闫 健
中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司，河北石家庄 050031
摘要：电厂照明系统是电厂设计中的一个重要方面，良好的照明系统设计可以改善工作环境，提高生产人员的工作效率，同时降低厂用电率。本文通过对电厂智能照明设计的研究，阐述了智能照明系统的基本概念，提供了一种电厂智能照明系统设计思路，并对智能照明系统的节能效果进行了分析。
关键词：电厂照明；智能照明；系统设计；节能分析
目前电厂在设计或升级改造时，对照明系统的关注度较低，往往采用传统照明系统，然而传统系统的控制方式是利用照明箱进行就地控制，在不改变布线的情况下无法调整开关和灯具的对应关系，无法根据环境变化和运行要求进行自动调整，一般采用常亮的运行方式，不仅浪费了宝贵的能源，同时也造成了光污染。
随着计算机技术、微电子技术、智能控制技术和网络通讯技术的发展，智能照明应运而生，其主要特点可概括如下：可根据环境变化和用户预订等条件，自动采集周围信息并进行相应的逻辑分析与判断，然后把结果按一定的形式传输、存储或显示，以此来控制整个照明系统[1]。智能照明的这些特点非常适合使用在照明场所较多，分布较广的电厂照明系统。
本文从智能照明系统的组成及控制方式入手，结合自身设计经验，对电厂智能照明设计进行了研究。
1 智能照明系统的概述
智能照明系统可以根据周围环境和照明区域的使用功能，在不同场合、不同天气及不同时间段，自动调节该区域内的照度，以达到最合适的照明效果。从而将照明系统由传统的人工控制，变为智能控制。
智能照明系统从他的组成上可以划分为两类：
（1）基于智能照明设备的智能照明系统
此类系统主要是将智能控制芯片和传感器，融入传统照明设备和开关内组成智能照明设备。此类系统仅能实现单个照明设备的自我控制，无法对整个区域内的照明设备进行全局控制。它的优点是，系统结构简单、设备较少、对现有照明系统的改动较小、价格便宜，可以作为小环境下的智能照明系统使用。不足之处是，不适用于在大范围环境中使用[2]。
（2）基于计算机和通讯总线的智能照明系统
此类系统又分为中央集中控制和分布式控制两种形式。中央集中控制是将整个系统的控制集中在中央控制计算机上，中央控制计算机连接着一块信息显示屏，该屏可以显示出整个系统内各个照明设备的实时状态，值班人员可以通过控制计算机对系统内的设备进行远程控制，或者由系统根据预设程序或周围环境进行自动控制。分布式控制主要是应用现场总线技术，通过装设在现场的多功能可编程面板来控制来实现对区域内照明设备的控制 [3]。此种方式将系统分为几个区域，每个区域内设置控制模块，将系统内照明设备的控制功能分布在每个区域的控制模块上。以上两种控制形式的优点是，控制系统智能化程度高，可实现实时监测及远程操作，适用于在大范围环境中使用。不足之处是，系统结构复杂、设备价格较贵、对现有照明系统的改动大。
2、电厂智能照明设计原则
在电厂这种涉及场所较多，不同场所照明要求不同的环境中，应用智能照明系统，需要将上述两类智能照明系统有机结合起来应用，在整个电厂大范围照明上应用中央集中式的智能照明系统，而在系统的末端，即小范围或独立的场所，则可以应用一些智能照明灯具[4]。基于上述原则，可以把电厂的智能照明系统设计成如下图所示的结构。
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图1 电厂智能照明系统结构图
在该结构系统中，主要由以下基本单元所构成：
（1）调节控制模块
在系统中，调节控制模块主要是用于控制一般的工作照明。如主厂房区域、化水车间区域、循环水车间区域、输煤区域的照明。该模块可对系统中的照明设备进行连续的调光、控制其点亮或熄灭、保护照明设备、通过传感器对周围环境进行记忆、抑制线路上的电磁干扰。
（2）智能开关控制器
系统中，智能开关控制器主要用于控制照明设备点亮、熄灭或调整其亮度。在人员活动较少的辅助厂房区域，或需要照明设备常亮/定时开启的环境，可以用继电器来作为照明设备的开关控制器，以减少成本。
（3）直流电源
直流电源主要是为应急照明灯具供电。该模块由切换开关、充电器与蓄电池组成，以此来保证当照明系统的交流电源消失时，应急照明灯具可以立即点亮。
（4）PC计算机
PC计算机是智能照明系统的核心，主要用来实现对整个系统的集中化控制。
（5）液晶显示触摸板
用以显示整个系统的实时状态、系统的异常情况以及系统内设备的运行情况及基本设置。
（6）时钟编辑器
对系统内需要进行时钟控制的照明设备进行时间设置。
（7）传感器
感知并记录照明区域的环境数据，然后将数据作为反馈传回到PC计算机。
3 电厂智能照明系统设计思路
根据一般电厂的厂房布置，在主厂房、锅炉本体、集控楼等主要生产厂房内采用基于计算机和通讯总线的智能照明系统，系统由照明控制后台和现场智能照明控制箱等组成，通过总线进行通信及对照明设备的合理分组，从而实现照明的自动控制。智能照明系统的控制后台计算机设置于集控室内，运行人员可预先设定各种照明场景，而且能够设置特殊按键，实现一键全关和一键全开，此外还能实时监测各照明回路负载电流，实现节能的同时也保证了电厂照明的实际需求。
在离主厂房较远，占地面积较小的辅助厂房内，可采用基于智能照明设备的智能照明系统，将辅助厂房内的灯具设计为智能型灯具，并用通信将灯具和主系统相连，以实现灯具的自主控制与远方运行人员控制相结合。
以下是各个区域具体的功能与控制设计：
（1）主厂房
对通道等公共区域，采用光感、移动感应的控制方式，通过中控软件设置照度值，当厂房照度达到设定值时，有人移动时，灯不亮。当厂房照度低于设定值，有人移动时灯亮。当机组检修或维护阶段时，可通过中控软件或智能开光模块手动按钮强制打开全部通道等公共区域照明[5]。
（2）锅炉本体
锅炉本体照明采用照度+时间控制的方式进行控制，设置优先级，以户外亮度为主，时间为辅的控制方式对灯具进行自动控制。在锅炉0m安装触摸屏可对整个锅炉本体的灯具进行控制和设置，方便现场检修使用。
（3）集控楼
建立集控楼照明管理系统，通过安装在集控楼各个位置的灯光控制器和相应传感器，对整个集控楼区域的照明情况进行监控和管理。实现在自然光照满足照度需求时系统自动关闭灯光或调低灯光亮度，夜间工作时检测到人体活动时，自动打开照明灯等功能。
（4）辅助厂房
采用照度+移动感应的方式进行控制，设置优先级，逻辑关系，以户外亮度为主，移动感应为辅的控制方式对灯具进行控制。当厂房内需要进行设备检修或维护阶段时，可通过中控软件或智能开光模块手动按钮强制打开全部照明。
4智能照明系统的节能分析
应用智能照明系统后，电厂的照明方式变得更加自动化、多样化和人性化，如傍晚时分，主厂房内灯具可以根据日落的方向，由“里”到“外”逐步“点亮”，清晨时分，主厂房内灯具可以根据周围环境亮度，间隔点亮灯具，做到隔一行照明的运行方式。经查阅相关资料，电厂在应用智能照明系统后，较采用传统照明系统可以节省约30%的电能。
以某工程为例，两台350MW发电机组，采用传统照明方案，两台机组设置一台容量为630kVA的照明变。实际运行中所有正常照明箱线路总功率约为 P=224kW。采用智能照明后，在系统控制下，晚上自动打开必要照明，白天根据需要关闭或调暗部分照明，经统计正常照明总功率约为101kW 。节能率为e=(224-101)/224=55%。
按每天开灯11 小时，一年 365 天计算，则年节电：
W=224*11*365*0.55=494648KWh 。
按每度电0.5 元计算，则年节省电费预计：24.7万元 。
由此可见，电厂采用智能照明系统不仅提高了照明设备的运行和管理水平，而且还节约了不少电能带来了可观的经济效益，响应了国家节能减排的政策要求。
5 结论
在当前，照明设计越来越注重照明效果与人性化，人们也更加关注光环境以及光污染问题。在此背景下，各行各业均对智能照明系统进行了广泛的研究与应用。电厂的工业照明由于其照明场所较多，范围较广，且对照明有较多个性化要求，所以更加适合应用智能照明系统。电厂应用智能照明系统后，不仅可以提高工作环境的照明舒适度，减少光污染，还可以减少能源消耗，降低电厂的运行成本，对于建设节约型、环保型社会具有重要意义。
参考文献
[1] 杨泽明. 智慧照明系统设计与实现[D]. 成都:电子科技大学,2014.
[2] 施晓红,庄晓波,虞再道,等. 智能灯具及其标准的现状和研究[J]. 照明工程学报,2016,27(1):71-76.
[3] 苏宝珠.智能照明系统控制技术研究[D]. 济南:山东大学,2012.
[4] 孟冠杰. 电厂照明的智能化[J]. 化学工程与装备,2020(05):195-197.
[5] 刘长晓. 基于A发电厂智能照明控制系统设计[J]. 山东工业技术，2018(22):121.
作者简介：闫健（1989-），男，汉族，河北石家庄人，硕士研究生，工程师，研究方向：电气设计。