淺談城市照明有功和無功節(jié)能技術(shù)

在建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的進程中，城市照明領(lǐng)域節(jié)能降耗不僅勢在必行，且大有潛力可挖。目前對在用照明系統(tǒng)的節(jié)能改造較為經(jīng)濟和實用方式是加裝節(jié)能設備，其應用的節(jié)能技術(shù)主要有有功和無功節(jié)能技術(shù)兩類。
    
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通角，將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬斷一部分，從而降低輸出電壓的平均值，達到調(diào)壓節(jié)電的目的。這種節(jié)能調(diào)控設備對照明系統(tǒng)可實時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，可分時段實時調(diào)整，有穩(wěn)壓作用，而且采用的電子元件相對來說體積小、設備輕、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現(xiàn)正弦波輸出，還會出現(xiàn)大量諧波，對電網(wǎng)系統(tǒng)諧波污染的危害極大，因此不宜用在有電容補償?shù)碾娐分?。特別是大功率可控硅斬波型節(jié)電設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，減少變壓器的實際使用容量，增加無功損耗，浪費電能，嚴重時還使電器設備過熱，造成開關(guān)、接觸器等電器設備的誤動作或其它危害，目前，在國外發(fā)達國家已有明文規(guī)定限制諧波含量超標的電器設備并入網(wǎng)使用。
    
自耦降壓式調(diào)控技術(shù)。其原理是通過一個自耦變壓器機芯，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等幾個檔，以達到降壓節(jié)電的目的，同時克服可控硅斬波型設備產(chǎn)生諧波的缺陷，實現(xiàn)電壓的正弦波輸出。這種節(jié)電設施只能固定降電壓，不能升壓和穩(wěn)壓，不能實現(xiàn)電壓的自動精確控制。特別當電網(wǎng)電壓波動時，調(diào)控裝置的輸出電壓也會上下波動，致使照明設施的工作電壓處在不穩(wěn)定的狀態(tài)，無法達到對電光源的保護作用。當電網(wǎng)電壓升高時，節(jié)電率不是最佳狀態(tài)，而電網(wǎng)降低時，可能出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，造成光源無法正常點亮，反而降低光源壽命，這是這類節(jié)電設施的缺陷所在。
    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)實時采集輸出、輸入電壓信號，與最佳照明電壓進行比較，通過計算自動調(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)特點是：1.采用微電腦技術(shù)和高可靠性的軟件和硬件設計實現(xiàn)控制過程智能化。2.針對電網(wǎng)電壓偏高和波動現(xiàn)象，實時對在線電源動態(tài)跟蹤，對電流連續(xù)調(diào)節(jié)、調(diào)控輸出最佳照明電壓和功率，實現(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.多時段節(jié)能運行?？筛鶕?jù)用戶的實際照明需求，通過程序多時段節(jié)能電壓設置，滿足用戶對不同光源、不同時間的需求，實現(xiàn)最佳照明狀態(tài)和最大節(jié)電率。4.實現(xiàn)光源的軟啟動和慢斜波控制過程。由于采用低壓軟啟動進行充分預熱，能減少啟動電流的沖擊，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，讓電壓在設定時間內(nèi)緩慢過渡，保證光源不受電壓、電流的沖擊，降低對電光源損壞，延長使用壽命。5.實現(xiàn)正弦波輸出，對電網(wǎng)無諧波污染，對浪涌電壓沖擊時及耐瞬時大負荷沖擊能力強。這類照明節(jié)電技術(shù)的實施成本雖然略高于前兩種，但由于能實現(xiàn)智能照明調(diào)控，有效保護電光源，降低電能消耗，節(jié)能效果明顯，所以經(jīng)濟性和可靠性遠遠好于前兩種有功節(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)應該保證無功功率的平衡，否則將會引起線路損耗增大，電壓降低，功率因數(shù)下降，甚至造成設備損壞。在道路照明中，無功損耗帶來的利率電費和附加電費(無功損耗罰款)約占全部電費的20％。由此可見，增裝無功補償設備，提高網(wǎng)絡的功率因數(shù)，對電網(wǎng)的降損、節(jié)電以及設備的安全運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：電容器單燈補償、早期的電容器集中補償和微電腦智能型集中補償。
    
電容器單燈補償技術(shù)。它是在單燈燈具中安裝電容器，分散補償，達到提高功率因數(shù)的目的，對于一條路甚至幾條路的路燈設施具有較好的補償效果。但是對于不同的供電臺區(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，于是整個站臺供電系統(tǒng)功率因數(shù)就無法達到指標要求。此外，電容器開路損壞不易檢測，難于維護，長期運行勢必提高整個供電站臺的無功功率損耗，降低供電效率，造成電能浪費，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償技術(shù)。其特點是，采用機械式接觸器控制電容器投切方式，具有集中補償、自動調(diào)控無功功率的特點。其缺點是，觸電電流大，有涌流產(chǎn)生，易燒毀觸點，縮短接觸器、電容器使用壽命，而且轉(zhuǎn)換開關(guān)時間長，易造成補償滯后，不適應三相不平衡負荷。該技術(shù)是九十年代初期的標準，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償技術(shù)。采用單機或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，能自動跟蹤電網(wǎng)無功功率變化，快速采樣、運算并發(fā)出投切信號。開關(guān)模塊采用大功率晶閘管實現(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償技術(shù)，目前已被廣泛應用。
    
其主要技術(shù)特點：1.實現(xiàn)控制模塊的數(shù)字化和智能化，確?？刂凭冗\行的可靠性；2.全自動分相、分段自動按需補償；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，選擇單項分別進行補償，不產(chǎn)生涌流沖擊；5.采用無觸電開關(guān)，切提速度快，整機使用壽命長；6.可靈活設定過壓、欠壓、欠流延時等參數(shù)，具有完善的越限報警和過壓、欠壓、缺相、缺零、諧波、越限保護縮閉功能，保證系統(tǒng)安全運行；7.采用“自愈式”電容器，具有使用壽命長、可靠性強、溫升小、無需專門散熱裝置的優(yōu)點；8.具有數(shù)據(jù)采集功能和標準的通信接口，可實現(xiàn)遠程實時檢測和計算機聯(lián)網(wǎng)管理。此外，采用集中補償技術(shù)，原有的單燈補償裝置對路燈系統(tǒng)并不構(gòu)成影響，而能更好發(fā)揮集中補償與分散補償相結(jié)合的作用，具有很好的補償和節(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，應該根據(jù)供電網(wǎng)絡和路燈設施狀況進行綜合分析選擇。筆者認為：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)宜采用電容單燈補償技術(shù)。