路燈節(jié)能監(jiān)控防盜系統(tǒng)
一、系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)充分利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)對日益快速發(fā)展的城市路燈實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控和智能化的科學(xué)管理,是集節(jié)能、監(jiān)控、防盜于一體的系統(tǒng)。下面將介紹本系統(tǒng)的構(gòu)成及主要功能。
二、路燈照明節(jié)電系統(tǒng)
2.1路燈照明引入節(jié)電的意義
現(xiàn)代城市道路照明在整體城市的亮燈工程中占據(jù)著舉足輕重的地位,設(shè)計(jì)時(shí),道路照明的數(shù)量和質(zhì)量,良好的誘導(dǎo)性,投資低,耗電少,即既要經(jīng)濟(jì),又要節(jié)能,運(yùn)行安全可靠,技術(shù)的先進(jìn)性等等方面的高水準(zhǔn),一切都代表著現(xiàn)代城市的文明和文明城市的現(xiàn)代化。
由于城市化的進(jìn)程日益加快,路燈照明的用電量也在不斷上升,國家二次能源---電力能源在能源終端的消費(fèi)比例也在快速上升。隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速增長,電力吃緊的局面并未得到根本的改變。同時(shí),另一方面,又存在著大量電力浪費(fèi)的現(xiàn)象,據(jù)“MICROENERGY(NZ)LTD”2001年對中國電力消費(fèi)的調(diào)研年報(bào)指出:在對中國2000年各省的《統(tǒng)計(jì)年鑒》、中國統(tǒng)計(jì)網(wǎng)和中國能源協(xié)會等的耗電信息分析后得出結(jié)論----中國大陸節(jié)電市場份額每年高達(dá)3000億元人民幣,換句話說,即每年存在著3000億元人民幣的電力浪費(fèi)。為此,國家政府自1995年來相繼頒布了《中華人民共和國電力法》、《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》、1997年人大通過的《中華人民共和國節(jié)約能源法》、《重點(diǎn)單位用電管理辦法》及國家經(jīng)貿(mào)委與國家發(fā)展計(jì)劃委員會頒發(fā)的《節(jié)約用電管理辦法》等等重要法律、法規(guī)和指導(dǎo)性政策,特別強(qiáng)調(diào)了節(jié)能的重大意義及必要措施。
2.2路燈照明節(jié)電的技術(shù)分析
根據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委和國家發(fā)展計(jì)劃委頒發(fā)的《節(jié)約用電管理辦法》第十七條的第(六)項(xiàng)推廣高頻可控硅調(diào)壓裝置和節(jié)能型變壓器。對于燈光照明系統(tǒng)的節(jié)電,它首先是屬于公共系統(tǒng)的用電,如果用可控硅控制的節(jié)能裝置,勢必會引來諧波問題;應(yīng)用節(jié)能型變壓器,相對而言,它具有明顯的優(yōu)勢,即本身不產(chǎn)生諧波,無諧波干擾的問題,且具有抗電磁波干擾的特點(diǎn)。目前,國際上比較通用的節(jié)電方法也是采用控制晶閘管導(dǎo)通角的移相調(diào)壓技術(shù)和電磁電壓技術(shù)進(jìn)行節(jié)電的方法,其節(jié)電效果比較明顯,也已被廣泛證實(shí)為行之有效的節(jié)電手段。當(dāng)然還有電容補(bǔ)償、瞬間濾波等技術(shù)的節(jié)電方法,但有功節(jié)電的效果并不十分顯著。
根據(jù)節(jié)能型變壓器延伸而研制的節(jié)電主機(jī),其理論核心就是傳統(tǒng)的DVR(電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)),由70年以來開始流行。當(dāng)時(shí)的電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)是針對供電線路系統(tǒng)級的調(diào)整方案。供電部門為緩解用電高峰的用電問題,往往采取整條線路進(jìn)行調(diào)整電壓的方法,以降低電能整體消耗,滿足更多用電客戶的需求。但是這樣做往往又使線路末端用戶的電壓太低而不能滿足用戶的設(shè)備正常工作要求。隨著DVR技術(shù)的不斷研究以及現(xiàn)代微電子技術(shù)的快速發(fā)展,其節(jié)能型變壓器被賦于新的內(nèi)容,其本身的材質(zhì)和物理消耗得到大大的改進(jìn)、同時(shí)借助現(xiàn)代電子技術(shù),使其智能化運(yùn)用水平得到不斷的提升,進(jìn)而發(fā)展具有專業(yè)節(jié)電功能和性能的智能化節(jié)電管理系統(tǒng),其DVR技術(shù)的運(yùn)用也被賦予全新的含義,即實(shí)現(xiàn)用戶級的電壓智能化調(diào)節(jié),且不必發(fā)更多的成本去改造原先設(shè)計(jì)的電力線路,同時(shí)還達(dá)到系統(tǒng)的擴(kuò)容目的。這種節(jié)電技術(shù)原理簡單,既經(jīng)濟(jì),又安全可靠,無諧波,具有較好的節(jié)能效果。
2.3節(jié)電基本原理
本系統(tǒng)節(jié)電原理是將供電系統(tǒng)的輸入電壓予以優(yōu)化,采用DVR(電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié))AC—AC直接變換技術(shù)調(diào)整剩余電壓,使饋送給燈光負(fù)載的電壓為最適宜值,達(dá)到既實(shí)現(xiàn)節(jié)電又保證照明要求雙重目的。它的主機(jī)是采用優(yōu)質(zhì)的電磁材料進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)的高效率單卷鐵磁繞組,實(shí)現(xiàn)用最小的主機(jī)容量控制比自身大10倍以上負(fù)載容量的目的,與常規(guī)變壓器比較,其體積和重量降低1/3—1/4。
根據(jù)電工基本原理P=V2/R,設(shè)燈光上施加的電壓為V,燈光的阻抗(為簡單比喻起見)設(shè)為阻性的電阻R,那么它在電壓V下所消耗的功率為P,若適當(dāng)降低電壓到V1值,則這時(shí)消耗的功率P1將隨電壓的平方關(guān)系下降。而P1小于原有電壓V時(shí)所消耗的功率P,其有功節(jié)電率可表示為:
ε%=(1-V12/V2)×100%
只要電壓下降的幅度小于額定電壓的10%,則對絕大部分電器設(shè)備均可無妨礙地使用。
這類節(jié)電主機(jī)的最大特點(diǎn)是不產(chǎn)生諧波,無諧波干擾,對各種燈光均適用,只是不同的燈光,其節(jié)電效果略有差異,但對延長燈具壽命和減少維護(hù)工作量上更具有重要意義。
這種利用電磁調(diào)壓的節(jié)電主機(jī),附有智能控制電路,以保證用電設(shè)備在任何供電情況及設(shè)備出現(xiàn)異常狀態(tài)下的自動(dòng)處理能力,如:延時(shí)起動(dòng)、突然欠壓、、缺相和空載自動(dòng)旁通、大電流分?jǐn)啾Wo(hù)能力等,特別是針對路燈照明的特點(diǎn),進(jìn)行分時(shí)斷控制調(diào)壓,如前半夜人流車流多的需要,調(diào)壓幅度按設(shè)定的小幅度進(jìn)行調(diào)整,以保證較高的亮度要求,后半夜人流車流量稀少,對光照度的要求不高,這時(shí)調(diào)壓的幅度可按需要進(jìn)行較大范圍的調(diào)整,同時(shí)又能使燈具維持必要的亮度。于此同時(shí),由于節(jié)電主機(jī)采取了對燈光負(fù)載的實(shí)時(shí)檢測,即當(dāng)檢測到負(fù)載達(dá)到額定負(fù)載的15%時(shí),節(jié)電主機(jī)自動(dòng)投入到節(jié)電運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)檢測到的燈光負(fù)載不到額定電流的15%時(shí),節(jié)電主機(jī)自動(dòng)退出節(jié)電狀態(tài),以確保節(jié)電主機(jī)本身不消耗或盡可能不消耗電能,特別是白天路燈未開啟時(shí),節(jié)電主機(jī)處于旁通工作狀態(tài)(既使節(jié)電主機(jī)接在路燈控制開關(guān)前面的情況下),這樣既可以控制主機(jī)電磁調(diào)壓器的溫升(白天變壓器不工作,無溫升),延長主機(jī)使用壽命,又可節(jié)約電能。以此,保證設(shè)備高效率運(yùn)行,達(dá)到更佳節(jié)電的目的。
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是采用特殊的電磁調(diào)節(jié)加上先進(jìn)的控制與保護(hù)裝置,實(shí)現(xiàn)智能地優(yōu)化供電,使原有燈光電路的電壓與電流在啟動(dòng)和完成預(yù)熱后,由電子控制方式在滿足照度的前提下自動(dòng)降壓,調(diào)壓運(yùn)行,除達(dá)到節(jié)電目的外,更有效地延長燈具的使用壽命。根據(jù)燈具的性能和電氣特性,我們知道,氣體放電燈的工作電壓:高壓汞燈的工作電壓允許偏差最大值為±15.7%;高壓鈉燈的工作電壓允許偏差最大值為±20%,如果將燈具兩端的電壓提升10%,燈具的壽命將減少一半,反之,如果將燈具兩端的電壓降低10%,則燈具的電氣壽命將有3-4倍的延長。所以,結(jié)合道路設(shè)計(jì)流明值(相對于標(biāo)準(zhǔn)值)具有絕對富余量的設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及有超標(biāo)準(zhǔn)電壓(額定電壓單相220V)工作、以及燈具起動(dòng)電壓的下限值的特點(diǎn),采用用戶級調(diào)壓手段實(shí)現(xiàn)節(jié)電后,對燈具的使用壽命將大大延長,同時(shí)也減少燈具維護(hù)成本和人工維護(hù)工作量。
2.4本系統(tǒng)節(jié)電主機(jī)的主要性能和技術(shù)指標(biāo)
① 性能特點(diǎn)
● 可靠性好,電磁主機(jī)采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口材料,高效低耗
● 降低線路損耗,提高功率因素,促進(jìn)三相供電線路的平衡
● 優(yōu)化燈具的電網(wǎng)供電電壓,消除燈具過剩功率消耗
● 較高的節(jié)電率(節(jié)電率10%-25%)
● 延長燈具使用壽命,減少維修成本和工作量
● 不產(chǎn)生諧波干擾,增加用戶供電容量
● 具有狀態(tài)數(shù)字顯示,延時(shí)起動(dòng)、欠壓自動(dòng)旁通,電網(wǎng)電壓恢復(fù)后自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)、過流保護(hù)、故障自動(dòng)旁通等多項(xiàng)功能
● 分時(shí)段換檔控制節(jié)電,空載旁通,加載節(jié)電,本機(jī)功耗小
● 安裝便捷,安裝后無需人工值守
● 適用范圍廣泛,可適用于各種不同類型的燈光負(fù)載
● 良好的性價(jià)比,投資少,回收期短,用戶安裝后可長期受益
② 主要技術(shù)指標(biāo)
項(xiàng) 目 |
技術(shù)指標(biāo) |
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輸入電源 |
額定工作電壓 |
三相:380VAC±10% (三相四線) 單相:220VAC±10% |
額定頻率 |
50Hz |
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輸出電源 |
電壓波形 |
不產(chǎn)生波形畸變 |
諧波污染 |
無污染 |
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環(huán)境參數(shù) |
環(huán)境溫度 |
-20℃~40℃ |
儲藏溫度 |
-40℃~+70℃ |
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相對濕度 |
0至90% |
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海拔高度 |
不超過2000米 |
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工作參數(shù) |
過載電流能力 |
大于1.3倍額定電流 |
過載沖擊能力 |
能承受瞬時(shí)過載沖擊 |
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預(yù)熱時(shí)間 |
0~99h99min可調(diào) |
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分時(shí)段時(shí)間 |
0~99h99min可調(diào) |
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工作時(shí)間 |
可長期連續(xù)工作 |
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絕緣 |
電源和外殼之間 |
2.5kV絕緣 |
③ 系統(tǒng)容量的評估方案
根據(jù)現(xiàn)行路燈布線和燈具的分布,在路燈配電變壓器的后端接入節(jié)電主機(jī),節(jié)電主機(jī)的容量以燈具總功率最大值評估并實(shí)測各相電流,從而確定節(jié)電系統(tǒng)的容量。
三、路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)
隨著城市建設(shè)的發(fā)展,城市照明建設(shè)越來越注重于城市的形象,道路照明和景觀照明的需求和數(shù)量不斷增加,今后城市照明管理部門除了管理城市道路的照明外,還將參與城市景觀燈的管理。因此各級政府和市民對城市的建設(shè)、道路照明和景觀照明提出了更高的要求,希望實(shí)現(xiàn)城市照明管理的現(xiàn)代化,使城市管理水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
城市路燈的耗電量是非常驚人的,巨大的電能消耗不僅增加了當(dāng)?shù)氐呢?cái)政負(fù)擔(dān),同時(shí)由于發(fā)電而消耗的煤、石油的能源,對環(huán)境造成污染,同時(shí)由于照明帶來的光污染導(dǎo)致生態(tài)不平衡等諸多問題。因此中央發(fā)出了建設(shè)“節(jié)約型社會”的號召,建設(shè)部也在2005年8月下發(fā)了“關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市照明節(jié)電工作的通知”(建城[2005]234號)。
絕大多數(shù)城市現(xiàn)在多采用分散時(shí)控方式對路燈進(jìn)行控制,也就是在路燈配電箱中安裝定時(shí)器,按預(yù)定的時(shí)間自行開、關(guān)燈,有些景觀燈通常是采用人工手動(dòng)控制的方法。這種控制方法不能及時(shí)根據(jù)需要調(diào)整開關(guān)燈時(shí)間,也無法及時(shí)反應(yīng)照明設(shè)施的運(yùn)行情況,故障率高,維修困難。隨著城市的不斷發(fā)展,控制范圍也越來越大,現(xiàn)行的方案無法及時(shí)反應(yīng)照明設(shè)施的運(yùn)行情況,使得維修工作十分被動(dòng)。
建設(shè)城市路燈監(jiān)控管理系統(tǒng),目的是利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)對日益快速發(fā)展的城市路燈實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控和智能化的科學(xué)管理,做到集中管理,智能控制。部門內(nèi)部及時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工巡檢,提高工作效率。合理利用電能資源,杜絕浪費(fèi)。具有對路燈實(shí)現(xiàn)遙測、遙控、遙信、GPS校時(shí)和路燈地理信息功能、故障分析報(bào)警等功能。除具備上述功能外,還應(yīng)具備設(shè)施被盜報(bào)警功能。建立路燈系統(tǒng)的長效管理機(jī)制,進(jìn)一步提高道路照明質(zhì)量,提高服務(wù)質(zhì)量,從而提高系統(tǒng)的整體社會效益、管理效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。
完成路燈集中控制系統(tǒng)預(yù)定的功能要求,同時(shí)建立中心控制室(包括路燈集中控制系統(tǒng)中心設(shè)備、投影顯示系統(tǒng)、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)及電源等設(shè)備)。在對路燈照明進(jìn)行整體自動(dòng)化控制管理的同時(shí),中控室的建設(shè)要為將來納入其它市政管理子系統(tǒng)打好基礎(chǔ),既保證目前項(xiàng)目的需求,又兼顧考慮長遠(yuǎn)的發(fā)展目標(biāo)。充分考慮各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo),建成目前國內(nèi)先進(jìn)、功能齊全,同時(shí)又具有高度的可靠性、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的項(xiàng)目,處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。