智能变电站照明设计的分析

陶建芳，姚志敏，韩立章

（邯郸慧龙电力设计研究有限公司，河北 邯郸，056107）

智能变电站照明设计的分析

陶建芳，姚志敏，韩立章

（邯郸慧龙电力设计研究有限公司，河北 邯郸，056107）

为提高智能变电站照明设计水平，提出一种智能变电站绿色照明的新方案，介绍光源光参数符合智能变电站照明要求，全寿命周期成本低，绿色环保的LED光源的选择，并从系统结构、功能、主机监控等方面分析变电站照明智能控制系统，通过比较分析认为该新方案具有光源节能环保、成本低、人性化等优点。

变电站；照明设计；LED光源；照明智能控制

随着电网的电压等级从超高压到特高压，变电站控制技术从数字化到智能化，设计理念由只注重当前效益转变为全寿命周期成本，到处体现着创新和进步。但是变电站的照明技术依然停留在20世纪末的水平。以下结合当前照明技术的发展水平，从光源选择、系统控制两个方面提出了符合绿色照明要求的变电站照明设计方案。

1 符合绿色照明光源的选择

GB 50034－2013《建筑照明设计标准》中首次引进了绿色照明的概念，绿色照明是指节约能源、保护环境、有益于提高人们的生产、工作、学习效率和生活质量，保护身心健康的照明。因此在变电站照明光源的选择上必须遵循这一原则。LED光源就是很好的选择。

1.1 光参数满足变电站照明的要求

变电站照明不同于一般的民用照明，对光源的显色指数和启动性能提出了要求。主控制室、配电室、仪表室等显色指数必须大于80，才能够较好的还原物体的本来颜色。目前优质LED光源的显色指数可以达到80～90，完全满足变电站照明对显色性的要求。对用于事故照明的灯具应能够瞬时启动，LED灯就具备这一功能，它不同于采用普通电磁式镇流器的荧光灯，启动需要一定时限，LED只要接通电源瞬时点亮，无任何延时。

1.2 全寿命周期成本低

全寿命周期成本低是LED光源寿命长，发光效能高的集中体现。当前市场中LED灯具价格远高于常规的气体放电灯，尤其是用于工业照明的品牌。但这并不意味着使用气体放电灯就比LED灯更加经济。必须从灯具的全寿命周期来分析。对于灯具而言其主要成本包括三部分：购买灯具的成本、消耗电能的成本、维护成本。而前两项占了绝对大的比例。因而直接分析灯具的购买价格和所耗电费就可以对灯具全寿命周期的成本有一个全面的认识。采用“百万流明小时直接运行费用”，作为照明产品全寿命周期直观评价的经济指标，计算公式如下：

百万流明小时直接运行费用＝单位小时直接运行费用×百万流明／灯具光通量。单位时间直接运行费用＝产品单位时间成本＋单位时间电费＝产品成本／产品寿命＋功率×每度电费＝光源成本／产品寿命＋灯具成本／产品寿命＋功率×每度电费。从上面的公式可以看出，百万流明小时直接运行费用是发百万流明光的初始成本，运行成本平均到了单位时间内。那么该数值越大，灯具的全寿命周期成本就越高。

下面以18W直管荧光灯、400W金属卤化物灯和40WLED投光灯为例，计算其百万流明小时直接运行费用［1］。

表1 百万流明小时直接运行费用对照

从计算结果可以看出，1h中每发百万流明光的成本金属卤化物灯最高，荧光灯次之，LED灯最低。虽然在这几种灯具中LED灯是最贵的，但通过百万流明小时直接运行费用的计算对比，非常直观的看出LED灯全寿命周期内成本是最低的。

根据表1中百万流明小时直接运行费用的计算，百万流明小时直接运行费用与产品的价格和和功率成正比，与产品的寿命和光通量成反比，即价格低，功率越低，寿命越长，光通量越大，全寿命周期内产生的费用越低。目前LED灯的价格还偏高，全寿命周期成本优势并不十分明显，但其价格下降和发光效能提升的空间还很大，随着技术进步，全寿命周期成本优势会越来越显著。

1.3 绿色环保

LED光源是半导体发光二极管，属于绿色环保材料，外壳不易损坏，不含有毒物质，而且可以循环利用。LED灯在工频220V电压下工作时，交流220V电压并不同于白炽灯直接加在LED灯上，而是通过一个降压整流电路后对LED灯进行恒流驱动，所以它在工作的过程中不会出现频闪，在这样的环境中工作眼睛不容易疲劳，有益身心健康。

2 变电站照明的智能控制方式

照明智能控制是指利用计算机、无线通信数据传输、扩频电力载波通信技术、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、遥讯控制系统，来实现对照明设备的智能化控制。

2.1 照明智能控制系统网络结构的选择

智能照明控制系统网络结构有总线型和混合型两种。总线型较为灵活，扩展容易，多为独立控制，成本低。混合型则相对较为可靠，传输速度快，网络故障后修复容易。对于变电站来说，整个照明系统比较简单，灯具数量少，控制方式简单，数据量小，区别于大型写字楼、体育场馆、车站机场等大型复杂的照明系统，因此通常选用总线型网络结构，既满足了变电站智能照明的需求，同时投资经济，不需要专业的维护人员，运行、维护成本也较低。

2.2 照明智能控制系统的构成

2.2.1 系统单元

一个网络的连接单元，由供电单元、系统网络模块、系统控制模块构成。主要用来提供工作电源、系统对时以及多种接口。实现网络输入输出设备的通信，并完成与系统后台之间的信息交换。

2.2.2 输入单元

这一单元由液晶显示触摸屏、遥控器、控制面板、传感器等构成。主要是把外部控制信息转化为网络传播信息。液晶显示触摸屏、遥控器对灯光进行调节和开关。人体传感器捕捉人体的动态，照度传感器对环境的照度进监测，据此来调控照度。

2.2.3 输出单元

输出单元由开关控制模块、调光控制模块、开关量控制模块、单元控制模块构成。多数用在对来源于网络输出信息的接收，用来控制对应的回路，以达到实时控制的目的。

2.3 照明智能控制功能的确定

目前大多数变电站是无人值班变电站，遵循“两型一化”智能变电站进行建设，定位为工业建筑，人员活动较少。因此在控制功能选择时应按照节能为主，兼顾便利和舒适的原则，认为应具有以下功能。

2.3.1 远程集中控制及就地控制功能

变电站中通常设有远程视频监控功能，能够随时对主设备进行视频监控，但往往因为其自身的光源照度不够，影响了监控的效果。照明远程控制就很好的解决了这一问题；就地控制功能为运行检修人员进入现场后的操作提供了便利。

2.3.2 自动开启照明设备

人体感应功能能够实现人来灯亮，人去灯灭，避免了由于工作人员的疏忽导致忘记关灯的情况。对于无人值班站一次巡视中忘记关灯，就意味着下一次巡视时才能发现，这必然会浪费大量电能。同时也免去了工作人员进门开灯、出门关灯的麻烦，使用更加人性化。

2.3.3 事故照明自动切换

全站交流失电后，启动事故照明。由于LED灯交直流两用，那么就可以取消常规专用事故照明白炽灯，而利用正常照明的部分支路作为事故照明之用，这在邯郸双塔220kV变电站、翟固220 kV变电站已经有了应用实例，运行效果良好。

2.3.4 线路及灯具故障报警

当灯具和照明线路出现故障或被盗时，照明智能控制系统能自动向主站报警，以便及时处理。为灯具状态检修提供依据。当前变电站均采用无人值班模式。运行、维护人员集中到集控站。如果光源频繁损坏，势必建立常态巡视制度，定期对各站的灯具进行检查，这就带来了大量的更换、维护工作。以邯郸地区为例，邯郸市共有130座市属变电站，按照每个季度巡视一次，一年就是520次，车辆台班费、人工费、油费、路桥费累计起来也是一笔不小的成本支出。

2.4 监控主机的设置

一般智能照明厂家一并提供监控主机和控制软件，作为集中监控之用，并完成与上一级主站的通信。但因照明控制而增加专用监控主机会造成设备的重复配置。新建的智能变电中均配置一套智能监测与辅助控制系统，集成站内动力环境监测、火灾报警、视频监视、脉冲电网、主变消防及采暖通风等子系统，通过对站内烟雾、温度、湿度、红外、图像等传感器以及开关、设备状态标志等进行综合判断，采用图像处理、模式识别等技术并联动其它设备进行智能处理。对于灯具的监控，其数据量并不是很大，因此建议在设计前期与智能辅助系统厂家联系，软件及界面设计时将照明的智能控制一并考虑，实现资源整合。

照明智能控制从分区上属于管理信息大区，其数据通过智能辅助系统监控主机并通过隔离装置与计算机监控系统交换信息。智能监测与辅助控制系统将信息通过综合数据网上传至集控中心和生产运行单位。

3 结束语

从以上分析可以看出，LED光源不但光学参数满足变电站照明要求，而且同传统的气体放电光源相比全寿命周期成本低，是一种低碳环保的绿色照明产品，因此变电站照明应优选LED光源。以更加节能、环保、低成本的LED光源取代传统的气体放电灯，用节约成本、人性化的智能控制方式代替常规的手动控制方式是绿色照明的要求，是科学技术的进步。

［1］GB 19043－2013，普通照明用双端荧光灯能效限定值及能效等级［S］.

本文责任编辑：丁 力

AnalysisonIntelligentSubstationLightingDesign

Tao Jianfang，Yao Zhimin，Han Lizhang
（Handan Huilong Electric Power Design ＆ Research Co.Ltd，Handan 056107China）

To improve the level of lighting design of smart transformer substation，a new design proposal of green lighting in smart substation is presented.By analyzing the new scheme＇s features in aspects of LED light sources＇fulfilling the requirements of smart substation lighting，low life-cycle cost，environmental protection，etc.，the substation smart lighting control system is expounded in ways of system structure or function and host computer monitoring.And the new design scheme＇s advantages is energy saving，low cost，user-friendly are concluded through comparing and analysis.

substation；lighting design；LED lighting source；lighting intelligent control

TM63

A

1001-9898（2015）03-0021-03

2015-01-15

陶建芳（1973－），男，工程师，主要从事电气一次设计工作。