陶建芳，姚志敏，韓立章

（邯鄲慧龍電力設(shè)計(jì)研究有限公司，河北 邯鄲，056107）

智能變電站照明設(shè)計(jì)的分析

陶建芳，姚志敏，韓立章

（邯鄲慧龍電力設(shè)計(jì)研究有限公司，河北 邯鄲，056107）

為提高智能變電站照明設(shè)計(jì)水平，提出一種智能變電站綠色照明的新方案，介紹光源光參數(shù)符合智能變電站照明要求，全壽命周期成本低，綠色環(huán)保的LED光源的選擇，并從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、主機(jī)監(jiān)控等方面分析變電站照明智能控制系統(tǒng)，通過比較分析認(rèn)為該新方案具有光源節(jié)能環(huán)保、成本低、人性化等優(yōu)點(diǎn)。

變電站；照明設(shè)計(jì)；LED光源；照明智能控制

隨著電網(wǎng)的電壓等級(jí)從超高壓到特高壓，變電站控制技術(shù)從數(shù)字化到智能化，設(shè)計(jì)理念由只注重當(dāng)前效益轉(zhuǎn)變?yōu)槿珘勖芷诔杀?，到處體現(xiàn)著創(chuàng)新和進(jìn)步。但是變電站的照明技術(shù)依然停留在20世紀(jì)末的水平。以下結(jié)合當(dāng)前照明技術(shù)的發(fā)展水平，從光源選擇、系統(tǒng)控制兩個(gè)方面提出了符合綠色照明要求的變電站照明設(shè)計(jì)方案。

1 符合綠色照明光源的選擇

GB 50034－2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中首次引進(jìn)了綠色照明的概念，綠色照明是指節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、有益于提高人們的生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)效率和生活質(zhì)量，保護(hù)身心健康的照明。因此在變電站照明光源的選擇上必須遵循這一原則。LED光源就是很好的選擇。

1.1 光參數(shù)滿足變電站照明的要求

變電站照明不同于一般的民用照明，對(duì)光源的顯色指數(shù)和啟動(dòng)性能提出了要求。主控制室、配電室、儀表室等顯色指數(shù)必須大于80，才能夠較好的還原物體的本來顏色。目前優(yōu)質(zhì)LED光源的顯色指數(shù)可以達(dá)到80～90，完全滿足變電站照明對(duì)顯色性的要求。對(duì)用于事故照明的燈具應(yīng)能夠瞬時(shí)啟動(dòng)，LED燈就具備這一功能，它不同于采用普通電磁式鎮(zhèn)流器的熒光燈，啟動(dòng)需要一定時(shí)限，LED只要接通電源瞬時(shí)點(diǎn)亮，無任何延時(shí)。

1.2 全壽命周期成本低

全壽命周期成本低是LED光源壽命長，發(fā)光效能高的集中體現(xiàn)。當(dāng)前市場中LED燈具價(jià)格遠(yuǎn)高于常規(guī)的氣體放電燈，尤其是用于工業(yè)照明的品牌。但這并不意味著使用氣體放電燈就比LED燈更加經(jīng)濟(jì)。必須從燈具的全壽命周期來分析。對(duì)于燈具而言其主要成本包括三部分：購買燈具的成本、消耗電能的成本、維護(hù)成本。而前兩項(xiàng)占了絕對(duì)大的比例。因而直接分析燈具的購買價(jià)格和所耗電費(fèi)就可以對(duì)燈具全壽命周期的成本有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。采用“百萬流明小時(shí)直接運(yùn)行費(fèi)用”，作為照明產(chǎn)品全壽命周期直觀評(píng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，計(jì)算公式如下：

百萬流明小時(shí)直接運(yùn)行費(fèi)用＝單位小時(shí)直接運(yùn)行費(fèi)用×百萬流明／燈具光通量。單位時(shí)間直接運(yùn)行費(fèi)用＝產(chǎn)品單位時(shí)間成本＋單位時(shí)間電費(fèi)＝產(chǎn)品成本／產(chǎn)品壽命＋功率×每度電費(fèi)＝光源成本／產(chǎn)品壽命＋燈具成本／產(chǎn)品壽命＋功率×每度電費(fèi)。從上面的公式可以看出，百萬流明小時(shí)直接運(yùn)行費(fèi)用是發(fā)百萬流明光的初始成本，運(yùn)行成本平均到了單位時(shí)間內(nèi)。那么該數(shù)值越大，燈具的全壽命周期成本就越高。

下面以18W直管熒光燈、400W金屬鹵化物燈和40WLED投光燈為例，計(jì)算其百萬流明小時(shí)直接運(yùn)行費(fèi)用［1］。

表1 百萬流明小時(shí)直接運(yùn)行費(fèi)用對(duì)照

從計(jì)算結(jié)果可以看出，1h中每發(fā)百萬流明光的成本金屬鹵化物燈最高，熒光燈次之，LED燈最低。雖然在這幾種燈具中LED燈是最貴的，但通過百萬流明小時(shí)直接運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算對(duì)比，非常直觀的看出LED燈全壽命周期內(nèi)成本是最低的。

根據(jù)表1中百萬流明小時(shí)直接運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算，百萬流明小時(shí)直接運(yùn)行費(fèi)用與產(chǎn)品的價(jià)格和和功率成正比，與產(chǎn)品的壽命和光通量成反比，即價(jià)格低，功率越低，壽命越長，光通量越大，全壽命周期內(nèi)產(chǎn)生的費(fèi)用越低。目前LED燈的價(jià)格還偏高，全壽命周期成本優(yōu)勢并不十分明顯，但其價(jià)格下降和發(fā)光效能提升的空間還很大，隨著技術(shù)進(jìn)步，全壽命周期成本優(yōu)勢會(huì)越來越顯著。

1.3 綠色環(huán)保

LED光源是半導(dǎo)體發(fā)光二極管，屬于綠色環(huán)保材料，外殼不易損壞，不含有毒物質(zhì)，而且可以循環(huán)利用。LED燈在工頻220V電壓下工作時(shí)，交流220V電壓并不同于白熾燈直接加在LED燈上，而是通過一個(gè)降壓整流電路后對(duì)LED燈進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)，所以它在工作的過程中不會(huì)出現(xiàn)頻閃，在這樣的環(huán)境中工作眼睛不容易疲勞，有益身心健康。

2 變電站照明的智能控制方式

照明智能控制是指利用計(jì)算機(jī)、無線通信數(shù)據(jù)傳輸、擴(kuò)頻電力載波通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術(shù)組成的分布式無線遙測、遙控、遙訊控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的智能化控制。

2.1 照明智能控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇

智能照明控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有總線型和混合型兩種?？偩€型較為靈活，擴(kuò)展容易，多為獨(dú)立控制，成本低?；旌闲蛣t相對(duì)較為可靠，傳輸速度快，網(wǎng)絡(luò)故障后修復(fù)容易。對(duì)于變電站來說，整個(gè)照明系統(tǒng)比較簡單，燈具數(shù)量少，控制方式簡單，數(shù)據(jù)量小，區(qū)別于大型寫字樓、體育場館、車站機(jī)場等大型復(fù)雜的照明系統(tǒng)，因此通常選用總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既滿足了變電站智能照明的需求，同時(shí)投資經(jīng)濟(jì)，不需要專業(yè)的維護(hù)人員，運(yùn)行、維護(hù)成本也較低。

2.2 照明智能控制系統(tǒng)的構(gòu)成

2.2.1 系統(tǒng)單元

一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接單元，由供電單元、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模塊、系統(tǒng)控制模塊構(gòu)成。主要用來提供工作電源、系統(tǒng)對(duì)時(shí)以及多種接口。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)輸入輸出設(shè)備的通信，并完成與系統(tǒng)后臺(tái)之間的信息交換。

2.2.2 輸入單元

這一單元由液晶顯示觸摸屏、遙控器、控制面板、傳感器等構(gòu)成。主要是把外部控制信息轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)傳播信息。液晶顯示觸摸屏、遙控器對(duì)燈光進(jìn)行調(diào)節(jié)和開關(guān)。人體傳感器捕捉人體的動(dòng)態(tài)，照度傳感器對(duì)環(huán)境的照度進(jìn)監(jiān)測，據(jù)此來調(diào)控照度。

2.2.3 輸出單元

輸出單元由開關(guān)控制模塊、調(diào)光控制模塊、開關(guān)量控制模塊、單元控制模塊構(gòu)成。多數(shù)用在對(duì)來源于網(wǎng)絡(luò)輸出信息的接收，用來控制對(duì)應(yīng)的回路，以達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。

2.3 照明智能控制功能的確定

目前大多數(shù)變電站是無人值班變電站，遵循“兩型一化”智能變電站進(jìn)行建設(shè)，定位為工業(yè)建筑，人員活動(dòng)較少。因此在控制功能選擇時(shí)應(yīng)按照節(jié)能為主，兼顧便利和舒適的原則，認(rèn)為應(yīng)具有以下功能。

2.3.1 遠(yuǎn)程集中控制及就地控制功能

變電站中通常設(shè)有遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能，能夠隨時(shí)對(duì)主設(shè)備進(jìn)行視頻監(jiān)控，但往往因?yàn)槠渥陨淼墓庠凑斩炔粔?，影響了監(jiān)控的效果。照明遠(yuǎn)程控制就很好的解決了這一問題；就地控制功能為運(yùn)行檢修人員進(jìn)入現(xiàn)場后的操作提供了便利。

2.3.2 自動(dòng)開啟照明設(shè)備

人體感應(yīng)功能能夠?qū)崿F(xiàn)人來燈亮，人去燈滅，避免了由于工作人員的疏忽導(dǎo)致忘記關(guān)燈的情況。對(duì)于無人值班站一次巡視中忘記關(guān)燈，就意味著下一次巡視時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，這必然會(huì)浪費(fèi)大量電能。同時(shí)也免去了工作人員進(jìn)門開燈、出門關(guān)燈的麻煩，使用更加人性化。

2.3.3 事故照明自動(dòng)切換

全站交流失電后，啟動(dòng)事故照明。由于LED燈交直流兩用，那么就可以取消常規(guī)專用事故照明白熾燈，而利用正常照明的部分支路作為事故照明之用，這在邯鄲雙塔220kV變電站、翟固220 kV變電站已經(jīng)有了應(yīng)用實(shí)例，運(yùn)行效果良好。

2.3.4 線路及燈具故障報(bào)警

當(dāng)燈具和照明線路出現(xiàn)故障或被盜時(shí)，照明智能控制系統(tǒng)能自動(dòng)向主站報(bào)警，以便及時(shí)處理。為燈具狀態(tài)檢修提供依據(jù)。當(dāng)前變電站均采用無人值班模式。運(yùn)行、維護(hù)人員集中到集控站。如果光源頻繁損壞，勢必建立常態(tài)巡視制度，定期對(duì)各站的燈具進(jìn)行檢查，這就帶來了大量的更換、維護(hù)工作。以邯鄲地區(qū)為例，邯鄲市共有130座市屬變電站，按照每個(gè)季度巡視一次，一年就是520次，車輛臺(tái)班費(fèi)、人工費(fèi)、油費(fèi)、路橋費(fèi)累計(jì)起來也是一筆不小的成本支出。

2.4 監(jiān)控主機(jī)的設(shè)置

一般智能照明廠家一并提供監(jiān)控主機(jī)和控制軟件，作為集中監(jiān)控之用，并完成與上一級(jí)主站的通信。但因照明控制而增加專用監(jiān)控主機(jī)會(huì)造成設(shè)備的重復(fù)配置。新建的智能變電中均配置一套智能監(jiān)測與輔助控制系統(tǒng)，集成站內(nèi)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測、火災(zāi)報(bào)警、視頻監(jiān)視、脈沖電網(wǎng)、主變消防及采暖通風(fēng)等子系統(tǒng)，通過對(duì)站內(nèi)煙霧、溫度、濕度、紅外、圖像等傳感器以及開關(guān)、設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志等進(jìn)行綜合判斷，采用圖像處理、模式識(shí)別等技術(shù)并聯(lián)動(dòng)其它設(shè)備進(jìn)行智能處理。對(duì)于燈具的監(jiān)控，其數(shù)據(jù)量并不是很大，因此建議在設(shè)計(jì)前期與智能輔助系統(tǒng)廠家聯(lián)系，軟件及界面設(shè)計(jì)時(shí)將照明的智能控制一并考慮，實(shí)現(xiàn)資源整合。

照明智能控制從分區(qū)上屬于管理信息大區(qū)，其數(shù)據(jù)通過智能輔助系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)并通過隔離裝置與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)交換信息。智能監(jiān)測與輔助控制系統(tǒng)將信息通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至集控中心和生產(chǎn)運(yùn)行單位。

3 結(jié)束語

從以上分析可以看出，LED光源不但光學(xué)參數(shù)滿足變電站照明要求，而且同傳統(tǒng)的氣體放電光源相比全壽命周期成本低，是一種低碳環(huán)保的綠色照明產(chǎn)品，因此變電站照明應(yīng)優(yōu)選LED光源。以更加節(jié)能、環(huán)保、低成本的LED光源取代傳統(tǒng)的氣體放電燈，用節(jié)約成本、人性化的智能控制方式代替常規(guī)的手動(dòng)控制方式是綠色照明的要求，是科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

［1］GB 19043－2013，普通照明用雙端熒光燈能效限定值及能效等級(jí)［S］.

本文責(zé)任編輯：丁 力

AnalysisonIntelligentSubstationLightingDesign

Tao Jianfang，Yao Zhimin，Han Lizhang
（Handan Huilong Electric Power Design ＆ Research Co.Ltd，Handan 056107China）

To improve the level of lighting design of smart transformer substation，a new design proposal of green lighting in smart substation is presented.By analyzing the new scheme＇s features in aspects of LED light sources＇fulfilling the requirements of smart substation lighting，low life-cycle cost，environmental protection，etc.，the substation smart lighting control system is expounded in ways of system structure or function and host computer monitoring.And the new design scheme＇s advantages is energy saving，low cost，user-friendly are concluded through comparing and analysis.

substation；lighting design；LED lighting source；lighting intelligent control

TM63

A

1001-9898（2015）03-0021-03

2015-01-15

陶建芳（1973－），男，工程師，主要從事電氣一次設(shè)計(jì)工作。