某大型小區(qū)地下車庫電動(dòng)汽車充電樁配電設(shè)計(jì)探討

池強(qiáng)穩(wěn)

廈門中建東北設(shè)計(jì)院有限公司（361000）

某大型小區(qū)地下車庫電動(dòng)汽車充電樁配電設(shè)計(jì)探討

池強(qiáng)穩(wěn)

廈門中建東北設(shè)計(jì)院有限公司（361000）

根據(jù)實(shí)例，結(jié)合目前國家和地區(qū)對(duì)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(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)的合理性、實(shí)用性和前瞻性，探索住宅地下車庫充電樁設(shè)計(jì)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(dòng)力汽車、純電動(dòng)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(dòng)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?！陡＝ㄊ∪嗣裾P(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用八條措施》、《福建省電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)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(jì)成為民用建筑電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容的一個(gè)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(dòng)汽車充電樁是為電動(dòng)汽車車載充電機(jī)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(dòng)汽車車載充電機(jī)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(jì)費(fèi)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(hù)功能，自檢及故障報(bào)警功能；充電異常時(shí)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(jìn)線宜采用阻燃電纜及電纜護(hù)管,并應(yīng)安裝具有漏電保護(hù)功能的空氣開關(guān)；多臺(tái)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(hù)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(hù)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(jìn)出線斷路器宜具有短路瞬時(shí)、短路短延時(shí)、短路長(zhǎng)延時(shí)和接地保護(hù)功能，宜設(shè)分勵(lì)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(jì)還應(yīng)該滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》等各民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范。

2 某大型小區(qū)地下車庫充電樁的配電設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目情況及設(shè)計(jì)規(guī)劃

該項(xiàng)目為福建省某市一個(gè)較大型的住宅區(qū)，建筑面積約34萬m2，地下車庫設(shè)計(jì)車位數(shù)為2 265個(gè)，按《福建省電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)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(dòng)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?？紤]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(dú)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(huì)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(gè)住宅變電所容量。把先期20%車位數(shù)的電動(dòng)汽車充電樁分步建設(shè)，按需設(shè)置。同時(shí)在小區(qū)相對(duì)中心的位置預(yù)留一個(gè)獨(dú)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(gè)充電樁。

單個(gè)充電樁輸入容量：

式中：P——單臺(tái)交流充電樁的輸出功率；S——單臺(tái)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(jī)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(tái)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(jī)），交流充電樁效率98%（+車載充電機(jī)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(shí)工作系數(shù)，取0.6（見注1）；K2為交流充電樁同時(shí)工作系數(shù)，取0.35（見注2）。

注1：按目前市面純電動(dòng)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(gè)充電樁同時(shí)充電概率為33%～20%。考慮到先期建設(shè)的453車位均分到5個(gè)住宅變電所，每個(gè)變電所提供約90個(gè)充電樁負(fù)荷容量，因此取同時(shí)系數(shù)為0.6。

注2：按目前市面純電動(dòng)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(gè)充電樁同時(shí)充電概率為33%～20%。遠(yuǎn)期規(guī)劃一個(gè)充電樁變電配電室供電，考慮到電池技術(shù)的進(jìn)步以及完全使用電動(dòng)汽車的概率，因此取同時(shí)系數(shù)為0.35。

注3：在計(jì)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(shí)際使用中，普通家用電動(dòng)汽車車載充電機(jī)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(shí)際所需的輸入容量應(yīng)該比理想計(jì)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(jì)，平均每個(gè)住宅變電所提供90～100個(gè)充電樁供電負(fù)荷，總負(fù)荷約480 kVA。按地下室規(guī)劃，每個(gè)變電所提供地下車庫4～5個(gè)防火分區(qū)的車位，每個(gè)防火分區(qū)20～30個(gè)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(duì)應(yīng)的地下室充電樁供電設(shè)計(jì)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(jì)算，充電樁專用變電所預(yù)計(jì)規(guī)劃設(shè)計(jì)8臺(tái)800 kVA變壓器(理想狀況)。同理，在應(yīng)用中應(yīng)考慮實(shí)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(yùn)行情況，包括電動(dòng)汽車車載充電機(jī)的技術(shù)、電池技、充電樁監(jiān)測(cè)管理技術(shù)，為后期100%車位數(shù)的充電樁如何計(jì)算提供參考數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)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(jì)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(jì)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(dòng)汽車的發(fā)展不是臺(tái)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(tái)安裝，梯階容量配置。

3 地下車庫充電樁設(shè)計(jì)幾個(gè)需要注意的問題

大多自用電動(dòng)汽車在夜間充電，電動(dòng)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(dòng)汽車充電樁的接入，不可避免地產(chǎn)生諧波，對(duì)住宅用電用戶甚至供電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)設(shè)備接入點(diǎn)，接入數(shù)量以及運(yùn)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(gè)住宅變電所，可以根據(jù)運(yùn)營實(shí)測(cè)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(dòng)汽車使用和充電時(shí)間特性對(duì)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(jì)效益，又能達(dá)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(jī)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(hù)墻上應(yīng)該避免開洞等其他破壞人防防護(hù)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(jì)，施工預(yù)留好孔洞。穿越人防防護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的線纜應(yīng)該提前設(shè)計(jì)規(guī)劃,預(yù)埋好穿套管等，做好防護(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)。

住宅小區(qū)地下車庫安裝大量電動(dòng)汽車充電樁需要注意消防安全等問題，設(shè)計(jì)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(duì)某大型小區(qū)地下車庫充電樁配電設(shè)計(jì)方案綜合考慮設(shè)計(jì)，作了現(xiàn)實(shí)發(fā)展和實(shí)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(dú)立的配電室，既減輕了甲方前期在經(jīng)濟(jì)上的超前投入，以免造成的資源的閑置占用和浪費(fèi)，也考慮了短期實(shí)際使用需求。新能源汽車發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，人為超前地制定經(jīng)濟(jì)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(jì)的超前投入和資源浪費(fèi)。因此，結(jié)合設(shè)計(jì)中一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用實(shí)例，期望為經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、節(jié)能的綜合發(fā)展應(yīng)用做出努力，探討電動(dòng)汽車充電樁配電設(shè)計(jì)，供同行參考。

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

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