智能照明调控装置在高速公路上的应用

摘要 高速公路照明节能是创建节约型社会和以人为本为公众服务的一项重要 措施 本文通过对浙江省高速公路照明现状的分析 介绍了智能照明调控节能 装置的原理 运行周期 并通过对在猫狸岭隧道和钱江二桥上安装智能照明调 控节能装置前后进行了实测数据的对比 说明其能达到的节能效果及推广价值 关键词 高速公路 互通 隧道 照明 智能照明调控节能装置 实测 节能 一 前言 以全国 1 的土地和 6 的人口实现全国 20 的 GDP 30 的进出口总额 和 40 的外资的长江三角洲地区 近年来遭遇愈来愈严重的 电荒 和环境压力 2005 年浙江 GDP 达到 13365 亿元 经济总量列居全国第 4 位 浙江省依托 长三角 的区位优势 建设环杭州湾产业带 培育建设先进制造业基地 对电 力的需求将继续保持两位数的增长率 而近几年电力供应总体偏紧 缺电已经 从部分地区夏季高峰或枯水期电力短缺转变为全年持续性缺电和随机性缺电 电力供应紧张已重新成为制约社会和经济发展的瓶颈 2005 年浙江全省用电量 比上年增长 18 7 累计拉电损失电量 15 8 亿千瓦时 成为全国最缺电的省份 之一 为了努力创建资源节约型社会 着力缓解浙江省能源瓶颈制约 促进经济 社会全面协调可持续发展 浙江省人民政府发布的浙政发 2006 35 号文 浙江 省人民政府关于加强节能降耗工作的通知 明确了节能降耗的重点 照明节能 是九大重点之一 二 浙江省高速公路照明现状分析 JTG B01 2003 公路工程技术标准 规定 高速公路 一级公路的隧道 长度大于 100 米时应设置照明设施 公路收费广场 服务区应设置照明设施 位于城市出入口路段的互通式立体交叉 特大桥等宜设置照明设施 目前浙江 省已经通车的高速公路总里程为 1866 公里 所有长度大于 100 米的高速公路 隧道均按照 JTJ 026 1 1999 公路隧道通风照明设计规范 的规定配置了隧道 照明灯具 光源一般采用 100W 400W 高压钠灯 收费广场 服务区也根据相 应的交通量配置了照明设施 根据所照广场的大小分别配置高杆照明灯具和低 杆道路灯 大部分互通立交均设置了高杆照明设施 跨越具有代表性河流如钱 塘江 富春江 新安江 瓯江等的特大桥也配置了道路照明设施 高杆照明光 源一般为 400W 1000W 高压钠灯和高压汞灯混光 低杆道路灯光源一般采用 250W 400W 高压钠灯 据不完全统计 一个单洞长度为 3000km 隧道照明每 年电费约 49 2 万元 一个单喇叭或苜蓿叶型互通每年约用电 7 6 万元 一个双 喇叭或枢纽型互通每年约用电 15 1 万元 目前高速公路营运公司一般为了节省 营运费用 采取以下几种措施 1 设置照明的互通晚上基本上不开灯 2 设置照明的互通晚上 24 点之前全开 24 点之后关闭 1 3 2 点之后仅开 1 3 3 设置照明的隧道白天仅开 1 2 照明 晚上基本段也仅开 1 2 照明 目前我国高速公路仍然是收费公路 在道路上设置照明等附属设施 就是 为了更好的为道路使用者提供安全 优质 舒适的行车环境 以上几种措施虽 然在用电费用上是节省了 但以牺牲道路使用者服务质量为代价的 在人们法 律意识越来越强的今天 是不足为取的 三 新型的高速公路照明节能设备 原有路灯的控制只考虑开 关及一些保护 目前国家正在提倡节约型社会 因此在高速公路照明上也要采取节能设备 目前普遍使用的气体放电灯在允许 范围内降低电压时照度并不成比例下降 即具有降低电压而照度变化不大的特 点 因此适度降低电压使用即能保证照明质量 又能大幅度节约电能消耗 节 省可观的电费开支 目前为了节能得目的 市场上出现了多种类型的照明节能装置 其中有一 种新型的智能照明调控节能装置 该装置的单相原理详见图 1 其是在主回路 中串联一套补偿变压器绕组 用其 所产生的电势与主电源叠加 来改 变输出电压值 由于变压器不是直 接用来供电 而仅是起补偿作用 约是总电源电压的 30 因此 变压器的功率和体积也可缩小为 30 可节省大量的铜线 铁心等材料 补偿变压器的一次绕组由电子 功率部件 固态开关 与抽头变压 器的各抽头连接 电子功率部件担 负两个任务 按微处理器的指令 通 断与抽头的连接 按微处理器的指令细分电压 即调节导通程度 改变 叠加电压的幅值 以增加电压级数和每级精度 如每级抽头为 5V 并在 5V 范 围内 可再把它分为 1V 档 5 级 由于是靠改变电子部件的导通程度来实现的 相位等参数没有改变 所以波形畸变很小 电源允许波动范围设定 184 244V 当采样输入电压超过设定值时 微处 理器立即指令电子功率部件进行无触点过零切换到合适的抽头处 以保证输出 电压稳定在标称电压的 2 5V 之内 整个装置除变压器的参数计算设计得合理是关键技术外 微处理器对采样 来的输出信号进行分析 判断 立即作出开 关电子开关的指令 电子开关又 随着微处理器的指令 与电源同步 同相位 连续导通 截止 该智能照明调控节能装置是一种经济可靠 无谐波的节能设备 能实现照 明灯具工作在最佳状态和满足人们对照明节能的要求 根据不同时段灯具工作 在最佳运行状态和满足照度标准且大幅度节能要求等条件编制的运行曲线 如 图 2 其工作过程为 软启动 稳压 降压节能 稳压 路灯电源开关的控制 可以根据日照曲线并结合天文钟 光控 PLC 遥控装置等很成熟的常用方法 来实现 注 t0 t1 从 200V 开始软启动 这个电压持续 2min30s 可以消除 40 的灯 具启动浪涌 t1 t2 以慢斜坡方式升到 220V 这个过程历时 5min t2 t3 额定电压运行 t3 t4 发出节能指令 以慢斜坡方式降到节能电压 这个过程历时 10min 依据灯具不同节能电压有所不同 高压汞灯电压在 200V 左右 高 压钠灯电压在 190V 左右 保证末端高压汞灯电压 190V 高压钠灯电压 180V t4 t5 节能电压运行 时间可根据各地情况 如浙江地区一般为 23 时至 5 时 t5 t6 解除节能命令 以慢斜坡方式升到 220V 这个过程历时 10min t6 t7 额定电压运行 黎明前光线更暗 车流又多起来 恢复较亮的光线 智能照明调控节能装置与低压配电设备一起组成完整的照明控制装置 其 分为开 关灯及节能时间控制 主电路保护和自动 手动控制开关和维修插座 部分 图 3 为智能照明调控节能装置配电系统图 工作过程是 PLC1 或光控或 手动使 J1 吸合 进而 KM 吸合 接通全部照明回路 调控装置开始按图 2 的 t1 t3 曲线段工作 到 PLC2 给调控装置中的 节能端子 一个短接信号 调控装 置按图 2 的 t3 t5 曲线段工作直到该短路信号撤离 此时再按图 2 的 t5 t7 曲 线段工作直到 PLC 或光控或手动使 J1 关断失电为止 一个循环结束 另外 如需要 PLC3 使 J2 吸合 进而 KM1 KM3 KM5 KM7 失电 即 24 点后可 关闭 1 3 照明灯 至凌晨 2 点 PLC4 使 J3 吸合 进而 KM2 KM4 KM6 KM8 失电 又关闭 1 3 照明灯 四 节能效果实测 采用智能补偿稳压节能装置在甬台温高速公路的猫狸岭隧道二号变电所内 也进行了实测 控制隧道灯线路以变电所为界 左洞 右洞各为 1 2 公里 电 压 电流数据详见表 1 表 4 表 1 安装智能照明调控节能装置的运行数据 测试日期 2005 12 6 19 15 12 7 19 14 相 位 进线电压出线电压进线电流电度表 期初读数 kwh 电度表 期末读数 kwh 用电量 kwh 运行状况 A234V190V62 2A B234V188V54 2A C233V188V47 5A 1870219111 409 良好 表 2 安装智能照明调控节能装置的光照度 测试日期 2005 12 7 14 00 光 照 度 50 号 消防栓 左 54 号 消防栓 左 58 号 消防栓 左 62 号 消防栓 左 中间停 车带 66 号 消防栓 右 62 号 消防栓 右 58 号 消防栓 右 56 号 消防栓 右 lux23 6 17 6 26 7 24 9 20 5 18 4 21 4 17 3 25 6 注 共选取 9 个测试点 每个点测两个数据 第一个数据为隧道灯正下方光线最强处 第二个数据为两隧道灯之间光线最弱处 表 3 未安装智能照明调控节能装置的运行数据 测试日期 2005 12 7 19 34 12 8 19 33 相 位 进线电压出线电压进线电流电度表 期初读数 kwh 电度表 期末读数 kwh 用电量 kwh 运行状况 A234V234V77 2A B234V234V67 4A C233V233V58A 1912119709588良好 表 4 未安装智能照明调控节能装置的光照度 测试日期 2005 12 7 14 00 光 照 度 50 号 消防栓 左 54 号 消防栓 左 58 号 消防栓 左 62 号 消防栓 左 中间停 车带 66 号 消防栓 右 62 号 消防栓 右 58 号 消防栓 右 56 号 消防栓 右 lux256206268261021520423 318 2286 注 共选取 9 个测试点 每个点测两个数据 第一个数据为隧道灯正下方光线最强处 第 二个数据为两隧道灯之间光线最弱处 由表 1 和表 3 可得 安装智能照明控制装置后节电 588 409 179 kwh 节电率为 179 588 30 4 因两隧道灯之间光线最暗处光照度很小 故以隧道灯正下 方光照度最强处为主进行比较 安装智能照明控制装置前后光照度变化最大的 为 56 号消防栓右处即为 28 25 28 10 7 由此可见 光照度与电压下降 不成比列 照度变化不明显 另外 采用智能补偿稳压节能装置在浙江沪杭甬高速公路钱江二桥上对 80 盏 250W 高压钠灯进行了实测 测试路段全长 2 公里 最末端灯杆据控制箱约 1 公里 根据测试安装该装置前 不节能时 末盏灯的压降为 15V 安装该装 置后 节能时 末盏灯的压降为 9V 节能时的照度为标准值的 96 电压 电流数据详见表 5 及表 6 表 5 安装智能照明调控节能装置的运行数据 测试日期 2006 4 20 2006 4 21 相 位 进线电压进线电流电度表 期初读数 kwh 电度表 期末读数 kwh 用电量 kwh 运行状况 A236V23 5A B240V22 8A C233V22 6A 443724446997良好 表 6 未安装智能照明调控节能装置的运行数据 测试日期 2006 4 21 2006 4 22 相 位 进线电压进线电流电度表 期初读数 kwh 电度表 期末读数 kwh 用电量 kwh 运行状况 A236V30 2A B237V29 4A C236V28 8A 4447544642167良好 由以上表 5 和表 6 可得 安装智能照明控制装置后节电 167 97 70 kwh 节 电率为 70 167 41 6 目前智能调控装置已经在杭 州 新 安江 景 德镇 高速公路互通照 明工程中使用 杭新景高速公路共有 18 座单喇叭互通和 2 座枢纽互通 安装 了 22 套智能调控装置 按照以上两测试的平均节电率 36 来计算 每年可节 电 18 7 6 2 15 1 36 59 5 万元 即仅互通照明一项每年可为业主节约近 60 万元 即保证了道路的有效光照度 给道路使用者以良好的硬件服务质量 同时也很好的节约了道路营运者的营运费用 做到一举两得 而该装置 不含 配电部分 一套约为 3 万元 共 66 万元 其安装成本 13 个月便可收回 据不完全统计 截至 2006 年 6 月已通车高速公路约有 92 座单喇叭互通 18 座双喇叭互通和 15 座枢纽互通 如果在互通区中推广使用智能照明调控节 能装置 每年估计可节电 92 7 6 18 15