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城市照明有功和無功節能技術
發布時間:2013-5-19  瀏覽次數:468

在建設資源節約型、環境友好型社會的進程中,城市照明領域節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的節能改造較為經濟和實用方式是加裝節能設備,其應用的節能技術主要有有功和無功節能技術兩類。

一、有功節能技術

有功節能技術 大致分為三種,即:可控硅斬波技術、自耦降壓式調控技術和微電腦智能控制      技術。

可控硅斬波技術。其原理是通過控制可控硅的導通角,將電網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,達到調壓節電的目的。這種節能調控設備對照明系統可實時精確控制輸出的電壓,滿足照明用電的最佳值,且調節電壓的速度快,精度高,可分時段實時調整,有穩壓作用,而且采用的電子元件相對來說體積小、設備輕、成本低。

但該調控方式存在致命缺陷,由于斬波電壓無法實現正弦波輸出,還會出現大量諧波,對電網系統諧波污染的危害極大,因此不宜用在有電容補償的電路中。特別是大功率可控硅斬波型節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、接觸器等電器設備的誤動作或其它危害,目前,在國外發達國家已有明文規定限制諧波含量超標的電器設備并入網使用。 
自耦降壓式調控技術。其原理是通過一個自耦變壓器機芯,根據輸入電壓高低情況,連接不同的固定變壓器抽頭,將電網電壓降5、10、15、20V等幾個檔,以達到降壓節電的目的,同時克服可控硅斬波型設備產生諧波的缺陷,實現電壓的正弦波輸出。這種節電設施只能固定降電壓,不能升壓和穩壓,不能實現電壓的自動精確控制。特別當電網電壓波動時,調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定的狀態,無法達到對電光源的保護作用。當電網電壓升高時,節電率不是最佳狀態,而電網降低時,可能出現欠壓現象,造成光源無法正常點亮,反而降低光源壽命,這是這類節電設施的缺陷所在。 
微電腦控制技術。其原理是使用微電腦控制技術,系統實時采集輸出、輸入電壓信號,與最佳照明電壓進行比較,通過計算自動調節,從而保證輸出最佳的照明系統工作電壓。

它的技術特點是:1.采用微電腦技術和高可靠性的軟件和硬件設計實現控制過程智能化。2.針對電網電壓偏高和波動現象,實時對在線電源動態跟蹤,對電流連續調節、調控輸出最佳照明電壓和功率,實現穩定工作電壓,減小工作電流,提高電力質量,節約照明用電。3.多時段節能運行。可根據用戶的實際照明需求,通過程序多時段節能電壓設置,滿足用戶對不同光源、不同時間的需求,實現最佳照明狀態和最大節電率。4.實現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。在調壓、穩壓過程中,智能調控裝置采用慢斜波方式,讓電壓在設定時間內緩慢過渡,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.實現正弦波輸出,對電網無諧波污染,對浪涌電壓沖擊時及耐瞬時大負荷沖擊能力強。這類照明節電技術的實施成本雖然略高于前兩種,但由于能實現智能照明調控,有效保護電光源,降低電能消耗,節能效果明顯,所以經濟性和可靠性遠遠好于前兩種有功節能技術,是目前國際和國內比較成熟的照明節電技術。

二、無功節能技術

無功功率同有功功率一樣,是保證電能質量不可分割的一部分。用電系統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,提高網絡的功率因數,對電網的降損、節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,采用無功節能技術有三種: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。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,由于遍布路、街、巷、小區等的燈具類型不同,光源種類不同,特別是多數站區安裝不同瓦數的光源,于是整個站臺供電系統功率因數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域普遍存在的狀況。

早期的電容器集中補償技術。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、自動調控無功功率的特點。其缺點是,觸電電流大,有涌流產生,易燒毀觸點,縮短接觸器、電容器使用壽命,而且轉換開關時間長,易造成補償滯后,不適應三相不平衡負荷。該技術是九十年代初期的標準,屬于淘汰型技術,目前已經很少采用。 
  
微電腦智能性集中補償技術。采用單機或DSP芯片以及大規模集中電路作控制模塊和數據采集模塊,能自動跟蹤電網無功功率變化,快速采樣、運算并發出投切信號。開關模塊采用大功率晶閘管實現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。該技術作為新一代的集中補償技術,目前已被廣泛應用。

其主要技術特點:1.實現控制模塊的數字化和智能化,確保控制精度運行的可靠性;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,改善電網功率因數,降低總電流,使負荷功率因數控制在0.95—0.99;4.可根據三相無功功率的電流具體情況,選擇單項分別進行補償,不產生涌流沖擊;5.采用無觸電開關,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,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點;8.具有數據采集功能和標準的通信接口,可實現遠程實時檢測和計算機聯網管理。此外,采用集中補償技術,原有的單燈補償裝置對路燈系統并不構成影響,而能更好發揮集中補償與分散補償相結合的作用,具有很好的補償和節能效果。

總之,有功節能技術和無功節能技術各有優勢,應該根據供電網絡和路燈設施狀況進行綜合分析選擇。筆者認為:有功節能技術宜采用微電腦控制技術,無功節能技術宜采用電容單燈補償技術。 

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