摘要:智慧路燈，作為智慧城市、新基建、城市更新的主要組成部分，近些年在各大城市已得到很好的落地和應用，但其與傳統(tǒng)路燈相比集成大量異元異構(gòu)電子設(shè)備，這些設(shè)備的供電電壓、接口形式、權(quán)屬單位各不相同，如何設(shè)計一個安全、穩(wěn)定、可靠的系統(tǒng)供電方案成為智慧路燈建設(shè)的重要課題。本文通過分析傳統(tǒng)路燈供電設(shè)計方案，以及在智慧路燈建設(shè)供電設(shè)計存在的問題和需求出發(fā)，系統(tǒng)性提出一種統(tǒng)一供電、統(tǒng)一保護、遠程監(jiān)測、分路計量、智能控制的供電方案設(shè)計，為智慧路燈建設(shè)提供一種新設(shè)計思路。
關(guān)鍵詞:智慧路燈;多功能桿;安全供電;智能控制;分路計量
0.引言
智慧城市需要利用的信息技術(shù)和完備的基礎(chǔ)設(shè)施，讓城市具有全面感知、資源互聯(lián)共享、智能協(xié)同作用，實現(xiàn)智慧服務和管理，讓城市朝著更深層次信息化發(fā)展。路燈，在城市中數(shù)量眾多，是密集的城市基礎(chǔ)設(shè)施。因此，具備“有網(wǎng)、有電、有桿”特點的智慧路燈，成為智慧城市建設(shè)中不可或缺的關(guān)鍵節(jié)點。隨著5G、智慧城市、新基建等建設(shè)加速推進，智慧路燈建設(shè)掀起一股熱潮。2021年4月6日，住建部、等16部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快發(fā)展數(shù)字家庭提高居民品質(zhì)的指導意見》，提出鼓勵建設(shè)智能停車、智能充電、智能燈桿、智能垃圾箱等公共配套設(shè)施。2021年11月26日發(fā)布的《智慧城市智慧多功能桿服務功能與運行管理規(guī)范》(GB/T40994—2021)中明確要求:智慧多功能桿應能為掛載設(shè)備提供所需的交流及直流供電接口，宜具備漏電監(jiān)測、供電監(jiān)測、遠程控制、傾斜監(jiān)測、積水監(jiān)測和倉門開關(guān)監(jiān)測等功能。由于智慧路燈建設(shè)是將交警、公安、市政、城管等多個職能部門智能化設(shè)備統(tǒng)一建設(shè)，如何設(shè)計一套滿足各類傳感設(shè)施的安全供電系統(tǒng)，實時監(jiān)測不同設(shè)備的用電狀態(tài)，采集不同權(quán)屬部門的設(shè)備用電電量等問題至關(guān)重要。本文通過對當前智慧路燈建設(shè)中存在的問題進行分析，結(jié)合未來運營管理需求，給出一種基于智慧燈桿智能控制器的智慧路燈智能供電設(shè)計方案。
1.安全智能供電設(shè)計的必要性
1.1供電設(shè)計中存在的問題
近年來不少智慧路燈項目主要從完成任務角度來實施，對關(guān)鍵技術(shù)問題缺乏通盤考慮，導致電氣設(shè)計考慮不周全，供電通信配套不完善等技術(shù)痛點。常見問題如下:（1)缺乏統(tǒng)一供電規(guī)劃。當前智慧路燈供電設(shè)計多數(shù)采用傳統(tǒng)路燈建設(shè)供電設(shè)計模式，結(jié)合建設(shè)時安裝設(shè)施設(shè)備的供電需求進行設(shè)計，未考慮智慧路燈作為未來城市智能化設(shè)施重要載體的擴展需求，對預留供電冗余及如何根據(jù)需要拓展需求缺乏考慮。(2)無法對不同主體進行單獨計量。與傳統(tǒng)路燈相比，智慧燈桿集成不同用戶的設(shè)備，這些設(shè)備有市政用電、工業(yè)用電、商業(yè)用電，隸屬于不同管理部門，無法單獨計量，常見的通過供電線路進行區(qū)分，根據(jù)用戶不同鋪設(shè)不同供電線纜，將造成大量資源浪費，成本較高.（3)缺乏供電統(tǒng)一保護問題。智慧燈桿集成大量設(shè)備，用電防護等級層次不齊，這些設(shè)備若接在電纜上，一旦發(fā)生雷擊，會造成大量設(shè)備故障;同時，一個設(shè)備故障短路或者漏電時，會影響整個線路供電安全，供電的安全防護需要統(tǒng)一考慮。（4)缺乏遠程管理手段。智慧燈桿集成大量設(shè)備，并不是所有設(shè)備都需要24h供電，像LED大屏在深夜無人時需要關(guān)閉，燈具白天需要關(guān)閉，亮化燈具在重大節(jié)日時才需開啟，針對這些設(shè)備的供電缺乏遠程管理手段。（5)缺少對供電環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測。無論是供電箱體側(cè)或者是桿體側(cè)，要保障供電正常運行需要一個安全穩(wěn)定的環(huán)境。目前供電系統(tǒng)設(shè)計多以箱體環(huán)境監(jiān)測為主，缺乏對桿體如傾斜、內(nèi)部溫濕度、積水、震動等環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)控。
1.2智慧路燈建設(shè)供電需求
（1)統(tǒng)一供電規(guī)劃設(shè)計。智慧燈桿建設(shè)需要在規(guī)劃設(shè)計時，根據(jù)當前用電需求同時結(jié)合未來用電需求統(tǒng)籌設(shè)計規(guī)劃，針對智慧燈桿集成的大量傳感器設(shè)備，根據(jù)其供電電壓、功率、接口形式、功耗時間曲線、防護等級等參數(shù)進行歸類區(qū)分，統(tǒng)一預留供電接口。(2)分路用電計量采集。為方便管理和運營，需要單獨計量每種設(shè)備設(shè)施的耗電量，根據(jù)設(shè)備設(shè)施權(quán)屬單位的不同獨立結(jié)算用電費用;同時根據(jù)各類設(shè)備設(shè)施能耗情況進行能耗分析，設(shè)置相應的節(jié)約能耗策略。(3)統(tǒng)一供電用電保護。為保障各掛載設(shè)施設(shè)備的用電安全，需要在箱體側(cè)和每個桿體側(cè)設(shè)置浪涌防護裝置以及漏電保護裝置;同時為了避免單個設(shè)備短路或者故障對其他設(shè)備產(chǎn)生影響，為每個設(shè)備供電應采用獨立過流、過載、短路保護措施。(4)遠程控制管理。為避免能源浪費以及提高管理效率，需要為每個設(shè)備設(shè)施供電回路遠程實現(xiàn)供電開啟或關(guān)閉，同時可為每個供電回路設(shè)置供電開啟和關(guān)閉策略，遠程采集和監(jiān)控每個設(shè)備用電狀態(tài)，動態(tài)監(jiān)測到設(shè)備出現(xiàn)過載、過流、欠載、短路等用電故障并及時告警。(5)動態(tài)環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測。為保障箱體內(nèi)安裝及桿體掛載各類設(shè)施設(shè)備正常運營，需要實時監(jiān)測箱體內(nèi)溫度、濕度、水浸、煙感等環(huán)境狀態(tài)，根據(jù)需求及時排風降溫及告警;需要實時監(jiān)測桿體傾斜震動狀態(tài)，一旦桿體出現(xiàn)傾斜有傾覆危險及時告警。
2供電方案設(shè)計
2.1智能供電系統(tǒng)架構(gòu)
供電系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示，分為變壓器至綜合機箱、綜合機箱至燈桿、燈桿至設(shè)備三層供電結(jié)構(gòu)。從變壓器二次輸出側(cè)引入一路380VAC供電電纜至綜合機箱,綜合機箱根據(jù)需要的供電回路方向和數(shù)量,分別引出380VAC24h供電纜至每個內(nèi)安裝的智慧燈桿智能控制器，智能控制器輸出220VAC、24VAC、48VDC、12VDC、5VDC不同電壓等級回路供給桿體上掛載各類設(shè)備。
圖1供電系統(tǒng)架構(gòu)示意圖
2.2綜合機箱供電設(shè)計
綜合機箱內(nèi)部供電設(shè)計如圖2所示，綜合機箱采用5倉體設(shè)計，分為綜合配電倉、信號機控制倉、交通匯聚設(shè)施倉、公安匯聚設(shè)施倉、其他匯聚設(shè)施倉;變壓器二次側(cè)引入380VAC至綜合機箱內(nèi)綜合配電倉體的三相斷路器總閘，由三相斷路器總閘分別引至交流接觸器和斷路器，交流接觸器用以控制回路供電通斷，斷路器用以控制回路過載保護及手動通斷，斷路器一部分回路通過電纜引至每根智慧燈桿給桿體掛載設(shè)備供電，另一部分引至其他匯聚倉體給倉體內(nèi)匯聚設(shè)備供電。
圖2綜合機箱配電示意圖
綜合機箱內(nèi)安裝回路控制終端，本文選用上海五零盛同信息科技有限公司的WJ3006回路控制終端，利用該設(shè)備遠程控制回路接觸器通斷，實時監(jiān)測每個回路電壓、電流、功率、漏電電流，根據(jù)監(jiān)測到實時數(shù)據(jù)判斷分析箱體供電是否正常，監(jiān)測到回路有過壓、過流、漏電、斷電等情況及時上報故障;實時監(jiān)測各回路剩余漏電電流，監(jiān)測到回路有漏電上報告警至系統(tǒng)平臺或直接斷開接觸器，確?；芈饭╇姲踩?將箱體電子門鎖接至回路控制終端，遠程控制每個倉體開關(guān)，監(jiān)測每個獨立分倉倉門是否開啟，監(jiān)測箱體溫度濕度，根據(jù)箱體溫度濕度自動控制箱體排風扇開啟和關(guān)閉。
2.3桿體側(cè)供電設(shè)計
桿體側(cè)供電系統(tǒng)示意如圖3所示，綜合機箱的380VAC電源引至桿體側(cè)智慧燈桿智能控制器，智能控制器降壓整流處理后分別輸出交流220VAC、24VAC，直流48VDC、12VDC、5VDC;交流220VAC輸出電源可以給智慧燈桿掛載交流設(shè)備供電，如:通信基站、戶外信息屏、LED燈具等設(shè)備;直流48VDC給桿體掛載直流48V設(shè)備供電如:Wi-Fi基站AP、戶外廣播等;直流12VDC給桿體掛載直流12V設(shè)備供電，如:攝像頭、交換機、一鍵報警、路側(cè)RSU、環(huán)境監(jiān)測、氣象監(jiān)測等;交流24VAC給桿體側(cè)掛載視頻監(jiān)控球機使用;直流5VDC給桿體掛載需要5V供電傳感器使用。在供電安全方面，通過智慧燈桿智能控制器一方面為各類不同供電電壓等級的掛載設(shè)備供電，另一方面實時監(jiān)測各類掛載設(shè)備供電電壓、電流、功率等狀態(tài)，監(jiān)測到設(shè)備過流、過載、短路等供電異常，及時斷開供電輸出，避免一個掛載設(shè)備損壞對其他設(shè)備產(chǎn)生影響。在能耗節(jié)約方面，通過智能控制器根據(jù)需要為每個供電設(shè)備設(shè)置供電時段策略，如:LED燈具根據(jù)日出日落配置日落開燈、日出關(guān)燈或根據(jù)車流、人流狀態(tài)調(diào)整燈具亮度，戶外信息屏可配置深夜關(guān)閉策略，根據(jù)需要控制實現(xiàn)節(jié)能。
圖3桿體側(cè)系統(tǒng)供電示意圖
在精細管理方面，通過智能控制器實時監(jiān)測每個掛載設(shè)備用電狀態(tài)，通過狀態(tài)分析設(shè)備是否正常，實時監(jiān)測每個設(shè)備消耗電量，用以掛載設(shè)備用戶電費結(jié)算;實時監(jiān)測桿體內(nèi)積水，一旦桿體內(nèi)出現(xiàn)積水立即告警并關(guān)斷用電設(shè)備，確保供電安全;實時監(jiān)測桿體傾斜及震動，桿體因外部原因?qū)е聝A斜碰撞及時告警;實時監(jiān)測桿體及設(shè)備倉體內(nèi)溫度和濕度變化，根據(jù)溫度和濕度變化啟動排濕散熱風機;外接電子門鎖，通過系統(tǒng)平臺遠程開鎖，實時監(jiān)測門鎖狀態(tài)，記錄開鎖人員等。通過以上功能提高管理精細化和智能化水平。
3安科瑞路燈安全用電監(jiān)控系統(tǒng)
3.1概述
安科瑞Acrelcloud-6200路燈安全用電監(jiān)控系統(tǒng)是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域路燈的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測。安全用電通過監(jiān)測路燈線路的電流和電壓值來判斷路燈的工作情況，任何不正常的工作狀態(tài)，平臺都能進行監(jiān)測和預警，預警信息通過手機APP推送，短信，語音電話和郵件等，一時間到達責任人的身邊。
3.2應用場合
適用于智慧工廠、工業(yè)園區(qū)、市政道路、學校以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等有路燈的場所。
3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.4系統(tǒng)功能
消息提醒:顯示需要處理的任務及報警消息,點擊“查看”按鈕跳轉(zhuǎn)到報警確認界面或任務處理界面,支持批量確認和刪除報警信息
隱患統(tǒng)計以曲線圖的方式展示當月隱患數(shù)量
監(jiān)控模塊提供數(shù)據(jù)監(jiān)控監(jiān)控功能，包含大數(shù)據(jù)調(diào)度和統(tǒng)計
設(shè)備監(jiān)控可以按監(jiān)控設(shè)備識別號、省、市、區(qū)縣篩選，顯示設(shè)備圖片、設(shè)備識別號、設(shè)備詳情、報警記錄
1、點擊“設(shè)備詳情”后在彈出界面顯示項目識別號、監(jiān)控設(shè)備號、省、市、區(qū)縣、詳細地址
2、點擊“報警記錄”后在彈出界面顯示設(shè)備相關(guān)報警記錄，包括報警時間、報警描述
隱患管理包括隱患巡查、隱理、隱患記錄、隱患提醒、工單處理和隱患批量處理等功能。
3.5配置方案
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型號 |
產(chǎn)品照片 |
功能 |
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ASJ60-LD16A 剩余電流監(jiān)測儀 |
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16路剩余電流監(jiān)測,范圍：1mA-30A,每路可設(shè)為報警、動作或關(guān)閉; 16路剩余電流報警繼電器，1路水浸報警繼電器，可自動重合閘功能，重合閘次數(shù)和時間間隔可設(shè)； 2路DI輸入，可用于水浸或其它開關(guān)量監(jiān)測； 1路RS485通訊，30條事件記錄； 故障聲光報警功能，聲音報警可手動消除； 128*64點陣液晶顯示，導軌式安裝，插拔端子。。 |
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ASJ60-LD1A 剩余電流監(jiān)測儀 |
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1路剩余電流監(jiān)測，范圍：1mA-30A; 2路剩余電流報警繼電器，用于控制路燈開斷；1路水浸監(jiān)測； 有1路RS485通訊；1路HPLC寬電力載波通訊； 運行和故障指示，本地故障復位按鍵; 壁掛式安裝，防水接線端子，防護等級IP65。。 |
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AWT100-4G 無線通信終端 |
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4G通訊； RS485通訊； 用于輔助RS485設(shè)備實現(xiàn)無線通訊。 |
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AWT200-HPLC 無線通信終端 |
4G通訊； HPLC通訊； 用于輔助HPLC設(shè)備實現(xiàn)無線通訊。 |
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ARCM300T-Z-4G |
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具有單、三相交流電測量、四象限電能計量; 諧波分析； 遙信輸入、遙信輸出功能； RS485通訊或GPRS無線通訊功能； 剩余電流監(jiān)測、導線測溫功能。 |
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ARCM310 |
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具有單相交流電測量、漏電監(jiān)測、溫度監(jiān)測及內(nèi)控開合閘功能; 具有RS485通訊及GPRS無線通訊功能； 通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理。。 |
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AF-GSM400-4G |
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標準RS485通訊接口，可方便連接RTU、PLC、工控機等設(shè)備； 一次性完成初始化配置，就可完成對MODBUS設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。 |
4結(jié)語
在現(xiàn)階段市政工程中，路燈線路正常運行的保障，始終是市政工程工作的重點和難點。在對路燈線路進行保護過程中，通常需要加多部門相互合作與協(xié)調(diào)。主要是路燈線路工作中，線路數(shù)量較多且具有復雜性。所以，本研究中通過對路燈線路電氣安全問題的綜合分析，從線路電氣安全管理模式、市政監(jiān)管與定位維修、防火責任制的落實、路燈線路電氣人員的管理等方面，重點探究路燈線路電氣安全的防護措施。期望在本次相關(guān)內(nèi)容的探究下，可以為日后提高路燈線路電氣安全水平，提供建議。
參考文獻
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作者簡介：龔永波，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，Email: 28801392115@qq.com QQ:2881392115
