关于城市道路照明设施专用变压器设置的问题与思考

王艺深,姚灵林,范晓龙

(广州市照明建设管理中心，广东 广州 510230)

关于城市道路照明设施专用变压器设置的问题与思考

王艺深,姚灵林,范晓龙

(广州市照明建设管理中心，广东 广州 510230)

城市道路照明为夜间的车辆驾驶人员及行人创造良好的视看环境，达到保障夜间交通安全，提高交通运输效率，方便人民生活，防止犯罪活动和美化城市环境的效果。良好的城市道路照明对社会安全、交通畅顺、美化城市等有着重要的意义。一个完善、合理的配电系统更是城市道路照明正常运行必不可少的条件。本文就广州市目前城市道路照明设施电源存在的问题进行了相关分析并提出了一些想法。

城市道路照明； 路灯专变； 公用变压器； 路灯电源

引言

广州市城市道路照明采用两级低压放射式电网供电，从照明专用或供电企业公用10/0.4kV变压器低压母线以三相放射式电缆干线馈电至各路灯照明配电箱，再从照明配电箱以放射式支线向各路段道路及景观照明负荷配电。

截至2015年，广州市中心六区共有向市城市明设施提供电源的专用配电变压器(以下简称路灯专变)334台；公用配电变压器(以下简称路灯公变)1 461台。

路灯专变运行所带负荷性质单一，负荷稳定，但由于在城市中分布较广，数量较多，多数照明工程维护人员缺乏有10kV变压器运维知识，导致路灯专变运行经常出现问题。本文就城市道路照明设施电源存在的问题进行了相关分析并提出了一些想法，供同行交流。

1 城市道路照明存在问题

1.1 路灯专变负载分布不均

根据配电变压器经济负荷率，油浸变为50%～60%，干式变压器为70%～80%。目前，广州市中心城区的路灯专用变压器存在负载率超过70%的油浸变约25台，其中4台负载率超过110%；负载率低于20%的路灯专变约140台，占比较大。

经实地勘察过载专变的专变容量通常低于100kVA，处于负荷需求较大区域，且附近有无新建专变转移其负荷；负载率低于20%的路灯电源专变，主要由于近几年刚投运的配变所接入的负荷尚未完全释放，或者其专变的容量较大(800 kVA、1 250 kVA)而实际需求负荷较小等原因导致。

1.2 部分路灯专变能耗等级高，不能达到节能要求

截止到2014年底，广州市中心城区的10kV专用变压器型号为S9及以下高损耗配电变压器共有26台，根据《工业和信息化部高耗能落后机电设备(产品)淘汰目录》，这部分变压器属于技术淘汰产品，不能达到节能要求。

1.3 路灯专变供电半径重复

380V线路最佳供电半径为1 000 m左右，部分路灯专用箱式变之间的距离过近，供电范围重叠，造成投资上的浪费。其原因主要是由于缺乏路灯电源的统一规划，各规划道路的照明电源设计单位各自为阵，只是简单地考虑单一的新建道路，未考虑到周围道路电源点分布情况。

1.4 路灯专变运行电流三相不平衡

三相负荷不平衡度超过允许标准的路灯专变存在严重安全隐患，主要表现为：有可能使负荷较大的那一相绕组过热而使其寿命缩短，从而缩短了整台专变的寿命。经研究得出，在变压器额定负荷下，电流不平衡度为10%时，其绝缘寿命约缩短16%。因此在长期严重过负荷时，很容易烧毁变压器[1]。

对路灯负荷而言，当变压器三相负荷不平衡时将使零线电流增大，长期在负荷严重不平衡状态下运行，可导致零线烧断，造成造成照明设备损坏事故。 经调查广州市中心六区路灯专变的三相电流不平衡情况，约有40%的专变三相负荷不平衡度超过20%。

广州中心六区规划范围内三相负荷不平衡程度超标或严重超标的专变比例较高，说明目前中心城区有较多的路灯专变存在运行上安全隐患，既不利于保证配变本身的正常使用寿命，又不利于确保照明负荷的安全正常供电。

1.5 电源接线不能完全满足规范要求，重要道路未采用双电源供电

根据规范要求，对城市中的重要道路、交通枢纽及人流集中的广场等区段的照明应采用双电源供电。每个电源均应能承受100%的负荷[2]。由于受外接电源点的限制，但目前规划范围内大多数道路(含重要道路)都采用单电源供电，重要道路及节点供电无法满足双电源的要求。

1.6 设备配电自动化水平低

目前中心城区范围内的路灯专变均未加装TTU等配电自动化设备，数据监控、采集方式仍以人工抄表和手动整理为主。

路灯回路运行数据采集工作量过大、采集时间不及时、采集周期过长、数据记录准确程度不高等问题，导致运维管理的效率和质量提升难度较大。

2 原因分析及对策

2.1 统筹规划，合理设计

路灯建设大多数情况为配套道路工程同期建设，建设时期充分考虑原有电缆走廊的有效利用，严格控制当前市政道路照明工程电缆走廊的新建,并充分利用供电半径内的原有路灯专变。同时，密切关注辖区城中村改造、房地产开发等重大建设投资项目，从长远角度做好电缆走廊规划。此外，配合市政道路同步建设电力管廊工作，结合负荷发展需求，做好新建(扩建)道路的电力管廊规划建设。

结合各区供电局配网新建(扩建)规划，提高市政照明供电能力，调整负荷，优化供电范围，满足负荷发展需求。同时，依据配网现状及未来新增照明用电需求，为开关房/综合房布点规划提供建议。

对广州市内新建照明工程进行施工图审核，对今后移交至市级照明管理部门维护的照明工程在其附近路灯专变负荷冗余的前提下提供电源接入业务，提高路灯专变的符合率，避免重复投资浪费资源。

图1 双专变标准接线Fig.1 Standard connection mode of double special transformer

提高城市照明供电可靠性，对城市中新建重要道路、交通枢纽及人流集中的广场等区段的照明应采用双电源供电，每个电源应均能承受100%的负荷。根据规范城市中现状需双电源供电而采取单电源供电的路段进行逐步改造，增加双路灯专变电源供电。

2.2 推广高效配电变压器，淘汰高耗能变压器

2011年，国家电网公司编发了《第一批重点推广新技术目录》，S13 型及以上型号系列的配电变压器(以下简称配变) 被列入目录，表示S13型及以上配电变压器为主导产品。根据JB /T 3837—2010《变压器类产品型号编制方法》(具体变压器损耗参数表见表1)，S13 型配变与同容量S7型配变相比，空载损耗下降了 50% ～ 60%，负载损耗下降了 20% ～ 30%。

表1 S7、S9、S11、S13系列变压器损耗参数对照表

由于路灯专变的负荷率普遍较低，空载损耗占总损耗的比重大，所以对S9及以下低效能变压器改造，更换为S13以上能效等级的变压器，主要是为了降低变压器自身损耗，以降低空载损耗为主。

对广州中心六区列入淘汰范围高耗能配电变压器，制定淘汰计划并组织实施。根据《工业和信息化部质检总局 发展改革委关于印发配电变压器能效提升计划(2015—2017年)的通知》(工信部联节〔2015〕269号)的要求争取于2017年底完成广州市能效等级S9以下路灯专变的升级改造，更换为S13级以上变压器。通过低效能路灯专变的升级改造，将降低路灯专变自身损耗，达到节约能源、节省电费的目的。

同时在照明工程中积极推广使用高能效配电变压器，提高高效配电变压器在路灯照明中的运行比例。

2.3 改善三相不平衡

三相不平衡的产生原因主要由于单相负载配置不合理造成的。在新建照明工程中，如使用路灯专变电源则路灯全部要求三相供电，并尽量平均分配负荷。对运行中的路灯专变三相不平衡情况进行梳理统计，对不符合要求的路灯专变各相负荷进行分析，并合理的分配到各相，必要时安装平衡装置。

2.3.1 积极开展路灯专变负荷实际测量和调整工作

加强路灯专变的日常维护，对管理范围内的路灯专变进行负荷电流现场测量，发现负荷不平衡较为严重时候，应及时对线路进行改造调整负荷分配比例，尽量使三相电流平衡。

2.3.2 合理选择中性线截面

在目前一般低压电缆中，零线的截面为相线的1/2，电阻值大造成了在三相负荷不平衡时，零线损耗加大，为此可以考虑到适当增大零线的导线截面，例如采用五芯电缆，每相用一个芯线而零线则用两个芯线，并在零线上不得加装熔断器和开关、刀闸[3]。

2.3.3 安装三相不平衡补偿装置

限于路灯用电的特殊性，很多情况下单纯调整负荷无法满足三相平衡，目前很多设备厂家研制并生产了三相不平衡装置，在条件允许的情况下可在路灯专变侧安装三相不平衡补偿装置，原理如图2所示。

图2 三相不平衡补偿装置原理图Fig.2 Schematic diagram of three-phase unbalance compensation device

装置开启后，通过外接电流互感器(CT)实时检测系统电流，并将系统电流信息发送给内部控制器进行处理分析，以判断系统是否处于不平衡状态，同时计算出达到平衡状态时各相所需转换的电流值，然后将信号发送给内部 IGBT并驱动其动作，将不平衡电流从电流大的相转移到电流小的相，最后达到三相平衡状态。

2.4 提高路灯专变自动化水平

配电变压器监测终端(简称配变终端)是一种对变压器进行实时数据采集与控制的自动化终端设备，它可以通过通信网络与配网自动化系统相连，并上报监测的各种数据[4]，能可靠、实时地为变压器管理部门的专业分析提供实时数据。经过系统分析后，及时发现配电变压器运行中出现的异常情况并进行处理和优化，保证配电网正常稳定的运行，以实现良好的经济和社会效益[5-6]。

基于GPRS、CDMA、3G、4G等通讯方式的配变监测系统主要由配变监测终端、通信网络、数据中心组成，如图3所示。配变监测终端置于变压器现场，通过电压互感器(PT)、电流互感器(CT)及开关量采集模块对变压器二次侧的电气参数进行采集，然后发送给通讯模块，最后通讯模块把数据通过公用通讯网络传输至广州市照明监控系统。当路灯专变出现异常报警时，由照明监控系统主动发送报警信息给相关人员。照明监控平台服务器端也可以通过监视控制软件进行配变终端参数的设置和修改。配变终端主要实现变压器运行参数的测量、相关电能的计量、异常情况的报警、运行状况的分析和预测等。

图3 配电监控系统结构图Fig.3 Structure of distribution transformer monitor and measurement terminal

对现状全市中心六区范围内的路灯专变加装配电变压器监测终端，用于实现对配电变压器的信息采集和控制，实时监测配电变压器及各个路灯回路的运行工况，将采集的信息传送到照明监控系统，提供全市路灯专变运行、控制及管理所需的数据。已提高路灯设备维护工作效率，提升路灯管理水平。

3 结论

本文讨论了城市路灯专用变压器在实际运行中存在的不少问题，通过合理统筹规划路灯专变建设；进行路灯专变设备升级改造，淘汰使用年限过长、技术落后、损耗严重、存在运行安全隐患的电源设备，推广节能环保用电设备；建设富有城市特色、符合各城区照明空间结构特征和功能布局状况的市政照明设施电源设置策略实现智能化监控及管理系统，提高自动化水平等工作可提升整个照明供电系统的管理水平，在以后的照明工作中应当引起重视。

[1] 宋祥福，史宏伟，程华，等.农网配电变压器三相负荷平衡管理 [J].农电管理，2012(增刊)：91-92.

[2] 城市道路照明设计标准：CJJ 45—2015 [S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[3] 林志雄，陈岩，蔡金锭，等.低压配电网三相不平衡运行的影响及治理措施[J].电力科学与技术学报，2009，24(3)：63-67.

[4] 路小俊，吴在军，郑建勇，等.基于GPRS通信技术的新型配变远程监控系统[J].电力系统及其自动化学报，2005，17(3)：82-86.

[5] 李涛，徐建政，杜晓平.基于GPRS无线通信的配变监测系统的设计与实现[J].继电器,2004,32(24):37-40.

[6] 李如雄，林梅金.基于GPRS网络的配变监控终端TTU设计[J].微计算机信息，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