基于全寿命周期的变电站户外照明系统设计

1　照明的供电系统选择

1.1　照明对电压质量的要求

照明电光源对电压质量的要求，包括电压偏移和电压波动两个方面。

1.1.1　电压偏移

照明器电压偏高，易于损坏；电压偏低，不能保证照明效果。所以，照明器只有在额定电压下运用时，才具有更好的使用效果。按有关设计标准规定，照明器端电压的允许电压偏移值应≤额定电压的5%，应≥额定电压的下列数值：对视觉要求较高的室内照明为2.5%；一般工作场地、室外工作场所照明为5%，对远离变电所的小面积工作场所偏移10%；应急照明、警卫照明及电压为1236V照明为10%。

1.1.2　电压波动

当系统中具有冲击性负荷时，会引起电网电压时高时低，这种短时间的电压变化称为电压波动。为了保证电压照明效果，要将电压波动控制在合理的范围内。

1.2　照明负荷的分级

1.2.1　一级负荷

中断供电将在政治上、经济上造成重人损失，甚至出现人身伤亡等重人事故的场所的照明。为确保一级负荷，应有两个独立电源供电，两个电源之间应无联系，且不会同时停电。

1.2.2　二级负荷

中断供电将在政治上经济上造成较人损失，严重影响重要单位正常工作。对二级负荷宜采用两个电源供电，对两个电源的要求可比一级负荷放宽。

1.2.3　三级负荷

凡不属于一、二级负荷的均属于三级负荷，三级负荷由单电源供电即可。

2　全寿命周期下变电站户外照明设计中LED灯的选用

在《建筑照明设计标准》（GB 50034-2013）这一规范中可清楚地认识到绿色照明的含义，主要是指环保、节省资源以及能提高人们生活质量，提高学习、工作、生产效率的一种照明技术，而且能起到保证人们身体健康。所以，在新方案中主要遵循绿色照明的基本理念，选择了LED光源。

2.1　显色性及启动性能达到要求

在本质上变电站采用的照明工具与民用照明工具非常不同，要求光源立即启动以及显色性有着严格的要求。仪表室、配电室以及主控制室，这几间功能用房显色性必须要求达到80以上，才能清晰地显示物体的颜色。文章所述LED灯具完全能达到显色性要求。一旦发生事故，变电站光源要求立即启动，LED灯具完全能达到要求，这种灯具不同于以前带有镇流器的荧光灯，打开开关后，需要几秒的启动时间才能照亮房间，LED灯只要启动开关，立即能照亮房间。

2.2　LED灯具全寿命周期投入成本相对较低

LED灯的全寿命周期在成本方面具有非常大的优势，不但发光效能高，而且成本较低。目前市场上销售的气体放电灯价格要比LED灯具价格低很多，但这不能表明LED灯具比气体放电灯成本高。成本必须从全寿命周期进行考虑。对于一种灯具的成本来说，主要分为3个方面：维护费用、整个寿命在消耗的电能所用费用以及购买灯具时的费用。耗电和购买费用基本上占了成本的大部分。所以针对性地对电费和购买费用进行一个全面的分析就可了解这种灯具全寿命周期所用的费用到底是否经济。一般可采用“百万流明小时成本”作为成本核算的直观数据，计算方法如下：

灯具的功率用X表示，计算见式（1）：

百万流明小时费用=灯具寿命/灯具成本+该功率灯具每使用一度产生的费用+灯具寿命/产品成本+该功率灯具每使用一度产生的费用+固定时间内产生的电费一单位时间内灯具运行费用一灯具单位时间费用一灯具寿命/光源成本（1）

从式（1）中可看到，这种关系显示的是单位时间内产生的初始成本，也就是说结果数值越小，该种灯具全寿命周期成本就会越低。

表1对3种（40瓦的LED灯具、400W的金卤灯、18W等荧光灯）灯具进行了百万流明小时直接运行费用对比。

表1　3种不同类型的灯具“百万流明小时直接运行费”对照表

注：表中一年按照365天进行计算，灯具功率对镇流器和功率因数进行了分析

通过表1的对比可看出，3种灯具1h时产生的费用差距很大，LED灯具费用最小，荧光灯费用稍微有所增加，金卤灯最贵。虽然在购买灯具时LED的费用最高，但如果从全寿命周期来考虑灯具的成本，LED等是最实惠的灯具。

从表1中可看出，百万流明小时的费用与该灯具的功率和灯具的购买价格成正比，与通光量、灯具的寿命成反比。也就是说，灯具功率越小，购买费用越低，通光量越大，使用寿命越长，在该灯具的全寿命周期中话费的会越少。从表中可看出LED灯与荧光灯百万流明小时相差不大，但成本差距确实非常大，因此LED灯具在费用方面优势并不明显，需提升的空间非常大。

2.3　具有绿色环保的优点

LED灯具与其他灯具相比具有环保的优点，材料组成选用的是能发光的二极管半导体，材料耐用并且环保，可循环使用。LED灯具与荧光灯使用的都是220V交流电，荧光灯是通过镇流器来驱动电路，所以会出现灯光闪烁的情况，而LED灯具是在恒定电流下进行驱动，因此不会出现灯光的闪烁，这种恒定的灯光对人的眼睛具有保护作用，不会短时间内疲劳。

3　对变电站照明的智能控制形式

对照明系统进行控制主要是指利用开关、计算机信息操控、扩频电力载波技术手段、无线数据控制手段或者是直接利用计算机技术来形成的操控系统或者是遥控，进而对照明设备进行开关。对照明系统的控制一般采用混合型和总线型两种方式。混合型具有出现故障容易维修、传输速度比较快、可靠等优点。总线型具有成本小、开关独立、容易扩展以及灵活的优点。变电站照明系统与大型的机场车站、体育馆、写字楼有着明显的不同，变电站内灯具简单、控制容易、数量比较少，而大型的空间内照明系统都比较复杂，所以变电站一般会选择总线型控制照明系统，成本低，维修、运行投资都很少，并且能满足变电站对照明的要求。如图1所示为总线型照明系统结构流程图。

4　变电站户外照明系统设计的条件

4.1　变电站应具备远程控制系统

由于变电站属于无人值班变电站，所以需要监控系统随时观察变电站内主设备的运行情况，如果变电站内光源照明能力较差，就会大大影响监控的结果。但如果在变电站内部安装远程控制的照明系统，能为检测和检修带来极大的便利。

4.2　具备感应功能的照明系统

在变电站内安装具有感应功能的照明系统非常重要，如果是普通的照明系统，就会发生忘记关灯的情况，那么也就意味着只有下次工作人员进入变电站时，才能发现没有关灯，这样会浪费大量的能源。如果采用智能开关系统，人来时灯具自动打开，人走时自动关闭，这样省去了很多麻烦，极大地节省了电能。

4.3　电流变化切换

如果变电站内发生事故，站内照明系统就会失去作用，所以应配备事故照明系统。特别是交流电发生故障，智能使用直流电的情况，如果是一般的白炽灯就会失去照明的作用，而LED灯具具有直流交流两用的功能，因此交流发生问题后，采用LED照明系统的变电站依然可照明。目前国内已经有部分变电站进行了实际应用，且效果非常好。

4.4　故障自动报警机制

如果变电站的线路或灯具出现故障时，系统能主动报警，向主站发射报警信号，会给变电站的维护提供非常大的方便。现在变电站都是无人看管模式，维修和运行工作人员主要的工作场所在集控站。若灯具、线路经常发生故障，维护和检修人员就需要定期对变电站进行巡查。例如，如果一个地区有100座变电站，一个月巡视依次，那么一年就需要巡查300次，势必会带来大量的人力、物力、财力开支。

4.5　检测系统设备

变电站在采购照明设备时，一般厂家会提供控制程序和监控系统监测照明灯具的运行。但变电站又需要照明控制，因此会产生设备重复问题。目前新的变电站设备比较先进，控制系统与监测系统统一在一起，总体系统内设置了主变消防、脉冲电网、火灾报警以及监测外部环境等子系统，用来监测站内图像、红外、湿度、温度以及烟雾等情况，同时对设备状态和开关进行整体考量。

5　结语

综上所述，在变电站中，选用LED灯具有着明显的优势，LED灯具的全寿命周期成本相对更低，并且是一种绿色环保的灯具。采用成本低、节省能源、环保的LED灯具来代替传统的荧光灯是科学进步的必然选择，也是人性化的选择，选择LED灯具使变电站的监测和控制更加智能化，同时也是社会发展的体现。

参考文献

[1]GB 19043-2013．普通照明用双端荧光灯[S].

[2]冯星，张芸．智能变电站设计节能措施方案研究[J]．电力勘测设计，2014，（4）.

（作者供职于广东电网有限责任公司江门供电局）