城市道路照明节电的供电电压及最优控制
张万奎，丁跃浇 摘要：根据路灯在不同电压下的照度及寿命特性，推导出城市道路照明灯具的最佳供电电压。通过对照明灯具从承受相电压至承受线电压一半的自动转换，实现最优照明节电模式。最后对城市道路照明节电器的节电进行了分析计算。 关键词：道路照明;最佳电压;最优控制 中图分类号：TM923.01 文献标志码：B 收稿日期：2006―06―13 基金项目：湖南省教育厅自然科学研究项目(2006C213)。 作者简介：张万奎(1946―)，男，湖南岳阳人，教授，研究方向为电气传动与自动控制;丁跃浇(1967―)，男，湖南岳阳人，副教授，研究方向为工业控制。 Abstract：The paper derives out the proper power supply voltage of city road lighting according to the illuminance and life span character at different voltage level.Through auto transformation from the bearable phase voltage to a half of the line voltage,the excellent illumination energy conservation mode can be achieved. At last the paper analyzes the energy savings calculation. Key words：road lighting;proper.voltage;excellent control 城市道路照明节电工作可从以下3个方面着手：一是贯彻国家标准，道路照明要适度，而不是越亮越好;二是选用高效电光源和灯具，确定合理的照明设计;三是使用恰当的控制方式，比较理想的控制方式是在下半夜降低加在灯具上的电压，同步降低光源的光通量，即将路灯的光通量都减小到相同的水平，既保证了道路照明的功能性(路面平均亮度、路面亮度均匀度、平均水平照度)，又达到了节能效果。 1 城市道路照明降压节电技术 道路照明与城市照明进一步融合，扩大了城市道路照明的市场规模。道路照明市场将在未来几年间发展为城市照明市场，包括城市夜景照明、公共照明、商业照明、道路照明。2001―2004年是城市道路数量快速发展时期，年平均增长8%，而城市路灯数也呈现高速发展势态，其间从500多万盏上升到l000多万盏。2004年下半年，虽然道路建设速度放缓，但2005年道路照明灯具数仍保持10%以上的增长率。在未来5年内，城市道路照明将成为一个引人注目、科技含量不断提高的巨大市场。 照明节电投入少、见效快，是所有终端用电设备节电技术措施中节电率和发电污染物减排率最高、成本效益最好的一种，也是电网削峰的有效手段之一。照明节电每千瓦的投资只有新建电厂每千瓦容量造价的6%～21.3%，用户节电平均成本只相当于终端电价的1/3左右。 路灯供电线路设计时，为了降低送电过程中的线路损耗，以及避免出现用电高峰时因末端供电电压过低而造成路灯不能点亮等情况，路灯变压器确定输出电压一般高于额定值的5%以上。随着电网电压的波动，特别是午夜用电低谷时，电网电压会更高，路灯变压器输出电压会超出正常电压的15%以上，高达245 V。 城市路灯下半夜电压普遍超过230V，这样将增加高达22%的耗电量。当接近午夜时，道路上的交通量已降到低谷，行人也稀少，而此时电网的用电负荷也正好处在一天中的负荷低谷。电网电压升高，必然导致路灯的光通量增大，使路面照度明显升高，这不仅浪费电能，也是对路灯建设资金投入的浪费。 道路照明节电有很大的潜力。除了选择高效灯具之外，更要有严格的实施半夜灯控制的办法。半夜灯是指在深夜，适当降低路面的亮(照)度水平，达到节电的目的。2004年，全国照明耗电量约218.7亿kWh;城市道路照明耗电量约占全部照明耗电量的20%;按城市路灯1000万盏，每盏灯的功率250 W计算，道路照明负荷约为250万kW。城市道路照明实施半夜灯控制以后，节电率按16.1%计算，从23:00～次日5:00，路灯每天降压丁作6 h，全国每天节电可达24l万kWh。 2 城市道路照明最佳供电电压的选择 目前，城市道路照明的电光源以高压钠灯为主，约占全部路灯的70%以上。从西班牙引进的NE装置(ILUEST照明稳压调光器)，在北京、成都、广州、深圳等地运行，获得较好的节电效果。NE是专用于气体放电灯的节电智能调压电源装置，它是以一个多抽头变压器为核心，配以电子控制器和稳压电源的成套装置。根据控制指令，NE能自动降压到节电运行状态。250W高压钠灯在不同电压下(20:00～2l:00测量值)的功率与照度数据如表1所示。广州内环路照明改造工程、深圳湾填海区市政道路照明工程均采用NE智能照明控制装置，其降压调流节电功能适用于各种气体放电灯。
2003年6月20日，南京专业生产高压钠灯的772厂在直径为2 m的光球内，对250 W高压钠灯按国家标准测定了不同电压下的光电参数，结果如表2所示。
哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院对楼宇荧光灯照明节电进行了专项试验，试验结果如表3所示。
从表l、表2可以看出，在使用高压钠灯等气体放电灯的道路照明系统中，在深夜节电运行时段，考虑末端电压降低的前提下，将供电电压降低在10%以内运行是最佳的选择，200V是半夜灯的最佳供电电压。选择200 V电压，灯电流降低6.3%，节电率达16.1%，同时延长了灯具使用寿命，降低了维修成本。200V电压供电时，高压风传灯的照度降低22%，光通量降低25%，光效降低5%，深夜道路照明质量(均匀度)不受影响，没有谐波等不良效果。表3的试验结果表明，当荧光灯电压为额定电压的90%，即200V时，照度下降不多，灯具使用寿命延长1倍，因此取200V为楼宇照明供电最优运行与节能电压。 3 城市道路照明最佳供电电压与最优控制的实现 目前国内外的电磁式照明节电器基本上采用自耦变压器、补偿变压器或电抗器为主要元件，用系统软件控制其分时段调压调亮，以达到节电的目的。V/Vo一V/V变压器路灯照明节电系统不需要增加自耦变压器、补偿变压器或电抗器等元件，只需要将路灯专用变压器作V/Vo接线(采用V/Vo路灯专用变压器，或将目前使用的Y/Y0变压器的一相绕组悬空)，然后通过控制器在深夜自动断开变压器二次侧的中性线，变成V/V接线，从而使灯具电压从相电压自动变换为线电压的一半。图1为V/Vo-V/V变压器路灯照明系统主接线示意图。
单相、三相混合供电方案在国外已被广泛采用。单相供电能最大限度地缩短低压线路的长度，使线损降低。试验表明，单相变压器与三相变压器相比，30 kVA的负载损耗降低18.33%，50 kVA的负载损耗降低24.14%。城市道路照明采用10 kV/380 V带中性线的50 kVA的V/Vo路灯专用变压器供电，节电效果更佳。 参考文献： [1]张万奎.丁跃浇.城市道路照明半夜灯实施的一种方案[J].照明工程学报,2005,16(2):52-54. 资料来源：《电力需求侧管理》2007年第1期
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