城市智慧水务智能配电能效平台分析

摘要：详细介绍了发电厂智能照明控制系统的技术优势。根据发电厂工作环境复杂多样的特点，深入分析了发电厂的主厂房、运煤厂房中采用智能照明的可行性，并从技术、经济角度进行了比较分析。智能照明控制系统初投资较传统照明投资较高，但在3年运行中照明电能节约费用可以弥补初投资的费用。故在电厂的长期运行模式下，智能照明控制系统可大量节约照明用电、降低照明运营成本且有很好的环境效益。

关键词：智能照明；控制系统；节能；发电厂

0前言

目前，国内几乎所有的发电厂在照明控制中仍然采用传统的控制模式，即配电箱内集中控制、就地开关控制、自动（光控或钟控）控制，但随着计算机、网络信息及通信和控制技术的发展，发电厂照明网络传统的控制方式很难再满足业主对安全性、舒适性、便捷性、信息交互性以及节能环保的要求。故在发电厂照明网络中实施智能照明控制系统方案，突破传统的照明控制方法，超越传统的照明功能，把电厂照明推向节能化、智能化、信息化、人性化的新高度，在电厂的照明设计中采用智能控制系统势在必行。

1智能照明控制系统概述

智能照明控制系统是一个总线型或局域网型式的照明控制系统。所有的单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，由通信总线（双绞线或光纤等）连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用，通过软件设定其功能输出单元控制各回路负荷。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为总线信号并在控制系统总线上传输，所有的输出单元接收并作出判断，控制相应回路输出，系统通过总线连接成网。

目前，专门用于照明网络的智能控制系统主要分为总线型系统、电力载波智能系统、无线网络系统等，由于在发电厂中安全性、稳定性要求较高，因此发电厂智能照明控制系统通常为总线型。

2智能照明控制系统在发电厂照明中的可行性分析

2.1目前发电厂照明场所控制现状

发电厂的工作环境复杂多样，设备与管道纵横交错，特征为高温、有蒸汽、多灰尘、潮湿、有腐蚀、有爆炸危险、震动和摆动大等特点，根据场所的不同照明控制方式也各有不同，传统的照明控制方式归结如表1：

表1电厂主要建（构）筑物和设施的光源及传统控制方式

照明场所		环境特征	光源	控制方式
汽机房	循环水泵坑	特别潮湿	ZJD、NG、 WJD	集中
	底层	有蒸气泄漏、潮湿、设备及管道错综复杂、氢气冷却装置处、密封油箱、控制油箱、油泵等有爆炸危险	ZJD、TLD、 LED、WJD	集中
	运转层	有行车、空间高大、有蒸气	ZJD、LED、 WJD	集中
	除氧器及管道层	高温、有蒸气、管道多	ZJD、NG	集中
锅炉房	锅炉房底层	多灰尘、潮湿	ZJD、NG、 LED、	集中
	锅炉本体	多灰尘、高温、扶梯平台多，行走不便、露天及半露天	ZJD、NG	集中
	煤仓间，皮带层	多灰尘，皮带运转快，易伤人	ZJD、NG	集中
	磨煤机油坑	有火灾危险、潮湿	LED、WJD	就地
引风机室		多灰尘、噪音大	ZJD、NG	集中
脱硫装置		多灰尘、露天环境	ZJD、NG	集中

电气建筑	单元、集中控制室	正常环境	TLD、CFG、 LED	集中、就地
	电子设备间	正常环境	TLD、CFG、 LED	就地
	高、低压厂用配电装置	正常环境	TLD，LED	就地
	屋内GIS	正常环境	ZJD、WJD、 LED	集中
	蓄电池室	有爆炸性混合物	TLD、LED	就地
运煤系统	输煤栈桥	煤粉含量高，有火灾危险	ZJD、NG、 WJD	集中
	转运站、碎煤机室	煤粉含量高，有火灾危险	ZJD、NG、 WJD	集中
	煤场	露天环境、飞灰大	NG	集中、光控
	推煤机库	正常环境	ZJD、NG、 WJD	就地
	翻车机室	煤粉含量高，有火灾危险	ZJD、NG、 WJD	集中
供水	各类水泵房、灰浆泵房等	潮湿，个别泵房有腐蚀	ZJD、WJD、 LED	集中
办公室，试验室		正常环境	TLD，LED	就地
楼梯、走廊等		正常环境	CFG、LED	声光感应、就地
烟囱		露天环境，灰尘多，高大	气体、固体冷光源	光控
厂区道路		露天环境	NG、WJD、 LED	光控、时控

注：光源代码：TLD--荧光灯；CFG—紧凑型荧光灯；ZJD—金属卤化物灯；NG—高压钠灯；LED--发光二极管；WJD--无极灯[2]

由表1可以看出，发电厂的照明控制方式主要为集中、就地两种方式（室外露天区域采用光控、时控除外），这两种方式均为电气控制方式，而发电厂区域大、工艺系统多、人员定额少，全厂各区域经常出现照明灯常开常明状态，浪费了大量电能。

2.2智能照明控制系统在发电厂的具体应用

发电厂智能照明控制系统由后台照明监控机、通信管理机和现场智能照明配电箱以及照度采集器、通信总线组成。该系统通过现场总线进行通信，实现对电厂照明灯具的智能化控制、保护、测量功能，从而实现智能化的灯光控制。

发电厂的主厂房及各分场厂房包括附属建筑等区域的照明光源大部分仍然采用气体放电灯光源，即金属卤化物光源和高压钠灯光源，这两种光源的启动时间和再启动时间均为5～8分钟，且启动电流大，一般为工作电流的2.5～3倍，故可控性能差。照明灯具遍布全厂的每个角落，以2x350MW燃煤电厂为例，全厂灯具数量共计5000多套，其中工矿类灯具占60%，荧光灯类灯具占16%，消防应急类灯具占10%，其他种类占14%。这么庞大的数量目前均采用智能照明控制系统难度很大，且必要性不大。因此根据发电厂工艺运行特点以及照明开启时间的要求，智能照明控制系统主要在主厂房和运煤建（构）筑物区域内实施，采用总线型系统。以某工程为例，现场总线的智能照明控制系统网络拓扑图见图1，智能照明配电箱配置图详见图2。

2.3智能照明控制系统在发电厂中的优势分析

（1）节能——降低厂用电率

该系统工作时可采就地手动控制、墙壁开关控制、远程手动控制、智能化自动控制方式，也可做到定时、照度信号控制及分组开启等方式，根据周围环境和软件指令及时进行照明调整，做到实时监控，而不是仅依靠维护人员亲自操作的方式，大限度地节能。以2×350MW燃煤电厂为例，通过智能照明控制系统计算的节约电能可达到40%～50%，详见表2

表2主厂房和运煤厂房节能表

场所名称		光源规范	数量 (盏）	传统控制运行时间（h/D)	智能控制运行时间（h/D）*	日节能（kW .h）	日节 电率
主厂房	汽机房	ZJD-100W	40	20	12	620	40%
		ZJD-150W	330
		ZJD-400W	60
	锅炉房	ZJD-150W	215	20	12	258
	锅炉 本体	ZJD-100W	780	20	12	696
		ZJD-150W	60

运煤厂房	转运 站	ZJD-100W	35	24	12	306	50%
		ZJD-150W	130
		ZJD-250W	10
	碎煤 机室	ZJD-150W	80	24	12	144
	运煤 栈桥	ZJD-100W	185	24	12	240
		ZJD-150W	10
	翻车 机室	NG-250	85	24	12	353.4
		NG-150	50
		NG-70	10
主厂房和运煤厂房年节约电能合计：2617.4（kW.h）/天x365天=95.5万（kW·h）

（注＊：1）在汽机房、锅炉房区域非检查、维护时段，可分组开启；2）在锅炉本体区域可分层开启；3）在运煤区域可按照上煤时间段间隔，同步开启。）

（2）经济性——降低照明运行成本

按照表2的数据表明：2X350MW燃煤电厂主厂房和运煤厂房照明用电年节约为95.5万（kW·h），假定上网电价为0.38元/（kW·h），那么每年可节约电费为36.3万元，而主厂房和运煤系统厂房增加一套智能照明控制系统约需100万（含智能照明配电箱、系统软件、控制设备及通讯管理硬件设备等）投资，那么只要3年的时间就可保证节约的电费与初投资均衡，运行超过3年以上，智能照明控制系统的经济性会随着时间的加长凸显。详见图3。

（3）延长光源和电气附件的寿命

任何光源和电器都有一定的使用寿命，电厂中多数使用气体放电灯，在运行中不可频繁开关，这样会对光源和电器的寿命造成损伤，采用智能照明控制系统可按时间段、检修状态、分组等方式控制，从而降低光源和电器的点燃时间，从输入电网电源方面进行光源和电器的保养控制，经估算至少可以延长光源及附件5倍长的寿命。

（4）采集数据信息及电气管理

智能照明控制系统能够实时进行数据记录、查询和备份，可准确地监测灯具开启状态及电气信息参数（电压、电流、功率、电能、照度等），根据采集的电气量可绘制实时负荷曲线，直观地观察负荷的变化情况，了解照明耗能状况。

（5）可修改性

根据业主的需求通过后台管理机可随时方便地修改控制关系。智能照明控制系统提供的可编程性对今后可能发生的变动有很强的适应性，当某种原因需要变更照明控制关系时，只需在软件中进行修改，而无须重新敷设线缆。智能控制软件采用标准的图形界面进行操作控制，并可插入图形，使控制更加感性、直观。

（6）便于维护管理

智能照明控制系统具有二重性，即远程控制和就地控制，可以进行集中和分散管理，给电厂的日常维护和操控提供了方便。

（7）提高电厂工作环境的舒适度和安全性

智能照明系统可以根据电厂环境的变化调整亮度，也可按不同场所设定照度，使人们处于舒适的照度控制范围内。现场墙壁触摸开关采用低电压，可闭锁系统后台的自动控制,提高了现场人身安全的可靠性。

（8）环境效益分析

采用本系统与采用传统照明控制系统比较，可减少二氧化碳、二氧化硫及其它一些有害物质污染。以一座2×350MW的电站为例，仅在主厂房和运煤厂房采用智能照明控制系统，10年可节约电能955×104kWh，按照火力发电标准煤耗270/（kW·h）计算[3]，共计可节约标准煤2578.5t，减少污染物碳粉尘2272.9t排放，二氧化碳约9262.4t，二氧化硫251t，氮氧化物125t，在环境效益方面智能照明控制系统较传统控制方式相比占有绝对优势，因此在发电厂中智能照明控制系统需要大力推广和应用.

3安科瑞智能照明控制系统

3.1概述

ALIBUS智能照明产品采用RS485总线技术，技术成熟可靠，安全稳定。开关驱动器具备独立工作的能力，适用于一些中小型的项目；模块化设计，可以任意拼接扩展，同时预留I/O口以及Modbus接口，还可以满足与AcrelEMS企业微电网管理云平台进行数据交换。

3.2应用场所

适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明控制需求。

3.3系统结构

3.4系统功能

（1）实时检测并显示各个模块的在线状态，反馈现场受控回路的开关状态，监控界面按照楼层各分区的布局和回路列表来浏览。

（2）当发生模块离线、网关设备掉线或者状态反馈和下发控制命令不一致时会发生故障报警，并将故障报警信息记录并显示在界面中。

（3）可以对单个照明回路实现开关控制；每个模块、楼层都有相应的模块控制开关和楼层控制开关，也可以一个模块或者整个楼层实现开关控制。

（4）开关驱动器支持过零触发功能，负载（灯具）的分合操作仅在交流电过零时进行；可有效减少电磁干扰以及对电网的冲击，延长灯具与控制装置的寿命。

（5）对每个照明回路可以预设掉电状态，当照明电源掉电时，开关驱动器会自动切换到预设的掉电状态；确保重新上电时灯具的开关状态是确定与可控的。

（6）拖动调光控件，照明设备从0%到100%进行调光，可以对单个照明回路实现调光控制，调光总控可以对一个模块的照明回路实现调光控制，也可以对多个照明回路实现调光控制，通过图标的亮灭状态反馈现场开关的状态。

（7）点击场景控件，打开或者关闭对应场景设置，软件界面上显示不同的场景模式和场景功能，通过图标的亮灭显示对应的场景状态是打开还是关闭。

（8）设置定时时间，确认时间点后，对该事件点执行的动作进行设置，设置灯在设定的时间点亮或者灭。

（9）系统可以通过预设的当地经纬度信息，自动计算每天的日升日落时间；根据天文时钟控制照明开关，实现日落开灯、日出关灯的功能。

（10）所有定时控制计划均可下发保存至驱动模块；当上位机系统故障或模块离线时，驱动模块可以利用自带的RTC时钟维持定时控制计划的正常执行，不影响日常的照明控制效果。

（11）系统结构是分布式总线结构；系统内各元件不依赖于其他元件而能够独立工作；系统内各元件可以通过程序的设定实现功能的多样性。

（12）预留BA或三方集成平台接口，采用modbus、opc等方式。

3.5设备选型

名称	型号	上行	下行	外形尺寸	备注
智能通信管理机	Anet-1E1S1	1路以太网	1路RS485	140*90*50
智能通信管理机	Anet-1E2S1	1路以太网	1路RS485	140*90*50
智能通信管理机	Anet-2E4S1	2路以太网	4路RS485	168*113*54
智能通信管理机	Anet-2E8S1	2路以太网	8路RS485	168*113*54

4路开关驱动器	ASL220Z-S4/16	16A	导轨式	144*90*70	1.控制火线 2.每回路额定电流16A 3.磁保持继电器 4.延时控制 5.电流检测 6.定时控制
8路开关驱动器	AS220Z-S8/16	16A	导轨式	216*90*70	1.控制火线 2.每回路额定电流16A 3.磁保持继电器 4.延时控制 5.电流检测 6.定时控制
12路开关驱动器	ASL220Z-S12/16	16A	导轨式	288*90*70	1.控制火线 2.每回路额定电流16A 3.磁保持继电器 4.延时控制 5.电流检测 6.定时控制
16路开关驱动器	ASL220Z-S16/16	16A	导轨式	360*90*70	1.控制火线 2.每回路额定电流16A 3.磁保持继电器 4.延时控制 5.电流检测 6.定时控制
8路调光驱动器	ASL220Z-SD8/16	16A	导轨式	360*90*70	1.控制火线 2.每回路额定电流16A 3.磁保持继电器 4.延时控制 5.0-10V调光
红外感应传感器	ASL220-PM/T	3-5m 120°	嵌入式吸顶	φ80	开孔55mm
微波感应传感器	ASL220-RM/T	5-7m 120°	嵌入式吸顶	φ80	开孔55mm
微动感应传感器	ASL220-PR/T	5-7m 120°	嵌入式吸顶	φ80	开孔55mm
IP网关	ASL200-485-IP	ALIBUSnet/IP	导轨式	14*28*39	系统组网元件 监控软件接口设备
1联2键智能面板	ASL220-F1/2	2组控制指令	86盒	86*24*86	开关 调光 场景
2联4键智能面板	ASL220-F2/4	4组控制指令	86盒	86*24*86
3联6键智能面板	ASL220-F3/6	6组控制指令	86盒	86*24*86
4联8键智能面板	ASL220-F4/8	8组控制指令	86盒	86*24*86

4结语

智能照明控制系统在电厂照明中具有较强的优势，主要体现在节能、经济性、实时性、兼容性、稳定性等特点，对电厂工作环境的适应性好，照明控制也能充分满足电厂内主厂房和运煤厂房照明的需求。

推广绿色照明，追求节能低碳，应不再一味崇拜光源的发光效率。智能照明控制可根据电厂用户适应的控制方式优化，能充分发挥照明节能的潜能，可以把实际的LPD值（照明节能评价指标）降到极致，远低于新照明标准制定的指标。

随着“数字化电厂”概念的出现和节能减排的倡导，对照明设计及控制提出了更高的要求，也随着四代光源的推广和使用，智能照明控制技术的优势也会更好的体现出来，该系统必将在今后的发电厂照明控制中得到广泛地应用。

参考文献

[1]杨飞，谢世满.城市路灯照明智能控制系统的应用及探讨[J].科技与企业，2013（12）：114.

[2]刘金堂.智能照明控制系统在现代建筑中的应用与探讨[J].河北企业，2014（9）：96.

[3]吴志明.探讨智能照明控制系统在建筑工程中的应用[J].建材与装饰旬刊，2011（2）：145-147.

[4]薛惠敏，孙向阳.发电厂智能照明控制系统的应用探讨

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.

作者简介：

闻什益，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，手机：[phone]（微信同号）

审核编辑 黄宇