簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)提出了一種適用于電動汽車充電站箱變的電氣安全物聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案。該系統(tǒng)由電氣安全智能感知設(shè)備、通信網(wǎng)關(guān)、電氣安全物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺等構(gòu)成,可支持充電站箱變充電樁出線回路電流、電纜溫度、剩余電流、故障電弧、短路電流等數(shù)據(jù)采集監(jiān)測,并通過4G網(wǎng)絡(luò)上送數(shù)據(jù)到電氣安全物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測平臺。根據(jù)此設(shè)計方案開發(fā)了電氣安全智能感知設(shè)備、通信網(wǎng)關(guān)和系統(tǒng)軟件。工程實踐情況表明,系統(tǒng)可有效識別電動汽車充電站箱變低壓線路電氣火災安全隱患,能為運維部門快速檢修提供決策依據(jù),避免火災事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞:電動汽車充電站;電氣火災;故障電弧;物聯(lián)網(wǎng)

0引言

  隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,電網(wǎng)公司建設(shè)并運營了大量的電動汽車充電站。電動汽車充電站箱變作為充電樁的電源供應點,其運行可靠性至關(guān)重要。目前,大多電動汽車充電站箱變低壓開關(guān)出線回路未采取任何監(jiān)測手段,存在管理盲點和安全隱患。充電站處于24h不停機運行狀態(tài),低壓充電樁線路一直持續(xù)帶電運行,線路老化、接頭松動、絕緣受損等都會造成電氣回路打火、短路等故障,極易引發(fā)電氣火災。電纜溫度、剩余電流、故障電弧探測是目前電氣火災和電氣安全監(jiān)測的主要手段。我國對電氣火災監(jiān)測告警建立了標準[1G3],與之對應的主要產(chǎn)品技術(shù)形態(tài)為組合式電氣火災探測器和故障電弧探測器。當故障電弧產(chǎn)生時,其溫度高達3000~4000℃,甚至超過5000℃,并伴有金屬熔化物噴濺,極易引燃線路絕緣層而導致線路起火。如果在故障點附近存在可燃物,也極易引燃而導致火災。故障電弧探測是電氣火災監(jiān)測的重要組成部分,越來越受到業(yè)界的關(guān)注[4G7]。目前市面上的組合式電氣火災探測器和故障電弧探測器是兩個不同的產(chǎn)品,在實際工程實踐中存在安裝不便、占用空間大、組網(wǎng)困難、施工麻煩等情況。

  近年來,隨著智慧消防平臺的建設(shè),對電氣火災和電氣安全監(jiān)測設(shè)備也提出了物聯(lián)化要求[8]。為此,本文提出了一種適用于電動汽車充電站箱變電氣安全物聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案,開發(fā)新型電氣安全智能感知設(shè)備,通過單一設(shè)備實現(xiàn)低壓電氣回路電氣火災多要素監(jiān)測,包括電壓、電流、電纜溫度、剩余電流、故障電弧、短路電流等。監(jiān)測設(shè)備接入通信網(wǎng)關(guān),并通過4G通信網(wǎng)絡(luò)上送數(shù)據(jù)到電氣安全物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測平臺。

1系統(tǒng)構(gòu)成

  如圖1所示,系統(tǒng)由邊緣感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應用層組成。其中邊緣感知層包括電氣安全智能感知設(shè)

  備、通信網(wǎng)關(guān)。電氣安全智能感知設(shè)備安裝在箱變低壓配電回路上,通過RSG485總線和通信網(wǎng)關(guān)連接。通信網(wǎng)關(guān)支持4G通信,經(jīng)數(shù)據(jù)加密后接入電氣安全物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺。平臺層實現(xiàn)電氣安全監(jiān)測數(shù)據(jù)實時采集、存儲和處理。應用層實現(xiàn)了電氣安全運行監(jiān)測、告警、統(tǒng)計、工單等功能,展現(xiàn)方式包括大屏幕、Web應用、微信小程序等。

圖1電氣安全物聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成圖

2 邊緣感知層設(shè)備

2.1電氣安全智能感知設(shè)備

2.1.1工作原理

  如圖2所示,電氣安全智能感知設(shè)備接入充電站箱變低壓充電樁回路的三相電壓、三相電流、剩余電流、ABCN四線溫度。本文開發(fā)的電氣安全智能感知設(shè)備基于高頻電流采樣數(shù)據(jù),建立電弧故障時電流暫態(tài)物理模型,結(jié)合機器學習方法對電流時序采樣數(shù)據(jù)進行模式識別,判別故障電弧事件。和市面上現(xiàn)有故障電弧探測器產(chǎn)品相比,該裝置通過常規(guī)的外置電流互感器電流采樣實現(xiàn)故障電弧識別,和一次電流規(guī)格無關(guān);支持三相故障電弧判別,提供故障電弧波形記錄功能;通過對短路波形的特征判斷,提供短路故障電流判斷與告警功能,同時也提供短路電流動作波形記錄,為事故分析提供依據(jù),為責任認定提供證據(jù);還提供常規(guī)的組合式電氣火災探測器功能,包括回路電流、溫度、剩余電流監(jiān)測預警。

圖2電氣安全智能感知設(shè)備工作原理圖

3安科瑞智慧消防云平臺

3.1平臺概述

安科瑞智慧消防云平臺依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對充電站配電系統(tǒng)的運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進行實時監(jiān)控和預警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟運行提供保障，并及時切除安全隱患、避免電氣火災發(fā)生，從而保障人員的生命財產(chǎn)安全，打造“安全、高效、舒適、綠色”的“人—車—樁—電網(wǎng)—互聯(lián)網(wǎng)—多種增值業(yè)務(wù)”的智慧充電站，提升充電站的社會和經(jīng)濟價值。

3.2適用場合

可廣泛應用于醫(yī)院、學校、酒店、體育場等公共建筑；商業(yè)廣場、產(chǎn)業(yè)園等綜合園區(qū)；企業(yè)、住宅小區(qū)等場所。

3.3組網(wǎng)架構(gòu)

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由終端感知設(shè)備、邊緣計算網(wǎng)關(guān)和能效管理平臺層三個部分組成，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

3.5.1 7KW交流充電樁AEV-AC007D

產(chǎn)品功能

1）智能監(jiān)測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態(tài)監(jiān)測、故障狀態(tài)監(jiān)測、充電計量與計費以及充電過程的聯(lián)動控制等。

2）智能計量：輸出配置智能電能表，進行充電計量，具備完善的通信功能，可將計量信息通過RS485分別上傳給充電樁智能控制器和網(wǎng)絡(luò)運營平臺。

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，財務(wù)報表分析等等。

4）保護功能：具備防雷保護、過載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能。

5）材質(zhì)可靠：保證長期使用并抵御復雜天氣環(huán)境。

6）適配車型：滿足國標充電接口，適配所有符合GB/T20234.2-2015國標的電動汽車，適應不同車型的不同功率。

7）資產(chǎn)安全：產(chǎn)品全部由中國平安保險承保，充分保障設(shè)備、車輛、人員的安全。

3.5.2直流充電樁系列

3.5.3電氣火災探測器ARCM300-Z

5.5.4限流式保護器ASCP200

產(chǎn)品功能：

1）短路保護：保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

2）過載保護：當線路電流過載且持續(xù)時間超過動作時間（3~60秒可設(shè)）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

3）表內(nèi)超溫保護：當保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護器實施超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

4）組網(wǎng)通訊：保護器具有1路RS485接口，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

5.6平臺功能

5.6.1登錄

5.6.2首頁

平臺首頁顯示充電站的位置及在線情況，統(tǒng)計充電站的充電數(shù)據(jù)

5.6.3實時監(jiān)控

1）充電站監(jiān)控

可以按站點名稱進行篩選，顯示站點詳情、充電槍列表、統(tǒng)計訂單信息、故障記錄，點擊某個充電槍編號后在進入充電槍監(jiān)控頁面實時監(jiān)測變壓器負荷（搭配ACM300T、ADW300），當負荷超過50%時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當變壓器負荷超過80%時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為止。如圖所示

統(tǒng)計當前充電站各充電樁回路的數(shù)據(jù)；通過卡片的形式展現(xiàn)充電樁的數(shù)據(jù)；顯示故障列表；如圖所示：

2）充電樁監(jiān)控

顯示充電樁充電數(shù)據(jù)；顯示各回路的充電狀態(tài)；可以對充電中的回路進行手動終止；顯示訂單信息、故障信息；如圖所示：

3）設(shè)備監(jiān)控

顯示限流式保護器的狀態(tài)，包括線路中的剩余電流、溫度及異常報警，如圖所示：

5.6.4故障管理

1）故障查詢

故障查詢中記錄了登錄用戶相關(guān)聯(lián)的所有故障信息。如圖所示：

2）故障派發(fā)

故障派發(fā)中記錄了當前待派發(fā)的故障信息。如圖所示：

3）故障處理

故障處理中記錄了當前待處理的故障信息。如圖所示：

5.6.5能耗分析

在能耗分析中，可查看指*時段關(guān)聯(lián)站點和關(guān)聯(lián)樁的能耗信息并顯示對應的能耗趨勢圖。如圖所示：

5.6.6故障分析

在故障分析中，可查看相關(guān)時間內(nèi)的故障數(shù)、故障狀態(tài)、故障類型、趨勢分析以及故障列表。如圖所示：

5.6.7財務(wù)報表

在財務(wù)報表中，可根據(jù)時間查看關(guān)聯(lián)站點的財務(wù)數(shù)據(jù)。如圖所示：

5.6.8收益查詢

在收益查詢中，可查看總的收益統(tǒng)計、收益變化曲線圖、支付占比餅圖以及實際收益報表。如圖所示：

5.7案例實景

4結(jié)語

  采取有效技術(shù)手段防止電氣火災發(fā)生是電動汽車充電站運行管理的重要工作內(nèi)容。針對現(xiàn)有電氣火災和電氣安全監(jiān)測設(shè)備存在的功能簡單、體積大、安裝不便等問題,本文提出了電氣安全物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過電氣安全智能感知設(shè)備實現(xiàn)引發(fā)電氣火災的多種要素的統(tǒng)一監(jiān)測感知和告警,且安裝簡單方便,擴展性強。應用實例表明,應用本文設(shè)計和開發(fā)的電動汽車充電站電氣安全物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng),可有效提升電動汽車充電站電氣安全監(jiān)測水平,避免電氣火災發(fā)生,提升充電站運行可靠性。

參考文獻

[1]GB14287.2—2014電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)2部分:剩余電流式電氣火災監(jiān)控探測器[S]。

[2]GB14287.3—2005電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)3部分:測溫式電氣火災監(jiān)控探測器[S]。

[3]GB14287.4—2014電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)4部分:故障電弧探測器[S]。

[4]王*,陳進,李松濃,等．基于時頻域分析和隨機森林的故障電弧檢測[J]．電子測量與儀器學報,2021,35(5):62G68。

[5]余瓊芳,胡亞倩,楊藝．低壓交流串聯(lián)故障電弧檢測概述[J]。

[6]張帥,曲娜,鄭天芳．基于KGmeans算法的故障電弧檢測方法[J]．沈陽航空航天大學學報,2022,39(1):61G68。

[7]陳浩,閻俏,張桂青,等．基于模態(tài)分解與特征匹配的串聯(lián)故障電弧識別方法研究[J]．計算機測量與控制,2021,29(11):53G60。

[8]劉騁宇．智慧消防視域下信息化技術(shù)在火災隱患治理中的應用[J]．今日消防,2021,6(8):49G51。

[8]盧慧清,何之倬,張衛(wèi)紅,胡大良.電動汽車充電站箱變電氣安全物聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應用。

[9]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊2019.11版。