智能照明調(diào)控裝置在高速公路上的應(yīng)用

/摘要：高速公路照明節(jié)能是創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)和以人為本為公眾服務(wù)的一項(xiàng)重要措施，本文通過對(duì)浙江省高速公路照明現(xiàn)狀的分析，介紹了智能照明調(diào)控節(jié)能裝置的原理、運(yùn)行周期，并通過對(duì)在貓貍嶺隧道和錢江二橋上安裝智能照明調(diào)控節(jié)能裝置前后進(jìn)行了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比，說明其能達(dá)到的節(jié)能效果及推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞：高速公路互通隧道照明智能照明調(diào)控節(jié)能裝置實(shí)測(cè)節(jié)能一、前言以全國1%的土地和6%的人口實(shí)現(xiàn)全國20%的GDP、30%的進(jìn)出口總額和40%的外資的長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，近年來遭遇愈來愈嚴(yán)峻的“電荒”和環(huán)境壓力。2005年浙江GDP達(dá)到13365億元，經(jīng)濟(jì)總量列居全國第4位，浙江省依托“長(zhǎng)三角”的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，建設(shè)環(huán)杭州灣產(chǎn)業(yè)帶，培育建設(shè)先進(jìn)制造業(yè)基地，對(duì)電力的需求將接著保持兩位數(shù)的增長(zhǎng)率。而近幾年電力供應(yīng)總體偏緊，缺電已經(jīng)從部分地區(qū)夏季高峰或枯水期電力短缺轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓿掷m(xù)性缺電和隨機(jī)性缺電，電力供應(yīng)驚惶已重新成為制約社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。2005年浙江全省用電量比上年增長(zhǎng)18.7%，累計(jì)拉電損失電量15.8億千瓦時(shí)，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(huì)，著力緩解浙江省能源瓶頸制約，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，浙江省人民政府發(fā)布的浙政發(fā)[2006]35號(hào)文《浙江省人民政府關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能降耗工作的通知》明確了節(jié)能降耗的重點(diǎn)，照明節(jié)能是九大重點(diǎn)之一。二、浙江省高速公路照明現(xiàn)狀分析《JTGB01-2003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：高速公路、一級(jí)公路的隧道長(zhǎng)度大于100米時(shí)應(yīng)設(shè)置照明設(shè)施；公路收費(fèi)廣場(chǎng)、服務(wù)區(qū)應(yīng)設(shè)置照明設(shè)施；位于城市出入口路段的互通式立體交叉、特大橋等宜設(shè)置照明設(shè)施。目前浙江省已經(jīng)通車的高速公路總里程為1866公里，全部長(zhǎng)度大于100米的高速公路隧道均依據(jù)《JTJ026.1-1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定配置了隧道照明燈具，光源一般接受100W~400W高壓鈉燈；收費(fèi)廣場(chǎng)、服務(wù)區(qū)也依據(jù)相應(yīng)的交通量配置了照明設(shè)施，依據(jù)所照廣場(chǎng)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(shè)置了高桿照明設(shè)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(shè)施，高桿照明光源一般為400W~1000W高壓鈉燈和高壓汞燈混光；低桿道路燈光源一般接受250W~400W高壓鈉燈。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，一個(gè)單洞長(zhǎng)度為3000km隧道照明每年電費(fèi)約49.2萬元，一個(gè)單喇叭或苜蓿葉型互通每年約用電7.6萬元，一個(gè)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(yíng)運(yùn)公司一般為了節(jié)約營(yíng)運(yùn)費(fèi)用，實(shí)行以下幾種措施：1．設(shè)置照明的互通晚上基本上不開燈；2．設(shè)置照明的互通晚上24點(diǎn)之前全開，24點(diǎn)之后關(guān)閉1/3，2點(diǎn)之后僅開1/3；3．設(shè)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。目前我國高速公路照舊是收費(fèi)公路，在道路上設(shè)置照明等附屬設(shè)施，就是為了更好的為道路運(yùn)用者供應(yīng)平安、優(yōu)質(zhì)、舒適的行車環(huán)境。以上幾種措施雖然在用電費(fèi)用上是節(jié)約了，但以犧牲道路運(yùn)用者服務(wù)質(zhì)量為代價(jià)的，在人們法律意識(shí)越來越強(qiáng)的今日，是不足為取的。三、新型的高速公路照明節(jié)能設(shè)備原有路燈的限制只考慮開、關(guān)及一些愛惜，目前國家正在提倡節(jié)約型社會(huì)，因此在高速公路照明上也要實(shí)行節(jié)能設(shè)備。目前普遍運(yùn)用的氣體放電燈在允許范圍內(nèi)降低電壓時(shí)照度并不成比例下降，即具有降低電壓而照度變更不大的特點(diǎn)，因此適度降低電壓運(yùn)用即能保證照明質(zhì)量，又能大幅度節(jié)約電能消耗，節(jié)約可觀的電費(fèi)開支。目前為了節(jié)能得目的，市場(chǎng)上出現(xiàn)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(diào)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(lián)一套補(bǔ)償變壓器繞組，用其所產(chǎn)生的電勢(shì)和主電源疊加，來變更輸出電壓值。由于變壓器不是干脆用來供電，而僅是起補(bǔ)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)約大量的銅線、鐵心等材料。補(bǔ)償變壓器的一次繞組由電子功率部件（固態(tài)開關(guān)）和抽頭變壓器的各抽頭連接，電子功率部件擔(dān)負(fù)兩個(gè)任務(wù)：①按微處理器的指令通、斷和抽頭的連接②按微處理器的指令細(xì)分電壓——即調(diào)整導(dǎo)通程度，變更疊加電壓的幅值，以增加電壓級(jí)數(shù)和每級(jí)精度。如每級(jí)抽頭為5V，并在5V范圍內(nèi)，可再把它分為1V檔5級(jí)。由于是靠變更電子部件的導(dǎo)通程度來實(shí)現(xiàn)的，相位等參數(shù)沒有變更，所以波形畸變很小。電源允許波動(dòng)范圍設(shè)定184~244V。當(dāng)采樣輸入電壓超過設(shè)定值時(shí)，微處理器立刻指令電子功率部件進(jìn)行無觸點(diǎn)過零切換到合適的抽頭處，以保證輸出電壓穩(wěn)定在標(biāo)稱電壓的±2%（5V）之內(nèi)。整個(gè)裝置除變壓器的參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)得合理是關(guān)鍵技術(shù)外，微處理器對(duì)采樣來的輸出信號(hào)進(jìn)行分析、推斷，立刻作出開、關(guān)電子開關(guān)的指令，電子開關(guān)又隨著微處理器的指令，和電源同步（同相位）連續(xù)導(dǎo)通、截止。該智能照明調(diào)控節(jié)能裝置是一種經(jīng)濟(jì)牢靠，無諧波的節(jié)能設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)照明燈具工作在最佳狀態(tài)和滿足人們比照明節(jié)能的要求。依據(jù)不同時(shí)段燈具工作在最佳運(yùn)行狀態(tài)和滿足照度標(biāo)準(zhǔn)且大幅度節(jié)能要求等條件編制的運(yùn)行曲線，如圖2。其工作過程為：軟啟動(dòng)→穩(wěn)壓→降壓節(jié)能→穩(wěn)壓。路燈電源開關(guān)的限制可以依據(jù)日照曲線并結(jié)合天文鐘、光控、PLC、遙控裝置等很成熟的常用方法來實(shí)現(xiàn)。注：t0~t1：從200V起先軟啟動(dòng)，這個(gè)電壓持續(xù)2min30s，可以消退40%的燈具啟動(dòng)浪涌。t1~t2：以慢斜坡方式升到220V，這個(gè)過程歷時(shí)5min。t2~t3：額定電壓運(yùn)行。t3~t4：發(fā)出節(jié)能指令，以慢斜坡方式降到節(jié)能電壓，這個(gè)過程歷時(shí)10min。依據(jù)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）。t4~t5：節(jié)能電壓運(yùn)行，時(shí)間可依據(jù)各地狀況，如浙江地區(qū)一般為23時(shí)至5時(shí)。t5~t6：解除節(jié)能叮囑，以慢斜坡方式升到220V，這個(gè)過程歷時(shí)10min。t6~t7：額定電壓運(yùn)行，黎明前光線更暗，車流又多起來，復(fù)原較亮的光線。智能照明調(diào)控節(jié)能裝置和低壓配電設(shè)備一起組成完整的照明限制裝置，其分為開、關(guān)燈及節(jié)能時(shí)間限制、主電路愛惜和自動(dòng)、手動(dòng)限制開關(guān)和修理插座部分。圖3為智能照明調(diào)控節(jié)能裝置配電系統(tǒng)圖。工作過程是PLC1或光控或手動(dòng)使J1吸合，進(jìn)而KM吸合，接通全部照明回路，調(diào)控裝置起先按圖2的t1~t3曲線段工作。到PLC2給調(diào)控裝置中的“節(jié)能端子”一個(gè)短接信號(hào)，調(diào)控裝置按圖2的t3~t5曲線段工作直到該短路信號(hào)撤離，此時(shí)再按圖2的t5~t7曲線段工作直到PLC或光控或手動(dòng)使J1關(guān)斷失電為止，一個(gè)循環(huán)結(jié)束。另外，如須要PLC3使J2吸合，進(jìn)而KM1、KM3、KM5、KM7失電，即24點(diǎn)后可關(guān)閉1/3照明燈，至凌晨2點(diǎn)PLC4使J3吸合，進(jìn)而KM2、KM4、KM6、KM8失電，又關(guān)閉1/3照明燈。四、節(jié)能效果實(shí)測(cè)接受智能補(bǔ)償穩(wěn)壓節(jié)能裝置在甬臺(tái)溫高速公路的貓貍嶺隧道二號(hào)變電所內(nèi)也進(jìn)行了實(shí)測(cè)，限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(shù)據(jù)詳見表1-表4。表1：安裝智能照明調(diào)控節(jié)能裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)（測(cè)試日期：2005.12.619：15~12.719：14）相位進(jìn)線電壓出線電壓進(jìn)線電流電度表期初讀數(shù)（kwh）電度表期末讀數(shù)（kwh）用電量（kwh）運(yùn)行狀況A234V190V62.2A1870219111409良好B234V188V54.2AC233V188V47.5A表2：安裝智能照明調(diào)控節(jié)能裝置的光照度（測(cè)試日期：2005.12.714：00）光照度50號(hào)消防栓左54號(hào)消防栓左58號(hào)消防栓左62號(hào)消防栓左中間停車帶66號(hào)消防栓右62號(hào)消防栓右58號(hào)消防栓右56號(hào)消防栓右lux236176267249205184214173256注：共選取9個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)測(cè)兩個(gè)數(shù)據(jù)，第一個(gè)數(shù)據(jù)為隧道燈正下方光線最強(qiáng)處，其次個(gè)數(shù)據(jù)為兩隧道燈之間光線最弱處。表3：未安裝智能照明調(diào)控節(jié)能裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)（測(cè)試日期：2005.12.719:34-12.819：33）

相位進(jìn)線電壓出線電壓進(jìn)線電流電度表期初讀數(shù)（kwh）電度表期末讀數(shù)（kwh）用電量（kwh）運(yùn)行狀況A234V234V77.2A1912119709588良好B234V234V67.4AC233V233V58A表4：未安裝智能照明調(diào)控節(jié)能裝置的光照度（測(cè)試日期：2005.12.714:00）光照度50號(hào)消防栓左54號(hào)消防栓左58號(hào)消防栓左62號(hào)消防栓左中間停車帶66號(hào)消防栓右62號(hào)消防栓右58號(hào)消防栓右56號(hào)消防栓右lux2562062682610215204233182286注：共選取9個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)測(cè)兩個(gè)數(shù)據(jù)，第一個(gè)數(shù)據(jù)為隧道燈正下方光線最強(qiáng)處，其次個(gè)數(shù)據(jù)為兩隧道燈之間光線最弱處。由表1和表3可得：①安裝智能照明限制裝置后節(jié)電588-409=179（kwh），節(jié)電率為179/588=30.4%。②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(qiáng)處為主進(jìn)行比較，安裝智能照明限制裝置前后光照度變更最大的為56號(hào)消防栓右處即為（28-25）/28=10.7%，由此可見，光照度和電壓下降不成比列，照度變更不明顯。另外，接受智能補(bǔ)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(duì)80盞250W高壓鈉燈進(jìn)行了實(shí)測(cè)。測(cè)試路段全長(zhǎng)2公里，最末端燈桿據(jù)限制箱約1公里，依據(jù)測(cè)試安裝該裝置前（不節(jié)能時(shí)）末盞燈的壓降為15V，安裝該裝置后（節(jié)能時(shí)）末盞燈的壓降為9V，節(jié)能時(shí)的照度為標(biāo)準(zhǔn)值的96%。電壓、電流數(shù)據(jù)詳見表5及表6。表5安裝智能照明調(diào)控節(jié)能裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)-2006.4.21）相位進(jìn)線電壓進(jìn)線電流電度表期初讀數(shù)（kwh）電度表期末讀數(shù)（kwh）用電量（kwh）運(yùn)行狀況A236V23.5A443724446997良好B240V22.8AC233V22.6A表6未安裝智能照明調(diào)控節(jié)能裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)-2006.4.22）相位進(jìn)線電壓進(jìn)線電流電度表期初讀數(shù)（kwh）電度表期末讀數(shù)（kwh）用電量（kwh）運(yùn)行狀況A236V30.2A4447544642167良好B237V29.4AC236V28.8A由以上表5和表6可得：安裝智能照明限制裝置后節(jié)電167-97=70（kwh）,節(jié)電率為70/167=41.6%。目前智能調(diào)控裝置已經(jīng)在杭（州）新（安江）景（德鎮(zhèn)）高速公路互通照明工程中運(yùn)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(diào)控裝置，依據(jù)以上兩測(cè)試的平均節(jié)電率36%來計(jì)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(xiàng)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，給道路運(yùn)用者以良好的硬件服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)也很好的節(jié)約了道路營(yíng)運(yùn)者的營(yíng)運(yùn)費(fèi)用，做到一箭雙雕，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(gè)月便可收回。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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，假如在互通區(qū)中推廣運(yùn)用智能照明調(diào)控節(jié)能裝置，每年估計(jì)可節(jié)電(92×7.6+18×15.1+15×15.1)×36%=4