智能照明調控裝置在高速公路上的應用

1、摘要：高速公路照明節(jié)能是創(chuàng)建節(jié)約型社會和以人為本為公眾服務的一項重要措施，本文通過對浙江省高速公路照明現狀的分析，介紹了智能照明調控節(jié)能裝置的原理、運行周期，并通過對在貓貍嶺隧道和錢江二橋上安裝智能照明調控節(jié)能裝置前后進行了實測數據的對比，說明其能達到的節(jié)能效果及推廣價值。關鍵詞：高速公路互通隧道照明智能照明調控節(jié)能裝置實測節(jié)能一、前言以全國1%的土地和6%的人口實現全國20% 的GDP、30%的進出口總額和40%的外資的長江三角洲地區(qū)，近年來遭遇愈來愈嚴重的“電荒”和環(huán)境壓力。2005年浙江GDP達到13365億元，經濟總量列居全國第4位，浙江省依托“長三角” 的區(qū)位優(yōu)勢，建設環(huán)杭州灣產業(yè)帶

2、，培育建設先進制造業(yè)基地，對電力的需求將繼續(xù)保持兩位數的增長率。而近幾年電力供應總體偏緊，缺電已經從部分地區(qū)夏季高峰或枯水期電力短缺轉變?yōu)槿瓿掷m(xù)性缺電和隨機性缺電，電力供應緊張已重新成為制約社會和經濟發(fā)展的瓶頸。2005年浙江全省用電量比上年增長18.7%，累計拉電損失電量15.8億千瓦時，成為全國最缺電的省份之一。為了努力創(chuàng)建資源節(jié)約型社會，著力緩解浙江省能源瓶頸制約，促進經濟社會全面協(xié)調可持續(xù)發(fā)展，浙江省人民政府發(fā)布的浙政發(fā)200635號文浙江省人民政府關于加強節(jié)能降耗工作的通知明確了節(jié)能降耗的重點，照明節(jié)能是九大重點之一。二、浙江省高速公路照明現狀分析JTG B01-2003公路工程技

3、術標準規(guī)定：高速公路、一級公路的隧道長度大于100米時應設置照明設施；公路收費廣場、服務區(qū)應設置照明設施；位于城市出入口路段的互通式立體交叉、特大橋等宜設置照明設施。目前浙江省已經通車的高速公路總里程為1866公里，所有長度大于100米的高速公路隧道均按照JTJ 026.1-1999公路隧道通風照明設計規(guī)范的規(guī)定配置了隧道照明燈具，光源一般采用100W400W高壓鈉燈；收費廣場、服務區(qū)也根據相應的交通量配置了照明設施，根據所照廣場的大小分別配置高桿照明燈具和低桿道路燈，大部分互通立交均設置了高桿照明設施，跨越具有代表性河流如錢塘江、富春江、新安江、甌江等的特大橋也配置了道路照明設施，高桿照明光

4、源一般為400W1000W高壓鈉燈和高壓汞燈混光；低桿道路燈光源一般采用250W400W高壓鈉燈。據不完全統(tǒng)計，一個單洞長度為3000km隧道照明每年電費約49.2萬元，一個單喇叭或苜蓿葉型互通每年約用電7.6萬元，一個雙喇叭或樞紐型互通每年約用電15.1萬元。目前高速公路營運公司一般為了節(jié)省營運費用，采取以下幾種措施：1設置照明的互通晚上基本上不開燈；2設置照明的互通晚上24點之前全開，24點之后關閉1/3，2點之后僅開1/3；3設置照明的隧道白天僅開1/2照明，晚上基本段也僅開1/2照明。目前我國高速公路仍然是收費公路，在道路上設置照明等附屬設施，就是為了更好的為道路使用者提供安全、優(yōu)質、

5、舒適的行車環(huán)境。以上幾種措施雖然在用電費用上是節(jié)省了，但以犧牲道路使用者服務質量為代價的，在人們法律意識越來越強的今天，是不足為取的。三、新型的高速公路照明節(jié)能設備原有路燈的控制只考慮開、關及一些保護，目前國家正在提倡節(jié)約型社會，因此在高速公路照明上也要采取節(jié)能設備。目前普遍使用的氣體放電燈在允許范圍內降低電壓時照度并不成比例下降，即具有降低電壓而照度變化不大的特點，因此適度降低電壓使用即能保證照明質量，又能大幅度節(jié)約電能消耗，節(jié)省可觀的電費開支。目前為了節(jié)能得目的，市場上出現了多種類型的照明節(jié)能裝置，其中有一種新型的智能照明調控節(jié)能裝置，該裝置的單相原理詳見圖1。其是在主回路中串聯一套補償變

6、壓器繞組，用其所產生的電勢與主電源疊加，來改變輸出電壓值。由于變壓器不是直接用來供電，而僅是起補償作用（約是總電源電壓的30%），因此變壓器的功率和體積也可縮小為30%，可節(jié)省大量的銅線、鐵心等材料。補償變壓器的一次繞組由電子功率部件（固態(tài)開關）與抽頭變壓器的各抽頭連接，電子功率部件擔負兩個任務：按微處理器的指令通、斷與抽頭的連接按微處理器的指令細分電壓即調節(jié)導通程度，改變疊加電壓的幅值，以增加電壓級數和每級精度。如每級抽頭為5V，并在5V范圍內，可再把它分為1V檔5級。由于是靠改變電子部件的導通程度來實現的，相位等參數沒有改變，所以波形畸變很小。電源允許波動范圍設定184244V。當采樣輸入

7、電壓超過設定值時，微處理器立即指令電子功率部件進行無觸點過零切換到合適的抽頭處，以保證輸出電壓穩(wěn)定在標稱電壓的±2%（5V）之內。整個裝置除變壓器的參數計算設計得合理是關鍵技術外，微處理器對采樣來的輸出信號進行分析、判斷，立即作出開、關電子開關的指令，電子開關又隨著微處理器的指令，與電源同步（同相位）連續(xù)導通、截止。該智能照明調控節(jié)能裝置是一種經濟可靠，無諧波的節(jié)能設備，能實現照明燈具工作在最佳狀態(tài)和滿足人們對照明節(jié)能的要求。根據不同時段燈具工作在最佳運行狀態(tài)和滿足照度標準且大幅度節(jié)能要求等條件編制的運行曲線，如圖2。其工作過程為：軟啟動穩(wěn)壓降壓節(jié)能穩(wěn)壓。路燈電源開關的控制可以根據日

8、照曲線并結合天文鐘、光控、PLC、遙控裝置等很成熟的常用方法來實現。注： t0t1：從200V開始軟啟動，這個電壓持續(xù)2min30s，可以消除40%的燈具啟動浪涌。 t1t2：以慢斜坡方式升到220V，這個過程歷時5min。 t2t3：額定電壓運行。 t3t4：發(fā)出節(jié)能指令，以慢斜坡方式降到節(jié)能電壓，這個過程歷時10min。依據燈具不同節(jié)能電壓有所不同，高壓汞燈電壓在200V左右，高壓鈉燈電壓在190V左右（保證末端高壓汞燈電壓190V，高壓鈉燈電壓180V）。 t4t5：節(jié)能電壓運行，時間可根據各地情況，如浙江地區(qū)一般為23時至5時。 t5t6：解除節(jié)能命令，以慢斜坡方式升到220V，這個過

9、程歷時10min。 t6t7：額定電壓運行，黎明前光線更暗，車流又多起來，恢復較亮的光線。智能照明調控節(jié)能裝置與低壓配電設備一起組成完整的照明控制裝置，其分為開、關燈及節(jié)能時間控制、主電路保護和自動、手動控制開關和維修插座部分。圖3為智能照明調控節(jié)能裝置配電系統(tǒng)圖。工作過程是PLC1或光控或手動使J1吸合，進而KM吸合，接通全部照明回路，調控裝置開始按圖2的t1t3曲線段工作。到PLC2給調控裝置中的“節(jié)能端子”一個短接信號，調控裝置按圖2的t3t5曲線段工作直到該短路信號撤離，此時再按圖2的t5t7曲線段工作直到PLC或光控或手動使J1關斷失電為止，一個循環(huán)結束。另外，如需要PLC3使J2吸

10、合，進而KM1、KM3、KM5、KM7失電，即24點后可關閉1/3照明燈，至凌晨2點PLC4使J3吸合，進而KM2、KM4、KM6、KM8失電，又關閉1/3照明燈。四、節(jié)能效果實測采用智能補償穩(wěn)壓節(jié)能裝置在甬臺溫高速公路的貓貍嶺隧道二號變電所內也進行了實測，控制隧道燈線路以變電所為界，左洞、右洞各為1.2公里，電壓、電流數據詳見表1-表4。表1：安裝智能照明調控節(jié)能裝置的運行數據（測試日期：2005.12.6 19：1512.7 19：14）相位進線電壓出線電壓進線電流電度表期初讀數（kwh）電度表期末讀數（kwh）用電量（kwh）運行狀況A234V190V62.2A1870219111 40

11、9 良好 B234V188V54.2AC233V188V47.5A表2：安裝智能照明調控節(jié)能裝置的光照度（測試日期： 2005.12. 7 14：00）光照度 50 號消防栓左54 號消防栓左58 號消防栓左62 號消防栓左中間停車帶66 號消防栓右62 號消防栓右58 號消防栓右56 號消防栓右lux23 6 17 6 26 7 24 9 20 5 18 4 21 4 17 3 25 6注：共選取 9 個測試點，每個點測兩個數據，第一個數據為隧道燈正下方光線最強處，第二個數據為兩隧道燈之間光線最弱處。表3：未安裝智能照明調控節(jié)能裝置的運行數據（測試日期：2005.12.7 19:34-12.

12、8 19：33） 相位進線電壓出線電壓進線電流電度表期初讀數（kwh）電度表期末讀數（kwh）用電量（kwh）運行狀況A234V234V77.2A1912119709588良好B234V234V67.4AC233V233V58A表4：未安裝智能照明調控節(jié)能裝置的光照度（測試日期： 2005.12.7 14:00）光照度 50 號消防栓左54 號消防栓左58 號消防栓左62 號消防栓左中間停車帶66 號消防栓右62 號消防栓右58 號消防栓右56 號消防栓右lux256206268261021520423 318 2286注：共選取9個測試點，每個點測兩個數據，第一個數據為隧道燈正下方

13、光線最強處，第二個數據為兩隧道燈之間光線最弱處。由表1和表3可得：安裝智能照明控制裝置后節(jié)電588-409=179（kwh），節(jié)電率為179/588=30.4%。因兩隧道燈之間光線最暗處光照度很小，故以隧道燈正下方光照度最強處為主進行比較，安裝智能照明控制裝置前后光照度變化最大的為56號消防栓右處即為（28-25）/28=10.7%，由此可見，光照度與電壓下降不成比列，照度變化不明顯。另外，采用智能補償穩(wěn)壓節(jié)能裝置在浙江滬杭甬高速公路錢江二橋上對80盞250W高壓鈉燈進行了實測。測試路段全長2公里，最末端燈桿據控制箱約1公里，根據測試安裝該裝置前（不節(jié)能時）末盞燈的壓降為15V，安裝該裝置后（

14、節(jié)能時）末盞燈的壓降為9V，節(jié)能時的照度為標準值的96%。電壓、電流數據詳見表5及表6。表 5 安裝智能照明調控節(jié)能裝置的運行數據-2006.4.21 ）相位進線電壓進線電流電度表期初讀數（kwh）電度表期末讀數（kwh）用電量（kwh）運行狀況A236V23.5A443724446997良好B240V22.8AC233V22.6A表 6 未安裝智能照明調控節(jié)能裝置的運行數據-2006.4.22 ）相位進線電壓進線電流電度表期初讀數（kwh）電度表期末讀數（kwh）用電量（kwh）運行狀況A236V30.2A4447544642167良好B237V29.4AC236V28.8A由以上表5和表6

15、可得：安裝智能照明控制裝置后節(jié)電167-97=70（kwh）,節(jié)電率為70/167=41.6%。目前智能調控裝置已經在杭（州）新（安江）景（德鎮(zhèn)）高速公路互通照明工程中使用，杭新景高速公路共有18座單喇叭互通和2座樞紐互通，安裝了22套智能調控裝置，按照以上兩測試的平均節(jié)電率36%來計算，每年可節(jié)電(18×7.6+2×15.1)×36%=59.5萬元，即僅互通照明一項每年可為業(yè)主節(jié)約近60萬元，即保證了道路的有效光照度，給道路使用者以良好的硬件服務質量，同時也很好的節(jié)約了道路營運者的營運費用，做到一舉兩得，而該裝置（不含配電部分）一套約為3萬元，共66萬元，其安裝成本13個月便可收回。據不完全統(tǒng)計，截至2006年6月已通車高速公路約有92座單喇叭互通、18座雙喇叭互通和15座樞紐互通，如果在互通區(qū)中推廣使用智能照明調控節(jié)能裝置，每年估計可節(jié)電(92×7.6+18×15.1+15×15.1)&