景觀照明配電的一種智能控制方案及其應(yīng)用

段衛(wèi)文，趙旋宇，李家琪，胡永紅

(1.深圳市達(dá)特照明股份有限公司，廣東 深圳 518040；2.中國(guó)南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510623；3.國(guó)網(wǎng)江西省電力公司永新縣供電分公司，江西 吉安 343400)

引言

景觀照明在美化城市環(huán)境，提高城市的整體形象中發(fā)揮了重要作用。早期的景觀照明工程動(dòng)力電源控制電路比較簡(jiǎn)單，大多為三相供電，與單相電壓供電比較，更具有經(jīng)濟(jì)和輸送電壓更遠(yuǎn)等效果，一般由一個(gè)四極塑殼總開(kāi)關(guān)，根據(jù)負(fù)荷需求分幾路微型斷路器，中間串聯(lián)一個(gè)較大交流接器，由定時(shí)器控制交流接觸器的線圈做啟停。這種簡(jiǎn)易的電拖照明控制有一個(gè)很大的弊端，就在交流接觸器的啟動(dòng)的瞬間，容易引起微型斷路器跳閘，其主要原因有：接觸器連接有阻容吸收電路；分?jǐn)嗪?，阻容吸收電路、線路電感、線路電阻形成一個(gè)RLC暫態(tài)電路；當(dāng)接觸器在上側(cè)，微型斷路器在下側(cè)時(shí)，根據(jù)JGJ/T 163—2008《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》，照明分支線路每一單相回路電流不宜超過(guò)30 A。各個(gè)回路微型斷路器選配往往選擇額定電流16 A、20 A、25 A、32 A四種類(lèi)型。當(dāng)交流接觸器額定電流與微型斷路器不能合理匹配時(shí)，因此容易發(fā)生跳閘現(xiàn)象，且難以保證亮燈率，同時(shí)也不排除輸出回路負(fù)載直流電源過(guò)多產(chǎn)生的諧波電流產(chǎn)生的誤動(dòng)作，靠人工巡檢才能發(fā)現(xiàn)亮燈效果，不能第一時(shí)間知曉現(xiàn)場(chǎng)情況亮燈，后期維護(hù)人力投入較大。

1 配電的智能控制方案

1)燈具選材與實(shí)驗(yàn)要求。亮燈率是景觀照明重要的指標(biāo)，符合人的視覺(jué)感觀。如果不到一定要求的亮燈率，根本保證不了景觀照明的效果。首先從燈具的質(zhì)量開(kāi)始，LED燈具出廠前要做老化實(shí)驗(yàn)。燈具使用壽命達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期壽命要求。除涵洞隧道外，景觀照明燈具大部分為室外安裝，防水等級(jí)和散熱一定要滿足當(dāng)?shù)匕惭b環(huán)境要求。為安全起見(jiàn)，因此常采用安全直流電壓DC 24 V供電。對(duì)燈具的一般性檢測(cè)還包括外觀檢查、安全性、光學(xué)效果、環(huán)境可靠性以及控制可靠性等。

2)配電系統(tǒng)的三級(jí)監(jiān)視。

(a)首先是對(duì)輸入主電纜總功率的監(jiān)控。對(duì)亮燈率效果的監(jiān)視，先是初始計(jì)算全亮燈具的基本恒定功率，得出一個(gè)上下限范圍值，通過(guò)統(tǒng)計(jì)功率大小，測(cè)算出比較精確亮燈功率，在系統(tǒng)中設(shè)定一個(gè)上下范圍浮動(dòng)值。采用智能電量采集模塊，對(duì)功率、電流、電壓、主塑殼斷路器的電磁脫扣因素等參數(shù)與人機(jī)界面觸摸屏和智能照明控制模塊GSM進(jìn)行組網(wǎng)通信(如圖1所示)。

圖1 景觀照明配電系統(tǒng)圖Fig.1 System diagram of landscape lighting distribution

(b)針對(duì)采用市電220 V大功率的投光燈，一般單燈功率不超250 W，則由多路測(cè)控電能表與GSM智能照明控制模塊和人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)本地與遠(yuǎn)程在線通訊監(jiān)視。對(duì)各輸出回路微型斷路器和交流接觸器的閉合開(kāi)斷進(jìn)行監(jiān)視，從而判別出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。如在發(fā)出指令要求后，出現(xiàn)采集電流電壓等參數(shù)為零，則立即發(fā)出預(yù)警。當(dāng)線路有并聯(lián)多個(gè)燈具時(shí)，可與線路電流的初設(shè)值對(duì)比，計(jì)算出亮燈率多少。

(c)最后通過(guò)電力載波通信智能電源與GSM智能照明控制模塊通訊連接。對(duì)末端低壓直流燈具并聯(lián)組串進(jìn)行監(jiān)視，可縮小監(jiān)控范圍。

3)智能照明控制模塊集中器集成軟件平臺(tái)。由GSM智能照明控制模塊、智能采集模塊、多路電能測(cè)控表和智能直流電源對(duì)斷路器開(kāi)斷等電氣進(jìn)行工作狀態(tài)監(jiān)視組合成系統(tǒng)集成平臺(tái)，可以模擬建模圖形安裝位置，采用電氣照明仿真技術(shù)，使虛擬與現(xiàn)場(chǎng)安裝燈具和智能直流電源一致。針對(duì)哪一故障點(diǎn)不能正常工作，就能顯示發(fā)出報(bào)警故障，使監(jiān)視人員可以在用戶(hù)終端得到預(yù)警，同過(guò)短信貓系統(tǒng)可直接發(fā)送給維修人員，從而第一時(shí)間把反饋的問(wèn)題得到處理。

結(jié)合用戶(hù)的需求，可以遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)APP改變亮燈模式,如深夜模式只保留天際線。黃金時(shí)段全部開(kāi)啟，或采用節(jié)假日模式。既可以節(jié)約運(yùn)行成本，又可以減少日常耗費(fèi)。

2 方案的應(yīng)用

本文提出的配電方案已在貴州省黔南地區(qū)某縣城新建3A級(jí)景區(qū)小鎮(zhèn)得到應(yīng)用。該項(xiàng)目所在區(qū)域?yàn)?4棟具有當(dāng)?shù)孛褡逄厣鹿沤ㄖ?，占地面積154 512 m2(約232畝)，建筑面積127 514 m2，如圖2所示，采用框架結(jié)構(gòu)，為4層的小矮樓，屋頂加裝小青瓦片裝飾和外立墻面有少數(shù)民族壁畫(huà)。

圖2 貴州省黔南地區(qū)某小鎮(zhèn)實(shí)景圖Fig.2 A real scene of a small town in the southern part of Guizhou Province

1)燈具選型和安裝方式。

a.屋面采用9 W瓦楞燈，外殼顏色與小青瓦一致。光束角為30°,色溫為2 200 K。采用結(jié)構(gòu)膠粘貼瓦片上。

b.屋檐為24 W/m洗墻燈，暗藏于屋檐木飾盒里，光束角為30°,色溫為3 000 K。采用304不銹鋼膨脹M6×80 mm螺絲固定墻體上。

c.外立面墻畫(huà)24 W/m洗墻燈，平行安裝于樓層標(biāo)識(shí)黑色腰線，燈具外殼為黑色。光束角為30°,色溫為4 000 K。采用304不銹鋼膨脹M6×80 mm。

2)控制要求。

a.維修時(shí)能手動(dòng)啟動(dòng)采用自保持電路，同時(shí)能采用時(shí)鐘進(jìn)行本地控制和無(wú)線遠(yuǎn)程通信的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制， 并能實(shí)現(xiàn)平日模式、節(jié)日模式各時(shí)段的啟閉。無(wú)線遠(yuǎn)程通信的方式優(yōu)先于定時(shí)器本地控制，當(dāng)無(wú)線遠(yuǎn)程通信的方式故障時(shí)或信號(hào)差不在線時(shí)，可以啟用定時(shí)器本地控制。如圖3所示。

圖3 配電系統(tǒng)二次接線圖Fig.3 Distribution system secondary wiring diagram

b.由于本案樓層高度不高，全區(qū)有均勻分布了10臺(tái)500 kVA箱變和眾多分接箱。本案配電箱輸出回路沒(méi)有采用380 V供電，對(duì)于高樓層，輸出距離遠(yuǎn)可采用380 V供電比較經(jīng)濟(jì)。

c.本案54棟建筑，根據(jù)建筑物面積大小分級(jí)，大的類(lèi)似四合院?jiǎn)为?dú)設(shè)配電箱控制，小的建筑物根據(jù)地形和接電點(diǎn)的距離分兩到三棟共用配電箱。全鎮(zhèn)區(qū)共有35個(gè)配電箱。

d.三級(jí)監(jiān)控。①采用智能采集模塊與CT相連，通過(guò)人機(jī)顯示界面對(duì)首級(jí)輸入總電源進(jìn)行電壓、電流、總功率等的監(jiān)視(如圖4所示)。②采用12路測(cè)控電能表(可擴(kuò)展)對(duì)每個(gè)一輸出回路進(jìn)行監(jiān)視。提供全方位的測(cè)量功能，如電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無(wú)功電度等基本電參數(shù)。③最后一級(jí)為智能電源通過(guò)電力載波通信與智能照明控制模塊通訊。監(jiān)視每一串燈具的電流上下限值，通過(guò)功率的計(jì)算，是否判定是否全燈運(yùn)行(如圖5所示)。其他泛光照明燈具的接線方式也類(lèi)似。

圖4 智能采集模塊Fig.4 Intelligent acquisition module

圖5 智能電源電力載波通信監(jiān)視燈具Fig.5 Intelligent power supply power carrier communication monitoring light

圖6 貴州省黔南地區(qū)某小鎮(zhèn)夜景照明實(shí)景圖Fig.6 The lighting scene of a small town in the southern part of Guizhou Province

3)系統(tǒng)集成平臺(tái)。對(duì)全鎮(zhèn)區(qū)54棟建筑物進(jìn)行三維建模，夜景照明實(shí)景如圖6所示。以每一臺(tái)配電箱和每一幢建筑物結(jié)合為基礎(chǔ)，加以區(qū)分編碼。對(duì)輸出回路的的每個(gè)組燈具進(jìn)行與現(xiàn)場(chǎng)吻合的布燈，現(xiàn)場(chǎng)和系統(tǒng)集中平臺(tái)模擬仿真照明都要標(biāo)注每一個(gè)智能電源的地址、編號(hào)。以便于快速查找，故障燈具或故障智能電源。通過(guò)實(shí)時(shí)通信對(duì)傳輸電流和功率與計(jì)算功率和計(jì)算電流的比對(duì)和判定，并計(jì)算結(jié)果，最終得出亮燈率。如有亮燈率達(dá)不到要求可發(fā)出預(yù)警，通過(guò)短信貓功能發(fā)送的維修人員，同時(shí)維修人員也可以通過(guò)智能照明手機(jī)APP查詢(xún)各個(gè)建筑物配電箱的運(yùn)行情況和改變啟停時(shí)間。

該景觀照明配電方案具有可操作性簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、施工可行性安裝方便。相比以往人工巡查景觀照明燈具難以發(fā)現(xiàn)局部細(xì)微故障問(wèn)題，能迅速作出判斷，解決了因巡查不到位或人工巡查不能全覆蓋與“暗區(qū)死角”等的運(yùn)行中情況。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著城市景觀照明建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，智能控制照明的需求越來(lái)越高。城市景觀照明甚至還很多更多的主功能和附加功能，如多個(gè)建筑物聯(lián)動(dòng)燈光秀或全城區(qū)域聯(lián)動(dòng)、浪涌保護(hù)器擊穿開(kāi)關(guān)量的監(jiān)控、開(kāi)配電箱門(mén)報(bào)警(防盜措施)、停電報(bào)警等。智能控制在景觀照明中的應(yīng)用不斷地創(chuàng)新，功能也越來(lái)越完善，為節(jié)省景觀照明運(yùn)行與維護(hù)成本將發(fā)揮更為重要的作用。