摘要：本文通過實際工程案例，對大型辦公園區電動汽車充電設施的加建和改造中出現的重難點問題進行分析，對充電設施設置區域的選址、配電系統、消防系統、照明及監控系統和充電設施的管理運維系統提出了相應解決方案，為既有和新建大型辦公園區電動汽車充電設施的建設、運營與監管提供參考。

關鍵詞：大型辦公園區; 充電設施; 智慧運維管理系統；汽車充電樁

0 引言

2020 年工信部發布的《新能源汽車產業發展規劃( 2021－2035) 》中顯示，預計到 2030 年，我國新能源汽車保有量將達到 6 420 萬輛。2020 年 3 月，國家更是將充電樁建設列為“新基建"重要領域之一，但在充電設施加建和改造的實際工程中，經常遇到因缺少充電樁電源、充電設施缺乏有效管理致使充電樁利用率低下、充電車位布局不合理、樁體無主動預警及防護功能等問題。

在此類工程的設計過程中，面臨的問題主要有: 充電設施在電源條件有限的情況下如何建設;設置在地下車庫的充電設施在加建改造中對于消防安全如何考慮; 大型園區充電設施較為分散，建成后如何運維和管理等。

1 項目背景

1.1 項目概況

本項目為某辦公園區充電樁擴建與改造項目，以城市主干道為界分為東西兩個地塊。其中1地塊加建改造充電區域10個，2地塊加建改造充電區域4個，總計新建改造的充電樁數量為499個.

1.2 充電區域的確定

充電區域的確定對本工程的施工、投資及項目落地起著關鍵作用，同時也是本工程設計的重難點。首先從空間區域來分析，主要分為室外地上充電區域和室內地下車庫充電區域。本工程充電區域的確定應遵循以下原則。

(1)根據使用方需求劃定充電區域，有需求才有建設的意義。

(2)根據用電負荷的電源情況，一是選擇自有電源能夠保證的區域，二是選擇新增擴容市政電源便于取得的區域。若是擴容區域，還應考慮室外箱式變電所用地位置。

(3)劃分充電車位及區域時應不破壞原停車位布局，在盡量不減少原車位數量的前提下進行規劃與設計，保持原地上及地下車道流向。

(4)充電車位數量的確定應滿足辦公園區電動汽車發展規劃的要求，并與園區配網現狀和園區發展規劃密切結合，以滿足中遠期對充電樁的需求，同時也要考慮供電可靠性的要求。

(5)充電車位及區域應滿足環境保護和消防安全的要求，特別是建設在地下的停車位應能滿足《電動汽車充電站設計規范》GB/T50966-2014、《汽車庫、修車廠、停車場設計防火規范》GB50067-2014《電動汽車分散充電設施工程技術標準》GB/T51313-2018和建筑設計防火規范》GB50016-2014(2018版)中的相關要求。應首先考慮土建防火單元易于改造的區域，其中包括防火單元防火墻、防火卷簾、疏散通道及安全出口、送排風、排煙系統、火災自動報警系統改造等。

(6)充電車位及區域不應選在室外易積水、地勢低洼的場所，同時也不應選在易發生次生災害的地點。

(7)室外地上充電區域，應選擇距離建筑主體大于6m,且地勢平坦不易積水的區域。

(8)根據充電區域現場實際情況確定充電設施的類型、數量、規格和技術方案。

(9)每個充電區域宜預留一定的備用建設條件。

本工程基于以上原則確定了充電區域和充電設施的數量。

1.3市場現有技術方案

(1) 純交流慢充方案交流輸出功率7kW,額定電壓220V/380V,充電接口標準GBT20234.2,多以壁掛式、立柱式、地擋式的充電樁形式為主，優勢是可以獨立分布式安裝，即插即用，占地面積小，移動靈活。交流充電樁只是單純提供電力輸出，需要連接車輛車載充電機，才能起到為電池充電的功能。由于車載電機功率比較小，導致交流充電樁充電較慢，一般需要8h左右才能充滿。

(2) 純直流快充方案輸出功率30kW/60kW/120kW,額定電壓380V,以落地安裝和壁掛式充電樁形式為主，樁體尺寸較大，安裝位置要求較高。市場上純電動汽車的充電方式以直流充電為主，充電速度快，1~2h就能完成充電。

(3) 交直流快慢結合方案此方案可滿足絕大多數車輛的充電形式，可使交流和直流充電優勢互補，布局配置相對靈活。

(4) 直流快充充電堆（一拖多分體式直流充電機)一股充電樁的功率是固定的，無法滿足不同功率需求的車輛充電，不能適應當前迅速發展的電池技術，使得充電樁體的淘汰周期一般較短，造成浪費。充電堆方案的提出解決了以上問題，充電堆的概念是隨著一拖多充電模式的產生而出現的，是利用電源模塊及合理分配充電功率的一種形式。它是將交流變為直流的電源集群，同時配置相應的充電樁作為輸出端，充電機可配置多路充電終端，滿足多個車位同時充電，根據選用的額定功率不同，平均充電功率可選為30kW、40kW,60kW等，任意車位支持功率輸出。技術特點有：

1)功率共享，將充電站內所有功率集中，每個充電終端都可以從這個功率堆中獲取需要的功率：

2)柔性充電，根據車輛接口協議所發出的充電需求，按需分配充電功率：

3)平滑擴展，隨著電池充電倍率的提升，充電功率需求的增大，可擴充功率堆的功率以滿足充電的需求：

4)節能，不論充電需求如何，都可保證充電設備可以工作在負載率區間。

（5）小功率直流群充系統：該方案采用小功率直流群充電方式，單臺直流充電機分管6個充電車位，根據接入充電車輛的數量靈活分配充電功率，確保所有車輛都能在一定時間充滿。負荷控制器一邊實時采集監測電網配變信息（包括低壓總表信息、主變高壓側信息等)：一邊獲取充電設備的實時運行信息（包括充電負荷、充電狀態、故章信息)。通過充分考慮變壓器總負荷變化動態及充電需求，動態調整充電功率和控制充電設備啟停，可實現智能調度、保證電網安全。1臺分時充電機配合多臺直流終端使用，可實現多個車位的小功率直流輪流充電，單車位充電功率為3.3kW~20kW。

（6）交直流快慢充混合+負荷約束該方案采用交直流混合充電方式，以交流集中充電為主、直流快速補電為輔。同“本功率直流群充電方式"一樣，負荷控制器一邊實時采集監測電網配變信息，一邊獲取充電設備的實時運行信息。

（7）純交流慢充+負荷約束該方案全部采用交流充電方式，負荷控制器一邊實時采集監測電網配變信息，一邊獲取充電設備的實時運行信息。1臺12慢總控箱配合12臺交流終端使用，可實現12個車位的同時充電，單車位充電功率7kW,用戶可通過掃描二維碼實現充電啟動。

2 本工程設計方案

本工程按照“適度超前、統籌布局、市場運作"的原則進行技術方案的設計。主要的設計內容包含充電樁停車位總體規劃布局、充電電力配電系統設計、充電設施照明系統設計、充電設施視頻監控系統設計、火災自動報警系統改造設計。

2.1充電站供配電系統方案

1）供電電源接入方案

本項目充電設施數量較多，所需的用電負荷較大，原有建筑配電系統不能滿足新增充電設施的負荷需求，加之建設方希望充電設施的運維管理能夠獨立運營，所以本項目的供電電原接入方案是獨立從市政引入1kV專線，充電設施變配電系統獨立于園區既有系統。

兩個區域地塊分別由市政引來1路10kV進線至該區域充電設施總開閉所，電能計量采用高供高計方式，在開閉所高壓側設專用計量柜，內設計量總表。從開閉所至該地塊各區域新建充電樁變電所的供電以1OkV高壓供電方式組網。1OkV高壓接線方案見圖1~2所示。

圖1 一地塊充電區域 10kV 高壓接線方案

圖2 二地塊充電區域 10kV 高壓接線方案

2）變配電所的設置

1地塊新建開閉所1座、地下車庫新建變電所5座、室外箱變5座，總變壓器裝機容量8080kVA。2地塊新建開閉所1座，地下車庫新建變電所3座，室外箱變1座，總變壓器裝機容量4110kVA.

開閉所位置的確定首先要依據當地供電局電源位置就近來設置，其次結合園區總平面選擇對園區風貌影響較小的位置，同時也要保證進出線方便和靠近負荷中心的位置。

對于室外地上的充電設施，較容易選擇變電所位置，可以采用室外箱式變電所保證進出線方便、避開積水低注地和室外水暖管線即可。但對于園區地下車庫新增變電所，其位置的選擇相對困難，所以根據各區域充電樁的需求，本工程盡量先在室外布置充電樁，再在地下車庫設置，且盡量設置小功率的充電設施以成少變壓器容量，從而使地下車庫變電所的面積盡量減小：再就是變電所層高的問題，本項目室內地下車庫的變電所設計均采用上出線的形式，以減少對層高的要求，布線橋架盡量避開內部通風管道：最后就是變電所設計時應一并考慮相關專業的配合，例如建筑防火、結構荷我、變電所通風、消防設施等。各區域變電所位置見圖3~4所示。

圖3 一地塊變電所區位圖

圖4 二地塊變電所區位圖

3）充電樁方案選擇

1)室外地上充電區域：對于辦公園區室外地上停車位，主要以臨時停車為主，兼項一些大型客車、貨車和周邊的社會車輛。因為室外區域較為開闊，相較地下車庫更容易避險，所以，從需求考慮，適合大功率直流快充充電堆方案，同時結合智慧燈桿與充電樁、監控攝像機集成的形式，以實現對充電堆的綜合管理：從設計角度分析，由于直流快充充電樁體積較大且充電電流大，操作維護距離也有一定要求，所以盡量利用地上車位作為快充充電車位。

本項目地上車位均采用分體式直流快充電機拖5的電堆方案，1個充電堆配置5個末端電槍，每個電槍平均功率為60kW。同時將末端充電槍與智慧燈桿進行集成化布置，便于管理的同時助力打造示范、展示區。

2)地下車庫區域：將地下車庫充電區域劃分為不大于1000m的獨立防火單元，同時每個防火單元保證2個疏散出口，其中一個出口直通室外（樓梯間出室外），相應增加防火隔墻、防火卷簾，同時對排煙系統和火災自動報警系統進行改造，以滿足規范要求。本工程中由于地下車庫的空間有限，在盡量不損失原有車位的情況下，需盡量選擇尺寸較小、掛墻安裝且功率較小的樁體，故最終選擇交流7kW慢充+負荷約束和小功率直流群充的充電方案，不僅提高充電效率，又能通過負荷控制器對整體充電樁運行狀態的監測、控制保護等，確保用戶充電安全。

2.2充電區域照明系統設計方案

充電區域的照明設計分地下車庫區域和室外地上停車兩部分內容。前者是在原有車庫照明的基礎上增加局部照明，以滿足電動汽車的充電操作及日常維護，后者以智慧路燈為主，確保每個充電樁滿足使用照度要求。

1）室內地下車庫充電車位增加雷達感應燈

在地下車庫安裝充電樁的位置增加雷達感應燈，便于工作人員日常對充電樁進行維修、查詢等操作。電源采用低壓220380V。燈具采用雷達感應ED燈具（具有延遲可調功能），人員使用充電設備時開啟燈具，人員離開時熄滅或以低亮度工作。

2）室外地上設置智慧燈桿

室外采用智慧燈桿集成電動汽車充電樁方案，燈桿設置ED燈具，配合終端控制器實現遠程開關、調光、電能數據和燈具狀態查詢等功能。

2.3充電區域消防改造設計方案

與消防改造相關的區域主要是地下車庫設置充電設施的區域，本項目改造內容如下。

(1) 對2-1#主樓地下車庫、2-2#主樓地下車庫、2-3#主樓地下車庫、2-4#主樓地下車庫、1-1#樓地下車庫、1-2#樓地下車庫、1-7#和1-8#樓地下車庫、1地塊東側院外停車場地下一層車庫8個充電區域的防火單元增加防火分隔墻體及卷簾。

(2) 在地下車庫新建充電設施變電所內設感煙、感溫兩種探測器。

(3) 在地下車庫新建充電設施變電所內設消防專用電話分機。

(4) 新增防火卷簾的聯動設計

1）車道上的防火卷簾：防火分區內任兩只獨立的感煙探測器或任一只專用感煙探測器報警，卷簾下降至距樓板面1.8m處：任一只專用感溫探測器報警，卷簾下降到樓板面。

2）在防火卷簾的兩側距卷簾縱深(0.5~5m)內增加2只專用于聯動防火卷簾的感溫火災探測器。

3）非消防用電切除

在新增充電樁變電所出線回路等非消防回路，斷路器裝設分勵脫扣器及輔助開關，發生火災時由報警總線發出控制信號自動斷開相關區域的非消防電源，正常照明電源在消防水系統動作前切斷。

4）充電設館變電所氣體滅火系統

(1)氣體滅火系統接入原火災自動報警系統的消防控削室內，并將信號上傳至智能電力運維管理系統進行監控。

(2)在地下車庫新增的充電設館變電所設"氣體火火系統。氣體火火控制壯于保護區門外墻上明裝，安裝高度為底邊距地1.5m,

(3)變電所內報警信號第一次觸發時，由氣體火火控制器啟動設在該防護區內的火災聲光警報器報警.

(4)當報警信號再次觸發時，關閉送排風機及閥門，停止通風系統并關閉設"在該防護區域的電動防火閥：聯動關閉防護區域的門、窗：啟動氣體滅火裝置（設定0-30s的延遲噴射時間）。

(5)氣體滅火裝置啟動及噴放各階段的聯動控制及系統的反饋信號（包括火災探測器的報警信號，選擇閥及壓力開關的動作信號)均反饋至消防聯動控削器。

5)防排煙系統聯動設計

由于地下室設充電樁區域進行新的防火單元改造與劃分，所以原地下車庫的排煙風管、補風風管及相應防火閥、風口應按照新的防火單元進行改造，以完善消防送風排煙的功能。同時應進行聯動控制的改造。

6)增設滅火器

本工程在地下車庫充電車位防火單元內應按E類火災嚴重危險級布置滅火器，每處滅火器布點設2具5kg手提式干粉（磷酸銨鹽）滅火器，保護距離9m

2.4充電區域視頻監控系統設計方案

為滿足充電區域較為分散但要實現集中視頻監控的需求，本方案基于P構架進行分散部署，集中管理末端監控圖像并通過互聯網傳輸，總控設在1地塊2號樓7層運維調度申心，總控巾心通過固定IP地址（專線）光纖接入nemt,其他充電區域的監控信號采用H.264視頻壓縮算法和G.711A音頻壓縮算法進行壓縮編碼，將壓縮后的數據通過4G/5G網路接入tet發送給總控中心服務器，實現遠程監控功能。該系統主要由地下車庫前端網絡攝像機、室外智慧燈桿監控攝像機、管理監控平臺、管理客戶端組成。其中，監控平臺采用CS架構的統一客戶端進行7×24h監控，集成Wb服務、管理認證、數據庫、存儲、轉發、回放等功能模塊。

3充電設施智慧運維平臺搭建

由于本工程充電設施區域范圍大且分散，人工管理難度大，所以本工程設計搭建一套充電設施智慧運維平臺，集成充電樁運維管理系統、充電區域火災自動報警系統、充電區域視頻監控系統、智慧配電運維管理系統及室外智慧燈桿管理系統。

充電設施智慧運維平臺設置在園區1地塊2號樓7層充電設施運營調度機房內，機房內由24值班人員對平臺進行維護和管理。

3.1充電樁運維管理系統

基于云計算平臺對本工程建設的499個充電樁進行有效的監控、計費和管理，并通過互聯網來實現對于充電的相關服務。云客戶端實現了對于信息的記錄、監控和控制，客戶能夠通過云客戶端查詢相關的充電信息和充電監控視頻。通信模塊能夠通過GPRS、北斗、4G/5G以及Wi-Fi等網絡將云服務器端的數據信息轉換到云客戶端上。

該系統平臺具有充電樁運營管理、計費策略管理、設備安全管控及故障信息上報、接入上級監管平臺，手機App實時查詢等功能。

3.2智能配電運維管理系統

該系統通過變電所內的各類傳感器、采集器和通信設備，將各種數據通過4G/5G網絡傳送到運維服務平臺上，通過平臺系統對充電站新增的開閉所、室內變電所、室外箱變進行遠程、集中、實時監控，實現配電房“無人值守、少人值班"的目標，并通過大數據平臺、資產管理和專家診斷系統等輔助支撐系統，為配電室的安全運行、故障診斷、狀態預警提供智慧分析與精確指導，讓用配電更加安全可靠。時查詢。

3.3充電站智慧燈桿管理系統

智慧燈桿以智慧桿為截體，搭截智慧照明、無線AP、視頻監控、充電樁、微基站、LED信息屏等設備，構建智能桿管理系統網絡，為園區地上新建充電設施提供智能化信息基礎設施網絡的搭建。

該系統平臺實現功能有：(1)智能照明：(2)無線單燈控制器管理：(3)LED信息屏：(4)集成云攝像機功能：(5)一鍵求助：支持本地救助、報警等功能：(6)集成電動汽車充電樁：(7)智能物聯網關。

4 安科瑞充電樁收費運營云平臺

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

4.3系統結構

系統分為五層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據中心層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據中心層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：系統管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

1）智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

2）實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

3）交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。 

4）故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

5）統計分析

通過系統平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

6）基礎數據管理

在系統平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、 凍結和解綁。

7）運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送

8）充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

4.5系統硬件配置

5 結束語

既有大型辦公園區電動汽車充電設施改造工程因其范圍大、點位多而分散、涉及供電、消防、控 制、管理、安全、可實施性等諸多方面，需要進行綜合實地勘察和方位設計方案的確定，電氣設計人員在準確把握規范的同時，還需對現代充電、控制、通信等技術進行深入了解，有助于解決充電車位實施過程中的通電難點問題，滿足新能源汽車發展的需要。

參考文獻

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注：禁止非法改裝