李 辛

(國網(wǎng)長春供電公司城西輸變電運(yùn)檢中心,長春 136100)

電力變電站作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，負(fù)責(zé)將高壓電能轉(zhuǎn)換為低壓電能，以供各類電力設(shè)備和終端用戶使用[1]。在變電站內(nèi)部，照明系統(tǒng)是維持運(yùn)行安全和人員工作效率的基本設(shè)施之一。然而，傳統(tǒng)照明系統(tǒng)在能源消耗、管理效率和安全性方面存在一系列挑戰(zhàn)，迫切需要創(chuàng)新性解決方案。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，為解決傳統(tǒng)照明系統(tǒng)存在的問題提供了全新可能性。

1 長春市政路燈工程概述

長春市政變電站工程代表著現(xiàn)代變電站發(fā)展趨勢，其設(shè)計中融入了大量智能化、自動化的管理元素，旨在實(shí)現(xiàn)更高運(yùn)行效率和更佳能源利用率。智能照明控制系統(tǒng)在此工程中扮演著關(guān)鍵角色，該系統(tǒng)基于多感應(yīng)器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，配備了自適應(yīng)調(diào)光能力LED燈具，并集成了智能控制單元，用于精確調(diào)控照明強(qiáng)度，完全符合變電站內(nèi)部環(huán)境的實(shí)際需求[2]。

2 長春市政路燈工程變電站智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)

2.1 控制系統(tǒng)硬件配置

在智能照明控制系統(tǒng)的硬件配置層面，長春市政變電站工程綜合考量了穩(wěn)定性、效能和未來技術(shù)升級空間。首先，中央控制單元（CCU）的核心是一款工業(yè)級微處理器，其主要特點(diǎn)包括但不限于多核處理能力、高速緩存以及高速IO接口，確保了系統(tǒng)快速響應(yīng)和處理大量傳感器數(shù)據(jù)的能力[3]。此外，CCU具備模塊化設(shè)計，可以根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)展各種功能模塊。同時該項目還配備了可編程邏輯控制器（PLC），用于處理更為復(fù)雜的控制任務(wù)和邏輯運(yùn)算?？刂茊卧ㄟ^冗余設(shè)計，包含了雙CPU配置，確保在主CPU出現(xiàn)故障時備用CPU能立即接管，從而實(shí)現(xiàn)了99.999%的高可用性。為應(yīng)對可能出現(xiàn)的電網(wǎng)不穩(wěn)定情況，系統(tǒng)還集成了UPS（不間斷電源），可以在主電源中斷時提供至少30 min的電源支持，保障控制系統(tǒng)不受影響繼續(xù)運(yùn)行。

在照明器具上，該項目采用高效能LED燈具，其不僅具有長壽命和高光效，而且支持無極調(diào)光，可以在0～100%范圍內(nèi)任意調(diào)整亮度，完全滿足變電站照明需要。每盞燈具均配備了獨(dú)立智能模塊，使其可以實(shí)現(xiàn)單燈控制和監(jiān)測，極大提升系統(tǒng)靈活性和故障定位的便捷性。在傳感器配置方面，項目根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景選擇了光敏傳感器、紅外移動傳感器、溫濕度傳感器等一系列高精度傳感器，可以準(zhǔn)確地感應(yīng)環(huán)境變化和人員移動，其傳感器通過數(shù)字信號處理器（DSP）進(jìn)行信號預(yù)處理，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和傳輸?shù)膶?shí)時性。整個照明控制系統(tǒng)的硬件組件通過工業(yè)以太網(wǎng)互聯(lián)，使用了冗余雙網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，能夠保證網(wǎng)絡(luò)通訊穩(wěn)定和可靠，表1為智能照明控制系統(tǒng)硬件配置的具體數(shù)據(jù)。

表1 系統(tǒng)硬件配置

2.2 電氣連接與布線設(shè)計

在長春市政變電站工程智能照明控制系統(tǒng)中，電氣連接與布線設(shè)計是確保系統(tǒng)整體穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。首先，在布線結(jié)構(gòu)設(shè)計上，本工程采取了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)優(yōu)勢在于，當(dāng)任一終端出現(xiàn)問題時，不會影響其他分支，從而有效減少系統(tǒng)故障對整體照明的影響，同時也便于快速準(zhǔn)確地定位和隔離問題所在。每條線路均能夠單獨(dú)斷開，不會因單點(diǎn)故障而影響整體系統(tǒng)。電纜選擇上，采用耐高溫阻燃材料，以符合最嚴(yán)格的國家安全標(biāo)準(zhǔn)[4]。電纜的敷設(shè)均遵守電氣工程布線規(guī)范，例如：在穿過墻體和地板時采用金屬管道或阻燃管道保護(hù)，即便在火災(zāi)等極端條件下布線系統(tǒng)也能保持完整，盡最大努力避免火災(zāi)擴(kuò)散。供電方式上，實(shí)施了雙回路供電系統(tǒng)，關(guān)鍵區(qū)域和設(shè)備均被納入至少兩條供電路徑之中，當(dāng)一條供電路徑出現(xiàn)故障時，另一條能夠立即接管，確保照明不中斷。照明控制線路獨(dú)立于主供電線路，可以通過控制器界面或遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行操作，不僅保證維護(hù)或測試時的安全性，還增加了操作靈活性。當(dāng)照明系統(tǒng)需要升級或維護(hù)時，通過控制系統(tǒng)可以迅速將相關(guān)電路切換至維護(hù)模式，從而不影響主供電系統(tǒng)正常工作。另外，為提升系統(tǒng)的智能響應(yīng)能力，布線設(shè)計中還嵌入了傳感網(wǎng)絡(luò)，使各類傳感器信號可以快速傳輸?shù)街醒肟刂茊卧?。傳感器電源和信號線同樣進(jìn)行了獨(dú)立布線，既保證了信號準(zhǔn)確和穩(wěn)定傳輸，又避免了與主電力線路產(chǎn)生干擾。

2.3 軟件與控制邏輯編程

首先，軟件設(shè)計基于高實(shí)時性RTOS，利用了模塊化設(shè)計理念，以保證各功能組件獨(dú)立性和易于維護(hù)性。系統(tǒng)軟件采用了事件驅(qū)動架構(gòu)，允許系統(tǒng)在傳感器輸入發(fā)生變化時迅速響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)高效控制邏輯。通過實(shí)施模糊邏輯與比例-積分-微分（PID）控制算法的混合策略，軟件能在各種環(huán)境光線條件下提供穩(wěn)定而準(zhǔn)確的照明調(diào)節(jié)。例如，系統(tǒng)會根據(jù)光敏傳感器反饋的實(shí)時光照強(qiáng)度來調(diào)整LED燈具的亮度，以維持設(shè)定照明水平[5]。此外，軟件編程中還特別注意了人體活動動態(tài)響應(yīng)，利用紅外移動傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，偵測到人員活動并自動開啟或關(guān)閉相應(yīng)區(qū)域的照明，從而實(shí)現(xiàn)能源有效利用。對于系統(tǒng)運(yùn)行時間策略，編程中設(shè)定了多個時間段，配合定時器使用，可以在夜間或非高峰時段降低照明強(qiáng)度，進(jìn)一步優(yōu)化能耗。同時，編程邏輯中嵌入了自我診斷算法，能夠定期自檢，及時發(fā)現(xiàn)燈具、傳感器或通信接口的異常，并通過中央監(jiān)控界面向操作維護(hù)人員報告。一旦檢測到故障，自動切換到備用方案或啟動緊急照明模式，確保變電站連續(xù)運(yùn)行。在實(shí)施過程中，系統(tǒng)軟件的各個功能模塊和控制邏輯均經(jīng)過了嚴(yán)格測試和優(yōu)化，以保證其在實(shí)際應(yīng)用場景中的性能和穩(wěn)定性。軟件界面設(shè)計直觀易用，確保操作和維護(hù)人員能輕松進(jìn)行系統(tǒng)配置和狀態(tài)監(jiān)控。

3 長春市政路燈工程變電站智能照明控制系統(tǒng)的集成與應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)集成與調(diào)試

變電站智能照明控制系統(tǒng)的系統(tǒng)集成與調(diào)試環(huán)節(jié)，是將多個子系統(tǒng)和組件融合成為一個完整功能體的關(guān)鍵步驟。這一過程中，技術(shù)人員需要精確協(xié)調(diào)軟硬件之間的互動，保證各部分兼容性和整體的協(xié)同工作。集成過程首先從硬件開始，涉及控制器、傳感器、照明裝置等多個層面。各硬件組件需要被精確地安裝于其服務(wù)位置，并進(jìn)行物理連接。這一階段挑戰(zhàn)在于確保所有電氣連接的正確性和安全性，尤其是在接線和電纜布局方面，必須嚴(yán)格遵守行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。電纜選擇和布局應(yīng)充分考慮抗干擾能力和長期耐久性，以保障信號傳輸?shù)姆€(wěn)定和系統(tǒng)長期運(yùn)行的可靠性。在軟件層面，需要加載和配置控制算法，其算法決定了照明控制邏輯，根據(jù)傳感器反饋的數(shù)據(jù)做出調(diào)光決策。此外，還需配置通信協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)智能照明系統(tǒng)與變電站其他管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。調(diào)試過程中，程序穩(wěn)定性、響應(yīng)時間、異常處理能力是重點(diǎn)測試和優(yōu)化對象。調(diào)試環(huán)節(jié)需要對系統(tǒng)進(jìn)行全面的功能驗證，確保每個控制指令都能準(zhǔn)確執(zhí)行，包括對時序控制檢驗，驗證是否所有照明設(shè)備按照預(yù)定計劃響應(yīng)；對故障檢測機(jī)制的測試，保證在出現(xiàn)故障時系統(tǒng)能及時報警并采取應(yīng)對措施；對系統(tǒng)自動化程度的確認(rèn)，確保系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境變化自動調(diào)整照明條件，減少人為干預(yù)。此外，調(diào)試過程中還應(yīng)驗證系統(tǒng)可擴(kuò)展性和升級維護(hù)便利性，為系統(tǒng)未來更新和維護(hù)打下基礎(chǔ)。

3.2 環(huán)境適應(yīng)性測試

首先，環(huán)境適應(yīng)性測試包括溫度和濕度變化測試，考慮到變電站可能位于高溫或低溫的環(huán)境，智能照明系統(tǒng)必須在這些極端條件下保持正常運(yùn)行。溫度適應(yīng)性測試確保控制器、傳感器、照明設(shè)備的物理材料和電路設(shè)計能承受預(yù)期的溫度范圍，同時保證熱管理系統(tǒng)能有效散熱或保溫，防止設(shè)備因過熱或過冷而失效。濕度測試則是為了驗證系統(tǒng)組件在高濕環(huán)境中的抗腐蝕能力和絕緣性，防止?jié)穸纫l(fā)的短路或腐蝕問題。除了溫濕度，環(huán)境適應(yīng)性測試還需要模擬風(fēng)速、塵埃、鹽霧、震動等物理和化學(xué)因素的影響，確保系統(tǒng)機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性。

此外，在環(huán)境適應(yīng)性測試中，還應(yīng)特別考慮光線強(qiáng)度的變化對系統(tǒng)的影響。雖然夜間照明不受日照直接影響，但系統(tǒng)的光感傳感器需要在不同光照條件下準(zhǔn)確工作，以確保在夜間或光線不足的環(huán)境中自動調(diào)整照明強(qiáng)度，系統(tǒng)設(shè)計時仍須考慮到日間環(huán)境光變化。因此，系統(tǒng)需進(jìn)行模擬日照變化的測試，旨在驗證光感傳感器在白天不同光照水平下的響應(yīng)性和準(zhǔn)確性。即使在日間的強(qiáng)光或暮色中，系統(tǒng)也能準(zhǔn)確判斷環(huán)境光線條件，并在夜間或光照不足時，自動調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度，以保持恒定和適宜的照明水平。通過此種方式，智能照明控制系統(tǒng)不僅能夠應(yīng)對極端氣候條件，而且還能適應(yīng)日夜及季節(jié)性光照變化，確保照明效果的連續(xù)性和一致性。

3.3 性能監(jiān)測與數(shù)據(jù)記錄

在變電站智能照明控制系統(tǒng)的實(shí)施中，性能監(jiān)測與數(shù)據(jù)記錄是確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。此環(huán)節(jié)主要通過系統(tǒng)內(nèi)建監(jiān)測工具，持續(xù)跟蹤和記錄照明系統(tǒng)的性能參數(shù)，以及不同環(huán)境和操作條件下的具體表現(xiàn)。性能監(jiān)測覆蓋了從能源消耗、光照強(qiáng)度到系統(tǒng)響應(yīng)時間等多個維度[6]。系統(tǒng)內(nèi)的傳感器可以實(shí)時監(jiān)測光線強(qiáng)度、人員活動和能耗等數(shù)據(jù)，確保照明系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的控制邏輯自動調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度，及時響應(yīng)環(huán)境變化。數(shù)據(jù)記錄則涉及收集和存儲這些監(jiān)測數(shù)據(jù)，不僅為系統(tǒng)維護(hù)提供依據(jù)，同時也為后續(xù)的系統(tǒng)優(yōu)化和升級提供了寶貴的信息。性能監(jiān)測與數(shù)據(jù)記錄過程如表2所示。

表2 性能監(jiān)測與數(shù)據(jù)記錄過程

表2展示了智能照明控制系統(tǒng)性能監(jiān)測的多個關(guān)鍵參數(shù)及其測量值范圍。通過連續(xù)監(jiān)測和記錄，技術(shù)團(tuán)隊可以對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時調(diào)整和維護(hù)。例如，如果監(jiān)測到的能源消耗超過正常范圍，可能提示燈具或控制系統(tǒng)存在故障；如果系統(tǒng)響應(yīng)時間長于預(yù)期，可能表明傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)性能下降，需要檢查或更換。

此外，累計運(yùn)行時間、通信故障次數(shù)及燈具故障率等數(shù)據(jù)對于評估系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。通信故障次數(shù)的數(shù)據(jù)有助于評估工業(yè)以太網(wǎng)的穩(wěn)定性，而燈具故障率則直接關(guān)系到照明系統(tǒng)維護(hù)成本和周期。

4 結(jié)論

綜上所述，實(shí)施與測試階段結(jié)果表明，本研究提出的智能照明系統(tǒng)在實(shí)際變電站環(huán)境中表現(xiàn)出色，其性能穩(wěn)定可靠，為變電站運(yùn)行提供了重要支持。未來，應(yīng)期待進(jìn)一步研究和實(shí)踐，不斷優(yōu)化智能照明系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用，以滿足電力變電站的升級需求。