基于DIALux的變電站戶外照明設(shè)計(jì)

曾 軍，尹大千

（特變電工沈陽(yáng)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 沈陽(yáng)110025）

0 引 言

良好的照明系統(tǒng)，對(duì)變電站內(nèi)工作人員的工作效率和身心健康起到正面影響，同時(shí)也能節(jié)約能源和造價(jià)。在中國(guó)，因?yàn)榉N種原因，變電站戶外照明設(shè)計(jì)的重要性與其得到的關(guān)注程度尚不匹配。而在某海外變電站的照明設(shè)計(jì)中，筆者所在設(shè)計(jì)院遭到了歐洲監(jiān)理公司的苛刻要求，一度令項(xiàng)目停滯，無(wú)法展開施工。由此，筆者將DIALux照明仿真軟件運(yùn)用到變電站的照明設(shè)計(jì)中，精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)了戶外照明的系統(tǒng)，獲得了歐洲監(jiān)理公司的高度認(rèn)可。隨后在若干個(gè)變電站的設(shè)計(jì)中，同樣取得了不錯(cuò)效果。本文總結(jié)分析了這些變電站的照明設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的一些問(wèn)題及需要考慮的因素進(jìn)行了分析和闡述，并重點(diǎn)介紹了某變電站的設(shè)計(jì)案例，以供同行參考和研究。

1 當(dāng)前變電站照明的典型設(shè)計(jì)

變電站照明的典型設(shè)計(jì)在《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分》和《發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（DL／T5390－2014）有詳細(xì)說(shuō)明。照明系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)為正常照明和應(yīng)急照明；裝設(shè)方式應(yīng)當(dāng)為一般照明、局部照明和混合照明。照度計(jì)算的方法按場(chǎng)所不同而有差別：屋外配電裝置區(qū)等室外場(chǎng)所，采用等照度曲線法校驗(yàn)照度；道路照明采用逐點(diǎn)計(jì)算法計(jì)算照度。

通常的設(shè)計(jì)過(guò)程如下：（1）按照DL／T5390－2014明確各照明區(qū)域的單位容量；（2）以單位容量為基礎(chǔ)，估算照明器容量和數(shù)量；（3）依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和手工估算，完成相應(yīng)的燈具解決方案。在精度要求不高的情況下，上述方法比較適用。同時(shí)，在國(guó)內(nèi)工程設(shè)計(jì)的實(shí)際中，設(shè)計(jì)工期緊張，工程師在此處會(huì)有一定的妥協(xié)；照明系統(tǒng)幾乎沒有竣工驗(yàn)收的程序，使得上述方法得以廣泛使用。

這種照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和感覺，存在諸多的缺陷：（1）整個(gè)場(chǎng)區(qū)的平均照度可以手工計(jì)算，但對(duì)儀表、銘牌等特定地點(diǎn)的照度無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算；（2）對(duì)燈具數(shù)量、高度、投光角度的調(diào)整，通過(guò)手工計(jì)算不太現(xiàn)實(shí)；（3）對(duì)統(tǒng)一眩光值、顯色系數(shù)、色溫、照明均勻度等指標(biāo)也無(wú)法計(jì)算。

因?yàn)檫@些原因，在設(shè)計(jì)之初，工程師無(wú)法證明自己設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)滿足“運(yùn)維方便、節(jié)能環(huán)保”的要求。當(dāng)然，這也為照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式方法的革新，提供了機(jī)遇和探討的空間。

2 基于DIALux的照明設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的高速發(fā)展，為軟件仿真照明的實(shí)際效果提供了可能，也成為變電站照明系統(tǒng)精確設(shè)計(jì)的關(guān)鍵工具。照明計(jì)算軟件DIALux是一款國(guó)際通用的主流設(shè)計(jì)軟件。

DIALux軟件可以對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算的內(nèi)容包括照度、眩暈等，輸出的文件包括等照度曲線圖、偽色圖，以及各種圖表。將理論計(jì)算的數(shù)值，以各種直觀的方式表現(xiàn)出來(lái)，便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行局部調(diào)整，也同樣方便了審查單位的審查工作。

2.1 照明標(biāo)準(zhǔn)

DL／T5390－2014標(biāo)準(zhǔn)是中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，有許多內(nèi)容沒有做出相應(yīng)的指導(dǎo)和規(guī)定?？紤]到照明對(duì)變電站內(nèi)工作人員的工作效率和身心健康的影響，本文建議對(duì)標(biāo)EN12464、EN13201、CIE97、CIE140、EN15193等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，將設(shè)計(jì)要求進(jìn)一步細(xì)化?？紤]到變電站戶外照明的實(shí)際，建議按下述類別區(qū)分變電站場(chǎng)區(qū)。

表1 變電站場(chǎng)區(qū)分類表

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的多個(gè)變電站，實(shí)際檢測(cè)的照明效果較好。

2.2 照明系統(tǒng)的DIALux建模

第一步，在DIALux環(huán)境下，按照變電站的實(shí)際情況，建立相應(yīng)的模型背景。這些模型背景包括圍墻、建筑、設(shè)備、構(gòu)支架等?？紤]到各模塊的尺寸、發(fā)射系數(shù)等，對(duì)計(jì)算有一定的影響，應(yīng)當(dāng)盡可能的設(shè)置成與實(shí)際環(huán)境一致。

第二步，設(shè)置需要的照明系統(tǒng)，如正常照明和應(yīng)急照明系統(tǒng)。按照設(shè)計(jì)的使用條件，初步配置預(yù)計(jì)的燈具數(shù)量、位置，以及投光角度。

2.3 DIALux仿真計(jì)算

選擇需要計(jì)算的項(xiàng)目，通常照度、統(tǒng)一眩光值是需要審查的計(jì)算項(xiàng)目。在軟件環(huán)境中，設(shè)置需要輸出的圖表等，然后通過(guò)DIALux運(yùn)算，獲得照度等數(shù)據(jù)，以及相關(guān)的偽色圖和等照度曲線。

根據(jù)上述的計(jì)算結(jié)論，設(shè)計(jì)人員可以非常直觀地了解各區(qū)域的照度值。按照要求值，調(diào)整燈具，再次運(yùn)算，如此反復(fù)，最終獲得最優(yōu)的解決方案。

3 某變電站的照明設(shè)計(jì)實(shí)踐

3.1 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于該站址位置受限，變電站的布置較為特殊，變電站圍墻為不規(guī)則形狀，在戶外照明的設(shè)計(jì)時(shí)，如按照手工計(jì)算的方式，具有一定難度。

本次戶外照明設(shè)計(jì)，首先按照相對(duì)位置建立了圍墻、建筑等的模型，按照抹灰墻壁設(shè)置了發(fā)射系數(shù)。接著，將整個(gè)需要考慮的戶外區(qū)域劃分成6個(gè)計(jì)算區(qū)，以便獨(dú)立計(jì)算和調(diào)整。

隨后，在軟件環(huán)境中建立正常照明系統(tǒng)以及應(yīng)急照明系統(tǒng)。即按照變電站布置的實(shí)際情況，在恰當(dāng)?shù)奈恢貌贾孟鄳?yīng)的燈具。正常照明系統(tǒng)初步設(shè)置9個(gè)路燈組成，其中站內(nèi)路燈7個(gè)，高度為6 m；站外路燈2個(gè)，高度為10 m。應(yīng)急照明系統(tǒng)由11個(gè)投光燈組成，均安裝在構(gòu)架上，投光角度面向附近的設(shè)備，如圖1。

圖1 變電站總平布置

3.2 DIALux軟件仿真結(jié)果

運(yùn)行DIALux軟件，模擬戶外區(qū)域的燈光環(huán)境和光線效果，根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)直接調(diào)整燈具的位置、數(shù)量、高度和角度，首先滿足照度的要求，隨后滿足其他參數(shù)的要求。經(jīng)過(guò)三次的試驗(yàn)和調(diào)整，在最優(yōu)的燈具組合下，確定戶外照明的配置如圖2所示。

圖2 戶外照明配置

在DIALux軟件中，按照?qǐng)D1的建設(shè)方案，完成等比例的布置模型，包括圍墻，站前道路等區(qū)域。同時(shí)，按照設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)，配置相應(yīng)的燈具，即燈具的位置、高度、光源等。圖2為最終的配置解決方案。

設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)，按照實(shí)際情況進(jìn)行仿真，然后觀察照明的效果。此時(shí)，可以直觀的發(fā)現(xiàn)照明強(qiáng)弱的區(qū)域。需要時(shí)，對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，此工作具有可視化的特點(diǎn)，非常便捷和高效。圖3為可視化的實(shí)際圖片。

圖3 燈光實(shí)景仿真效果

設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)，是否滿足要求，需要有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。各個(gè)區(qū)域?qū)φ彰鞯囊蟛灰粯樱虼?，按照區(qū)域的劃分，提取相應(yīng)的數(shù)值，以驗(yàn)證是否達(dá)標(biāo)。照度值過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱，都是不恰當(dāng)?shù)?，可以?duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。以本站的道路為例，將道路表面的照度數(shù)值提取出來(lái)，如圖4所示，以此方式證明當(dāng)前照明系統(tǒng)達(dá)標(biāo)。

其他各區(qū)域的計(jì)算，與此類似。并且這種形式的結(jié)論，在歐美咨詢的審查過(guò)程中，十分有效。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及分析

變電站建設(shè)完成后，在恰當(dāng)?shù)臈l件下，進(jìn)行了實(shí)地的檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)的感受。首先對(duì)關(guān)鍵區(qū)域的8個(gè)測(cè)點(diǎn)，各進(jìn)行了三次測(cè)量，取三次結(jié)果的平均值為照度實(shí)測(cè)值。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)預(yù)期的數(shù)據(jù)比較吻合。8個(gè)測(cè)量點(diǎn)的照度偏差，均控制在10 lx以內(nèi)。多位現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)光線進(jìn)行了直接感受，均反映較為舒適。本站由DIALux軟件輔助進(jìn)行的照明設(shè)計(jì)，照度分布符合預(yù)期，人員感受較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

借助DIALux軟件進(jìn)行變電站的戶外照明設(shè)計(jì)，首先改變了對(duì)照明設(shè)計(jì)效果不可控的現(xiàn)狀；其次，使用最少的燈具實(shí)現(xiàn)照明的需要，實(shí)現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)環(huán)保。同時(shí)，也提升了運(yùn)維人員使用的舒適度。這種設(shè)計(jì)精準(zhǔn)化的趨勢(shì)，已經(jīng)成為當(dāng)前變電站設(shè)計(jì)的主要方向。

圖4 道路的等值照明曲線