智能照明系统在火电厂的应用探讨.doc

智能照明系统在火电厂的应用探讨褚孝国1，林杨1，赵霞1，孙晓刚1，袁林2（1.西安热工研究院有限公司北京自动控制技术部， 北京海淀区知春路甲48号盈都大厦A座25层， 100098），（2. 中国电力工程顾问集团中南电力设计院，湖北省武汉市武昌民主路668号， 430071）Discussion about the Application of Intelligent Lighting System in the Thermal Power Plant Chu Xiaoguo1, Lin Yang 1 ,Zhao Xia 1, Sun Xiaogang 1, Yuan Lin Yuan 2(1.Beijing Automation Research Dept. of Thermal Power Research Institute, 25F,Building A,IN-DO Mansion,No.48 Zhichun Road ,Haidian District,Beijing, P. R. China,100098) ,( 2.Central Southern China Electric Power Design Institute (CSEPDI)of China Power Engineering Consulting Group Corporation, No. 668, Minzhu Road, Wuchang, Wuhan, Hubei, P. R. China, 430071)- 6 -ABSTRACT: According to the structure of the lighting system in the main machine hall at the present situation, it discusses the possibility of using intelligent lighting system, and thus the aspects of the energy-saving、control optimization、improving management of the lighting operation、reduction of running cost and extending the working life of equipment etc. The feature of the intelligent lighting system、hardware components、network structure and control functions are also introduced。KEY WORD: the thermal power plant； energy-saving；intelligent lighting；fieldbus摘要：根据火电厂主厂房照明系统的结构与现状，对采用智能照明系统的可行性和因此带来的节能、控制优化、提高照明运行管理水平、降低运行成本、延长设备寿命等方面进行了探讨，介绍了智能照明系统的系统特点、硬件组成、网络结构和控制功能。关键词：火电厂；节能；智能照明；现场总线1、 引言随着世界经济与高新技术的不断发展，人们对生活环境的要求越来越高，从使用角度，除去对建筑的传统要求外，在建筑的安全性、舒适性、节能性、自动化与信息化等方面均提出更高的要求，目前，为适应这种社会发展潮流，在新建的大型建筑（如机场、体育场馆、宾馆、办公楼等）大量安装了先进的KNX EIB系统，以满足不同使用者的各种使用与管理需要，最终使用户获得更大的经济效益。节能减排是当前火力发电企业的重点工作之一，主厂房照明是整个火电厂中最主要的照明负荷，照明规模大，回路多，设备相对集中，而单个灯具的功率又大，采用智能照明可以节能，同时提高照明运行管理水平，降低运行成本，延长设备寿命。2、 火电厂主厂房照明系统的特点21 分层、分区设置火电厂主厂房照明是分层、分区设置的；按区域分，可以分为汽机房、锅炉房、开关室、控制室和设备间等，按层分，汽机房可以分成四层、锅炉房可以分成8层以上；照明控制箱设置上可以分为汽机房照明箱和锅炉房照明箱，汽机房照明箱一般是嵌入式，锅炉房是室外壁挂式的。照明箱数量的设置多少是设计院根据每个照明箱内的控制回路数和每个回路连接的灯具数量有关，某个新建2*350MW超临界机组主厂房共设计了44个照明箱，平均每个箱子带12个回路，每个回路连接35个灯，所以两台机组会有500个左右控制回路，除去备用回路，实际有1500个左右灯头。主厂房照明箱数量及布置位置如表1：表1：主厂房照明箱数量及布置位置：序号布置地点照明箱数量1汽机房0.0米82汽机房6.3米83汽机房12.6米84煤仓间各层85锅炉房0.0米（包括脱硝区）12合计44个汽机房中的工矿灯、防爆灯每个灯具的功率根据安装位置不同设计为100W到400W不等，控制室和设备间的形体灯功率相对较小，锅炉房的高效防眩四防灯主要是100W，有的是250W，下面是该新建2*350MW超临界机组主厂房照明灯具设计清单，如表2：表2：灯具设计清单：序号单个灯功率(W)灯数量(个)小计功率(W)14006827200225030576250315012418600410077677600515502106300合计1483205950从上述设计数据得到的照明功率大约为200KW，具有相当的规模。22 传统照明回路结构电厂传统照明箱电气设计一般为三相空气开关加上每回路的单相开关。汽机房和锅炉房的照明灯直接由照明箱里的分路开关在就地控制，不再另外设计面板开关。开关室、控制室和设备间里的灯除了照明箱里设计分路开关外，在室内门口边分别设有面板开关。3、 智能照明系统的系统结构及特点在上世纪90年代初在欧洲以ABB、SIEMENS、MERTEN、GIRA、JUNG等共七家欧洲著名的电气产品制造商为核心组成联盟，制订了欧洲安装总线规范EIB（European Installation Bus），2000年时在IEC国际现场总线标准大会上被作为提名国际标准之一；1999年，EIB技术开始被引入中国，在短短的几年时间内，以其优越的性能和质量获得了很大的成功，2001年，EIBA协会吸收了其他两家欧洲智能电气安装协会，在欧洲统一了智能电气安装技术标准，也诞生了全新的标准-Konnex，建成KNX。KNX标准以EIB标准为基础，针对智能家居和网络控制制定了同EIB完全兼容的标准，2003年欧盟以法律形式通过了KNX/EIB标准。EIB智能安装系统利用一条双绞线作为控制总线，EIB系统使照明、调光、百叶窗、场景控制、用电负荷控制、安保、供热系统等实现智能化，并成为一个完整的总线系统，可依据外部环境的变化自动调节总线中设备的状态，达到安全、节能、人性化的效果，并能在今后的使用中根据用户的要求通过连接计算机重新编程增加或修改系统的功能，而无须重新敷设电缆，真正成为灵活的电气安装系统，这是传统的电缆敷设方式所无法做到的。31 EIB智能控制系统的结构EIB智能照明控制系统是EIB智能控制系统中有关照明部分的应用，主要设备包括监控计算机（或触摸屏）、网络耦合器、智能开关模块、智能面板开关、智能调光模块、各类感应器等。EIB网络结构由支线、主线、主干线组成，每个支线最多可以有64个总线元件，最多可以有15条支线通过网路耦合器连接到主线上，由支线和主线组成的系统结构称为域，主干线上可以连接15个域，因此整个系统可以最多有64*15*15=14400个总线元件。图1是EIB系统网路结构图。图1 EIB系统网路结构图32 EIB智能照明系统的主要特点a) 国际通用的EIB标准是智能建筑控制系统协议，是开放性总线标准，系统结构是分布总线式结构。整个系统只需要一条总线，没有大量的电缆附设和繁杂的控制设计，控制模块安装在强电箱内（照明箱），控制模块和各种传感器均是一根总线连接。b) 任何模块的损坏不会影响到系统中其它模块的运行，因此系统可用率和可靠性较高。c) 功能和控制的修改方便灵活，修改、附加新功能时，只需通过软件编程来实现。通过将时钟、光线、移动感应等控制设定使系统自动运行到最佳状态，合理节约能源、方便管理和维护。d) 所有控制模块均为摸数化产品，采用标准35毫米安装方式，安装尺寸符合普通标准照明配电箱的规格，所有现场控制面板及感应器均采用标准86合墙装方式，施工简单，互换性强，控制功能变更方便。e) 面板数量无需根据控制回路多少来配置，只需通过软件编程实现。f) 每个回路带电流检测功能的开关控制模块，可以监视灯光回路是否损坏并报警。g) 每个控制回路电流容量可以达到16A或20A，因此开关控制模块可以直接驱动灯或其它设备，没有传统控制系统（如PLC或DCS）那样需要复杂的输出回路。33 EIB智能照明系统的控制方式a) 手动控制：按照使用习惯，在大楼内设置有相应数量的现场智能开关面板，来控制系统的动作。部分开关控制模块具有手动强制开关功能。b) 移动控制：设置在室内或现场的主动探测器，根据人员的出人情况，自动的开关相应区域的照明设备，最大限度的节约电能。c) 时间控制：依据作息时间或预先设定的照明时间自动开关照明设备。d) 照度控制：可作空间的照度来开启和关闭，以最大限度的利用自然光来进行照明。e) 集中控制：设置在大楼值班室的EIB智能中控机，软件平台上显示大楼模拟图，可实时掌握大楼内照明设备的运行状况，及时调整以便合理控制相应区域的照明设备，以便节约能源。4、 火电厂主厂房采用智能照明系统的可行性41 火电厂采用智能照明系统的可行性火电厂主厂房的照明正常时由运行人员去各层现场操作，晚上开灯，早晨关掉灯，运行或巡视人员现场发现有故障的灯后通知检修人员排除故障。本文第二节介绍了某个新建2*350MW超临界机组主厂房照明负荷达到了200KW，相当于一台泵（或电机）的负荷，目前电厂在搞节能挖潜工作，照明系统除了采用节能光源外，采用智能照明系统是很有必要的。主厂房照明系统要求做到分层、分级、分区域控制，采用智能照明系统可以使照明控制达到现场手动控制/中央集中监控（计算机监控），达到统一调度、节能和减少排放的目标，延长了灯具的更换周期，做到照明的智能化管理。在控制室单独设置一个照明触摸屏或智能照明系统的监控画面进入机组主控室已有的辅网监控计算机中，作为全厂辅控网的一个子系统。在传统的照明箱电气回路中加入EIB开关模块便可实现，如图2所示，充分显示智能照明的技术优势。把所有照明箱中的控制器、设备间的智能开关只用一条总线联接起来，最后通过网关转换成IP网路进入监控计算机，图3显示了实际在火电厂应用的智能照明系统的网络结构图。图2：典型智能照明箱电气结构图图3：火电厂智能照明网路图42火电厂智能照明系统设计原则探讨根据电厂的特点，在智能照明设计上应有一定的针对性，不需要把EIB的功能做全、做大，尽量做到设备费用投入合理，达到最主要的节能、优化运行和管理的目标，可以考虑如下：a)安装在照明箱中的智能开关模块应选择有强制手动开关功能的，当监控计算机故障时，可以实现就地开关功能。b)智能开关模块应选择具有每路电流检测功能的类型，在监控计算机上能判断回路故障或灯具是否损坏。c)智能开关模块应选择回路容量16A或20A。d)智能面板开关只在设备间配置。d)在机组主控室可以设置照明触摸屏，如果有辅网计算机，可以把形象的照明画面设计在辅网监控计算机中。e)在电厂主厂房照明系统中，智能元件规模有限，一般由35个支线组成一个域就足够了，既能提高网络通讯速度，又能避免由于一个支线电源故障引起全系统的网络故障。f)为了提高通讯速度，在主线上采用IP网关，使用局域网技术，通讯速率可以达到10Mbit。43节能分析智能照明系统，使火电厂日常照明运行方式可以更加多样化、自动化，如傍晚根据日照的方向，照明由“里”到“外”分时段逐步“点亮”，早晨关灯的顺序也可以设定，根据厂房内的照明亮度情况晚上照明可以做到隔一行照明运行方式等等，避免晚上过早开灯，早晨过晚关灯，这些运行方式根据相关资料显示可以节省近30%的电能，当然运行人员也可以根据实际需要在就地和中控室的计算机上开/关任何一路灯。具体节能分析如下：按照每天开灯12小时,一年365天，每度电0.4元计算，一年节省的电费为：200KW12h365天0.4元/度30% = 10.512万元。五年以内就能收回智能照明系统的投资成本。这里还不包括延长灯具寿命带来的成本减少和人力资源的节省。5、 结束语本文分析了火电厂主厂房照明系统的特点，探讨了EIB智能照明系统在火电厂应用的可行性，认为采用智能照明系统不仅节能，而且提高了照明设备的运行和管理水平，改变了火电厂传统照明的运行管理、控制方式，减轻了运行人员的劳动强度，符合节能减排的需求，西安热工研究院已在新建2*350MW超临界机组上进行了很好的实践。智能照明系统在火电厂的应用有着良好的发展前景。参 考 文 献 1 杨稼三.EIB 现场总线技术及I- BUS E