引言
随着全球能源危机和环境污染问题日益严峻，电动汽车作为清洁能源交通工具得到了快速发展。作为电动汽车的重要配套设施，充电站的建设规模和数量不断扩大。然而，充电站作为新型电力负荷，其电气特性和运行特点与传统电力系统存在显著差异，这对继电保护系统提出了新的挑战。
继电保护是保障电力系统安全稳定运行的关键技术，对于充电站而言尤为重要。合理的继电保护配置方案能够及时检测和隔离故障，防止事故扩大，保障充电站和电动汽车的安全。本文旨在研究适用于电动汽车充电站的继电保护配置方案，以提高充电站的运行可靠性和安全性。
国内外学者已对充电站继电保护进行了一些研究。国外研究主要集中在充电站对配电网的影响及保护策略优化方面，而国内研究则更多关注充电站内部保护配置和整定方法。然而，针对充电站特殊电气特性的继电保护配置方案仍需进一步深入研究。本文将从充电站的电气特性分析入手，探讨其保护需求，并提出相应的继电保护配置方案。
1电动汽车充电站电气特性分析
电动汽车充电站主要由配电变压器、充电桩、监控系统等组成。其典型电气结构包括高压进线、变压器、低压母线和充电桩回路。充电站的运行特点主要体现在负荷特性、谐波含量和功率因数等方面。
充电站负荷具有随机性、间歇性和波动性大的特点。电动汽车的充电需求受用户行为、电价政策等因素影响，导致负荷变化剧烈。此外，充电桩作为非线性负载，会产生大量谐波，可能引发电网谐波污染。充电站的功率因数也较低，需要进行无功补偿。
充电站面临的主要故障类型包括短路故障、接地故障和过负荷等。短路故障可能发生在高压侧或低压侧，需要快速切除以防止设备损坏。接地故障在低压系统中较为常见，可能引发电击危险。过负荷则可能由多台充电桩同时工作或单台充电桩长时间满负荷运行引起。
2充电站继电保护配置方案
针对充电站的电气特性和保护需求，本文提出以下继电保护配置方案：进线保护配置主要包括过电流保护、速断保护和零序电流保护。过电流保护用于检测和切除进线短路故障，速断保护可快速切除近区故障，*序电流保护则用于检测接地故障。保护定值应根据系统短路容量和变压器参数进行整定。
变压器保护配置包括差动保护、过流保护和温度保护。差动保护作为变压器主保护，可快速切除内部故障。过流保护作为后备保护，用于切除外部故障。温度保护则可防止变压器过热损坏。
母线保护配置主要采用差动保护，可快速切除母线故障。对于重要充电站，可考虑配置双重化保护以提高可靠性。充电桩保护配置包括过流保护、漏电保护和过温保护。过流保护用于检测充电桩输出短路，漏电保护可防止电击事故，过温保护则可避免充电桩过热损坏。
3方案验证与案例分析
为验证所提出继电保护配置方案的有效性，本文采用仿真分析和实际案例研究相结合的方法。通过建立充电站电气系统模型，模拟各种故障情况，测试保护装置的动作行为。仿真结果表明，所配置的保护方案能够准确检测和快速切除各类故障，满足选择性、速动性和灵敏性的要求。
以某城市充电站为例，应用本文提出的继电保护配置方案。该充电站配备2台1000kVA变压器，20台60kW直流充电桩。运行一年来，保护装置正确动作率达到100%，有效避免了设备损坏和停电事故。特别是在一次外部短路故障中，进线速断保护在0.1秒内动作，将故障影响限制在范围。
通过仿真和案例分析，验证了本文提出的继电保护配置方案的可行性和有效性。该方案能够满足充电站的保护需求，提高充电站运行的安全性和可靠性。
4安科瑞限流式保护器
安科瑞ASCP系列电气防火限流式保护器是一种用于低压配电线路的智能保护设备，旨在解决传统断路器、空气开关等设备在短路、过载等情况下存在的不足，如短路电流大、切断时间长、电弧火花大等问题。以下是关于该产品的详细介绍：
4.1功能特点
短路保护：当线路发生短路故障时，保护器能在150微秒内快速限制短路电流，实现灭弧保护，并发出声光报警信号。
过载保护：当线路电流过载且持续时间超过设定时间（3~60秒可调）时，保护器启动限流保护并报警。
超温保护：当保护器内部温度过高时，自动启动限流保护并报警。
过压/欠压保护：检测到线路电压异常时，发出报警信号，并可设置是否启动限流保护。
线缆温度监测：实时监测线缆温度，超过设定值时报警。
漏电流监测：监测线路漏电流，超过设定值时报警。
通讯功能：支持1路RS485通讯（Modbus-RTU协议）和1路4G/NB-IoT无线通讯，可将数据传输至监控系统，实现远程监控。
4.2应用范围
ASCP系列保护器广泛应用于以下场所的末端干、支路线路保护：
学校、医院、商场、宾馆、娱乐场所、寺庙、文物建筑、会展中心等公共建筑。
住宅、仓库、幼儿园、老年人建筑、集体宿舍等民用建筑。
电动车充电站、租赁式商场商铺、批发市场、集贸市场等商业场所。
甲乙丙类危险品库房等特殊场所。
4.3技术参数
额定电流：0~63A（具体型号如ASCP200-1）。
通讯协议：1路RS485（Modbus-RTU协议），1路4G无线通讯。
辅助电源：AC220V1811。
安装方式：壁挂式或导轨式安装，适用于配电箱内或墙面。
4.4产品型号
ASCP200-1：额定电流0~63A，适用于多种场所。
ASCP200-40B：单相限流式保护器，额定电流40A。
4.5现场安装图片
汽车充电桩集中保护 汽车快充桩保护
5安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案
5.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。
5.2应用场所
适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。
5.3系统结构
系统分为四层：
1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。
2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。
3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。
4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。
5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。
小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。
5.4安科瑞充电桩云平台系统功能
5.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。
5.4.2实时监控
实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压电流，充电桩告警信息等。
5.4.3交易管理
平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。
5.4.4故障管理
设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。
5.4.5统计分析
通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。
5.4.6基础数据管理
在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。
5.4.7运维APP
面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电\充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送
5.4.8充电小程序
面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。
5.5系统硬件配置
| 类型 | 型号 | 图片 | 功能 |
| 安科瑞充电桩收费运营云平台 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、安全的充电服务。实现对动力电池快速、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。 |
| 互联网版智能交流桩 | AEV-AC007D |
| 额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷 保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏 |
| 互联网版智能直流桩 | AEV-DC030D |
| 额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远 程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
| 互联网版智能直流桩 | AEV-DC060S |
| 额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
| 互联网版智能直流桩 | AEV-DC120S |
| 额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电 |
| 10路电瓶车智能充电桩 | ACX10A系列 |
| 10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电 ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电 ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电 ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电 |
| 2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电 ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电 ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电 |
| 20路电瓶车智能充电桩 | ACX20A系列 |
| 20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电 |
| 落地式电瓶车智能充电桩 | ACX10B系列 |
| 10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏 ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告 |
| 智能边缘计算网关 | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。 |
| 扩展模块ANet-485 | M485模块：4路光耦隔离RS485 | ||
| 扩展模块ANet-M4G | M4G模块：支持4G全网通 | ||
| 导轨式单相电表 | ADL200 |
| 单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A； 电能精度：1级 支持Modbus和645协议 证书：MID/CE认证 |
| 导轨式电能计量表 | ADL400 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 证书：MID/CE认证 |
| 无线计量仪表 | ADW300 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） 证书：CPA/CE认证 |
| 导轨式直流电表 | DJSF1352-RN |
| 直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电 证书：MID/CE认证 |
| 面板直流电表 | PZ72L-DE |
| 直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级 证书：CE认证 |
| 电气防火限流式保护器 | ASCP200-63D |
| 导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设。 |
| 开口式电流互感器 | AKH-0.66/K |
| AKH-0.66K系列开口式电流互感器安装方便，无须拆一次母线，亦可带电操作，不影响客户正常用电，可与继电器保护、测量以及计量装置配套使用。 |
| 霍尔传感器 | AHKC |
| 霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。 |
| 智能剩余电流继电器 | ASJ |
| 该系列继电器可与低压断路器或低压接触器等组成组合式的剩余电流动作保护器，主要适用于交流50Hz，额定电压为400V及以下的TT或TN系统配电线路，防止接地故障电流引起的设备和电气火灾事故，也可用于对人身触电危险提供间接接触保护。 |
| 绝缘监测仪 | AIM-D100-ES |
| AIM-D100-ES系列直流绝缘监测仪可以应用在15~1500V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。 |
| 绝缘监测仪 | AIM-D100-T |
| AIM-D100-T系列直流绝缘监测仪可以应用在10~1000V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。 |
本文针对电动汽车充电站的继电保护配置方案进行了深入研究。通过分析充电站的电气特性和保护需求，提出了包括进线保护、变压器保护、母线保护和充电桩保护在内的完整继电保护配置方案。研究结果表明，合理的继电保护配置能够有效提高充电站的安全性和稳定性，为电动汽车的普及提供有力保障。
未来的研究方向可以集中在以下几个方面：一是进一步优化保护定值整定方法，提高保护的灵敏性和选择性；二是研究充电站与配电网保护的协调配合，减少保护动作对电网的影响；三是探索基于人工智能的保护新方法，提高故障诊断和处理的智能化水平。
参考文献：
[1]陈琛，徐志根，刘术波.电动汽车充电站继电保护配置方案的研究
[2]张明远, 李华东.电动汽车充电站继电保护配置研究
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版
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