左右, 极大降低空载运行时的损耗；
0.4kV侧采用单母线接线方式，设进线柜、有源滤波无功补偿柜、出线柜，备用电源进线柜，出线柜采用抽屉柜或固定式开关柜，低压每路出线带交流计量装置。
0.4kV侧进线开关和备用电源进线开关采用MTE系列智能断路器，具备电气和机械连锁功能，配置三段式保护；其余配置NS系列断路器。
3.3二次系统设计
整个充电站的二次系统按综合自动化配置考虑。配置一面监控屏，屏上安装智能通信装置、公用测控装置、视频监控装置。
智能通信装置完成与站内可通信设备的接入，通过通讯采集设备信息。并具备向远方控制中心传输信号的功能与接口。
公用测控装置主要采集0.4kV侧开关的位置信号、负荷电流等，并提供一定的遥控输出接点备用。
10kV进线配置微机保护，就地安装在开关柜上，具备三段式过流保护、过负荷保护、低压保护、过压保护等保护功能，同时具备遥测、遥信、遥控的功能。可通过现场总线接入智能通信装置，上传信息。
3.4充电机系统设计
3.4.1 交流充电桩
交流充电桩用于对具有车载充电机的电动乘用车辆的提供交流充电电源，一般系统简单，占地面积小，安装方便，可安装于电动汽车充电站、公共停车场、住宅小区停车场、大型商场停车场等室内或室外场所，操作使用简便，是重要的电动汽车充电设施。
交流充电桩应具备以下功能：
l 交流充电桩一般提供AC220V，5kW/10KW的交流供电能力
l 具备短路、过流、漏电、过压、欠压保护功能；
l 交流充电桩上设置指示灯或触摸屏，显示运行状态；
l 设置急停开关、操作按键等必须的操作接口；
l 配置多功能交流电度表，进行交流充电计量；
l 可配置多种付费方式，并可设置打印机，提供票据打印功能。
3.4.2 直流充电机
直流充电机采用整流设备为电动乘用车辆的蓄电池充电，包含功率单元、控制单元、电气接口和通讯接口，一般由整流柜、直流充电桩、连接电缆和充电连接器等组成。直流充电机一般功率较大，输出电流、电压变化范围较宽，可满足不同类型电动乘用车辆蓄电池的充电需求。
直流充电机可分为大中小三种基本类型：
l 大型充电机单台最大功率200kW，输出电压范围DC300～500V，最大输出电流400A，占用两个800×800×2260mm的标准机柜空间；
l 中型充电机单台最大功率100kW，输出电压范围DC300～500V，最大输出电流200A，占用一个800×800×2260mm的标准机柜空间；
l 小型充电机由高频开关电源模块并机组成，单台电源模块最大输出功率8.75kW，输出电压范围DC150～350V，最大输出电流25A，两台占用一个800×800×2260mm的标准机柜空间。
设计选用时，根据充电机的输出参数要求，同型号充电机可以多个并联工作，提高输出功率。

3.5充电站监控系统设计
充电站监控系统作为充电站自动化系统的核心，主要包括充电站监控后台、充电机控制系统、配电系统监控、计量计费系统、安防系统及通信管理机等。
3.5.1充电站监控后台
充电站监控后台通常由一台服务器与两台工作站组成，也可根据需要增加监控工作站与服务器数量，系统内这些计算机通过以太网络互联。充电站监控后台主要完成充电机及配电系统数据的采集、处理、存储，监控充电机及配电系统的运行；除配电站监控SCADA功能外，还提供针对充电站系统的诸如智能负荷调控等高级应用功能，为充电站安全、可靠、经济运行提供保障手段。
3.5.2 配电系统监控
配电系统监控分为保护和测控两个部分负责针对充电站配电系统的监控及保护功能的实现，通过通信管理机与充电站后台系统实现双向数据交换。
10kV进线变配置微机保护测控一体化装置，具备进线变的保护、测量和进线变开关的遥控功能；配置一面监控屏，安装通讯管理装置和公用测控装置；公用测控装置完成充电站配电系统的测控任务，主要负责采集0.4kV母线电压、出线开关的位置信号和负荷电流，并具备低压进线开关和联络开关的遥控功能；为了提高配电系统的自动化程度，实现配电站无人或少人值班，可在0.4kV侧配置分段备自投装置。
3.5.3安防（视频）监控系统
安防系统完成充电站的视频监控以及消防、门禁和周界安全的监控，通过通信管理机获取配电系统监控及充电机的相关告警信息，用以完成视频联动监控。一般由摄像机、红外报警器、烟感报警器、门禁系统、辅助灯光、声光报警器、连接电缆、监控屏柜、嵌入式硬盘录像机、液晶显示器、报警主机、综合电源、网络交换机、监控终端等设备组成。
3.5.4计量计费系统
计量计费系统主要由计量部分和计费部分组成，计量部分由关口电表、直流电表、交流电表(含三相表与单相表)以及充电站计量管理机组成；计费部分主要由计费工作站与服务器组成。
充电站内由用电采集终端负责采集各个关口电表、直流电表、交流电表的实时电量信息，通过本地工业以太网与计费工作站通讯，将整个充电站的总电量、各充电机的每次充电电量传送到后台进行处理，并把电量和计费信息存储到数据库服务器中；通过充电站计量管理机完成与用电信息采集系统或上级监控中心的通信，确保上级系统能够实时获取充电站内的电量信息。
3.6标识系统设计
国家电网公司充电站标识系统采用国网绿为颜色基调，应用醒目简洁的设计突出环保性、宣传性、未来性的设计理念。根据设置标识的目的，以及标识所依附的建筑物或构筑物的特点，标识系统的设计分为远、中、近三个层次。其中，远距离标识包括建筑、主棚架等大体量的建筑物；中距离标识包括中小型主棚架、中小型标识柱、LED显示屏等；近距离标识系统包括灯箱牌、小型标识柱、围栏广告等。下图是大型充电站的标识设计实例：

图3.1充电站效果图
3.7 其它相关专业设计
3.7.1命名方式
充电站命名规则为：“地名”加“站名”加“充电站类型”。
“充电站类型”分为：充电站、充放电站，其中：充放电站可以包括更换电池功能。
例如：唐山市南湖充电站或者唐山市南湖电动汽车充电站。
充电机命名规则为：“充电站名称”加“编号”加“充电机”。
例如：唐山市南湖充电站1号充电机。
交流充电桩命名规则为：“地名”加“停车场名”加“编号”加“交流充电桩”。或“充电站名称”加“编号”加“交流充电桩”。
例如：唐山市南湖营业所停车场1号交流充电桩；唐山市南湖充电站1号交流充电桩。
3.7.2 总平面设计
充电工作区布置在遵循《国家电网公司电动汽车充放电设施建设指导意见》中有关平面布置要求的基础上，需要考虑大型车辆靠近设备间，并尽量减少大型车辆与整流设备间之间距离，以降低大电流充电时的损耗。

4配置概算表
配置
单位
数量
配电系统

10KV配电柜
台
3
变压器（400KVA）
台
1
400V配电柜
台
4
有源滤波及无功补偿装置
台
1
直流操作电源
套
1
充电系统

中型直流充电机
套
2
小型直流充电机
套
2
交流充电桩
套
4
监控系统

监控后台
套
1
配电监控系统
套
1
安防监控系统
套
1
计量计费系统
套
1
土建

设计

1
安装及辅料

1
用户培训和售后服务

价格估算（万元）
635

5设计、施工时间安排
序号
内容
时间
备注
1
充放电站整体初步规划方案
5天
以现场CAD图纸为基础，注重布局、功能合理性、规范的规划
2
充放电站规划调整
5-7天
与公交车场相关部门进行协商，根据现场详细信息开展规划调整
5
施工图设计
7天
在整体效果图确定后，进行现场施工图深化设计
6
现场土建施工
60-70天
包括电缆挖沟、地面整平、配电间等建造、照明系统布置
7
户外广告系统设计
5-7天
（与土建并行进行）
户外广告整体设计，为广告发布审批做准备
8
户外广告系统市容绿化审批
15天
（与土建并行进行）
根据市容绿化规定提交广告发布申请书、施工结构图、广告画面、企业信息等相关资料，走审批流程
9
设备安装调试
30天
根据土建施工情况，充电设备进场安装、调试
10
广告系统制作安装
15天
广告画面设计、审批完成后，开始制作工作现场安装时间约7天
11
整体修整
10天
现场清理，细部处理，地坪处理、划线等等
12
培训
3天（与整体修整并行进行）

共计
132-144天