关键词：城市照明 节能技术 节电率 实践
路灯照明节能概念以及节能技术，通过早期节能公司的推介，已经有近十年的发展史。特别是在国家节能减排政策引导下，近年来路灯节电技术突飞猛进，智能化节能产品日益成熟，正进入广泛的实际应用阶段。盐城市路灯管理处于2007年首次尝试对市区开放大道、黄海路、迎宾大道等三条城市干道的路灯进行节电改造，取得了良好的经济和社会效益。现对节能改造过程中遇到的种种问题和解决措施加以总结，并以开放大道节能改造工程为例，对节能效果加以分析，以供类似的节能改造项目实施时参考。
一、路灯节能基本原理
早期的路灯节能产品，是以SCR可控硅移相调压实现功率（亮度）调节，其工作原理如家用调光台灯，就象调光台灯上不能安装节能灯一样，这种设备不能控制带功率因数补偿电容的路灯。另外谐波电流电压产生电磁干扰，因此无法用于大功率照明节能。
经过历次技术革新，路灯节能产品不断升级换代。目前市场上路灯节电设备种类繁多，按控制方式可分为集中控制和单灯控制，按调节方式可分为固定降压、中途调节换档、碳刷无级调节，等等。但其基本的节能原理都是将供电系统的输入电压予以优化，采用DVR（电网电压调节）技术调整剩余电压，使输送给灯具的负载电压为最适宜值，达到既实现节电又保证照明要求的双重目的。
根据电工学基本原理：P=V2/R.设灯具上施加的电压为V,光源的阻抗（为简单比喻起见）设为阻性电阻R,那么它在电压V下所消耗的功率为P,若适当降低电压到V1值，则这时消耗的功率P1将随电压的平方关系下降。而P1小于原有电压V时所消耗的功率P,其有功节电率可表示为：
ε%=（1-V12/V2）×100%
只要电压下降的幅度不超过额定电压的10%,则绝大部分电器设备均可无妨碍地使用。
二、路灯节能产品的选择
在路灯节能改造实施之前，盐城市路灯管理处组织十余家竞标单位的节电设备在盐马路做了比较性测试。参加本次测试的全部是集中控制式节电产品，对于单灯控制的节能产品，考虑到其施工量大、安装维护成本和产品价格高、可能大量增加故障点等因素，因而未予采用。在测试中发现以下主要问题：⑴固定降压产品如果降压太多，开灯时就有许多灯亮不起来；如果降压太少，节电率又太低。⑵中途调节换档产品，在换档或人工旁路时，有时会出现大面积熄灯现象。⑶碳刷无级调节的产品能保证开灯时全部亮灯，也能确保无级调节时不熄灯，但碳刷易磨损，设备使用寿命较短。
通过比较测试结果，重点以节电率（设定不低于20%）、电压降（末端电压不低于198V）、照度降（设定不高于12%且照度值在《机动车交通道路照明标准值》的允许范围内）、调节方式（自动调节节电档位）、设备使用寿命（不低于15年）等指标作为选择标准，最终确定综合指标前三名的节能设备生产厂家分路段试行安装、调试，并在正常工作状态进行跟踪测试。
比较相关节能产品，选中的均为利用电磁调压的节电器，且带有智能控制电路，可以保证用电设备在任何供电情况及设备出现异常状态下的自动处理能力，如：延时起动、突然欠压、缺相和空载自动旁路、大电流分断保护能力等，特别是针对路灯照明的特点，可自动进行分时段控制调压。如前半夜人流车流较多，调压幅度按设定的小幅度进行调整，以保证较高的亮度要求；后半夜人流车流量相对稀少，对光照度的要求不高，这时调压的幅度可按需要进行较大范围的调整，同时又能使灯具维持必要的亮度。这类节电器的最大特点还在于：不产生谐波，无谐波干扰，对各种光源均适用，只是不同的光源，其节电效果略有差异，但对延长灯具寿命和减少维护工作量上具有重要意义。
三、路灯节能产品必须解决的几个主要问题
1、节能设备故障与无条件保障照明问题路灯节能是“锦上添花”的工程，首先要保障照明，因此设备厂家在原始电路逻辑设计和软件开发上，必须融合“无条件保障照明”的功能，即欠压旁路、过流旁路、故障旁路、过温旁路。设备超过65℃，柜体内的冷却风扇应自动开启，进行风冷；设备温度超过105℃，设备应自动旁路。节电设备统一安装于原路灯控制柜的下端，由原路灯控制柜控制节电器，确保不影响远程控制系统的工作。
2、路灯照明中的“公变”与“专变”问题大多数城市的路灯照明电源，“公用变压器”与“专用变压器”都是并存的。专变供电电压平衡只与自身电流平衡相关。公变供电电压由于公众用电的特性，对路灯电力质量有较大影响。一般居民用电，在傍晚电压低，后半夜电压高，电压波动大，由于电流的变化和电源内阻、导线电阻、特别是大量电视等电子产品的使用，电流谐波将转换成电压谐波，出现在路灯配电柜中。因此，节电设备必须具备抑制谐波功能，同时对电压作出实时分析，自动调节，确保灯具在最合理的供电电压下使用。
3、路灯低压配电中的“共线电感”与电压浪涌问题
电感电流的突变，将在电感两端产生高压。从低压配电柜到路灯配电柜，如果引线过长，引线电感将很大。由于路灯的开关灯都是大电流瞬时动作，导致在路灯配电柜以及节电器输入端感应尖刺高压，威胁节电器（变压器或电子电路）安全，因此，节电设备必须对这些浪涌高压能够加以处理。
4、电压偏低问题
电压过低的相，可能此相进入不了节能状态，比如A相电网电压180V,设备调节目标输出电压195V,则A相将直接输出180V,此相不能降压节能。针对这种情况，节电设备应具备三相独立调节的功能，能够根据电压实际情况进行调节，保障路灯的正常使用。
5、设备自身损耗问题
一般电磁设备，总是全年24小时带电工作，设备长时间空载，铁磁损耗很大，整体节电率就不可能高，也使设备的寿命受到一定影响。路灯节电器要求设备在白天自动进入休眠状态，开灯时设备自动识别开灯电流，并自动在开灯完成、充分预热灯具后，进入节能状态。这样既避免空载损耗，又极大地延长设备使用寿命。
6、路灯电流特性问题
路灯配电中，有一个特别的现象，钠灯为高强度气体放电灯，在点灯初期，灯管内首先是极不稳定的弧光放电，灯管温度较低，导电离子浓度高，内阻小，电流大。如果不能快速进入正常的弧光放电，对灯管损伤较大。隨着灯温上升，电弧稳定，灯管内压力增大，导电离子稀释，灯具内阻变大，灯具电流下降。这个过程大约需要5-10分钟。因此，节电设备在开机时应为接触器旁路状态，达到设定的预热时间后，设备才可工作，以安全避开峰值电流，进入节电状态。并且，节电设备可参考较小的稳定电流进行选型，节约初始投资。
四、路灯节电效益分析
以开放大道节能改造工程为例，该项工程采用“BOT”方式，即“厂商投资、节约电费回购、定期回收节电设备”的合作方式，节电设备由生产厂家直接投资，负责产品的设计、生产、安装、调试及技术支持，生产厂家通过项目改造后，在规定期限内对实际节省电费回收投资。规定收益期满后，生产厂家将所有节电设备完好地移交给委托方。
1、节电率测试与计量方式
⑴利用现有电度表，测定旁路状态和节电状态时路灯系统运行单耗，同时测算出节电率，供需双方书面签字确认；
⑵节电率=（旁路状态系统单耗-节电状态系统单耗）÷旁路状态系统单耗×100%;
⑶每季度节电度数=节电状态下季度用电度数÷（1-节电率）×节电率；
⑷每季度节约电费=每季度节电度数×电价。
⑸电价按目前实际收取的0.5283元/度计算。
2、节电指标现场测试记录
开放大道改造路段共有路灯642盏、边灯738盏、草坪灯616盏、投光灯128盏，电缆总长30526米，总功率214.44kw.全路段安装7台智能型路灯节电器。2008年6月下旬的一次现场测试数据见表1和表2,各项主要技术指标均在设定值范围内。
3、节电效益分析
按平均每天满负荷亮灯时间7.5小时，平均节电率22%,功率因数0.8,则年节约电费额=总功率×功率因数×每天平均开灯时间×365天×节电率×电价，粗算得出年节约电费10.4889万元，总投资收益176.1581万元，净收益可达125.87万元。详见表3.
五、结语
城市照明节能技术日益成熟，节能效益十分明显。单就盐城市区而言，城市建城区共有路灯70102盏，总功率6667.336kw,按上述计算分析方法，每年节约电费可望高达300多万元，且节能设备投资回收期一般不超过三年，符合《江苏省城市照明节能技术指南》的规定要求。可以预见，随着智能化节能产品在城市建设领域乃至其他经济领域广泛推广使用，其意义十分重大，影响必将深远。