張阿旬

(咸陽市路燈管理處，咸陽712000)

0 引言

為進一步構筑節(jié)能降耗、綠色環(huán)保的生態(tài)城市結構，促進經(jīng)濟、文化和諧統(tǒng)一地可持續(xù)發(fā)展，在城市道路照明領域積極探索和引進照明節(jié)能技術具有重要的意義。傳統(tǒng)的道路照明系統(tǒng)大多采用直接供電方式，受不同時段電壓波動的影響，道路照明系統(tǒng)的能源利用率不高。為此，有效消除電壓波動的負面作用，延長燈具的使用壽命，研制和開發(fā)高效實用的道路照明節(jié)能方法和控制系統(tǒng)就顯得十分必要。目前，在路燈照明節(jié)能方面，主要研究有以下幾種方式，這些方式在道路照明設施中都得以選擇性的應用。

1 道路照明節(jié)能方法與技術

1.1 半夜燈間隔工作控制方式

在確保功能和效果的前提下，合理調(diào)整亮燈數(shù)量和時間可直接降低能耗。據(jù)調(diào)查，我國小型城市在夜晚9點后，大中城市在午夜12點后，道路上幾乎空無一人。從這一時段至次日清晨路燈熄滅，在低交通流量的道路上就可以適當降低一個照度等級，減少亮燈數(shù)量。對快速路、主次干道實行雙回路供電，分全夜燈回路和半夜燈回路。在設定的時段半夜減半控制，關閉對輔道或人行道的照明，保持對機動車的照明;支路、工業(yè)區(qū)和生活區(qū)路及路幅較窄的街道采用半夜單邊亮燈方式。例如重慶市11 km長的北濱路的路燈照明管理就采取半夜控制方式，成功節(jié)電15%左右。但是，上述半夜燈控制方式還存在以下危害。

(1)變壓器壽命縮短，選型困難。比如4路線路，每路50 A，前半夜，三相電流將是50 A，100 A，50 A，后半夜三相電流將是50 A，50 A，0 A。從上面可以看出，工程選擇變壓器時，如果選3×100 A，成本太高，也比較浪費，如果選3×50 A，又出現(xiàn)過載，一般可能會選擇3×70 A的變壓器，這樣，前半夜，變壓器一般處于過載狀態(tài)，發(fā)熱嚴重，壽命縮短。

(2)功率不能平衡，威脅電網(wǎng)安全。路燈變壓器一般直接掛在高壓線路上，如果大量的路燈供電，都采用這種不平衡的方式，很難控制高壓側的線路平衡，威脅電網(wǎng)安全。

(3)后半夜導致燈具電壓過高，燈具燒毀嚴重。由于變壓器工作總不能平衡，因此后半夜輕載線路上將出現(xiàn)250 V以上的高電壓，燈具壽命大大縮短，燈具高溫燒毀嚴重。后半夜隔盞亮時，道路長達40 m的陰影，出現(xiàn)斑馬效應，給行車帶來安全隱患，也影響社會治安和城市形象。

在我國，隔盞控制方式在大城市很少采用，但在地級城市和縣城比較多。

無功節(jié)能技術在道路照明中，無功損耗帶來的利用電費和附加電費約占全部電費的20%。由此可見，增裝無功補償設備，提高網(wǎng)絡的功率因數(shù)具有極為重要的作用。目前，常用的道路無功節(jié)能技術有三種:電容器單燈補償、早期的電容器集中補償和微電腦型集中補償。

(1)電容器單燈補償對于一條路甚至幾條路的路燈設施具有較好的補償效果。但是對于不同的供電區(qū)域，由于遍布路、街、巷、小區(qū)等的燈具類型不同，光源種類不同，特別是多數(shù)地段安裝不同功率的光源，于是整個供電系統(tǒng)的功率因數(shù)就無法達到指標要求。此外，電容器開路損壞不易檢測，難于維護、長期運行勢必提高整個網(wǎng)絡的無功功率損耗，造成電能浪費。

(2)早期的電容器集中補償技術采用機械式接觸器控制電容器投切方式，具有集中補償、自動調(diào)控無功功率的特點。其缺點是觸電電流大，有涌流產(chǎn)生，易燒毀觸點，縮短接觸器、電容器使用的壽命，而且轉(zhuǎn)換開關時間長，易造成補償滯后，不適應三相不平衡負荷。

(3)微電腦智能型集中補償技術。此外，還需注意選用優(yōu)質(zhì)節(jié)能的照明電器與設備。高壓汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈等都是氣體放電燈，具有負的伏安特性，所以，必須串聯(lián)一個具有正的伏安特性的元件來平衡其影響，比如鎮(zhèn)流器。目前采用的比較多的是電感鎮(zhèn)流器，優(yōu)質(zhì)電感鎮(zhèn)流器具備阻抗穩(wěn)定性和伏安性好，功率因素高，功率損耗低的特點。這樣才能穩(wěn)定燈泡的工作電流，延長燈泡的使用壽命。

降低鎮(zhèn)流器的功率損耗也是節(jié)能降耗不容忽視的一個方面，如250 W鈉燈鎮(zhèn)流器質(zhì)量好的功率損耗有20～25 W，而質(zhì)量差的功率損耗可達40 W左右。如果我們在選用配套鎮(zhèn)流器時都能注意選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，則節(jié)能效果是很顯著的。如我市在安裝高桿鈉燈鎮(zhèn)流器時均選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，以平均每只鎮(zhèn)流器降低功率損耗3 W，全年點燈時間4 000 h計算，則可節(jié)電60 000 kW·h。

1.2 安裝智能監(jiān)控管理系統(tǒng)

路燈監(jiān)控系統(tǒng)主要采用安裝在單燈上的非聯(lián)網(wǎng)型節(jié)能控制器，操作人員可以控制每盞燈的亮燈情況并及時反映到中央控制室，方便準確調(diào)度車輛進行維護，從而大大降低維修的工作量。其節(jié)能效果可以實現(xiàn)“按需照明、維護及時”的要求，避免原先要么關燈拉閘，要么不分時段、地點和環(huán)境條件全亮的弊端。在維護上，當某點出現(xiàn)故障，能及時向監(jiān)控中心報警，提高了搶修效率。由于該系統(tǒng)采用經(jīng)濟運作方式，準確合理控制開關時間，現(xiàn)已成功為我市每年節(jié)約電費15%左右。同時，也減少了派車巡燈的費用，有效節(jié)約了燈具維護費用。

此外，上海市還通過在陜西南路等路段安裝照明節(jié)電控制箱，根據(jù)市區(qū)道路照明及夜間車流量之實際情況，設置如下:晚上11點以前采用穩(wěn)壓模式，晚上11點以后至早上關燈時段采用節(jié)電模式。對其中一臺控制箱進行測試，該控制箱控制250 W的高壓鈉燈共計72盞。

安裝節(jié)能控制箱前的運行數(shù)據(jù)如下:

測試時間:2005年4月27日18:35至2005年4月28日4:53

用電量:14 771-14 533=238(kW·h)

安裝節(jié)能控制箱后的運行數(shù)據(jù)如下:

測試時間:2005年5月9日18:35至2005年5月10日4:53，穩(wěn)壓模式為18:35～23:00，節(jié)電模式為23:00～4:53

用電量:16 921-16 732=189(kW·h)

節(jié)電比率:(239-189)/238×100%=20.6%

目前，市場上大部分照明節(jié)能產(chǎn)品，都采用電磁換檔技術，這種產(chǎn)品大約在2003年下半年進入市場，如在我國廣州內(nèi)環(huán)路照明改造工程、深圳灣填海區(qū)市政道路照明工程等一些市政路燈節(jié)電項目中采用的NE系列照明調(diào)控裝置。這種采用電磁換檔控制調(diào)壓技術的主要缺點是:燈具壽命縮短。中途換檔，由于接觸器電流的切斷，導致閃斷故障電力供應，沖擊燈具，容易滅燈，燒燈。設備容易燒毀。由于違背電磁基本原理，切換時，沖擊電網(wǎng)，過壓擊穿變壓器絕緣，接觸器觸點拉弧，易燒接觸器。浪費能源，耗用珍貴資源。耗用大量稀有且高能耗的電解銅和矽鋼，在節(jié)能工作的同時，導致更大的能源浪費和稀有資源的匱乏。

由于以上的問題，許多傳統(tǒng)電磁節(jié)能產(chǎn)品，說明書上注明在商務運作時，可按時段調(diào)節(jié)電壓，而產(chǎn)品實現(xiàn)銷售后，卻往往打在固定檔位。

1.3 智能數(shù)字化調(diào)壓控制方式

1.3.1 有功節(jié)能技術

微電腦控制技術其原理是使用微電腦控制技術，系統(tǒng)實時采集輸出、輸入電壓信號，與最佳照明電壓進行比較，通過計算自動調(diào)節(jié)，從而保證輸出最佳的照明系統(tǒng)工作電壓。它的技術特點是:(1)采用微電腦技術和高可靠性的軟件和硬件設計;實現(xiàn)控制過程智能化。(2)針對電網(wǎng)電壓偏高和波動現(xiàn)象，實時對在線電源動態(tài)跟蹤，對電流連續(xù)調(diào)節(jié)、調(diào)控輸出最佳照明電壓和功率，實現(xiàn)穩(wěn)定工作電壓，減小工作電流，提高電力質(zhì)量，節(jié)約照明用電。(3)多時段節(jié)能運行?？筛鶕?jù)用戶的實際照明需求，通過程序多時段節(jié)能電壓設置，滿足用戶對不同光源、不同時段的需求，實現(xiàn)最佳照明狀態(tài)和最大節(jié)電率。(4)實現(xiàn)光源的軟啟動和慢斜波控制過程。由于采用低壓軟啟動進行充分預熱，能減少啟動電流的沖擊，有效提高光源的壽命。在調(diào)壓、穩(wěn)壓過程中，智能調(diào)控裝置采用慢斜波方式，讓電壓在設定時間內(nèi)緩慢過渡，保證光源不受電壓、電流的沖擊，降低對電光源的損壞，延長其使用壽命。(5)實現(xiàn)正弦波輸出，對電網(wǎng)無諧波污染，對浪涌電壓沖擊時及耐瞬時大負荷沖擊能力強。這類照明節(jié)電技術的實施成本雖然略高于前兩種，但由于其能實現(xiàn)智能照明調(diào)控，有效保護電光源，降低電能消耗，節(jié)能效果明顯，所以經(jīng)濟性和可靠性遠遠好于前兩種有功節(jié)能技術，是目前國際和國內(nèi)比較成熟的照明節(jié)能技術。

1.3.2 無功節(jié)能技術

微電腦智能性集中補償技術:

采用單擊或DSP芯片以及大規(guī)模集中電路作為控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，能自動跟蹤電網(wǎng)無功功率變化，快速采樣、運算并發(fā)出投切信號。開關模塊采用大功率晶閘管實現(xiàn)電容器組的零電壓投入和零電流切除，無浪涌電流沖擊，無火花和諧波干擾。該技術作為新一代的集中補償技術，目前已被廣泛應用。其主要技術特點是:(1)實現(xiàn)控制模塊的數(shù)字化和智能化，確?？刂凭冗\行的可靠性;(2)全自動分組、分段自動按需補償;(3)物理量取樣可為無功電流相角差等綜合量，改善電網(wǎng)功率因數(shù)、降低總電流，使負荷功率因數(shù)控制在0.95～0.99;(4)可根據(jù)三相無功功率的電流具體情況，選擇單相分別進行補償，不產(chǎn)生涌流沖擊;(5)采用無觸電開關，切換速度快，整機使用壽命長;(6)可靈活設定過壓、欠壓、欠流延時等參數(shù)，具有完善的越線報警和過壓、欠壓、缺相、缺零、諧波、越限保護縮閉功能，保證系統(tǒng)安全運行;(7)采用“自愈式”電容器，具有使用壽命長，可靠性強，溫升小，無需專門散熱的裝置的優(yōu)點;(8)具有數(shù)據(jù)采集功能和標準的通信接口，可實現(xiàn)遠程實時檢測和計算機聯(lián)網(wǎng)管理。此外，原有的單燈補償裝置對路燈系統(tǒng)并不會構成影響，且能更好地發(fā)揮集中補償與分散補償相結合的作用，具有很好的補償和節(jié)能效果。

當今國際上流行的節(jié)能方式是智能調(diào)控技術，采用微電腦控制系統(tǒng)，實時采集輸出、輸入電壓信號與最佳照明電壓比較，通過計算進行自動調(diào)節(jié)，在確保功能和效果的前提下，合理調(diào)整亮燈的亮度、數(shù)量和時間，包括以調(diào)光裝置、聲控、光控、時控等為主的光源控制器件。自20世紀90年代末期，荷蘭交通部對DYNO降壓調(diào)控道路照明系統(tǒng)進行測試，并對道路照明安全與節(jié)能技術進行相關研究以來的近十年間，智能照明節(jié)能調(diào)壓控制技術在歐洲不斷進行測試和推廣使用，如西班牙SALICRU電子公司開發(fā)的易路特智能照明調(diào)控系統(tǒng)。這種節(jié)能控制器效果很好，但相應的成本就高。在我國這種智能化道路照明節(jié)能控制技術尚處于起步階段。

2 小結

筆者分析了道路照明節(jié)能控制方法，可以看出價格低，污染小，且可擴展的微功率智能型節(jié)能控制器，在節(jié)省電能的同時又延長燈具的使用壽命，值得在我國推廣使用。

［1］崔元日，束惠.道路照明標準與道路照明節(jié)能［J］.光源與照明，2009(03)

［2］李景色，李鐵楠.我國道路照明新標準的特點［J］.照明工程學報，2007，18(4)