浅谈电动汽车充电站箱变电气安保系统设计与运行

程瑜 187 0211 2087

摘要: 基于 物联网 技术架构提出了一种实用于电动汽车充电站箱变的 电气 安保物联监测系统设计方案。该系统由电气安保 智能 感知设施、 通讯 网关、电气安保物联网监测平台等形成,可支持充电站箱变 充电桩 出线回路 电流 、电缆温度、残余电流、缺点电弧、短路电流等数据采集监测,并经过 网络 上送数据到电气安保物联网在线监测平台。依据此设计方案开发了电气安保智能感知设施、通讯网关和系统软件。工程通常状况标明,系统可有效识别电动汽车充电站箱变高压线路电气火灾安保隐患,能为运维部门极速检修提供决策依据,防止火灾意**现。

关键词: 电动汽车充电站;电气火灾;缺点电弧;物联网

0引言

随着 新动力 汽车产业的开展,电网 公司 树立并经营了少量的电动汽车充电站。电动汽车充电站箱变作为充电桩的 电源 供应点,其运转牢靠性至关关键。目前,大多电动汽车充电站箱变高压开关出线回路未采取任何监测手腕,存在控制盲点和安保隐患。充电站处于24h不停机运转形态,高压充电桩线路不时继续带电运转,线路老化、接头松动、绝缘受损等都会形成电气回路打火、短路等缺点,极易引发电气火灾。电缆温度、残余电流、缺点电弧探测是目前电气火灾和电气安保监测的关键手腕。我国对电气火灾监测告警树立了规范[1G3],与之对应的关键 产品 技术外形为组合式电气火灾 探测器 和缺点电弧探测器。当缺点电弧发生时,其温度高达3000~0℃,甚至超越5000℃,并伴有金属熔化物喷溅,极易引燃线路绝缘层而造成线路起火。假设在缺点点左近存在可燃物,也极易引燃而造成火灾。缺点电弧探测是电气火灾监测的关键组成局部,越来越遭到业界的关注[4G7]。目前市面上的组合式电气火灾探测器和缺点电弧探测器是两个不同的产品,在实践工程通常中存在装置不便、占用空间大、组网艰巨、施工费事等状况。

近年来,随着智慧消防平台的树立,对电气火灾和电气安保监测设施也提出了物联化要求[8]。为此,本文提出了一种实用于电动汽车充电站箱变电气安保物联监测系统设计方案,开发新型电气安保智能感知设施,经过繁多设施成功高压电气回路电气火灾多要素监测,包含电压、电流、电缆温度、残余电流、缺点电弧、短路电流等。监测设施接入通讯网关,并经过4G 通讯网络 上送数据到电气安保物联网在线监测平台。

1系统形成

如图1所示,系统由边缘感知层、网络层、平台层和运行层组成。其中边缘感知层包含电气安保智能感知设

备、通讯网关。电气安保智能感知设施装置在箱变高压配电回路上,经过G485总线和通讯网关衔接。通讯网关支持4G通讯,经数据加密后接入电气安保物联网监测平台。平台层成功电气安保监测数据实时采集、存储和处置。运行层成功了电气安保运转监测、告警、统计、工单等性能,展现方式包含大屏幕、Web运行、微信小程序等。

图1电气安保物联监测系统形成图

2边缘感知层设施

2.1电气安保智能感知设施

2.1.1 上班原理

如图2所示,电气安保智能感知设施接入充电站箱变高压充电桩回路的三相电压、三相电流、残余电流、ABCN四线温度。本文开发的电气安保智能感知设施基于高频电流采样数据,树立电弧缺点时电流暂态物理模型,联合机

器学习方法对电流时序采样数据启动形式识别,判别缺点电弧事情。和市面上现有缺点电弧探测器产品相比,该装

置经过惯例的外置电流互感器 电流采样 成功缺点电弧识别,和一次性电流 规格 有关;支持三相缺点电弧判别,提供缺点电弧波形记载性能;经过对短路波形的特征判别,提供短路缺点电流判别与告警性能,同时也提供短路电流举措波形记载,为意外剖析提供依据,为责任认定提供证据;还提供惯例的组合式电气火灾探测器性能,包含回路电流、温度、残余电流监测预警。

图2电气安保智能感知设施上班原理图

2.1.2组合式结构设计

实践运转环境中往往需对电动汽车充电站箱变多个三相高压配电回路成功电气安保监测。采取惯例方案时一个监测设施对应一个回路,每个设施都须要衔接 供电 电源、备体积大,开关柜装置空间受限时装置不便。如图3和图4所示,本文设计的电气安保智能感知设施采取组合式结构设计。感知设施由一个供电模块、多个监测模块形成。一个监测模块可成功一个三相回路或三个单相回路电气安保多要素监测,模块与模块之间经过插件式总线衔接,总线提供了设施之间的供电和通讯衔接。设施经过一个集中的供电通讯模块接入外部电源,并对外提供 通讯接口 ,设施之间无需再衔接电源线和通讯线。电气安保智能感知模块仅有1P空气开关大小,宽度为18mm,采取35mm规范导轨式结构,装置繁难、繁难。

图3电气安保智能感知设施组合式结构设计图

图4电气安保智能感知设施实物图

2.1.3通讯组网

如图5所示,电气安保感知模块经过插接式通讯总线

接入供电通讯模块,通讯总线为RSG485。供电通讯模块汇关可提供多个串口,接入多组智能感知设施。通讯网关对外提供4G通讯接口,经过4G网络上送数据到电气安保物联网监测平台。

图5通讯组网结构图

2.1.4带电装置

为了繁难施工,本文设计的电气安保智能感知模块驳回了开启式电流互感器和开启式残余电流互感器作为电流输入元件。施工时无需开断主回路,可带电装置,从而大大减轻了现场装置上班量,缩短装置时期,且对主回路没有任何影响,确保充电站系统运转安保牢靠性。

2.2通讯网关

通讯网关由 处置器 模块、 模拟 量输入、开关量输入、液晶、键盘及多种通讯接口模块组成,如图6所示。

模块,支持96个模块。装置支持通讯接口,可经过无线方式接入采集设施。装置提供4GCat。1通讯接口,向监测平台发送采集到的数据。装置模拟量输入局部提供一路温湿度采集和一路4~20mA模拟量采集,开关量输入局部提供三路开关量采集。

图6通讯网关 配件 逻辑架构图

3电气安保物联网监测平台

3.1软件平台结构

软件平台技术架构如图7所示。软件平台数据采集基于阿里云物联网平台成功。通讯网关代理各电气安保智能感知模块接入物联网平台,接入通讯协定为MQTT。基于效率思考,通讯网关和物联网平台通讯时驳回了原始二进制(RAWDATA)数据上行形式,在阿里云物联网平台上开发对应的协定脚本做数据解析,解析结果为json格局的阿里云衔接(Aliyunlink,Alink)协定。在业务系统中经过AMQP订阅方式失掉阿里云物联网平台推送的数据和事情,

图7电气安保物联网监测平台

成功事情处置、告警处置、数据保留等性能。模型数据库和事情数据库驳回相关型数据库成功,系统驳回了阿里云提供的MySQLRDS云数据库系统。时序数据库驳回了阿里云提供的时序数据库。系统经过一致的 接口 封装对外的数据和业务访问服务,为大屏幕、Web运行和微信小程序提供一致的数据访问接口。开发了大屏幕、Web运行和微信小程序,实时展现平台运转工况,经过丰盛的图表、看板等方式查问历史数据 信息 。

3.2软件系统性能

(1)运转监督:经过可视化看板、图表、曲线等方式显示监测对象运转工况。

(2)安保预警:过流、超温、残余电流超限、缺点电弧、短路等意外工况预警,推送告警。

(3)缺点剖析:经过缺点录波数据剖析缺点要素。

(4)工单控制:创立工单,成功运维控制数字化、流程化。

(5)缺点控制:成功缺点报告、处置、要素剖析的全流程数字化控制。

(6)安保评估:以负载率、温度、残余电流、缺点电弧等多个目的评估监测对象运转电气安保水平。

4工程运行案例

在上海市电力公司青浦供电公司管辖范畴内的意邦充电站、会展充电站、长三角水乡会客厅充电站箱变装置了电气安保智能感知设施,成功充电站箱变高压配电回路电气安保实时在线监测。现场实物如图8所示。系统运转时期,屡次发现了运转中存在电缆超温、残余电流越限、缺点电弧安保隐患缺点。运维部门依据系统告警揭示及时启动了检修,消弭了安保隐患,防止了意外扩展。

图8电气安保智能感知设施和通讯网关箱变装置实例

5安科瑞智慧消防云平台

5.1平台概述

安科瑞智慧消防云平台附丽物联网、 云计算 、互联网、大数据、等技术，对充电站配电系统的运转、电能消耗、电能质量、充电安保和行为安保启动实时监控和预警，为充电站的牢靠、安保、经济运转提供保证，并及时切除安保隐患、防止电气火灾出现，从而保证人员的生命财富安保，打造“安保、高效、温馨、绿色”的“人—车—桩—电网—互联网—多种增值业务”的智慧充电站，优化充电站的社会和经济价值。

5.2实用场所

可宽泛运行于医院、学校、酒店、体育场等公共修建；商业广场、产业园等综合园区；企业、住宅小区等场所。

5.3组网架构

平台驳回分层散布式结构，关键由终端感知设施、边缘计算网关和能效控制平台层三个局部组成，具体拓扑结构如下：

5.4参考选型

5.5相关产品引见

5.5.1 7KW交换充电桩AEV-007D

产品性能

1）智能监测：充电桩智能控制器对充电桩具有测量、控制与包全的性能，如运转形态监测、缺点形态监测、充电计量与计费以及充电环节的联动控制等。

2）智能计量：输入性能智能电能表，启动充电计量，具有完善的通讯性能，可将计量信息经过区分上行给充电桩智能控制器和网络经营平台。

3）云平台：具有衔接云平台的性能，可以实事实时监控，财务报表剖析等等。

4）包全性能：具有防雷包全、过载包全、短路包全，漏电包全和接地包全等性能。

5）材质牢靠：保证常年经常使用并抵御复杂天气环境。

6）适配车型：满足国标充电接口，适配一切合乎GB/T20234.2-2015国标的电动汽车，顺应不同车型的不同功率。

7）资产安保：产品所有由中国安康保险承保，充沛保证设施、车辆、人员的安保。

5.5.2直流充电桩系列

5.5.3电气火灾探测器ARCM300-Z

5.5.4限流式包全器ASCP200

产品性能：

1）短路包全：包全器实时监测用电线路电流，当线路出现短路缺点时，能在150微秒内成功极速限流包全，并收回声光报警 信号 ；

2）过载包全：当线路电流过载且继续时期超越举措时期（3~60秒可设）时，包全器启动限流包全，并收回声光报警信号；

3）表内超温包全：当包全器外部器件上班温渡过高时，包全器实施超温限流包全，并收回声光报警信号；

4）组网通讯：包全用具有1路RS485接口，可以将数据发送到后盾监控系统，成功远程监控。

5.6平台性能

5.6.1登录

5.6.2首页

平台首页显示充电站的位置及在线状况，统计充电站的充电数据

5.6.3实时监控

1）充电站监控

可以按站点称号启动挑选，显示站点概略、充电枪列表、统计订单信息、缺点记载，点击某个充电枪编号后在进入充电枪监控页面实时监测变压器负荷（搭配ACM300T、W300），当负荷超越50%时，系统会限度新增开局充电的充电桩的功率，降为50%，当变压器负荷超越80%时，系统将不准许新增充电桩开局充电，直到负荷降低为止。如图所示

统计以后充电站各充电桩回路的数据；经过卡片的方式展现充电桩的数据；显示缺点列表；如图所示：

2）充电桩监控

显示充电桩充电数据；显示各回路的充电形态；可以对充电中的回路启入手动中断；显示订单信息、缺点信息；如图所示：

3）设施监控

显示限流式包全器的形态，包含线路中的残余电流、温度及意外报警，如图所示：

5.6.4缺点控制

1）缺点查问

缺点查问中记载了登录用户相关联的一切缺点信息。如图所示：

2）缺点派发

缺点派发中记载了以后待派发的缺点信息。如图所示：

3）缺点处置

缺点处置中记载了以后待处置的缺点信息。如图所示：

5.6.5能耗剖析

在能耗剖析中，可检查指定时段关联站点和关联桩的能耗信息并显示对应的能耗趋向图。如图所示：

5.6.6缺点剖析

在缺点剖析中，可检查相关时期内的缺点数、缺点形态、缺点类型、趋向剖析以及缺点列表。如图所示：

5.6.7财务报表

在财务报表中，可依据时期检查关联站点的财务数据。如图所示：

5.6.8收益查问

在收益查问中，可检查总的收益统计、收益变动曲线图、支付占比饼图以及实践收益报表。如图所示：

5.7案例实景

6结语

采取有效技术手腕防止电气火灾出现是电动汽车充电站运转控制的关键上班内容。针对现有电气火灾和电气安保监测设施存在的性能繁难、体积大、装置不便等疑问,本文提出了电气安保物联网监测系统。该系统经过电气安保智能感知设施成功引发电气火灾的多种要素的一致监测感知和告警,且装置简双繁难,扩展性强。运行实例标明,运行本文设计和开发的电动汽车充电站电气安保物联网监测系统,可有效优化电动汽车充电站电气安保监测水平,防止电气火灾出现,优化充电站运转牢靠性。

参考文献

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[2]GB14287.3—2005电气火灾监控系统3局部:测温式电气火灾监控探测器[S]。

[3]GB14287.4—2014电气火灾监控系统4局部:缺点电弧探测器[S]。

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[6]张帅,曲娜,郑天芳．基于KGmeans 算法 的缺点电弧检测方法[J]．沈阳航空航天大学学报,2022,39(1):61G68。

[7]陈浩,阎俏,张桂青,等．基于模态合成与特征婚配的串联缺点电弧识别方法钻研[J]．计算机测量与控制,2021,29(11):53G60。

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[8]卢慧清,何之倬,张卫红,胡大良.电动汽车充电站箱变电气安保物联监测系统设计与运行。

[9]安科瑞企业微电网设计与运行手册2019.11版。审核编辑 黄宇