路燈節(jié)能監(jiān)控防盜系統(tǒng)
一、系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)充分利用現(xiàn)代化計算機技術(shù)、通訊技術(shù)對日益快速發(fā)展的城市路燈實現(xiàn)自動化監(jiān)控和智能化的科學管理，是集節(jié)能、監(jiān)控、防盜于一體的系統(tǒng)。下面將介紹本系統(tǒng)的構(gòu)成及主要功能。
二、路燈照明節(jié)電系統(tǒng)
2.1路燈照明引入節(jié)電的意義
現(xiàn)代城市道路照明在整體城市的亮燈工程中占據(jù)著舉足輕重的地位，設(shè)計時，道路照明的數(shù)量和質(zhì)量，良好的誘導性，投資低，耗電少，即既要經(jīng)濟，又要節(jié)能，運行安全可靠，技術(shù)的先進性等等方面的高水準，一切都代表著現(xiàn)代城市的文明和文明城市的現(xiàn)代化。
由于城市化的進程日益加快，路燈照明的用電量也在不斷上升，國家二次能源---電力能源在能源終端的消費比例也在快速上升。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)、快速增長，電力吃緊的局面并未得到根本的改變。同時，另一方面，又存在著大量電力浪費的現(xiàn)象，據(jù)“MICROENERGY（NZ）LTD”2001年對中國電力消費的調(diào)研年報指出：在對中國2000年各省的《統(tǒng)計年鑒》、中國統(tǒng)計網(wǎng)和中國能源協(xié)會等的耗電信息分析后得出結(jié)論----中國大陸節(jié)電市場份額每年高達3000億元人民幣，換句話說，即每年存在著3000億元人民幣的電力浪費。為此，國家政府自1995年來相繼頒布了《中華人民共和國電力法》、《中華人民共和國環(huán)境保護法》、1997年人大通過的《中華人民共和國節(jié)約能源法》、《重點單位用電管理辦法》及國家經(jīng)貿(mào)委與國家發(fā)展計劃委員會頒發(fā)的《節(jié)約用電管理辦法》等等重要法律、法規(guī)和指導性政策，特別強調(diào)了節(jié)能的重大意義及必要措施。
2.2路燈照明節(jié)電的技術(shù)分析
根據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委和國家發(fā)展計劃委頒發(fā)的《節(jié)約用電管理辦法》第十七條的第（六）項推廣高頻可控硅調(diào)壓裝置和節(jié)能型變壓器。對于燈光照明系統(tǒng)的節(jié)電，它首先是屬于公共系統(tǒng)的用電，如果用可控硅控制的節(jié)能裝置，勢必會引來諧波問題；應用節(jié)能型變壓器，相對而言，它具有明顯的優(yōu)勢，即本身不產(chǎn)生諧波，無諧波干擾的問題，且具有抗電磁波干擾的特點。目前，國際上比較通用的節(jié)電方法也是采用控制晶閘管導通角的移相調(diào)壓技術(shù)和電磁電壓技術(shù)進行節(jié)電的方法，其節(jié)電效果比較明顯，也已被廣泛證實為行之有效的節(jié)電手段。當然還有電容補償、瞬間濾波等技術(shù)的節(jié)電方法，但有功節(jié)電的效果并不十分顯著。
根據(jù)節(jié)能型變壓器延伸而研制的節(jié)電主機，其理論核心就是傳統(tǒng)的DVR（電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)），由70年以來開始流行。當時的電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)是針對供電線路系統(tǒng)級的調(diào)整方案。供電部門為緩解用電高峰的用電問題，往往采取整條線路進行調(diào)整電壓的方法，以降低電能整體消耗，滿足更多用電客戶的需求。但是這樣做往往又使線路末端用戶的電壓太低而不能滿足用戶的設(shè)備正常工作要求。隨著DVR技術(shù)的不斷研究以及現(xiàn)代微電子技術(shù)的快速發(fā)展，其節(jié)能型變壓器被賦于新的內(nèi)容，其本身的材質(zhì)和物理消耗得到大大的改進、同時借助現(xiàn)代電子技術(shù)，使其智能化運用水平得到不斷的提升，進而發(fā)展具有專業(yè)節(jié)電功能和性能的智能化節(jié)電管理系統(tǒng)，其DVR技術(shù)的運用也被賦予全新的含義，即實現(xiàn)用戶級的電壓智能化調(diào)節(jié)，且不必發(fā)更多的成本去改造原先設(shè)計的電力線路，同時還達到系統(tǒng)的擴容目的。這種節(jié)電技術(shù)原理簡單，既經(jīng)濟，又安全可靠，無諧波，具有較好的節(jié)能效果。
2.3節(jié)電基本原理
本系統(tǒng)節(jié)電原理是將供電系統(tǒng)的輸入電壓予以優(yōu)化，采用DVR（電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)）AC—AC直接變換技術(shù)調(diào)整剩余電壓，使饋送給燈光負載的電壓為最適宜值，達到既實現(xiàn)節(jié)電又保證照明要求雙重目的。它的主機是采用優(yōu)質(zhì)的電磁材料進行特殊設(shè)計的高效率單卷鐵磁繞組，實現(xiàn)用最小的主機容量控制比自身大10倍以上負載容量的目的，與常規(guī)變壓器比較，其體積和重量降低1/3—1/4。
根據(jù)電工基本原理P=V2/R，設(shè)燈光上施加的電壓為V，燈光的阻抗（為簡單比喻起見）設(shè)為阻性的電阻R，那么它在電壓V下所消耗的功率為P，若適當降低電壓到V1值，則這時消耗的功率P1將隨電壓的平方關(guān)系下降。而P1小于原有電壓V時所消耗的功率P，其有功節(jié)電率可表示為：
ε%=（1-V12/V2）×100%
只要電壓下降的幅度小于額定電壓的10%，則對絕大部分電器設(shè)備均可無妨礙地使用。
這類節(jié)電主機的最大特點是不產(chǎn)生諧波，無諧波干擾，對各種燈光均適用，只是不同的燈光，其節(jié)電效果略有差異，但對延長燈具壽命和減少維護工作量上更具有重要意義。
這種利用電磁調(diào)壓的節(jié)電主機，附有智能控制電路，以保證用電設(shè)備在任何供電情況及設(shè)備出現(xiàn)異常狀態(tài)下的自動處理能力，如：延時起動、突然欠壓、、缺相和空載自動旁通、大電流分斷保護能力等，特別是針對路燈照明的特點，進行分時斷控制調(diào)壓，如前半夜人流車流多的需要，調(diào)壓幅度按設(shè)定的小幅度進行調(diào)整，以保證較高的亮度要求，后半夜人流車流量稀少，對光照度的要求不高，這時調(diào)壓的幅度可按需要進行較大范圍的調(diào)整，同時又能使燈具維持必要的亮度。于此同時，由于節(jié)電主機采取了對燈光負載的實時檢測，即當檢測到負載達到額定負載的15%時，節(jié)電主機自動投入到節(jié)電運行狀態(tài)；當檢測到的燈光負載不到額定電流的15%時，節(jié)電主機自動退出節(jié)電狀態(tài)，以確保節(jié)電主機本身不消耗或盡可能不消耗電能，特別是白天路燈未開啟時，節(jié)電主機處于旁通工作狀態(tài)（既使節(jié)電主機接在路燈控制開關(guān)前面的情況下），這樣既可以控制主機電磁調(diào)壓器的溫升（白天變壓器不工作，無溫升），延長主機使用壽命，又可節(jié)約電能。以此，保證設(shè)備高效率運行，達到更佳節(jié)電的目的。
本系統(tǒng)的設(shè)計是采用特殊的電磁調(diào)節(jié)加上先進的控制與保護裝置，實現(xiàn)智能地優(yōu)化供電，使原有燈光電路的電壓與電流在啟動和完成預熱后，由電子控制方式在滿足照度的前提下自動降壓，調(diào)壓運行，除達到節(jié)電目的外，更有效地延長燈具的使用壽命。根據(jù)燈具的性能和電氣特性，我們知道，氣體放電燈的工作電壓：高壓汞燈的工作電壓允許偏差最大值為±15.7%；高壓鈉燈的工作電壓允許偏差最大值為±20%，如果將燈具兩端的電壓提升10%，燈具的壽命將減少一半，反之，如果將燈具兩端的電壓降低10%，則燈具的電氣壽命將有3-4倍的延長。所以，結(jié)合道路設(shè)計流明值（相對于標準值）具有絕對富余量的設(shè)計特點以及有超標準電壓（額定電壓單相220V）工作、以及燈具起動電壓的下限值的特點，采用用戶級調(diào)壓手段實現(xiàn)節(jié)電后，對燈具的使用壽命將大大延長，同時也減少燈具維護成本和人工維護工作量。
2.4本系統(tǒng)節(jié)電主機的主要性能和技術(shù)指標
① 性能特點
● 可靠性好，電磁主機采用優(yōu)質(zhì)進口材料，高效低耗
● 降低線路損耗，提高功率因素，促進三相供電線路的平衡
● 優(yōu)化燈具的電網(wǎng)供電電壓，消除燈具過剩功率消耗
● 較高的節(jié)電率（節(jié)電率10％－25％）
● 延長燈具使用壽命，減少維修成本和工作量
● 不產(chǎn)生諧波干擾，增加用戶供電容量
● 具有狀態(tài)數(shù)字顯示，延時起動、欠壓自動旁通，電網(wǎng)電壓恢復后自動進入節(jié)電狀態(tài)、過流保護、故障自動旁通等多項功能
● 分時段換檔控制節(jié)電，空載旁通，加載節(jié)電，本機功耗小
● 安裝便捷，安裝后無需人工值守
● 適用范圍廣泛，可適用于各種不同類型的燈光負載
● 良好的性價比，投資少，回收期短，用戶安裝后可長期受益
② 主要技術(shù)指標
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項 目 |
技術(shù)指標 |
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輸入電源 |
額定工作電壓 |
三相：380VAC±10% （三相四線） 單相：220VAC±10% |
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額定頻率 |
50Hz |
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輸出電源 |
電壓波形 |
不產(chǎn)生波形畸變 |
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諧波污染 |
無污染 |
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環(huán)境參數(shù) |
環(huán)境溫度 |
-20℃～40℃ |
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儲藏溫度 |
-40℃～+70℃ |
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相對濕度 |
0至90% |
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海拔高度 |
不超過2000米 |
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工作參數(shù) |
過載電流能力 |
大于1.3倍額定電流 |
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過載沖擊能力 |
能承受瞬時過載沖擊 |
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預熱時間 |
0～99h99min可調(diào) |
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分時段時間 |
0～99h99min可調(diào) |
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工作時間 |
可長期連續(xù)工作 |
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絕緣 |
電源和外殼之間 |
2.5kV絕緣 |
③ 系統(tǒng)容量的評估方案
根據(jù)現(xiàn)行路燈布線和燈具的分布，在路燈配電變壓器的后端接入節(jié)電主機，節(jié)電主機的容量以燈具總功率最大值評估并實測各相電流，從而確定節(jié)電系統(tǒng)的容量。
三、路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)
隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市照明建設(shè)越來越注重于城市的形象，道路照明和景觀照明的需求和數(shù)量不斷增加，今后城市照明管理部門除了管理城市道路的照明外，還將參與城市景觀燈的管理。因此各級政府和市民對城市的建設(shè)、道路照明和景觀照明提出了更高的要求，希望實現(xiàn)城市照明管理的現(xiàn)代化，使城市管理水平達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
城市路燈的耗電量是非常驚人的，巨大的電能消耗不僅增加了當?shù)氐呢斦摀?，同時由于發(fā)電而消耗的煤、石油的能源，對環(huán)境造成污染，同時由于照明帶來的光污染導致生態(tài)不平衡等諸多問題。因此中央發(fā)出了建設(shè)“節(jié)約型社會”的號召，建設(shè)部也在2005年8月下發(fā)了“關(guān)于進一步加強城市照明節(jié)電工作的通知”（建城[2005]234號）。
絕大多數(shù)城市現(xiàn)在多采用分散時控方式對路燈進行控制，也就是在路燈配電箱中安裝定時器，按預定的時間自行開、關(guān)燈，有些景觀燈通常是采用人工手動控制的方法。這種控制方法不能及時根據(jù)需要調(diào)整開關(guān)燈時間，也無法及時反應照明設(shè)施的運行情況，故障率高，維修困難。隨著城市的不斷發(fā)展，控制范圍也越來越大，現(xiàn)行的方案無法及時反應照明設(shè)施的運行情況，使得維修工作十分被動。
建設(shè)城市路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)，目的是利用現(xiàn)代化計算機技術(shù)、通訊技術(shù)對日益快速發(fā)展的城市路燈實現(xiàn)自動化監(jiān)控和智能化的科學管理，做到集中管理，智能控制。部門內(nèi)部及時掌握系統(tǒng)運行狀況，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工巡檢，提高工作效率。合理利用電能資源，杜絕浪費。具有對路燈實現(xiàn)遙測、遙控、遙信、GPS校時和路燈地理信息功能、故障分析報警等功能。除具備上述功能外，還應具備設(shè)施被盜報警功能。建立路燈系統(tǒng)的長效管理機制，進一步提高道路照明質(zhì)量，提高服務(wù)質(zhì)量，從而提高系統(tǒng)的整體社會效益、管理效益、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。
完成路燈集中控制系統(tǒng)預定的功能要求，同時建立中心控制室（包括路燈集中控制系統(tǒng)中心設(shè)備、投影顯示系統(tǒng)、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)及電源等設(shè)備）。在對路燈照明進行整體自動化控制管理的同時，中控室的建設(shè)要為將來納入其它市政管理子系統(tǒng)打好基礎(chǔ)，既保證目前項目的需求，又兼顧考慮長遠的發(fā)展目標。充分考慮各項關(guān)鍵指標，建成目前國內(nèi)先進、功能齊全，同時又具有高度的可靠性、經(jīng)濟實用性的項目，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。
