任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

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)電子設備，這些設備的供電電壓、接口形式、權(quán)屬單位各不相同，如何設計一個安全、穩(wěn)定、可靠的系統(tǒng)供電方案成為智慧路燈建設的重要課題。本文通過分析傳統(tǒng)路燈供電設計方案，以及在智慧路燈建設供電設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計，為智慧路燈建設提供一種新設計思路。

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)設施。因此，具備“有網(wǎng)、有電、有桿”三位一體特點的智慧路燈，成為智慧城市建設中不ke或缺的關(guān)鍵節(jié)點。隨著5G、智慧城市、新基建等建設加速推進，智慧路燈建設掀起一股熱潮。2021年4月6日，住建部、網(wǎng)信辦等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》，提出鼓勵建設智能停車、智能充電、智能燈桿、智能垃圾箱等公共配套設施。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。由于智慧路燈建設是將交警、公安、市政、城管等多個職能部門智能化設備統(tǒng)一建設，如何設計一套滿足各類傳感設施的安全供電系統(tǒng)，實時監(jiān)測不同設備的用電狀態(tài)，采集不同權(quán)屬部門的設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計方案。

1.安全智能供電設計的必要性

1.1供電設計中存在的問題

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計多數(shù)采用傳統(tǒng)路燈建設供電設計模式，結(jié)合建設時安裝設施設備的供電需求進行設計，未考慮智慧路燈作為未來城市智能化設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備，這些設備有市政用電、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備，用電防護等級層次不齊，這些設備若接在電纜上，一旦發(fā)生雷擊，會造成大量設備故障;同時，一個設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備，并不是所有設備都需要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智慧路燈建設供電需求

（1)統(tǒng)一供電規(guī)劃設計。智慧燈桿建設需要在規(guī)劃設計時，根據(jù)當前用電需求同時結(jié)合未來用電需求統(tǒng)籌設計規(guī)劃，針對智慧燈桿集成的大量傳感器設備，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備設施的耗電量，根據(jù)設備設施權(quán)屬單位的不同獨立結(jié)算用電費用;同時根據(jù)各類設備設施能耗情況進行能耗分析，設置相應的節(jié)約能耗策略。(3)統(tǒng)一供電用電保護。為保障各掛載設施設備的用電安全，需要在箱體側(cè)和每個桿體側(cè)設置浪涌防護裝置以及漏電保護裝置;同時為了避免單個設備短路或者故障對其他設備產(chǎn)生影響，為每個設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，需要為每個設備設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置供電開啟和關(guān)閉策略，遠程采集和監(jiān)控每個設備用電狀態(tài)，動態(tài)監(jiān)測到設備出現(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施設備正常運營，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備。

圖1供電系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.2綜合機箱供電設計

綜合機箱內(nèi)部供電設計如圖2所示，綜合機箱采用5倉體設計，分為綜合配電倉、信號機控制倉、交通匯聚設施倉、公安匯聚設施倉、其他匯聚設施倉;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備供電，另一部分引至其他匯聚倉體給倉體內(nèi)匯聚設備供電。

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，確保回路供電安全;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備供電，如:通信基站、戶外信息屏、LED燈具等設備;直流48VDC給桿體掛載直流48V設備供電如: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備供電，另一方面實時監(jiān)測各類掛載設備供電電壓、電流、功率等狀態(tài)，監(jiān)測到設備過流、過載、短路等供電異常，及時斷開供電輸出，避免一個掛載設備損壞對其他設備產(chǎn)生影響。在能耗節(jié)約方面，通過智能控制器根據(jù)需要為每個供電設備設置供電時段策略，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)測每個掛載設備用電狀態(tài)，通過狀態(tài)分析設備是否正常，實時監(jiān)測每個設備消耗電量，用以掛載設備用戶電費結(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

設備監(jiān)控可以按監(jiān)控設備識別號、省、市、區(qū)縣篩選，顯示設備圖片、設備識別號、設備詳情、報警記錄

1、點擊“設備詳情”后在彈出界面顯示項目識別號、監(jiān)控設備號、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、隱患處理、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

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

1. 肖輝.李文超.朱應昶等．多功能智慧燈桿系統(tǒng)應用研究[J]．照明工程學報，2019，30(4):1-5．

2. 柳慶勇.王海濱.王天小等.城市多功能智能桿投資建設運營模式研究[J]．智能城市，2018，4(20):1-3．

[3] 住房和城鄉(xiāng)建設部等．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(建標〔2021〕28號)[EB/OL]．2021-04-06

[4] 吳春海．智慧燈桿的技術(shù)痛點與應對措施[J]．照明工程學報，2019，30(4):10-12．

[5] 臧鋒，王鵬展．數(shù)字化驅(qū)動下的城市智慧桿件運營體系發(fā)展路徑[J]．照明工程學報，2021，32(4):182-188．

[6] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版

[7] 李付偉.朱偉楠.盧陽.李應飛.馬榮兵.智慧路燈安全智能供電方案設計.上海五零盛同信息科技有限公司，上海200331

作者簡介

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。