智慧路燈照明配電問題的研究

李凌郁

（北京市城市照明管理中心，北京 100078）

我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)不斷取得新成果，各種各樣的先進(jìn)技術(shù)手段如同雨后春筍般涌現(xiàn)，為城市地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了新的可能性。智慧路燈就是其中比較具有代表性的技術(shù)產(chǎn)物之一，根據(jù)智慧路燈照明功能的實(shí)際需求，保證智慧路燈配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是確保其穩(wěn)定運(yùn)行的必然選擇。但是，在實(shí)際工作中，智慧路燈照明配電系統(tǒng)仍然存在一定的不足之處亟待解決，在這種情況下，對(duì)本課題進(jìn)行深入研究，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 智慧路燈照明設(shè)施概述

近年來，我國(guó)城市化建設(shè)不斷取得新的成果，城市地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平自然也隨之不斷提升，各種各樣的先進(jìn)設(shè)備被大批量地應(yīng)用到城區(qū)建設(shè)中，有效地提升了城市地區(qū)人民群眾的居住體驗(yàn)和生活質(zhì)量。路燈作為城市夜間照明的主要設(shè)施，在人民群眾的生產(chǎn)生活中扮演著極為重要的角色，保證路燈設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行，是確保夜間出行安全的必然選擇。隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，基于智能技術(shù)的全新路燈設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，其能夠結(jié)合不同區(qū)域?qū)φ彰髟O(shè)備的不同需求，實(shí)現(xiàn)差異化的功能設(shè)備集成，在保證照明設(shè)備基礎(chǔ)功能的同時(shí)，通過LED 顯示屏、監(jiān)控?cái)z像機(jī)、緊急報(bào)警終端、對(duì)講機(jī)、無線AP 裝置、道路積水監(jiān)控裝置等一系列設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多樣化功能，使路燈成為城市地區(qū)道路監(jiān)測(cè)、報(bào)警預(yù)警的重要裝置。在智慧路燈設(shè)備中，用電負(fù)荷最大的設(shè)備包括路燈燈具及LED 顯示屏，其他設(shè)備雖然也有用電需求，但是其用電負(fù)荷非常小，在確定智慧路燈照明配電系統(tǒng)方案的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將重點(diǎn)放在路燈照明及LED 顯示屏的需求上。另外，還要考慮不同設(shè)備的功能與其安裝位置的關(guān)系，對(duì)不同設(shè)備之間的空間位置進(jìn)行妥善安排，避免集成設(shè)備影響路燈的照明功能。比如，在設(shè)計(jì)智慧路燈照明配電的過程中，工作人員應(yīng)對(duì)路燈路由位置、LED 燈箱的垂直投影位置等進(jìn)行妥善考量，在保證順利配電的基礎(chǔ)上提升二者的協(xié)同效果，使智慧路燈的功能得到充分發(fā)揮。在過去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，我國(guó)城市地區(qū)的路燈都只擁有夜間照明的功能，這在一定程度上影響了城市地區(qū)道路管理效果，造成了路燈設(shè)備資源的浪費(fèi)，而在合理應(yīng)用智慧路燈的情況下，上述問題都得到了妥善解決，因此要結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)智慧路燈照明配電系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。

2 智慧路燈照明配電系統(tǒng)要點(diǎn)

2.1 高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

城市智慧路燈照明系統(tǒng)基本上都配備有預(yù)裝式箱式變電站進(jìn)行供電，而在高壓側(cè)配電柜通常采用環(huán)網(wǎng)柜實(shí)現(xiàn)功能，目前常見的箱式變電站主要可以分成終端型箱式變電站與環(huán)網(wǎng)供電箱站兩種，其功能性各有不同，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。在城市智慧路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，工作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守《20kV 及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求，合理確定高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，在妥善選擇變電站的基礎(chǔ)上，在電源側(cè)增加隔離開關(guān)。這樣一來，在進(jìn)行檢修或者線路超負(fù)荷的情況下，其電源側(cè)的開關(guān)將會(huì)自動(dòng)斷開以保證設(shè)備及人員安全。另外，近年來，城市10kV配電網(wǎng)絡(luò)中電纜使用量越來越大，10kV 配電系統(tǒng)的單相接地故障電容電流也隨之不斷提升，很多地區(qū)的電力部門都根據(jù)實(shí)際情況對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整，將由電纜線路構(gòu)成的配電系統(tǒng)接地形式由不接地、消弧線圈接地改為小電阻接地，這在一定程度上保證了高壓系統(tǒng)的安全性。

2.2 低壓側(cè)配電形式設(shè)計(jì)

結(jié)合城市智慧路燈照明系統(tǒng)的負(fù)荷性質(zhì)及養(yǎng)護(hù)單位等來看，智慧照明的系統(tǒng)負(fù)荷主要可以分成路燈照明負(fù)荷與智慧設(shè)施負(fù)荷兩部分，在實(shí)際工作中，普通道路上的的智慧照明設(shè)施負(fù)荷通常是三級(jí)負(fù)荷，工作人員應(yīng)根據(jù)這一負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)選擇最佳的低壓側(cè)配電形式。為了降低智慧路燈照明系統(tǒng)的配電成本，可在與有關(guān)單位進(jìn)行妥善溝通的情況下，選用箱式變電站為智慧路燈進(jìn)行供電，同時(shí)通過鏈?zhǔn)脚潆姷呐潆姺绞奖ＷC配電效果，箱式變電站可設(shè)置在主要干道的交叉口處，起到保證供電負(fù)荷中心穩(wěn)定性的效果，在此基礎(chǔ)上，通過電纜向不同方向道路上的智慧路燈及其配套設(shè)備進(jìn)行供電，另外，還需要根據(jù)照明設(shè)施和其他設(shè)施的不同需求，合理選擇不同的供電電纜安裝方式，確保每個(gè)供電回路的供電距離都能保持在最合理的長(zhǎng)度。同時(shí)，工作人員還需要在對(duì)電纜載流量、回路電壓降、出線斷路器的靈敏度進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，合理選用樹干式供電等供電方法，從而確保智慧路燈供電的安全性和穩(wěn)定性。特別需要提到的是，考慮到智慧路燈的功能越來越豐富、各種設(shè)備的用電負(fù)荷基本趨同，目前也有技術(shù)人員提出了兩種設(shè)施合并供電的思路，但是受限于不同負(fù)荷產(chǎn)權(quán)單位不一致、合并后回路負(fù)荷過大等問題的影響，目前這種供配電模式仍然沒有得到大范圍的應(yīng)用。

2.3 低壓斷路器設(shè)計(jì)

目前，絕大多數(shù)地區(qū)的智慧路燈都是通過箱式變電站進(jìn)行供電，其在保證照明系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，也能夠?yàn)榈缆方煌ㄐ盘?hào)系統(tǒng)、電子警察系統(tǒng)以及公安監(jiān)控預(yù)留電源等提供電能保障。為了進(jìn)一步提升城市智慧路燈照明系統(tǒng)的穩(wěn)定性，工作人員還需要根據(jù)智慧路燈的實(shí)際情況和用電負(fù)荷等，對(duì)低壓斷路器進(jìn)行妥善選擇，利用最符合實(shí)際需求的低壓受總斷路器、照明回路總斷路器、智慧設(shè)施回路總斷路器、照明出線斷路器以及智慧設(shè)施出線斷路器設(shè)備，保證城市智慧路燈照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。其中，低壓斷路器作為最重要的斷路器設(shè)備之一，必然也需要得到應(yīng)有的重視，常見的低壓斷路器一般可以分為框架斷路器、塑殼斷路器以及微型斷路器，工作人員可以結(jié)合箱式變電站的容量差異，對(duì)框架斷路器或塑殼斷路器進(jìn)行篩選，比如，在箱式變電站的容量比較小、供電回路不長(zhǎng)的情況下，工作人員就可以選用微型斷路器作為低壓斷路器，在保證其質(zhì)量的基礎(chǔ)上，即可確保其靈敏性和綜合應(yīng)用效益。具體來說，還需要考慮以下兩方面問題：（1）斷路器脫扣器脫扣電流的整定。為了確保低壓斷路器能夠發(fā)揮應(yīng)有的作用，工作人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)斷路器進(jìn)行整定，分別整定受總斷路器、照明總斷路器及智慧設(shè)施總斷路器對(duì)長(zhǎng)延時(shí)和短延時(shí)等，同時(shí)還需要對(duì)出線斷路器進(jìn)行整定，通過對(duì)長(zhǎng)延時(shí)和瞬時(shí)脫扣的有效整定，確保其能滿足短路故障靈敏度要求并及時(shí)斷開。（2）合理選擇斷路器極限短路分?jǐn)嗄芰?。斷路器分?jǐn)嗄芰梢苑譃轭~定極限短路分?jǐn)嗄芰εc額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰Φ龋谠O(shè)計(jì)出線斷路器的過程中，工作人員應(yīng)根據(jù)出線斷路器位置的最大預(yù)期短路電流，確定符合實(shí)際需求的斷路器的額定極限短路分?jǐn)嗄芰Γ瑫r(shí)還需要對(duì)受總斷路器及照明出線總斷路器進(jìn)行選擇，確保智慧路燈配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。除此之外，還需要根據(jù)受總開關(guān)、照明總回路開關(guān)、出線開關(guān)的安裝位置，對(duì)其各處的預(yù)期短路電流有效值進(jìn)行精確計(jì)算，并根據(jù)無限大系統(tǒng)變壓器低壓出口處的預(yù)期短路電流有效值進(jìn)行校驗(yàn)，為后續(xù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4 配電節(jié)能降損設(shè)計(jì)

隨著城市化、現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求持續(xù)提升，擁有更加豐富功能的智慧路燈越來越受到認(rèn)可和關(guān)注，在這種情況下，對(duì)智慧路燈照明配電系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降損設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。（1）科學(xué)使用變壓器。變壓器是智慧路燈照明配電系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，工作人員應(yīng)采取具體問題具體分析的方法，根據(jù)智慧路燈照明系統(tǒng)的實(shí)際需求和應(yīng)用情況選擇不同的變壓器和更靈活的接線方法，保證變壓器的運(yùn)行效率，達(dá)到智慧路燈照明配電系統(tǒng)節(jié)能降損的目的。從實(shí)際情況來看，部分地區(qū)在進(jìn)行智慧路燈照明配電系統(tǒng)變壓器降損設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，確實(shí)取得了提高供電效率、減少損耗、降低供電企業(yè)的功耗等積極成果。另外，變電站在運(yùn)行過程中不可避免地會(huì)消耗無功功率，這導(dǎo)致大量的功率損耗問題，不符合智慧路燈照明配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。在這種情況下，工作人員應(yīng)在高壓側(cè)安裝電容補(bǔ)償器，從而為變壓器提供有效保護(hù)，避免其不必要的耗電問題。除此之外，為確保智慧路燈照明配電系統(tǒng)運(yùn)行效果，還需要考慮變壓器本身的節(jié)能效果，根據(jù)智慧路燈照明配電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)其中高耗能的變壓器進(jìn)行處理，利用低耗能的變壓器對(duì)其進(jìn)行替換，從而打造智慧路燈照明配電系統(tǒng)低耗能環(huán)境。（2）有效管理配電線路。我國(guó)的供電網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜、供電系統(tǒng)管理難度非常大，特別是在智慧路燈照明配電系統(tǒng)這類基礎(chǔ)性配電線路中，更是存在許多管理責(zé)任落實(shí)不夠到位的情況，這無端地提升了配電線路的能耗管理難度，導(dǎo)致了一定的電能浪費(fèi)問題，與智慧路燈照明配電系統(tǒng)節(jié)能降損需求不符。因此，在今后的工作中，要建立定期管理模式，每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次配電線路轉(zhuǎn)化升級(jí)工作，從而保證配電線路管理效果。（3）提升供電線路的功率也是保證智慧路燈照明配電系統(tǒng)運(yùn)行效率的必然選擇。不同的用戶有著截然不同的用電需求，形成的供電負(fù)荷自然也截然不同，在此基礎(chǔ)上其形成的電流、對(duì)配電線路的需求也千差萬別，比如，在智慧路燈照明配電系統(tǒng)中，其電流大小、線路需求就有一定的特殊性。工作人員要從用電功率角度出發(fā)去分析，合理選用電容補(bǔ)償設(shè)備對(duì)配電線路進(jìn)行補(bǔ)充，并在功率較低的地區(qū)設(shè)置電容補(bǔ)償設(shè)備，達(dá)到平衡差異電流的效果，避免線損問題。更重要的是，工作人員應(yīng)根據(jù)智慧路燈照明配電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)配電線路進(jìn)行調(diào)壓改造，從而確保智慧路燈照明配電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，盡最大可能避免不必要的線損問題，保證智慧路燈照明配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合效益。在進(jìn)行線路改造的過程中，工作人員還需要適當(dāng)增加導(dǎo)線截面，從而降低其出現(xiàn)配電線路線損問題的可能性。

2.5 配電箱智能化改造設(shè)計(jì)

除了要做好智慧路燈照明配電系統(tǒng)的高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、低壓側(cè)配電形式設(shè)計(jì)、低壓斷路器設(shè)計(jì)以及配電節(jié)能降損設(shè)計(jì)外，要想確保智慧路燈照明配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，工作人員還需要對(duì)其配電箱進(jìn)行智能化改造設(shè)計(jì)。具體來說，路燈照明配電箱的智能化改造應(yīng)從以下幾方面入手。

（1）配電箱智能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為了確保智慧路燈照明配電系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控管理，即借助主控制器與傳感器等設(shè)備，對(duì)智慧路燈照明配電箱的門鎖狀態(tài)、溫濕度狀態(tài)、水浸狀態(tài)、電流電壓、傾斜碰撞和配電開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，在GPRS 和5G 技術(shù)的支持下，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)直接傳輸?shù)皆破脚_(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)智慧路燈照明配電箱的集中監(jiān)控管理目標(biāo)。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，智慧路燈照明配電箱監(jiān)控管理系統(tǒng)（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1）能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)配電箱的狀態(tài)，在保證照明設(shè)備、供電設(shè)備和其他設(shè)備運(yùn)行安全方面發(fā)揮了不可替代的積極作用，在智慧路燈照明配電箱出現(xiàn)門未關(guān)閉、非法開啟、箱內(nèi)浸水、溫濕度異常等問題的情況下，系統(tǒng)將能夠第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警，保證工作人員第一時(shí)間接收到報(bào)警信息，確保智慧路燈照明配電系統(tǒng)的安全性。

圖1 智能配電箱網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（2）對(duì)智能配電箱幾個(gè)關(guān)鍵功能模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。①智能云控電子鎖。智能云控電子鎖是智慧路燈照明配電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要對(duì)象，其能夠?qū)ε潆娤涞南溟T進(jìn)行有效控制，在防潮、防水、防銹、防爆破壞等方面有不可忽視的優(yōu)勢(shì)功能，還能夠根據(jù)工作人員的需求和習(xí)慣，通過不同方式進(jìn)行開啟，比如，手機(jī)、IC 卡等都能成為開門的設(shè)備，這提升了智慧路燈照明配電系統(tǒng)管理的便利性。②攝像頭。攝像頭能保證智慧路燈照明配電系統(tǒng)的安全性，在不法分子非法進(jìn)行開箱的情況下，攝像頭將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)并對(duì)開箱人員進(jìn)行拍照或者錄像，工作人員可通過云平臺(tái)和App 等查看拍攝結(jié)果，這解決了過去配電系統(tǒng)不安全的問題。③水浸狀態(tài)監(jiān)測(cè)。智慧路燈照明配電系統(tǒng)的運(yùn)行效果很大程度上受到水分的影響，而水浸狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備則能夠在水接觸到傳感器的情況下進(jìn)行報(bào)警，便于工作人員及時(shí)進(jìn)行處理和修復(fù)，保證智慧路燈照明配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。④箱體傾斜監(jiān)測(cè)。智慧路燈照明配電箱在使用中可能會(huì)發(fā)生松動(dòng)、傾斜等情況，這不利于系統(tǒng)安全，在合理應(yīng)用箱體傾斜監(jiān)測(cè)設(shè)備的情況下，其將會(huì)自動(dòng)報(bào)警以便于整修。

3 結(jié)語

為了更進(jìn)一步提升城市地區(qū)夜間照明效果、優(yōu)化道路管理效果等，部分地區(qū)開始利用智慧路燈取代原有的傳統(tǒng)路燈，其確實(shí)發(fā)揮了應(yīng)有的積極作用。但是，與此同時(shí)，傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案顯然已經(jīng)不再具有合理性，工作人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)智慧路燈照明配電系統(tǒng)的高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、低壓側(cè)配電形式設(shè)計(jì)、低壓斷路器設(shè)計(jì)、配電節(jié)能降損設(shè)計(jì)、配電箱智能化改造設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致研究。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)智慧路燈照明配電系統(tǒng)運(yùn)行中的實(shí)際情況，對(duì)其他的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和問題進(jìn)行分析，是未來工作的重中之重。