市政路燈照明電氣系統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)分析

張立超

（吉林省雙遼市市政設(shè)施管理中心 吉林省雙遼市 136400）

1 前言

近年來，在節(jié)能環(huán)保形勢發(fā)展的背景下，我國市政路燈照明系統(tǒng)廣泛采用了節(jié)能燈具，以降低自身的能源消耗。比如新型的高壓氣體放電燈被廣泛應(yīng)用，但是該燈的功率因數(shù)以相關(guān)要求差距較大，通常在0.3 到0.5 之間，而電力部門要求低壓側(cè)的功率因數(shù)必須大于0.9，高壓側(cè)的功率因數(shù)必須大于0.95。由于功率因素不足，因此需要進(jìn)行功率補(bǔ)償才可以確保供電。此外，電廠發(fā)電后需要經(jīng)過長距離傳輸?shù)接秒妳^(qū)域，會(huì)產(chǎn)生大量的阻耗，且各類電氣設(shè)備使用過程中會(huì)也產(chǎn)生諧波，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過市政路燈照明電氣系統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，可以有效降低阻耗，解決以上問題，提高供電質(zhì)量，減少功率損耗。

2 補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用概述

補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用原理是通過使用電容器等電源將電能轉(zhuǎn)換為熱能和機(jī)械能來改變電網(wǎng)的負(fù)載功率，從而顯著提高電壓質(zhì)量，有效降低線路損耗。由于在電能轉(zhuǎn)換過程中，電源不會(huì)造成功率損耗，因此也被稱為無功補(bǔ)償技術(shù)。補(bǔ)償技術(shù)現(xiàn)已廣泛用于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，其目標(biāo)是顯著提高電氣設(shè)備的效率。此外，補(bǔ)償技術(shù)還可以控制和穩(wěn)定電網(wǎng)中的電壓和電流參數(shù)。通常，負(fù)載功率與線路損耗成反比。對(duì)于電氣自動(dòng)化的發(fā)展，如果要顯著提高用電效率，則必須加大對(duì)市政路燈照明電氣系統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)的研究與應(yīng)用。通過利用市政路燈照明電氣系統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)，將無功功率源安裝在自動(dòng)用電設(shè)備中，并且產(chǎn)生和引導(dǎo)無功功率，這種變化可以有效地改善電氣系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，同時(shí)優(yōu)化整個(gè)供電環(huán)境。

3 市政路燈照明電氣系統(tǒng)分析

市政路燈照明電氣系統(tǒng)是公共服務(wù)中必不可少的公共設(shè)施之一。由于城市化進(jìn)程的加快，城市居民的生活節(jié)奏正在加快，人們白天忙于工作而晚上盡情玩耍，市政路燈照明電氣系統(tǒng)可以有效避免道路交通事故和其他因夜間行走而威脅生命的事件。當(dāng)前，我國大多數(shù)市政路燈電氣系統(tǒng)都使用光傳感器，可以根據(jù)時(shí)間變化自動(dòng)控制路燈的開關(guān)。但是，隨著社會(huì)的進(jìn)步和能源危機(jī)的日益加劇，人們對(duì)低能耗和環(huán)境保護(hù)的關(guān)注逐漸增強(qiáng)。為了滿足市場需求，越來越多的節(jié)能產(chǎn)品變得越來越流行。各種節(jié)能燈在市政路燈照明中的應(yīng)用越來越廣泛，滿足了節(jié)能的需求。

4 市政路燈照明電氣系統(tǒng)補(bǔ)償影響

盡管人們非常重視市政路燈照明電氣系統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，且對(duì)于相關(guān)技術(shù)的研究也越來越深入，同時(shí)也取得了一定的應(yīng)用成果，但是在應(yīng)用過程中依然存在一些問題。主要如下：

圖1：集中補(bǔ)償電路圖

4.1 補(bǔ)償方式

目前，市政路燈照明電氣系統(tǒng)的無功補(bǔ)償仍以用戶側(cè)為操作起點(diǎn)，僅關(guān)注路燈的功率因數(shù)補(bǔ)償，而沒有考慮整個(gè)電力系統(tǒng)的問題，即沒有將電網(wǎng)的能耗考慮到其中。只是通過簡單地增加補(bǔ)償，改善了路燈系統(tǒng)的功率因數(shù)城市。這些措施將在一定程度上減少損耗，但是如果要最大程度地減少損耗，則必須從整體角度確定最佳的無功功率補(bǔ)償技術(shù)，以用于照明系統(tǒng)的位置以及城市照明的補(bǔ)償量，有效使資金效益最大化。

4.2 諧波影響

盡管市政路燈照明電氣系統(tǒng)對(duì)于諧波具有一定程度的抵抗性，但是會(huì)導(dǎo)致諧波不斷的累積，如果諧波總量達(dá)到臨界點(diǎn)，則會(huì)加速擊穿電容器。此外，無功電容器在一定程度上會(huì)放大諧波的影響，因此諧波對(duì)于市政路政照明電氣系統(tǒng)造成嚴(yán)重干擾，影響補(bǔ)償技術(shù)的有效應(yīng)用。因此，在市政路燈照明電氣系統(tǒng)的無功補(bǔ)償過程中，當(dāng)檢測到諧波干擾時(shí)，應(yīng)在其上安裝濾波器。如果不注意此問題并及時(shí)采取相關(guān)的對(duì)應(yīng)措施，則可能導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備損壞，對(duì)于這一問題要在設(shè)計(jì)市政路燈照明電氣系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行考慮。

4.3 無功倒送

在市政路燈照明電氣系統(tǒng)的實(shí)際的工作流程中，無功倒送是較為常見的問題之一。無功倒送不僅會(huì)造成大量的電力損耗，而且會(huì)對(duì)變壓器等相關(guān)的電氣設(shè)備造成一定程度的損壞，導(dǎo)致巨大的損失。一般情況下在市政路燈照明電氣系統(tǒng)中補(bǔ)償柜柜如果采用接觸器控制，則無功補(bǔ)償必須使用合適的照明系統(tǒng)進(jìn)行控制，假如無功倒送問題較為嚴(yán)重，可以通過增加三相負(fù)載的方式進(jìn)行補(bǔ)償；但如果是由晶閘管對(duì)補(bǔ)償柜進(jìn)行控制，則可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)補(bǔ)償進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。由于在實(shí)際生產(chǎn)過程中，許多制造商為了減少成本，僅選擇單相無功分析和采樣。因此，當(dāng)出現(xiàn)非對(duì)稱三相負(fù)載時(shí)，很可能發(fā)生無功倒送問題。如果使用固定電容器補(bǔ)償無功功率，則在低負(fù)載條件下也會(huì)引起無功倒送等問題，因此在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)予以考慮。

5 市政路燈照明電氣系統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)分析

在市政路燈照明電氣系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，為了可以有效的節(jié)約能源并達(dá)到照明效果，需要應(yīng)用補(bǔ)償技術(shù)，主要有以下方式：

（1）照明系統(tǒng)配備電容器單燈進(jìn)行補(bǔ)償以實(shí)現(xiàn)單燈補(bǔ)償模式；

（2）根據(jù)客觀特征，當(dāng)三相或單相電源的燈具功率因數(shù)低于實(shí)際時(shí)，請(qǐng)使用專用的路燈變壓器，可以有效地加載功率因數(shù)，并且可以在市政路燈照明電氣系統(tǒng)上進(jìn)行調(diào)節(jié)通過配置三相或單相功率電容器實(shí)現(xiàn)集中補(bǔ)償模式。接下來分析市政路燈照明電氣系統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)：

5.1 單燈補(bǔ)償技術(shù)

單燈補(bǔ)償即是為單燈配置單獨(dú)的補(bǔ)償電容器，比如如CBB60系列，可以有效實(shí)現(xiàn)容量補(bǔ)償。此類單燈補(bǔ)償技術(shù)不僅照明較好，而且可以有效降低相關(guān)配電線路的電流水平，提高市政路燈照明電氣系統(tǒng)的功率因數(shù)。比如400W 高壓鈉燈，在使用補(bǔ)償電容器與單個(gè)CBB60 燈進(jìn)行連接之前，功率因數(shù)為0.46，工作電流為4.6A。分配后設(shè)置電容為50μFCBB60 串聯(lián)補(bǔ)償電容后，功率因數(shù)為0.91，工作電流為2.29 安培?？梢钥闯?，在補(bǔ)償電容器對(duì)器件進(jìn)行調(diào)整之后，電流比安裝前降低了幾乎一半，而功率因數(shù)幾乎翻了一番。此外，由于照明設(shè)備配備了電容器，因此配電柜，配電線路和變壓器的性能水平也得到了顯著提高，減少了城市照明電路中的電壓降和電路的功耗。單燈補(bǔ)償技術(shù)既可以實(shí)現(xiàn)市政路燈照明電氣系統(tǒng)節(jié)能降耗的目標(biāo)，而且可以提高相關(guān)電氣設(shè)備的利用效率，延長使用壽命，對(duì)市政路燈照明電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行有很大幫助。雖然單燈補(bǔ)償技術(shù)和在安裝和后續(xù)維護(hù)過程中應(yīng)更為復(fù)雜，但該方法仍然是市政路燈照明電氣系統(tǒng)的無功補(bǔ)償技術(shù)，值得鼓勵(lì)和推廣，對(duì)于改善市政路燈照明電氣系統(tǒng)的照明水平非常重要。

5.2 集中補(bǔ)償技術(shù)

所謂的集中補(bǔ)償技術(shù)是在市政路燈照明電氣系統(tǒng)的電源控制單元中放置用于大容量無功補(bǔ)償?shù)娜嗟蛪弘娙萜?。集中補(bǔ)償技術(shù)不僅施工方便，施工后維護(hù)簡單，總體成本較低，而且還可以起到非常好的補(bǔ)償效果，有效降低了相關(guān)損耗。由于集中式補(bǔ)償技術(shù)比單燈補(bǔ)償技術(shù)相對(duì)更簡單，更清晰，更有效，因此得到了廣泛的接受和應(yīng)用。采用集中補(bǔ)償方式后，設(shè)備低壓無功補(bǔ)償電容器安裝成功并投入運(yùn)行后，可在短時(shí)間內(nèi)收回資金，包括功率因數(shù)控制，設(shè)備檢查和維護(hù)以及其他費(fèi)用等。市政路燈照明電氣系統(tǒng)采用集中補(bǔ)償方式對(duì)設(shè)備的利用率較高，同時(shí)可以有效節(jié)約能源，因此集中補(bǔ)償及時(shí)是一種非常有效的補(bǔ)償措施。集中補(bǔ)償電路圖如圖1 所示。

5.3 兩種補(bǔ)償方式的綜合分析

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，兩種補(bǔ)償技術(shù)都可以有效提高市政路燈照明電氣系統(tǒng)的功率因數(shù)，顯著節(jié)約能源，提高變壓器和線路的利用率，提高城市道路照明的電能質(zhì)量。盡管通過補(bǔ)償技術(shù)可以達(dá)到一些節(jié)能降耗的目的，但是依然無法完全避免相關(guān)電力損耗，而不同的補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用條件也有所不同。因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中必須根據(jù)現(xiàn)場條件選擇特定的補(bǔ)償方案，以選擇最為合理的補(bǔ)償方案。一般情況下集中補(bǔ)償技術(shù)主要是用于已經(jīng)完成的市政路燈照明電氣系統(tǒng)，這種情況下集中補(bǔ)償技術(shù)施工效率更好，后期維護(hù)成本也較低。如果市政路燈照明電氣系統(tǒng)采用對(duì)稱三相負(fù)載，則選擇三相補(bǔ)償設(shè)施進(jìn)行集中補(bǔ)償，而如果采用非對(duì)稱三相負(fù)載，則需要通過混合補(bǔ)償設(shè)施進(jìn)行集中補(bǔ)償，以保證集中補(bǔ)償?shù)男Ч?。而單燈補(bǔ)償技術(shù)多數(shù)情況下用于新建的市政路燈照明電氣系統(tǒng)，在這種情況下單燈補(bǔ)償技術(shù)的施工高效快捷，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場補(bǔ)償，達(dá)到最佳補(bǔ)償效果。

5.4 市政路燈照明電氣系統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用注意事項(xiàng)

（1）補(bǔ)償電容器的選擇：電容器無功功率補(bǔ)償基本上是電容性無功電流的有效應(yīng)用，但是受到電容器自身的影響。因此必須科學(xué)合理地選擇補(bǔ)償電容器的容量。然而，氣體放電光源本身在使用過程中會(huì)引起電流畸變，從而限制了功率因數(shù)。因此，在正常情況下，選擇的目標(biāo)功率因數(shù)最好在0.8-0.9 范圍內(nèi)。

（2）配電線路無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用：分支線路補(bǔ)償技術(shù)是補(bǔ)償線路無功功率的重要方法之一。該方法的補(bǔ)償原理是平衡支路的無功功率，以補(bǔ)償支路消耗的無功功率，從而有效地減少了支路對(duì)主干的影響，減少無功功率損耗的目的。配電線路中的無功補(bǔ)償技術(shù)是在線路極上安裝一些電容器。對(duì)于傳輸線非常長的電路，無功功率補(bǔ)償是將電容器分段放置，是補(bǔ)償線路長且自然功率因數(shù)低的最合適方法。

（3）持續(xù)創(chuàng)新和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用：在設(shè)計(jì)市政路燈照明電氣系統(tǒng)時(shí)，為了不斷提高補(bǔ)償效果，需要?jiǎng)?chuàng)新和使用先進(jìn)先進(jìn)技術(shù)。比如，可以將市政路燈照明電氣系統(tǒng)配置為自換相變流電路，并應(yīng)用靜止發(fā)生器(SVG)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制。此外，還可以通過觸發(fā)晶閘管(LTT)有效地補(bǔ)償市政路燈照明電氣系統(tǒng)，不僅可以有效提高可控制性，而且可以保證電氣系統(tǒng)穩(wěn)定，降低故障發(fā)生率。

6 結(jié)束語

綜上所述，在市政路燈照明電氣系統(tǒng)的建設(shè)中，為了有效降低能耗，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展，有必要加強(qiáng)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用。通過應(yīng)用該技術(shù)，可以有效地改善傳輸電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并且可以減少傳輸過程中的功率損耗。