景觀照明配電的一種智能控制方案及其應(yīng)用

段衛(wèi)文，趙旋宇，李家琪，胡永紅

(1.深圳市達(dá)特照明股份有限公司，廣東 深圳 518040；2.中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510623；3.國網(wǎng)江西省電力公司永新縣供電分公司，江西 吉安 343400)

引言

景觀照明在美化城市環(huán)境，提高城市的整體形象中發(fā)揮了重要作用。早期的景觀照明工程動力電源控制電路比較簡單，大多為三相供電，與單相電壓供電比較，更具有經(jīng)濟(jì)和輸送電壓更遠(yuǎn)等效果，一般由一個四極塑殼總開關(guān)，根據(jù)負(fù)荷需求分幾路微型斷路器，中間串聯(lián)一個較大交流接器，由定時器控制交流接觸器的線圈做啟停。這種簡易的電拖照明控制有一個很大的弊端，就在交流接觸器的啟動的瞬間，容易引起微型斷路器跳閘，其主要原因有：接觸器連接有阻容吸收電路；分?jǐn)嗪螅枞菸针娐贰⒕€路電感、線路電阻形成一個RLC暫態(tài)電路；當(dāng)接觸器在上側(cè)，微型斷路器在下側(cè)時，根據(jù)JGJ/T 163—2008《城市夜景照明設(shè)計規(guī)范》，照明分支線路每一單相回路電流不宜超過30 A。各個回路微型斷路器選配往往選擇額定電流16 A、20 A、25 A、32 A四種類型。當(dāng)交流接觸器額定電流與微型斷路器不能合理匹配時，因此容易發(fā)生跳閘現(xiàn)象，且難以保證亮燈率，同時也不排除輸出回路負(fù)載直流電源過多產(chǎn)生的諧波電流產(chǎn)生的誤動作，靠人工巡檢才能發(fā)現(xiàn)亮燈效果，不能第一時間知曉現(xiàn)場情況亮燈，后期維護(hù)人力投入較大。

1 配電的智能控制方案

1)燈具選材與實驗要求。亮燈率是景觀照明重要的指標(biāo)，符合人的視覺感觀。如果不到一定要求的亮燈率，根本保證不了景觀照明的效果。首先從燈具的質(zhì)量開始，LED燈具出廠前要做老化實驗。燈具使用壽命達(dá)到設(shè)計預(yù)期壽命要求。除涵洞隧道外，景觀照明燈具大部分為室外安裝，防水等級和散熱一定要滿足當(dāng)?shù)匕惭b環(huán)境要求。為安全起見，因此常采用安全直流電壓DC 24 V供電。對燈具的一般性檢測還包括外觀檢查、安全性、光學(xué)效果、環(huán)境可靠性以及控制可靠性等。

2)配電系統(tǒng)的三級監(jiān)視。

(a)首先是對輸入主電纜總功率的監(jiān)控。對亮燈率效果的監(jiān)視，先是初始計算全亮燈具的基本恒定功率，得出一個上下限范圍值，通過統(tǒng)計功率大小，測算出比較精確亮燈功率，在系統(tǒng)中設(shè)定一個上下范圍浮動值。采用智能電量采集模塊，對功率、電流、電壓、主塑殼斷路器的電磁脫扣因素等參數(shù)與人機(jī)界面觸摸屏和智能照明控制模塊GSM進(jìn)行組網(wǎng)通信(如圖1所示)。

圖1 景觀照明配電系統(tǒng)圖Fig.1 System diagram of landscape lighting distribution

(b)針對采用市電220 V大功率的投光燈，一般單燈功率不超250 W，則由多路測控電能表與GSM智能照明控制模塊和人機(jī)界面實現(xiàn)本地與遠(yuǎn)程在線通訊監(jiān)視。對各輸出回路微型斷路器和交流接觸器的閉合開斷進(jìn)行監(jiān)視，從而判別出系統(tǒng)的運行狀態(tài)。如在發(fā)出指令要求后，出現(xiàn)采集電流電壓等參數(shù)為零，則立即發(fā)出預(yù)警。當(dāng)線路有并聯(lián)多個燈具時，可與線路電流的初設(shè)值對比，計算出亮燈率多少。

(c)最后通過電力載波通信智能電源與GSM智能照明控制模塊通訊連接。對末端低壓直流燈具并聯(lián)組串進(jìn)行監(jiān)視，可縮小監(jiān)控范圍。

3)智能照明控制模塊集中器集成軟件平臺。由GSM智能照明控制模塊、智能采集模塊、多路電能測控表和智能直流電源對斷路器開斷等電氣進(jìn)行工作狀態(tài)監(jiān)視組合成系統(tǒng)集成平臺，可以模擬建模圖形安裝位置，采用電氣照明仿真技術(shù)，使虛擬與現(xiàn)場安裝燈具和智能直流電源一致。針對哪一故障點不能正常工作，就能顯示發(fā)出報警故障，使監(jiān)視人員可以在用戶終端得到預(yù)警，同過短信貓系統(tǒng)可直接發(fā)送給維修人員，從而第一時間把反饋的問題得到處理。

結(jié)合用戶的需求，可以遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)APP改變亮燈模式,如深夜模式只保留天際線。黃金時段全部開啟，或采用節(jié)假日模式。既可以節(jié)約運行成本，又可以減少日常耗費。

2 方案的應(yīng)用

本文提出的配電方案已在貴州省黔南地區(qū)某縣城新建3A級景區(qū)小鎮(zhèn)得到應(yīng)用。該項目所在區(qū)域為54棟具有當(dāng)?shù)孛褡逄厣鹿沤ㄖ嫉孛娣e154 512 m2(約232畝)，建筑面積127 514 m2，如圖2所示，采用框架結(jié)構(gòu)，為4層的小矮樓，屋頂加裝小青瓦片裝飾和外立墻面有少數(shù)民族壁畫。

圖2 貴州省黔南地區(qū)某小鎮(zhèn)實景圖Fig.2 A real scene of a small town in the southern part of Guizhou Province

1)燈具選型和安裝方式。

a.屋面采用9 W瓦楞燈，外殼顏色與小青瓦一致。光束角為30°,色溫為2 200 K。采用結(jié)構(gòu)膠粘貼瓦片上。

b.屋檐為24 W/m洗墻燈，暗藏于屋檐木飾盒里，光束角為30°,色溫為3 000 K。采用304不銹鋼膨脹M6×80 mm螺絲固定墻體上。

c.外立面墻畫24 W/m洗墻燈，平行安裝于樓層標(biāo)識黑色腰線，燈具外殼為黑色。光束角為30°,色溫為4 000 K。采用304不銹鋼膨脹M6×80 mm。

2)控制要求。

a.維修時能手動啟動采用自保持電路，同時能采用時鐘進(jìn)行本地控制和無線遠(yuǎn)程通信的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制， 并能實現(xiàn)平日模式、節(jié)日模式各時段的啟閉。無線遠(yuǎn)程通信的方式優(yōu)先于定時器本地控制，當(dāng)無線遠(yuǎn)程通信的方式故障時或信號差不在線時，可以啟用定時器本地控制。如圖3所示。

圖3 配電系統(tǒng)二次接線圖Fig.3 Distribution system secondary wiring diagram

b.由于本案樓層高度不高，全區(qū)有均勻分布了10臺500 kVA箱變和眾多分接箱。本案配電箱輸出回路沒有采用380 V供電，對于高樓層，輸出距離遠(yuǎn)可采用380 V供電比較經(jīng)濟(jì)。

c.本案54棟建筑，根據(jù)建筑物面積大小分級，大的類似四合院單獨設(shè)配電箱控制，小的建筑物根據(jù)地形和接電點的距離分兩到三棟共用配電箱。全鎮(zhèn)區(qū)共有35個配電箱。

d.三級監(jiān)控。①采用智能采集模塊與CT相連，通過人機(jī)顯示界面對首級輸入總電源進(jìn)行電壓、電流、總功率等的監(jiān)視(如圖4所示)。②采用12路測控電能表(可擴(kuò)展)對每個一輸出回路進(jìn)行監(jiān)視。提供全方位的測量功能，如電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無功電度等基本電參數(shù)。③最后一級為智能電源通過電力載波通信與智能照明控制模塊通訊。監(jiān)視每一串燈具的電流上下限值，通過功率的計算，是否判定是否全燈運行(如圖5所示)。其他泛光照明燈具的接線方式也類似。

圖4 智能采集模塊Fig.4 Intelligent acquisition module

圖5 智能電源電力載波通信監(jiān)視燈具Fig.5 Intelligent power supply power carrier communication monitoring light

圖6 貴州省黔南地區(qū)某小鎮(zhèn)夜景照明實景圖Fig.6 The lighting scene of a small town in the southern part of Guizhou Province

3)系統(tǒng)集成平臺。對全鎮(zhèn)區(qū)54棟建筑物進(jìn)行三維建模，夜景照明實景如圖6所示。以每一臺配電箱和每一幢建筑物結(jié)合為基礎(chǔ)，加以區(qū)分編碼。對輸出回路的的每個組燈具進(jìn)行與現(xiàn)場吻合的布燈，現(xiàn)場和系統(tǒng)集中平臺模擬仿真照明都要標(biāo)注每一個智能電源的地址、編號。以便于快速查找，故障燈具或故障智能電源。通過實時通信對傳輸電流和功率與計算功率和計算電流的比對和判定，并計算結(jié)果，最終得出亮燈率。如有亮燈率達(dá)不到要求可發(fā)出預(yù)警，通過短信貓功能發(fā)送的維修人員，同時維修人員也可以通過智能照明手機(jī)APP查詢各個建筑物配電箱的運行情況和改變啟停時間。

該景觀照明配電方案具有可操作性簡單、實用性強、施工可行性安裝方便。相比以往人工巡查景觀照明燈具難以發(fā)現(xiàn)局部細(xì)微故障問題，能迅速作出判斷，解決了因巡查不到位或人工巡查不能全覆蓋與“暗區(qū)死角”等的運行中情況。

3 結(jié)語

隨著城市景觀照明建設(shè)規(guī)模越來越大，智能控制照明的需求越來越高。城市景觀照明甚至還很多更多的主功能和附加功能，如多個建筑物聯(lián)動燈光秀或全城區(qū)域聯(lián)動、浪涌保護(hù)器擊穿開關(guān)量的監(jiān)控、開配電箱門報警(防盜措施)、停電報警等。智能控制在景觀照明中的應(yīng)用不斷地創(chuàng)新，功能也越來越完善，為節(jié)省景觀照明運行與維護(hù)成本將發(fā)揮更為重要的作用。