淺談城市照明有功和無功節(jié)能技術(shù)
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一、有功節(jié)能技術(shù)
有功節(jié)能技術(shù) 大致分為三種，即：可控硅斬波技術(shù)、自耦降壓式調(diào)控技術(shù)和微電腦智能控制技術(shù)。
可控硅斬波技術(shù)。其原理是通過控制可控硅的導(dǎo)通角，將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬?cái)嘁徊糠?，從而降低輸出電壓的平均值，達(dá)到調(diào)壓節(jié)電的目的。這種節(jié)能調(diào)控設(shè)備對(duì)照明系統(tǒng)可實(shí)時(shí)精確控制輸出的電壓，滿足照明用電的最佳值，且調(diào)節(jié)電壓的速度快，精度高，可分時(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)整，有穩(wěn)壓作用，而且采用的電子元件相對(duì)來說體積小、設(shè)備輕、成本低。
但該調(diào)控方式存在致命缺陷，由于斬波電壓無法實(shí)現(xiàn)正弦波輸出，還會(huì)出現(xiàn)大量諧波，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)諧波污染的危害極大，因此不宜用在有電容補(bǔ)償?shù)碾娐分?。特別是大功率可控硅斬波型節(jié)電設(shè)備自身存在諧波污染的缺陷，不僅縮短電力電容器的使用壽命而且增大變壓器的銅耗、鐵耗，減少變壓器的實(shí)際使用容量，增加無功損耗，浪費(fèi)電能，嚴(yán)重時(shí)還使電器設(shè)備過熱，造成開關(guān)、接觸器等電器設(shè)備的誤動(dòng)作或其它危害，目前，在國外發(fā)達(dá)國家已有明文規(guī)定限制諧波含量超標(biāo)的電器設(shè)備并入網(wǎng)使用。
自耦降壓式調(diào)控技術(shù)。其原理是通過一個(gè)自耦變壓器機(jī)芯，根據(jù)輸入電壓高低情況，連接不同的固定變壓器抽頭，將電網(wǎng)電壓降5、10、15、20V等幾個(gè)檔，以達(dá)到降壓節(jié)電的目的，同時(shí)克服可控硅斬波型設(shè)備產(chǎn)生諧波的缺陷，實(shí)現(xiàn)電壓的正弦波輸出。這種節(jié)電設(shè)施只能固定降電壓，不能升壓和穩(wěn)壓，不能實(shí)現(xiàn)電壓的自動(dòng)精確控制。特別當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，調(diào)控裝置的輸出電壓也會(huì)上下波動(dòng)，致使照明設(shè)施的工作電壓處在不穩(wěn)定的狀態(tài)，無法達(dá)到對(duì)電光源的保護(hù)作用。當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，節(jié)電率不是最佳狀態(tài)，而電網(wǎng)降低時(shí)，可能出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，造成光源無法正常點(diǎn)亮，反而降低光源壽命，這是這類節(jié)電設(shè)施的缺陷所在。
微電腦控制技術(shù)。其原理是使用微電腦控制技術(shù)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集輸出、輸入電壓信號(hào)，與最佳照明電壓進(jìn)行比較，通過計(jì)算自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證輸出最佳的照明系統(tǒng)工作電壓。
它的技術(shù)特點(diǎn)是：1.采用微電腦技術(shù)和高可靠性的軟件和硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)控制過程智能化。2.針對(duì)電網(wǎng)電壓偏高和波動(dòng)現(xiàn)象，實(shí)時(shí)對(duì)在線電源動(dòng)態(tài)跟蹤，對(duì)電流連續(xù)調(diào)節(jié)、調(diào)控輸出最佳照明電壓和功率，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作電壓，減小工作電流，提高電力質(zhì)量，節(jié)約照明用電。3.多時(shí)段節(jié)能運(yùn)行?？筛鶕?jù)用戶的實(shí)際照明需求，通過程序多時(shí)段節(jié)能電壓設(shè)置，滿足用戶對(duì)不同光源、不同時(shí)間的需求，實(shí)現(xiàn)最佳照明狀態(tài)和最大節(jié)電率。4.實(shí)現(xiàn)光源的軟啟動(dòng)和慢斜波控制過程。由于采用低壓軟啟動(dòng)進(jìn)行充分預(yù)熱，能減少啟動(dòng)電流的沖擊，有效提高光源的壽命。在調(diào)壓、穩(wěn)壓過程中，智能調(diào)控裝置采用慢斜波方式，讓電壓在設(shè)定時(shí)間內(nèi)緩慢過渡，保證光源不受電壓、電流的沖擊，降低對(duì)電光源損壞，延長使用壽命。5.實(shí)現(xiàn)正弦波輸出，對(duì)電網(wǎng)無諧波污染，對(duì)浪涌電壓沖擊時(shí)及耐瞬時(shí)大負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)。這類照明節(jié)電技術(shù)的實(shí)施成本雖然略高于前兩種，但由于能實(shí)現(xiàn)智能照明調(diào)控，有效保護(hù)電光源，降低電能消耗，節(jié)能效果明顯，所以經(jīng)濟(jì)性和可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于前兩種有功節(jié)能技術(shù)，是目前國際和國內(nèi)比較成熟的照明節(jié)電技術(shù)。
二、無功節(jié)能技術(shù)
無功功率同有功功率一樣，是保證電能質(zhì)量不可分割的一部分。用電系統(tǒng)應(yīng)該保證無功功率的平衡，否則將會(huì)引起線路損耗增大，電壓降低，功率因數(shù)下降，甚至造成設(shè)備損壞。在道路照明中，無功損耗帶來的利率電費(fèi)和附加電費(fèi)(無功損耗罰款)約占全部電費(fèi)的20％。由此可見，增裝無功補(bǔ)償設(shè)備，提高網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)，對(duì)電網(wǎng)的降損、節(jié)電以及設(shè)備的安全運(yùn)行具有極為重要的作用。
目前在道路照明中，采用無功節(jié)能技術(shù)有三種：電容器單燈補(bǔ)償、早期的電容器集中補(bǔ)償和微電腦智能型集中補(bǔ)償。
電容器單燈補(bǔ)償技術(shù)。它是在單燈燈具中安裝電容器，分散補(bǔ)償，達(dá)到提高功率因數(shù)的目的，對(duì)于一條路甚至幾條路的路燈設(shè)施具有較好的補(bǔ)償效果。但是對(duì)于不同的供電臺(tái)區(qū)，由于遍布路、街、巷、小區(qū)等的燈具類型不同，光源種類不同，特別是多數(shù)站區(qū)安裝不同瓦數(shù)的光源，于是整個(gè)站臺(tái)供電系統(tǒng)功率因數(shù)就無法達(dá)到指標(biāo)要求。此外，電容器開路損壞不易檢測(cè)，難于維護(hù)，長期運(yùn)行勢(shì)必提高整個(gè)供電站臺(tái)的無功功率損耗，降低供電效率，造成電能浪費(fèi)，這是目前道路照明領(lǐng)域普遍存在的狀況。
早期的電容器集中補(bǔ)償技術(shù)。其特點(diǎn)是，采用機(jī)械式接觸器控制電容器投切方式，具有集中補(bǔ)償、自動(dòng)調(diào)控?zé)o功功率的特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是，觸電電流大，有涌流產(chǎn)生，易燒毀觸點(diǎn)，縮短接觸器、電容器使用壽命，而且轉(zhuǎn)換開關(guān)時(shí)間長，易造成補(bǔ)償滯后，不適應(yīng)三相不平衡負(fù)荷。該技術(shù)是九十年代初期的標(biāo)準(zhǔn)，屬于淘汰型技術(shù)，目前已經(jīng)很少采用。
微電腦智能性集中補(bǔ)償技術(shù)。采用單機(jī)或DSP芯片以及大規(guī)模集中電路作控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，能自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)無功功率變化，快速采樣、運(yùn)算并發(fā)出投切信號(hào)。開關(guān)模塊采用大功率晶閘管實(shí)現(xiàn)電容器組的零電壓投入和零電流切除，無浪涌電流沖擊、無火花和諧波干擾。該技術(shù)作為新一代的集中補(bǔ)償技術(shù)，目前已被廣泛應(yīng)用。
其主要技術(shù)特點(diǎn)：1.實(shí)現(xiàn)控制模塊的數(shù)字化和智能化，確保控制精度運(yùn)行的可靠性；2.全自動(dòng)分相、分段自動(dòng)按需補(bǔ)償；3.物理量取樣可為無功電流相角差等綜合量，改善電網(wǎng)功率因數(shù)，降低總電流，使負(fù)荷功率因數(shù)控制在0．95—0．99；4.可根據(jù)三相無功功率的電流具體情況，選擇單項(xiàng)分別進(jìn)行補(bǔ)償，不產(chǎn)生涌流沖擊；5.采用無觸電開關(guān)，切提速度快，整機(jī)使用壽命長；6.可靈活設(shè)定過壓、欠壓、欠流延時(shí)等參數(shù)，具有完善的越限報(bào)警和過壓、欠壓、缺相、缺零、諧波、越限保護(hù)縮閉功能，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行；7.采用“自愈式”電容器，具有使用壽命長、可靠性強(qiáng)、溫升小、無需專門散熱裝置的優(yōu)點(diǎn)；8.具有數(shù)據(jù)采集功能和標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測(cè)和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理。此外，采用集中補(bǔ)償技術(shù)，原有的單燈補(bǔ)償裝置對(duì)路燈系統(tǒng)并不構(gòu)成影響，而能更好發(fā)揮集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合的作用，具有很好的補(bǔ)償和節(jié)能效果。
總之，有功節(jié)能技術(shù)和無功節(jié)能技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該根據(jù)供電網(wǎng)絡(luò)和路燈設(shè)施狀況進(jìn)行綜合分析選擇。筆者認(rèn)為：有功節(jié)能技術(shù)宜采用微電腦控制技術(shù)，無功節(jié)能技術(shù)宜采用電容單燈補(bǔ)償技術(shù)。
評(píng)論