關(guān)于城市道路照明設施專用變壓器設置的問題與思考

王藝深,姚靈林,范曉龍

(廣州市照明建設管理中心，廣東 廣州 510230)

關(guān)于城市道路照明設施專用變壓器設置的問題與思考

王藝深,姚靈林,范曉龍

(廣州市照明建設管理中心，廣東 廣州 510230)

城市道路照明為夜間的車輛駕駛?cè)藛T及行人創(chuàng)造良好的視看環(huán)境，達到保障夜間交通安全，提高交通運輸效率，方便人民生活，防止犯罪活動和美化城市環(huán)境的效果。良好的城市道路照明對社會安全、交通暢順、美化城市等有著重要的意義。一個完善、合理的配電系統(tǒng)更是城市道路照明正常運行必不可少的條件。本文就廣州市目前城市道路照明設施電源存在的問題進行了相關(guān)分析并提出了一些想法。

城市道路照明； 路燈專變； 公用變壓器； 路燈電源

引言

廣州市城市道路照明采用兩級低壓放射式電網(wǎng)供電，從照明專用或供電企業(yè)公用10/0.4kV變壓器低壓母線以三相放射式電纜干線饋電至各路燈照明配電箱，再從照明配電箱以放射式支線向各路段道路及景觀照明負荷配電。

截至2015年，廣州市中心六區(qū)共有向市城市明設施提供電源的專用配電變壓器(以下簡稱路燈專變)334臺；公用配電變壓器(以下簡稱路燈公變)1 461臺。

路燈專變運行所帶負荷性質(zhì)單一，負荷穩(wěn)定，但由于在城市中分布較廣，數(shù)量較多，多數(shù)照明工程維護人員缺乏有10kV變壓器運維知識，導致路燈專變運行經(jīng)常出現(xiàn)問題。本文就城市道路照明設施電源存在的問題進行了相關(guān)分析并提出了一些想法，供同行交流。

1 城市道路照明存在問題

1.1 路燈專變負載分布不均

根據(jù)配電變壓器經(jīng)濟負荷率，油浸變?yōu)?0%～60%，干式變壓器為70%～80%。目前，廣州市中心城區(qū)的路燈專用變壓器存在負載率超過70%的油浸變約25臺，其中4臺負載率超過110%；負載率低于20%的路燈專變約140臺，占比較大。

經(jīng)實地勘察過載專變的專變?nèi)萘客ǔ５陀?00kVA，處于負荷需求較大區(qū)域，且附近有無新建專變轉(zhuǎn)移其負荷；負載率低于20%的路燈電源專變，主要由于近幾年剛投運的配變所接入的負荷尚未完全釋放，或者其專變的容量較大(800 kVA、1 250 kVA)而實際需求負荷較小等原因?qū)е隆?/p>

1.2 部分路燈專變能耗等級高，不能達到節(jié)能要求

截止到2014年底，廣州市中心城區(qū)的10kV專用變壓器型號為S9及以下高損耗配電變壓器共有26臺，根據(jù)《工業(yè)和信息化部高耗能落后機電設備(產(chǎn)品)淘汰目錄》，這部分變壓器屬于技術(shù)淘汰產(chǎn)品，不能達到節(jié)能要求。

1.3 路燈專變供電半徑重復

380V線路最佳供電半徑為1 000 m左右，部分路燈專用箱式變之間的距離過近，供電范圍重疊，造成投資上的浪費。其原因主要是由于缺乏路燈電源的統(tǒng)一規(guī)劃，各規(guī)劃道路的照明電源設計單位各自為陣，只是簡單地考慮單一的新建道路，未考慮到周圍道路電源點分布情況。

1.4 路燈專變運行電流三相不平衡

三相負荷不平衡度超過允許標準的路燈專變存在嚴重安全隱患，主要表現(xiàn)為：有可能使負荷較大的那一相繞組過熱而使其壽命縮短，從而縮短了整臺專變的壽命。經(jīng)研究得出，在變壓器額定負荷下，電流不平衡度為10%時，其絕緣壽命約縮短16%。因此在長期嚴重過負荷時，很容易燒毀變壓器[1]。

對路燈負荷而言，當變壓器三相負荷不平衡時將使零線電流增大，長期在負荷嚴重不平衡狀態(tài)下運行，可導致零線燒斷，造成造成照明設備損壞事故。 經(jīng)調(diào)查廣州市中心六區(qū)路燈專變的三相電流不平衡情況，約有40%的專變?nèi)嘭摵刹黄胶舛瘸^20%。

廣州中心六區(qū)規(guī)劃范圍內(nèi)三相負荷不平衡程度超標或嚴重超標的專變比例較高，說明目前中心城區(qū)有較多的路燈專變存在運行上安全隱患，既不利于保證配變本身的正常使用壽命，又不利于確保照明負荷的安全正常供電。

1.5 電源接線不能完全滿足規(guī)范要求，重要道路未采用雙電源供電

根據(jù)規(guī)范要求，對城市中的重要道路、交通樞紐及人流集中的廣場等區(qū)段的照明應采用雙電源供電。每個電源均應能承受100%的負荷[2]。由于受外接電源點的限制，但目前規(guī)劃范圍內(nèi)大多數(shù)道路(含重要道路)都采用單電源供電，重要道路及節(jié)點供電無法滿足雙電源的要求。

1.6 設備配電自動化水平低

目前中心城區(qū)范圍內(nèi)的路燈專變均未加裝TTU等配電自動化設備，數(shù)據(jù)監(jiān)控、采集方式仍以人工抄表和手動整理為主。

路燈回路運行數(shù)據(jù)采集工作量過大、采集時間不及時、采集周期過長、數(shù)據(jù)記錄準確程度不高等問題，導致運維管理的效率和質(zhì)量提升難度較大。

2 原因分析及對策

2.1 統(tǒng)籌規(guī)劃，合理設計

路燈建設大多數(shù)情況為配套道路工程同期建設，建設時期充分考慮原有電纜走廊的有效利用，嚴格控制當前市政道路照明工程電纜走廊的新建,并充分利用供電半徑內(nèi)的原有路燈專變。同時，密切關(guān)注轄區(qū)城中村改造、房地產(chǎn)開發(fā)等重大建設投資項目，從長遠角度做好電纜走廊規(guī)劃。此外，配合市政道路同步建設電力管廊工作，結(jié)合負荷發(fā)展需求，做好新建(擴建)道路的電力管廊規(guī)劃建設。

結(jié)合各區(qū)供電局配網(wǎng)新建(擴建)規(guī)劃，提高市政照明供電能力，調(diào)整負荷，優(yōu)化供電范圍，滿足負荷發(fā)展需求。同時，依據(jù)配網(wǎng)現(xiàn)狀及未來新增照明用電需求，為開關(guān)房/綜合房布點規(guī)劃提供建議。

對廣州市內(nèi)新建照明工程進行施工圖審核，對今后移交至市級照明管理部門維護的照明工程在其附近路燈專變負荷冗余的前提下提供電源接入業(yè)務，提高路燈專變的符合率，避免重復投資浪費資源。

圖1 雙專變標準接線Fig.1 Standard connection mode of double special transformer

提高城市照明供電可靠性，對城市中新建重要道路、交通樞紐及人流集中的廣場等區(qū)段的照明應采用雙電源供電，每個電源應均能承受100%的負荷。根據(jù)規(guī)范城市中現(xiàn)狀需雙電源供電而采取單電源供電的路段進行逐步改造，增加雙路燈專變電源供電。

2.2 推廣高效配電變壓器，淘汰高耗能變壓器

2011年，國家電網(wǎng)公司編發(fā)了《第一批重點推廣新技術(shù)目錄》，S13 型及以上型號系列的配電變壓器(以下簡稱配變) 被列入目錄，表示S13型及以上配電變壓器為主導產(chǎn)品。根據(jù)JB /T 3837—2010《變壓器類產(chǎn)品型號編制方法》(具體變壓器損耗參數(shù)表見表1)，S13 型配變與同容量S7型配變相比，空載損耗下降了 50% ～ 60%，負載損耗下降了 20% ～ 30%。

表1 S7、S9、S11、S13系列變壓器損耗參數(shù)對照表

由于路燈專變的負荷率普遍較低，空載損耗占總損耗的比重大，所以對S9及以下低效能變壓器改造，更換為S13以上能效等級的變壓器，主要是為了降低變壓器自身損耗，以降低空載損耗為主。

對廣州中心六區(qū)列入淘汰范圍高耗能配電變壓器，制定淘汰計劃并組織實施。根據(jù)《工業(yè)和信息化部質(zhì)檢總局 發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)配電變壓器能效提升計劃(2015—2017年)的通知》(工信部聯(lián)節(jié)〔2015〕269號)的要求爭取于2017年底完成廣州市能效等級S9以下路燈專變的升級改造，更換為S13級以上變壓器。通過低效能路燈專變的升級改造，將降低路燈專變自身損耗，達到節(jié)約能源、節(jié)省電費的目的。

同時在照明工程中積極推廣使用高能效配電變壓器，提高高效配電變壓器在路燈照明中的運行比例。

2.3 改善三相不平衡

三相不平衡的產(chǎn)生原因主要由于單相負載配置不合理造成的。在新建照明工程中，如使用路燈專變電源則路燈全部要求三相供電，并盡量平均分配負荷。對運行中的路燈專變?nèi)嗖黄胶馇闆r進行梳理統(tǒng)計，對不符合要求的路燈專變各相負荷進行分析，并合理的分配到各相，必要時安裝平衡裝置。

2.3.1 積極開展路燈專變負荷實際測量和調(diào)整工作

加強路燈專變的日常維護，對管理范圍內(nèi)的路燈專變進行負荷電流現(xiàn)場測量，發(fā)現(xiàn)負荷不平衡較為嚴重時候，應及時對線路進行改造調(diào)整負荷分配比例，盡量使三相電流平衡。

2.3.2 合理選擇中性線截面

在目前一般低壓電纜中，零線的截面為相線的1/2，電阻值大造成了在三相負荷不平衡時，零線損耗加大，為此可以考慮到適當增大零線的導線截面，例如采用五芯電纜，每相用一個芯線而零線則用兩個芯線，并在零線上不得加裝熔斷器和開關(guān)、刀閘[3]。

2.3.3 安裝三相不平衡補償裝置

限于路燈用電的特殊性，很多情況下單純調(diào)整負荷無法滿足三相平衡，目前很多設備廠家研制并生產(chǎn)了三相不平衡裝置，在條件允許的情況下可在路燈專變側(cè)安裝三相不平衡補償裝置，原理如圖2所示。

圖2 三相不平衡補償裝置原理圖Fig.2 Schematic diagram of three-phase unbalance compensation device

裝置開啟后，通過外接電流互感器(CT)實時檢測系統(tǒng)電流，并將系統(tǒng)電流信息發(fā)送給內(nèi)部控制器進行處理分析，以判斷系統(tǒng)是否處于不平衡狀態(tài)，同時計算出達到平衡狀態(tài)時各相所需轉(zhuǎn)換的電流值，然后將信號發(fā)送給內(nèi)部 IGBT并驅(qū)動其動作，將不平衡電流從電流大的相轉(zhuǎn)移到電流小的相，最后達到三相平衡狀態(tài)。

2.4 提高路燈專變自動化水平

配電變壓器監(jiān)測終端(簡稱配變終端)是一種對變壓器進行實時數(shù)據(jù)采集與控制的自動化終端設備，它可以通過通信網(wǎng)絡與配網(wǎng)自動化系統(tǒng)相連，并上報監(jiān)測的各種數(shù)據(jù)[4]，能可靠、實時地為變壓器管理部門的專業(yè)分析提供實時數(shù)據(jù)。經(jīng)過系統(tǒng)分析后，及時發(fā)現(xiàn)配電變壓器運行中出現(xiàn)的異常情況并進行處理和優(yōu)化，保證配電網(wǎng)正常穩(wěn)定的運行，以實現(xiàn)良好的經(jīng)濟和社會效益[5-6]。

基于GPRS、CDMA、3G、4G等通訊方式的配變監(jiān)測系統(tǒng)主要由配變監(jiān)測終端、通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心組成，如圖3所示。配變監(jiān)測終端置于變壓器現(xiàn)場，通過電壓互感器(PT)、電流互感器(CT)及開關(guān)量采集模塊對變壓器二次側(cè)的電氣參數(shù)進行采集，然后發(fā)送給通訊模塊，最后通訊模塊把數(shù)據(jù)通過公用通訊網(wǎng)絡傳輸至廣州市照明監(jiān)控系統(tǒng)。當路燈專變出現(xiàn)異常報警時，由照明監(jiān)控系統(tǒng)主動發(fā)送報警信息給相關(guān)人員。照明監(jiān)控平臺服務器端也可以通過監(jiān)視控制軟件進行配變終端參數(shù)的設置和修改。配變終端主要實現(xiàn)變壓器運行參數(shù)的測量、相關(guān)電能的計量、異常情況的報警、運行狀況的分析和預測等。

圖3 配電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of distribution transformer monitor and measurement terminal

對現(xiàn)狀全市中心六區(qū)范圍內(nèi)的路燈專變加裝配電變壓器監(jiān)測終端，用于實現(xiàn)對配電變壓器的信息采集和控制，實時監(jiān)測配電變壓器及各個路燈回路的運行工況，將采集的信息傳送到照明監(jiān)控系統(tǒng)，提供全市路燈專變運行、控制及管理所需的數(shù)據(jù)。已提高路燈設備維護工作效率，提升路燈管理水平。

3 結(jié)論

本文討論了城市路燈專用變壓器在實際運行中存在的不少問題，通過合理統(tǒng)籌規(guī)劃路燈專變建設；進行路燈專變設備升級改造，淘汰使用年限過長、技術(shù)落后、損耗嚴重、存在運行安全隱患的電源設備，推廣節(jié)能環(huán)保用電設備；建設富有城市特色、符合各城區(qū)照明空間結(jié)構(gòu)特征和功能布局狀況的市政照明設施電源設置策略實現(xiàn)智能化監(jiān)控及管理系統(tǒng)，提高自動化水平等工作可提升整個照明供電系統(tǒng)的管理水平，在以后的照明工作中應當引起重視。

[1] 宋祥福，史宏偉，程華，等.農(nóng)網(wǎng)配電變壓器三相負荷平衡管理 [J].農(nóng)電管理，2012(增刊)：91-92.

[2] 城市道路照明設計標準：CJJ 45—2015 [S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[3] 林志雄，陳巖，蔡金錠，等.低壓配電網(wǎng)三相不平衡運行的影響及治理措施[J].電力科學與技術(shù)學報，2009，24(3)：63-67.

[4] 路小俊，吳在軍，鄭建勇，等.基于GPRS通信技術(shù)的新型配變遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2005，17(3)：82-86.

[5] 李濤，徐建政，杜曉平.基于GPRS無線通信的配變監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].繼電器,2004,32(24):37-40.

[6] 李如雄，林梅金.基于GPRS網(wǎng)絡的配變監(jiān)控終端TTU設計[J].微計算機信息，2006(3)： 146-148.

Reflection on City Road Lighting Special Transformer Set

WANG Yishen,YAO Linglin,FAN Xiaolong

(GuangzhouLightingConstructionandManagementCenter，Guangzhou510230,China)

City road lighting aims to create a good view environment for night drivers and pedestrians, to ensure traffic safety at night, to improve the transportation efficiency, to make people’s lives convenient, to prevent crime and to beautify the city environment. Good city road lighting has significance on social security, smooth traffic and beautifying the city. A perfect and reasonable distribution system is essential for the normal operation of the city road lighting conditions. In this paper, Guangzhou city road lighting power supply problems are analyzed and some ideas are put forward.

city road lighting;special transformer for streetlights;public transformer for streetlights；streetlight power

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.01.016