景观照明配电的一种智能控制方案及其应用

段卫文，赵旋宇，李家琪，胡永红

(1.深圳市达特照明股份有限公司，广东 深圳 518040；2.中国南方电网电力调度控制中心，广东 广州 510623；3.国网江西省电力公司永新县供电分公司，江西 吉安 343400)

引言

景观照明在美化城市环境，提高城市的整体形象中发挥了重要作用。早期的景观照明工程动力电源控制电路比较简单，大多为三相供电，与单相电压供电比较，更具有经济和输送电压更远等效果，一般由一个四极塑壳总开关，根据负荷需求分几路微型断路器，中间串联一个较大交流接器，由定时器控制交流接触器的线圈做启停。这种简易的电拖照明控制有一个很大的弊端，就在交流接触器的启动的瞬间，容易引起微型断路器跳闸，其主要原因有：接触器连接有阻容吸收电路；分断后，阻容吸收电路、线路电感、线路电阻形成一个RLC暂态电路；当接触器在上侧，微型断路器在下侧时，根据JGJ/T 163—2008《城市夜景照明设计规范》，照明分支线路每一单相回路电流不宜超过30 A。各个回路微型断路器选配往往选择额定电流16 A、20 A、25 A、32 A四种类型。当交流接触器额定电流与微型断路器不能合理匹配时，因此容易发生跳闸现象，且难以保证亮灯率，同时也不排除输出回路负载直流电源过多产生的谐波电流产生的误动作，靠人工巡检才能发现亮灯效果，不能第一时间知晓现场情况亮灯，后期维护人力投入较大。

1 配电的智能控制方案

1)灯具选材与实验要求。亮灯率是景观照明重要的指标，符合人的视觉感观。如果不到一定要求的亮灯率，根本保证不了景观照明的效果。首先从灯具的质量开始，LED灯具出厂前要做老化实验。灯具使用寿命达到设计预期寿命要求。除涵洞隧道外，景观照明灯具大部分为室外安装，防水等级和散热一定要满足当地安装环境要求。为安全起见，因此常采用安全直流电压DC 24 V供电。对灯具的一般性检测还包括外观检查、安全性、光学效果、环境可靠性以及控制可靠性等。

2)配电系统的三级监视。

(a)首先是对输入主电缆总功率的监控。对亮灯率效果的监视，先是初始计算全亮灯具的基本恒定功率，得出一个上下限范围值，通过统计功率大小，测算出比较精确亮灯功率，在系统中设定一个上下范围浮动值。采用智能电量采集模块，对功率、电流、电压、主塑壳断路器的电磁脱扣因素等参数与人机界面触摸屏和智能照明控制模块GSM进行组网通信(如图1所示)。

图1 景观照明配电系统图Fig.1 System diagram of landscape lighting distribution

(b)针对采用市电220 V大功率的投光灯，一般单灯功率不超250 W，则由多路测控电能表与GSM智能照明控制模块和人机界面实现本地与远程在线通讯监视。对各输出回路微型断路器和交流接触器的闭合开断进行监视，从而判别出系统的运行状态。如在发出指令要求后，出现采集电流电压等参数为零，则立即发出预警。当线路有并联多个灯具时，可与线路电流的初设值对比，计算出亮灯率多少。

(c)最后通过电力载波通信智能电源与GSM智能照明控制模块通讯连接。对末端低压直流灯具并联组串进行监视，可缩小监控范围。

3)智能照明控制模块集中器集成软件平台。由GSM智能照明控制模块、智能采集模块、多路电能测控表和智能直流电源对断路器开断等电气进行工作状态监视组合成系统集成平台，可以模拟建模图形安装位置，采用电气照明仿真技术，使虚拟与现场安装灯具和智能直流电源一致。针对哪一故障点不能正常工作，就能显示发出报警故障，使监视人员可以在用户终端得到预警，同过短信猫系统可直接发送给维修人员，从而第一时间把反馈的问题得到处理。

结合用户的需求，可以远程网络和手机APP改变亮灯模式,如深夜模式只保留天际线。黄金时段全部开启，或采用节假日模式。既可以节约运行成本，又可以减少日常耗费。

2 方案的应用

本文提出的配电方案已在贵州省黔南地区某县城新建3A级景区小镇得到应用。该项目所在区域为54栋具有当地民族特色仿古建筑，占地面积154 512 m2(约232亩)，建筑面积127 514 m2，如图2所示，采用框架结构，为4层的小矮楼，屋顶加装小青瓦片装饰和外立墙面有少数民族壁画。

图2 贵州省黔南地区某小镇实景图Fig.2 A real scene of a small town in the southern part of Guizhou Province

1)灯具选型和安装方式。

a.屋面采用9 W瓦楞灯，外壳颜色与小青瓦一致。光束角为30°,色温为2 200 K。采用结构胶粘贴瓦片上。

b.屋檐为24 W/m洗墙灯，暗藏于屋檐木饰盒里，光束角为30°,色温为3 000 K。采用304不锈钢膨胀M6×80 mm螺丝固定墙体上。

c.外立面墙画24 W/m洗墙灯，平行安装于楼层标识黑色腰线，灯具外壳为黑色。光束角为30°,色温为4 000 K。采用304不锈钢膨胀M6×80 mm。

2)控制要求。

a.维修时能手动启动采用自保持电路，同时能采用时钟进行本地控制和无线远程通信的方式进行远程集中控制， 并能实现平日模式、节日模式各时段的启闭。无线远程通信的方式优先于定时器本地控制，当无线远程通信的方式故障时或信号差不在线时，可以启用定时器本地控制。如图3所示。

图3 配电系统二次接线图Fig.3 Distribution system secondary wiring diagram

b.由于本案楼层高度不高，全区有均匀分布了10台500 kVA箱变和众多分接箱。本案配电箱输出回路没有采用380 V供电，对于高楼层，输出距离远可采用380 V供电比较经济。

c.本案54栋建筑，根据建筑物面积大小分级，大的类似四合院单独设配电箱控制，小的建筑物根据地形和接电点的距离分两到三栋共用配电箱。全镇区共有35个配电箱。

d.三级监控。①采用智能采集模块与CT相连，通过人机显示界面对首级输入总电源进行电压、电流、总功率等的监视(如图4所示)。②采用12路测控电能表(可扩展)对每个一输出回路进行监视。提供全方位的测量功能，如电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度等基本电参数。③最后一级为智能电源通过电力载波通信与智能照明控制模块通讯。监视每一串灯具的电流上下限值，通过功率的计算，是否判定是否全灯运行(如图5所示)。其他泛光照明灯具的接线方式也类似。

图4 智能采集模块Fig.4 Intelligent acquisition module

图5 智能电源电力载波通信监视灯具Fig.5 Intelligent power supply power carrier communication monitoring light

图6 贵州省黔南地区某小镇夜景照明实景图Fig.6 The lighting scene of a small town in the southern part of Guizhou Province

3)系统集成平台。对全镇区54栋建筑物进行三维建模，夜景照明实景如图6所示。以每一台配电箱和每一幢建筑物结合为基础，加以区分编码。对输出回路的的每个组灯具进行与现场吻合的布灯，现场和系统集中平台模拟仿真照明都要标注每一个智能电源的地址、编号。以便于快速查找，故障灯具或故障智能电源。通过实时通信对传输电流和功率与计算功率和计算电流的比对和判定，并计算结果，最终得出亮灯率。如有亮灯率达不到要求可发出预警，通过短信猫功能发送的维修人员，同时维修人员也可以通过智能照明手机APP查询各个建筑物配电箱的运行情况和改变启停时间。

该景观照明配电方案具有可操作性简单、实用性强、施工可行性安装方便。相比以往人工巡查景观照明灯具难以发现局部细微故障问题，能迅速作出判断，解决了因巡查不到位或人工巡查不能全覆盖与“暗区死角”等的运行中情况。

3 结语

随着城市景观照明建设规模越来越大，智能控制照明的需求越来越高。城市景观照明甚至还很多更多的主功能和附加功能，如多个建筑物联动灯光秀或全城区域联动、浪涌保护器击穿开关量的监控、开配电箱门报警(防盗措施)、停电报警等。智能控制在景观照明中的应用不断地创新，功能也越来越完善，为节省景观照明运行与维护成本将发挥更为重要的作用。