城市道路照明节能工程技术综合分析.doc

城市道路照明节能工程技术综合分析
付荣伟(北京师范大学珠海分校 广东珠海 )张镇强(珠海麦尼电控技术有限公司广东珠海 ) 
摘　要：本文就城市路灯照明节能工程中，遇到的种种情况加以综合分析和阐述，其中涉及到路灯节能的现代技术，节能产品供应商的观点，路灯管理部门的观点，以及作者多年从事路灯节能产品开发，以及路灯节能工程的体会。由于我国路灯节能市场巨大，尽管走过的时间比较短，但几年的道路却是艰难曲折的，为使这段痛苦尽快过去，作者综合分析了节能工作中的一些“误区”，希望能能对我国城市路灯节能工作尽快走上正轨，有一定帮助。

关键词：路灯节能；照明节能；照明节能技术；城市照明。
中图分类号： 调压器、可调变压器
文献标志码：

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由于城市道路照明节能是新生事物，在照明节能方面，出于对照明灯具的不了解，对照明理念的创新需要时间，对控制以及电力电源产品技术需要完善，因此，在照明节能事业中，出现一些误导，甚至是错误的观点观念，也是正常的。
除采用高效节能灯具外，在控制节能方面，由于新技术与传统路灯控制需要科学衔接，实际工程中也存在许多观念的冲突，这也需要参与各方，从发展角度，理解“以人为本，情景节能”的重要内涵，从而协商一个合理解决方案。
    对发展过程中的误导或错误，不管是有意或无意，我们都必须及时加以纠正和引导，否则，会导致照明节能走上弯路，甚至会严重影响节能的积极性和市场的发展。
本文收集来自路灯照明节能工程中的技术信息，有许多技术细节理念、观点，对城市道路照明十分重要，希望大家关注。

一、关于照明节能技术
（一） 突变闪断调压对灯具的影响
    对商场的电子镇流器节能灯，由于有滤波电容，电压闪断和突变，影响不明显，对电路的冲击依然存在。
    商店中，如果电脑以及设备，如收银机，机，接入照明网，将引起设备死机，硬盘损坏等情况发生。   
    在路灯上，目前大部分是金卤灯，钠灯，电流的切断不仅使设备拉弧损坏，灯具熄灭，再次点火，严重缩短灯具寿命。
    钠灯在不切断电流时电压突变以上将引起电弧漂移而熄灭，金卤灯在突变时电弧不稳熄灭。
    因此，早期的电磁换档的商业运作，已经产生了严重的不良后果。在经济条件比较好的江浙，大面积上的电磁节能产品逼迫拆除，江西某南部城市也出现类似现象，以至于建设部对路灯照明节能，持非常慎重态度，并在最近（年月）的“十一五规划纲要”中 第四十一条规定， 在调压时严禁出现瞬间灭灯现象 。
   为了解决闪断突变，目前国内有几个节能公司，推出“进口”碳刷的自藕调压器，面对大电流和感性负载，以及灰尘潮湿，产品存在安全问题。
   采用“高频交流稳压调压器“技术的路灯节电器，由于使用高频化电力电子控制，无触点连续精密调节稳定输出电压，是目前最理想的城市道路照明节能产品。
 (二) 电磁固定降压节能的危害
    传统电磁调压节电器一般分为： ⑴ 三相统一调零换档， ⑵ 三相独立调零换档， ⑶ 三相独立补偿换档， ⑷ 碳刷自偶变压器调节补偿调压，这些产品都有调压功能，但由于电磁换档或碳刷闪断冲击，输出故障电力，灯具熄灭，设备冲击，电网浪涌，商场电脑损坏，因此实际使用时都在固定调压位置。
    ① 固定降压节电器，节电不节钱，灯具寿命缩短，换灯成本和工程费高：固定降压产品节能产品，如果固定降 ，节电率太低，固定降 ，节电率也不高，如果开灯就降 ，开灯时就有许多灯亮不起来。即使全部换上新灯，用上 个月就变成旧灯，这些灯在 下难以点燃，为了节能就得换下，其实这些灯在正常电压可继续使用。
    ②开灯就降压，影响交通、社会治安、城市繁荣：傍晚需要高亮度照明时，灯光昏暗，交通事故增加，犯罪率上升，同时影响城市形象和居民生活，群众和公安投诉严重。
    ③ 无法按需照明，浪费严重：上半夜电网负荷重，需要照明时灯光暗，下半夜电压高，不需要照明时，灯光反而更亮。
     ④ 不符合环保和可持续发展：耗用大量高能耗且稀有铜材和矽钢，被盗和破坏严重，同时大量使用，将导致更大的环境污染和能源浪费。
  （三）碳刷调节补偿调压、以及 数控补偿调压面临的挑战
    照明节能，尤其是路灯节能，固定降压目前已经表现出许多不能接受的弊端（有时新灯在低压下也无法启动），电磁换档也出现灯灭和设备的损毁。
    因此有些节能企业将碳刷补偿无级调压用于照明节能，用伺服电机带动链式碳刷，实现调压稳压，专家对其可靠性存在质疑，以至于厂家在注意事项中也作描述： “ 每月至少维护一次，用极细砂纸打磨铜柱表面如新，密切注意，如有异味或冒烟，立即切断电源，并通知厂家 ” 。我们想，每个路灯配电柜派一个人值班，是不现实的。
    可控硅代替接触器，实现无触点补偿调压，这种技术称为“数控式调压”，在通讯和电台等 行业有应用（后端整流桥电路，无电流滞后），但在路灯方面，由于负载为感性，电流电压相位复杂，容易换相失败，需要大功率电阻吸收短路电流，电阻功耗大，设计困难，功率难做大，档位调节还存在电压突变现象。尽管经过十多年的发展，目前国内数控式调压稳压在路灯方面的应用还都不成熟。

二、关于照明节能理念
(一) “以人为本”节能和“情景照明”节能的重要性
    如果照明节能使学生视力下降，工厂次品增加，产量下降，商场销售下滑，道路交通事故增加，社会治安变坏，节能带来的一点点收益，将远远抵消不了它的负面作用，其它成本在不知不觉中猛增，甚至是更大的浪费。
    但是，当我们离开现场，或按情景，无人在照明现场时，高亮度的照明就是极大而且无辜的浪费。
    因此，我们必须清醒，节能必须是在不影响正常照明的同时，极大限度地节约能源，保护灯具和延长灯具使用寿命。
    对不同场合，制定出相应“以人为本”，“按需调亮”，“情景控制”的节能模式，节能技术要保证实现的可行性，这样，才能消除照明节能的负面影响或使影响极小化。
    既然照明是以人的感受为目的，根据生物效应，傍晚人眼瞳孔还没张开，所以需要高亮照明，商场人少时可以降低亮度，人多的晚上和节假日，需要保照度，路灯是城市文明的象征，同时也要保交通安全和社会治安，但人少的前半夜和没人的后半夜，还有必要那么亮吗？路灯隔盏亮和半夜灯，将导致 多米的阴影，难以保障交通安全和社会治安，是得不偿失的节能方法。
    面对照明节能的新挑战，有许多自身的客观规律，而这些规律可能我们一时还难以理解，但却是科学的。比如高速公路隧道白天需要高亮度照明，商场白天也要少节能或不节能，路灯傍晚最需要高亮度照明（医院统计，此时交通事故最多！）等等。
    总之，照明节能大有可为，我们的节能人和用户，可以想出许多好的节能控制模式，能保障照明，又能极大限度地节能。
 (二) “无条件保障照明”理念
“无条件保障照明功能”，对路灯管理部门非常重要。
我们在多年的节能工程实践中，在与路灯部门的相互学习中了解到：“照明节能是锦上添花的事，不能由于节能，导致路灯故障，尤其是灭灯现象。”
事实上，节能是社会或政府的事，但由于路灯节能，导致灭灯，群众投诉，市领导发现后，对路灯处领导极为不利，有可能上升到政治问题。
另外，半夜电话通知路灯处维护人员修灯，压力也非常大。
因此，路灯节能产品，在系统设计时，必须考虑，设备任何部件损坏时，将自动系统旁路，该亮灯时出现灯熄灭现象，系统自动旁路，实现无条件保障照明。
（三）金卤灯钠灯预热问题
    我们的经销商告诉我们，希望去除预热时间，或将预热时间调到分钟，理由是，哪怕半分钟的节能，都将影响到节电率，这样胜算的可能性就是对手。而路灯部门是不会听你讲什么预热的好处问题的。
    的确，有些路灯部门以前也没有预热的概念，另外，上级领导说了看节电率，他们也管不了，而领导也是不懂这些的呀。所以节电设备供应的双方或多方，都被“强制”不需要预热时间，一心追求节电率。
    我们知道，灯的启动分个过程，点火时不稳定的“辉光”放电和分钟后的“弧光”放电，“辉光”放电严重影响灯具寿命，因此希望时间越短越好。为减少“辉光”放电时间，点灯后必须维持足够长时间的额定预热电压。
    从外部看，如果灯电流开始下降到稳定运行电流，则开始结束“辉光放电”，从温度看，如果灯管温度达到稳定温度，则开始结束“辉光放电”，为使“辉光”尽快结束，必须维持比较高的电压，发出更多的热快速加热灯管。
有些公司把充分预热说成是如“煲汤”，需要“急火”烧开，然后“文火”长时间炖，可节省能量，这种比喻也不妥帖。
开灯时钠灯或金卤灯，在额定电压或全电压下充分预热－分钟，对灯管寿命有极大影响，对节电率损失却可忽略不计（路灯照明时间一般每天小时，分钟）。
（四）照明节能的“慢斜坡软启动”危害
    我们知道，电机启动时，由于通电电网电源频率，而此时电机从静态开始，电机转速频率为，因此瞬间形成频率短路，启动电流高达额定电流的－倍,持续时间直达电机正常运转（最长达秒以上），对配电线路、设备和电网都造成危害。因此需要电机软启动、变频启动和星三角启动，减少电网冲击。
    灯启动，由于补偿电容的原因，合闸瞬间（毫秒，秒），有很大启动尖峰电流，和电机启动堵转不一样的是，这种尖峰电流不会因为降低电压启动而减小许多，因为这是电容电压突变引起的电容充电电流。如果没有补偿电容，这种启动电流也就不存在，如果补偿电容存在，降到启动也会有这种短路瞬间电流存在。
    应该说，灯存在启动电流，但不是象电机那样额定值的许多倍，只是倍，而且这种电流是与灯温度相关，必须分钟以上加热到稳定温度，电流才会下降。
    另外，我们知道，电感式日光灯，每开关灯一次，会降低许多寿命，因此如果短时间关灯离开，还不如不关灯，原因是开灯时多次高压辉光点火，严重损伤灯的阴极，特别是电网电压低，频繁多次不断启动，大大缩短灯的寿命。
    开灯前期的辉光过渡阶段，影响灯具寿命，充分点燃后稳定的弧光放电，不影响灯具的寿命，因此灯要在足够电压下充分预热分钟，然后将电压缓慢降低节能，稳定电弧，降低灯管温度，延长灯具寿命。
    路灯，同样采用电感高压点火启动，如果采用“慢斜坡降压软启动”，每天启动点火将增加到多次或更多（如果电压不足，每秒将重复点火次），如果开灯电压足够，点火－次就能启动。因此“慢斜坡软启动”将严重损伤灯具。
    有些公司还将“启动大电流”导致能量浪费作为宣传，这是无任何科学道理的。
采用“高频交流稳压调压器“技术的路灯节电器，由于电压的高速无级连续调节，如果软启动是科学的，将很容易实现。希望有些节能公司秉着科学角度，认真考虑这个问题，不要炒作这些概念，误导照明节能技术。
（五）城市道路照明，需要保障的个方面
、城市形象：当前我国各地政府，为了政治或民生需要，大力推进城市建设，扩大城市影响力和竞争力，着重城市规划和基础设施建设，城市规模和城市化率不断提升。而道路照明以及景观照明的亮化，是城市品味的重要方面，如果一个城市，一开灯就节能，亮度不足，将使这个城市没有生气，形象将不言而喻。
因此，我们建议，在人流活动的前半夜，少节能或不节能，将亮度提高。
、繁荣经济：政府财政的一大部分来自商业税收，如果傍晚灯光灰暗，将影响大家上街购物休闲的积极性，如果大家不购物，没有销售，财政税收将下降，政府可支配收入将出问题。
我们建议，傍晚开灯将亮度提高，直到群众回家后，逐步将亮度缓慢降低，到大家回家睡觉后，再做深度节能。
、交通安全：由于人体生物“瞳孔效应”，在旁晚，强烈的太阳光将人体瞳孔缩得很小，保障视网膜不被烧伤。但太阳刚下山时，光线立即变暗，而人体的瞳孔，由于生物效应，需要时间张开，此时，再亮的灯光都觉得暗，因此需要高亮度照明。（太阳光强是路灯的几千倍），在医院工作的人都知道，傍晚汽车交通事故最多。（作者在医院工作年，从事医疗设备维修和网络软件开发）
当然，在后半夜，由于道路车辆很少，行人也少，交通事故不容易发生，可做比较深度节能，但严禁采用半夜灯方式节能，这种方式形成班玛效应，使司机很难看清在阴影区是否有人存在。
我们建议，傍晚开灯，将亮度调到最高，等分钟，人体适应后，可精密无级调节照度，进入少节能状态。
、社会治安：现代城市要求，有路就要有灯，有灯就要亮。如果那个地方路灯不够亮，小偷小摸就多。 各地路灯部门常接到公安部门由于有路无灯或大面积无灯的投诉。
我们建议，在保障上述要求情况下，根据现场情况，调整后半夜亮度，保障社会治安需求。
当然，道路照明节能，不能影响灯具寿命,严禁采用固定降压等方式节能，和闪断突变调压方式节能，这些方式将大大缩短灯具寿命。

三、与传统思维观念、技术规范的冲突
（一）照明线路末端电压
    在以往不节能的时代，路灯设计需要考虑末端电压，其电压值要保证灯具额定电压的下限以上（－％＝）。建设部 “ 十一五 ” 城市绿色照明工程规划纲要实施细则中， 第四十条 在电网电压不稳定的地方可采用稳压或降压装置，但照明线路末端电压不应小于 伏。这是保障灯能点燃的必须条件。
    但同样，照明节能是新事物，需要客观分析对待，而建设部在制定细则时，也不知道有无级连续调压的照明节能产品。这种规定是根据固定降压节电器提出来的，即开灯就降压，需要保障末端电压在以上，否则新灯都有可能点不着。
    但是，采用“高频交流稳压调压器“技术的路灯节电器，，在开灯时总是全电压预热分钟，在灯温、电弧、电流稳定后精密连续调压，在需要时将电压调到钠灯，金卤灯，不管是节电率还是延长灯具寿命，都是非常满意的。
    另外，灯充分点燃后逐步降压节能，随着导线电流的减小，末端压降由不节能时的，变得可能只有，因此，采用“高频交流稳压调压器“技术的路灯节电器产品，由于电压精密无级下调，前端电压降低明显，末端电压降低反而不明显。
    但需要说明的是：“开灯预热电压必须在以上”，进入节能后电压可以在以下。
（二）一味追求节电率
    如果一味追求节电率，那么，关灯是最好的节能。
   节能同时需要保障照明的基本功能，即：“不影响正常照明同时，极大限度地节约能源，延长灯具使用寿命”。
    遗憾的是，包括政府、路灯部门，和经销商，都一味追求节电率，有的在招标中，单纯将节电率看成主要指标（不考虑照度情景需求），这样招标的结果是，事后工程完工，市民投诉，公安局投诉，在这种情况下，设备逼迫旁路运行。
    如果没有“按时段情景节能功能”，只是一味追求节电率，只需将高压变压器调低一挡，或将灯功率换小，或摘除一部分灯。
    尽管采用“高频交流稳压调压器“技术的路灯节电器，是所有照明节能产品中，节电率最高的，但我们并不主张一味追求节电率。如果一味追求节电率，将使城市商业综合经营成本上升，因为这将使犯罪率上升，交通事故增加，居民消费下降，税收减少，商场营业额下滑，工厂次品率上升以及生产效率下降。
(三) 关于照明节能中的“照度损失问题”
    目前没有人因为调光台灯，损失照度，而将调光台灯说成是不科学的东西。
    调光台灯提供的仅仅是一种调光工具，当你需要的时候，可以调到最亮，当你在看电视时适当调暗，制造温馨的环境，同时还可节约能源。调光台灯对病人或产妇特别重要，因为常亮导致人难以入睡，关灯，半夜起床要摸黑，有摔伤的危险。
    采用降压调亮节能的技术中，节能是以降低照明输出功率为代价的，因此照度必然会有损失。恰恰是由于照明节能牺牲（节约）有功功率，照明节能才是科学并且是可行的。
    在工程实际中，经测量以及人工观测，当电压在 附近小范围下降时（ － ），电压下降，功率成平方快速下降，此时照度只是轻微下降，节电率在 ％以内。在 继续下降，照度出现比较大的下降幅度。因此建议对照度要求比较高的场所，控制电压在 以上，如果对照度没有要求，可以将电压控制在 － 的程度，节电率可达 ％或更高。
    另外，要记住，照明是与人感受相关的概念，一味机械地强调照度是没有实际意义的，也是不科学的，需要将人眼的生物效应，心理效应，实际工况对照明分时段的需求等结合起来考虑。比如人的瞳孔会根据外界光线自动调节，人瞳孔生物调节是需要时间的，也是有一定范围的，在暗环境下会自适应，路灯半夜人少甚至没人，商场不同时间人流量不同等等。
    我们作为早期从事照明节能的工作者，开始时遇到要求“牺牲照度节能不算本事，不允许牺牲照度节能”，然后是“照度不得降低％”。我想，我们现在倡导的是“以人文本，情景节能”，如果深夜无人，还要求照度只下降不得超过％，那是对纳税人极不负责的“犯罪行为”！
    我们所做的单灯控制和集中控制试验表明：灯具有非常好的宽范围调光特性，理想功率（亮度）调节范围为％－％，在全亮到微亮时，电弧十分稳定，也就是说，根据需要，在微亮时，节能高达％！，灯具寿命极大延长。
    我们呼吁政府官员，能认真听取节能公司对照明节能工作的陈述，不要片面要求照度问题，特别时后半夜人迹稀少的道路照度。
（四）路灯节能改造与路灯管理水平提高
我们知道，全国路灯管理，由于地域差别，以及领导风格不同，各地路灯控制线路差别很大。
而国家道路照明规范，对路灯工程的验收制约力度十分有限，加上路灯后期工程的改扩建，这样就导致路灯线路十分复杂，有许多不合理和不规范。
比如“半夜灯控制”，国家规定必须采用“双回路”控制方式，保障前半夜和后半夜，线路都能做到“三相平衡”，这需要多出一倍的电缆用量（当然，线经可减少一半），工程接线相对复杂。因此，大多路灯工程公司，采用单回路节省成本，导致前后半夜电流均不平衡，零线电流非常大，灯具电压波动严重。这些，建设部，路灯管理部门都无规范的验收程序。
再比如，许多城市，特别是“历史久远”的有些大城市，目前还在使用，并继续在新建路段使用单相高压变压器供电，这完全违背“三相就近平衡”原则。对高压电网，以及输配发电，冲击较大，有的单相变压器合闸开灯电流高达500A。当然，导致这种情况的主要原因是：电力部门既是有关法律的制定者，又是法律约束对象，同时也是法律的执行者。这些情况，有历史的原因，也有领导主观意识的问题，需要建设部加以规范整改。
在控制方面，一般电气规范要求时钟控制接触器“线包”火线电压，“线包”零线接零线排，但有些路灯控制系统却相反，“线包”火线固定，时钟控制零线。这将导致维修时，“线包”带电，不符合安全要求。
在工程实践中，有些路灯控制柜不接地，有些错误理解“安全地线”与“零线”， 干脆将机箱外壳接“零线排”，这是非常危险的。路灯电网电压偏离是常见的，从－不等，但也有一些路况，电压高达，在我国西南小水电多的地区比较普遍。
特别值得一提的是，路灯节能是新技术在传统线路上的改造，这就需要对传统路灯控制进行一些“科学革新”，尤其是引入“以人为本，情景节能”理念，需要科学合理的技术方案，对传统控制进行“改造”。
多数路灯管理部门，对我们的改进满意，这样“在保障照明同时，最大限度节约能源，保护照明灯具”。
但也有部分路灯管理部门，固执坚持“不能改动原控制柜任何部分”！，只能按“电磁固定降压”节电器方式，接入总线，还说，这是“先进”的傻瓜式方式。
要知道，路灯金卤灯、钠灯等灯，需要全电压或额定电压充分预热，然后才能做“情景无级调节节能，深度节能”，否则，低压或降压开灯，有许多灯难点燃，并且严重影响灯具寿命。
因此，应该采用节电器接入电力总线，附加“接触器”监控板，监控多路开灯接触器“线包”信号，当开灯时，由电脑板判断输出电压是否足够点灯，如果是，立即开灯，如果电压进入节能状态，并且不足以点灯，设备快速提升电压到足够高，再开灯，随后进入以前的节电水平。
考虑到路灯管理部门的顾虑，担心设备改动，如果节电器故障，恢复困难，我们采取透明方式处理，如果设备旁路开关打下，所有主电力线，时钟与对应接触器连线，自动恢复原有状况，与没有安装节电器一样。如果设备进入节能，节电器设备才发出强制接管时钟信号，这样设备故障时自动不接管，恢复原有线路。
路灯部门日常重要的工作是修灯，在传统电磁固定调压情况下，路灯部门带电修灯，换上新灯，可能由于目前出于降压状态，新灯也点不着，因此，路灯节电器软件，需要增加修灯命令，即：发现灯故障后，启动修灯命令，线路电压迅速提升到电网电压，提供－小时修灯时间(参数设置延时)，设备自动进入以前的节电水平，因此修灯师傅修完灯后，可直接开车回队。
有许多工作需要我们作出更多努力，细心听取路灯管理部门的意见，这样我们的产品才能更好适应市场需要。
当然，我们从年，开始研发路灯节能控制柜，将路灯控制柜，节能柜，远程监控，电缆防盗，天文钟合成一体，目前已经在多个城市使用。这是今后路灯控制的发展方向。

四、其它
（一）路灯节能招标书中的各种丑陋评分标准及对策
     国家倡导照明节能，实际上，照明节能不可能是纯技术问题，一般是以工程形式出现，在商业环境下，必然出现许多丑陋的问题，包括操纵“标书”，围标，“黑箱操作”等问题。
     但作为节能技术服务公司，或甲方，总还是希望采用尽可能好的技术和产品。因此，作为节能产品经销商或产品制造方，市场还是公平的，找准自己的定位，潜心做好自己的工作，总会有丰厚的回报的。
 （二） 灯的有趣现象
   在对金卤灯、钠灯的研究中，我们发现许多有趣的现象。对灯进行无级精密调压时，如果调压速度过快，灯闪烁严重，如果不断流突变调压，突变，很大可能导致金卤灯灯熄灭，突变可能导致钠灯熄灭。
在作精密较快连续调压时，如果电压逐步升高，电流尾随上升很快，调压停止，电流继续增加，不变，然后电流回落。同样如果电压下调，电流急剧下降，不变，然后回升。
    在比较快速的调压中，表现出比较大的电流惯性，如果调压速度快，还出现灯闪烁现象。
对金卤灯、钠灯的节能控制，特别要关注灯管温度、电压、电流、压强的平衡，过快的调节，使这种平衡遭到破坏，因而引起灯的闪烁，甚至熄灭。

 五、结尾
我国以及全球城市道路照明规模十分庞大，同时，城市道路照明非常适合“情景节能”，与此相关的新技术也将不断出现。作为地方政府，城市道路照明节能改造，既是节能形势所需，也是对“节能减排”最好的示范。通过大家对照明节能技术的研究和相关理念的探索，城市道路照明节能工作一定会得到一个大发展。
以上是作者本人的观点，可能有些偏激，但还是中肯提出，希望与大家共同探讨。

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