使用变功率道路照明灯具的可行性分析

摘　要：本文结合道路照明需求以及北京路灯现状对变功率道路照明灯具做整体介绍，并在文中将其与单一使用变功率镇流器进行对比，并论证其节能、环保、经济性等方面的问题。
关键词：变功率 节能 变功率 镇流器

　　道路照明是城市建设的主要基础设施之一，在一定程度上可以体现出城市的整体形象、经济实力、人文特色和现代化程度。北京作为国家的首都，政治、文化的中心，其路灯设施的建设和管理越来越引起政府、市民以及社会各界的高度重视和广泛关注，尤其是日益临近的2008年奥运会，对北京道路照明的综合管理水平提出了更高的要求。在大力倡导节能减排的今天，各行各业都在寻找自己节能方式。路灯作为用电大户，节能理应先行。为了追求亮丽，不少道路照度偏高，增加了路灯照明的耗电，有的还造成光污染，甚至削弱了道路两侧景观照明的效果。 因此，我们采取的节能方式有选用节能光源——无极灯、停发半夜灯、有载调压等，并根据道路所在地理位置的重要程度、交通流量等适当调整照度，在合理保证照明的基础上达到节电的目的。
　　变功率道路照明灯具是一种新型的照明节能产品，上半夜，车流高峰时，灯泡按额定功率正常运行，提供足够照明；下半夜，车流稀少时，自动转换到低功率下运行，提供的照明完全可以满足低流量下照明要求，这样既可以延长镇流器和光源的寿命，还可以节约大量电能。
　　1 需求分析
　　道路照明的标准是与道路类别、交通密度等因素密切相关的，加之目前普遍采用的高压钠灯或高压汞灯在光输出降至额定值50%的情况下光源寿命不受影响。所以，即使是同一条道路，当交通密度降低时，照明标准也可以通过调光设备相应降低。好的道路照明应该具有以下特点：在适当的时间适当的地点适当的流量具有最恰当的照明水平；系统具有最低的功率消耗；工作稳定性高；光源和电器寿命长。
　　一直以来，各地的路灯管理部门都在寻求具有以上特点的产品，希望不仅能满足各个时间段的道路照明要求，同时能节约能源，系统也有合理的经济性。变功率道路照明灯具可以满足以上要求。
　　2 变功率道路照明灯具介绍
　　2.1 变功率道路照明灯具的系统组成(见图1)：变功率镇流器；串联式脉冲触发器；功率因数补偿电容；定时电子控制器（有的可调)；灯具。

　　2.2 功率变换原理(见图2)：连接电源电压,灯泡以足功率工作,此时，镇流器线圈2接入部分为B2，阻抗较小；经过设定时间后，控制器将另一部分镇流器线圈1接入电路，镇流器接入部分为B1，阻抗增大，电流下降，灯泡降功率运行，光输出约减少一半；灯泡工作于低功率，直到关灯；万一控制器发生故障，灯泡将始终以足功率运行；调光前后，系统功率因数均大于0.85。

　　3 变功率道路照明灯具的特点
　　在使用过程中，根据变化的交通流量保证了必要的照明质量，提高了交通安全；通过在后半夜降低功率运行，减少了能源消耗和环境污染；环保优势：变功率道路照明灯具减少了光污染、降低能耗、延长光源寿命从而减少了材料消耗，具有明显环保特性；完全与灯具集成，单灯控制，无需外接控制线。
　　4 采用整套变功率道路照明灯具与在原有灯具上改装变功率镇流器的比较
　　目前，变功率镇流器产品在市场上多种多样，所谓变功率镇流器其实不是原来单一的镇流器，而是包括变功率镇流器、触发器、补偿电容、定时电子控制器的组合电器设备，这样使得整体的体积比单一镇流器要大很多。加之不同道路使用的灯具也不相同，灯具内的空间更是大小不一。在这种条件下，在原有灯具上改用变功率镇流器会有很多阻碍：

　　(1)如果原来灯具里的空间较小，而变功率镇流器体积偏大，放不到原来的灯具里，影响改造。
　　(2)即使灯具里的空间能够将变功率镇流器放下，但原来灯具里固定镇流器的固定件不能固定整个变功率镇流器，需要根据不同的灯具制作不同的固定连接件，在一定程度上，对原来的灯具造成破坏，影响使用寿命。
　　(3)在原来灯具里进行改造，则需要拆动原来的线路和部分组件，这种改动很容易带来接触不良、固定不牢等问题，给后期的运行维护带来诸多麻烦。
　　(4)即使以上问题都能够解决，灯具与电器不配套也会影响正常的使用寿命。
　　鉴于以上原因，如果采用整套变功率道路照明灯具将可以解决上述技术问题，从一定程度上可以减少运行维护次数，降低运行维护成本。
　　5 变功率道路照明灯具在使用上有待于进一步改进完善
　　5.1不宜用在政治性活动场所周边道路、景观性道路上。
　　目前市场上变功率道路照明灯具从功能上讲大体分为两种：一种是时间可调，即可以设置路灯降功率运行的时间，但调节方式需要手动调节每一盏路灯灯具里变功率镇流器定时控制器上的触头。对于安装好的路灯，都需要借助升降车等作业工具才能接触到灯具，从而打开灯具调节触头，如路灯数量较多，在运行维护中调节触头不太现实。而且手动调节定时控制器会造成时间上的误差，影响变功率时的整体效果。另外一种是时间不可调，在出厂时设置好变功率的时间，一般为通电后5小时降功率运行。
　　因此在实际推广应用中，不论选用哪种变功率道路照明灯具，都相当于固定了变功率的时间，这样在某一时间后，路灯将按照低功率运行，并长期保持这一变换规律。如果低功率运行状态下有特殊活动或特殊事件发生时，不能马上变回额定功率运行。因此，不宜用在政治性活动场所周边道路、景观性道路上。
　　5.2冬季清晨时，不能满足交通大流量的照明需要。
　　在冬季，大多数市民在早晨上班出行时，天还没有大亮，按照常规，这个时候路灯没有关灯，仍然采用全功率照明，从而保障市民正常出行。但如果采用变功率灯具，这个时间段是降功率运行阶段，在很大程度上影响了照明效果。
　　5.3不宜用在本来照度就不高的道路上
　　目前，有些道路虽然使用了大功率光源，但由于树木遮挡等原因的影响，使得这些道路的照度不高。如果在这些道路上使用变功率照明灯具，那么在变功率后，会使本来不高的照度变得更低，不能满足基本照明。
　　6 效益分析
　　6.1节能效益分析
　　目前北京路灯电价0.7475元/度，按每年着灯时间4000小时、着灯5小时后降功率运行，则每年降功率运行2175小时，经济分析如下：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1 400W普通灯具与400W变功率灯具节能效益分析

表2 250W普通灯具与250W变功率灯具节能效益分析

　　从上表可以看出，在不考虑镇流器自身功耗的情况下，400瓦高压钠灯可节省电费244元/盏/年，250瓦高压钠灯可节省电费163元/盏/年。目前，北京路灯在运的400瓦高压钠灯有32000盏，250瓦高压钠灯有41000盏，如果全部使用变功率灯具，则400瓦高压钠灯可节省电费781万元/年，250瓦高压钠灯可节省电费668万元/年，共计节约电费1449万元/年。
　　6.2 投入与收益期分析
　　不论是新建路灯，还是更换灯具，如果选用变功率灯具，则高出费用只有灯具的差价：

　　6.3 社会益期分析
　　在满足城市照明要求的前提下，节约电能，减少电费支出，是路灯管理单位为建设节约型社会做出的重要贡献。
　　选择照度是照明设计的重要问题，照度太低，会影响夜间车辆和行人的通行，容易发生交通安全事故，而不合理的高照度则会浪费电力。如果根据城市道路的性质和规模，选用变功率灯具将节约大量电能，符合当今国家节能减排的号召，并且与有载调压、停发半夜灯、使用节能光源等其他节能方式相结合，使北京路灯走上全方位节能之路。