城市道路照明節能技術淺析

張阿旬

(咸陽市路燈管理處，咸陽712000)

0 引言

為進一步構筑節能降耗、綠色環保的生態城市結構，促進經濟、文化和諧統一地可持續發展，在城市道路照明領域積極探索和引進照明節能技術具有重要的意義。傳統的道路照明系統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，研制和開發高效實用的道路照明節能方法和控制系統就顯得十分必要。目前，在路燈照明節能方面，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，合理調整亮燈數量和時間可直接降低能耗。據調查，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、工業區和生活區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，發熱嚴重，壽命縮短。

(2)功率不能平衡，威脅電網安全。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，提高網絡的功率因數具有極為重要的作用。目前，常用的道路無功節能技術有三種: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域，由于遍布路、街、巷、小區等的燈具類型不同，光源種類不同，特別是多數地段安裝不同功率的光源，于是整個供電系統的功率因數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、自動調控無功功率的特點。其缺點是觸電電流大，有涌流產生，易燒毀觸點，縮短接觸器、電容器使用的壽命，而且轉換開關時間長，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，還需注意選用優質節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，必須串聯一個具有正的伏安特性的元件來平衡其影響，比如鎮流器。目前采用的比較多的是電感鎮流器，優質電感鎮流器具備阻抗穩定性和伏安性好，功率因素高，功率損耗低的特點。這樣才能穩定燈泡的工作電流，延長燈泡的使用壽命。

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

1.2 安裝智能監控管理系統

路燈監控系統主要采用安裝在單燈上的非聯網型節能控制器，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，方便準確調度車輛進行維護，從而大大降低維修的工作量。其節能效果可以實現“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、地點和環境條件全亮的弊端。在維護上，當某點出現故障，能及時向監控中心報警，提高了搶修效率。由于該系統采用經濟運作方式，準確合理控制開關時間，現已成功為我市每年節約電費15%左右。同時，也減少了派車巡燈的費用，有效節約了燈具維護費用。

此外，上海市還通過在陜西南路等路段安裝照明節電控制箱，根據市區道路照明及夜間車流量之實際情況，設置如下:晚上11點以前采用穩壓模式，晚上11點以后至早上關燈時段采用節電模式。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。

安裝節能控制箱前的運行數據如下:

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)

安裝節能控制箱后的運行數據如下:

測試時間:2005年5月9日18:35至2005年5月10日4:53，穩壓模式為18:35～23:00，節電模式為23:00～4:53

用電量:16 921-16 732=189(kW·h)

節電比率:(239-189)/238×100%=20.6%

目前，市場上大部分照明節能產品，都采用電磁換檔技術，這種產品大約在2003年下半年進入市場，如在我國廣州內環路照明改造工程、深圳灣填海區市政道路照明工程等一些市政路燈節電項目中采用的NE系列照明調控裝置。這種采用電磁換檔控制調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，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，許多傳統電磁節能產品，說明書上注明在商務運作時，可按時段調節電壓，而產品實現銷售后，卻往往打在固定檔位。

1.3 智能數字化調壓控制方式

1.3.1 有功節能技術

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，通過計算自動調節，從而保證輸出最佳的照明系統工作電壓。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;實現控制過程智能化。(2)針對電網電壓偏高和波動現象，實時對在線電源動態跟蹤，對電流連續調節、調控輸出最佳照明電壓和功率，實現穩定工作電壓，減小工作電流，提高電力質量，節約照明用電。(3)多時段節能運行。可根據用戶的實際照明需求，通過程序多時段節能電壓設置，滿足用戶對不同光源、不同時段的需求，實現最佳照明狀態和最大節電率。(4)實現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。在調壓、穩壓過程中，智能調控裝置采用慢斜波方式，讓電壓在設定時間內緩慢過渡，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)實現正弦波輸出，對電網無諧波污染，對浪涌電壓沖擊時及耐瞬時大負荷沖擊能力強。這類照明節電技術的實施成本雖然略高于前兩種，但由于其能實現智能照明調控，有效保護電光源，降低電能消耗，節能效果明顯，所以經濟性和可靠性遠遠好于前兩種有功節能技術，是目前國際和國內比較成熟的照明節能技術。

1.3.2 無功節能技術

微電腦智能性集中補償技術:

采用單擊或DSP芯片以及大規模集中電路作為控制模塊和數據采集模塊，能自動跟蹤電網無功功率變化，快速采樣、運算并發出投切信號。開關模塊采用大功率晶閘管實現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)實現控制模塊的數字化和智能化，確保控制精度運行的可靠性;(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，改善電網功率因數、降低總電流，使負荷功率因數控制在0.95～0.99;(4)可根據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，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點;(8)具有數據采集功能和標準的通信接口，可實現遠程實時檢測和計算機聯網管理。此外，原有的單燈補償裝置對路燈系統并不會構成影響，且能更好地發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能效果。

當今國際上流行的節能方式是智能調控技術，采用微電腦控制系統，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節，在確保功能和效果的前提下，合理調整亮燈的亮度、數量和時間，包括以調光裝置、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降壓調控道路照明系統進行測試，并對道路照明安全與節能技術進行相關研究以來的近十年間，智能照明節能調壓控制技術在歐洲不斷進行測試和推廣使用，如西班牙SALICRU電子公司開發的易路特智能照明調控系統。這種節能控制器效果很好，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能控制器，在節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)