LED燈具在變電站中的應(yīng)用研究

（重慶電力設(shè)計(jì)院，重慶 401121）

1 概述

隨著全球能源日益枯竭，節(jié)約能源是我們未來面臨的重要問題。變電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任著轉(zhuǎn)換電能的角色，本身也是消耗電能的用戶端，變電站的設(shè)計(jì)必須考慮節(jié)能減排。

在變電站的照明設(shè)計(jì)中，積極采用新型的LED節(jié)能燈替代傳統(tǒng)燈具，并引入太陽能照明，實(shí)現(xiàn)變電站照明的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能和環(huán)保。從而提高變電站照明質(zhì)量、減少站用電能損耗、降低照明器材投資、美化變電站環(huán)境，滿足變電站“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的要求。

2 節(jié)能型LED燈的技術(shù)特性

2.1 LED節(jié)能照明的概念

LED（Lighting Emitting Diode）照明即是發(fā)光二極管照明，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，在半導(dǎo)體中通過載流子發(fā)生復(fù)合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠色的光，在此基礎(chǔ)上，利用三基色原理，添加熒光粉，可以發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色等任意顏色的光。

LED照明產(chǎn)品就是利用LED作為光源制造出來的照明器具，被稱為第四代照明光源或綠色光源。由于LED是冷光源，半導(dǎo)體照明自身對(duì)環(huán)境沒有任何污染，與白熾燈、熒光燈相比，LED照明燈具節(jié)電效率可以達(dá)到90%以上。在同樣亮度下，耗電量僅為普通白熾燈的1/10，熒光燈管的1/2。

2.2 LED照明的優(yōu)點(diǎn)

LED照明作為一種綠色照明方式，具備一些傳統(tǒng)照明設(shè)備無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

（1）節(jié)能高效：LED照明設(shè)備采用超低功耗的發(fā)光二級(jí)管（單管0.03W-0.06W）作為發(fā)光源，直流驅(qū)動(dòng)，電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。

（2）使用壽命長：LED光源稱為長壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，使用壽命可達(dá)6萬到10萬小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。

表1 傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)方案燈具配置表

表2 LED照明設(shè)計(jì)方案燈具配置表

表3 全壽命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

（3）對(duì)人體危害?。篖ED光源沒有頻閃；沒有紅外和紫外的成分，沒有輻射污染，顯色性高并且具有很強(qiáng)的發(fā)光方向性；調(diào)光性能好，色溫變化時(shí)不會(huì)產(chǎn)生視覺誤差；冷光源發(fā)熱量低，可以安全觸摸。這些都是白熾燈和熒光燈達(dá)不到的。它既能提供令人舒適的光照空間，又能很好地滿足人的生理健康需求，是保護(hù)視力并且環(huán)保的健康光源。

（4）環(huán)保：與傳統(tǒng)的金鹵燈和熒光燈管相比，LED照明燈具不含汞等重金屬元素，廢棄物可回收，對(duì)環(huán)境沒有污染。

3 太陽能LED照明技術(shù)

太陽能是一種技術(shù)成熟、性能可靠、長壽命、使用方便、無污染、無噪音，易于大規(guī)模生產(chǎn)的可再生能源，也是國際社會(huì)公認(rèn)的理想替代能源。開發(fā)利用太陽能，對(duì)于保障能源安全，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。

太陽能LED照明技術(shù)是對(duì)太陽能的重要開發(fā)應(yīng)用。太陽能LED照明設(shè)備由太陽能光伏組件、控制器、蓄電池、逆變器（或聯(lián)網(wǎng)）以及燈具等設(shè)備組成。

變電站道路照明采用太陽能LED路燈，能源全部來自于太陽能，無需對(duì)其供電，節(jié)省了電能，節(jié)省了線材及安裝費(fèi)用，較之于傳統(tǒng)高壓鈉燈路燈，投資費(fèi)用大大減少。

4 移動(dòng)式LED照明設(shè)備

為滿足變電站設(shè)備檢修的照度需求，需在各個(gè)生產(chǎn)房間及戶外場地布置足夠數(shù)量的燈具。根據(jù)檢修照明的性質(zhì)，檢修照明設(shè)備僅在設(shè)備需要檢修時(shí)才需要開啟，平時(shí)設(shè)備利用率并不高。為了減少照明設(shè)備的投資費(fèi)用，變電站可設(shè)置移動(dòng)照明設(shè)備，從而減少變電站戶外場地照明燈具的數(shù)量。

移動(dòng)照明設(shè)備通常由燈具、電源和移動(dòng)小車構(gòu)成，燈具和電源安裝于移動(dòng)小車上，燈具高度和照射方向也可進(jìn)行調(diào)節(jié)。

傳統(tǒng)移動(dòng)照明設(shè)備光源采用高壓鈉燈，燈具功率較大；移動(dòng)式LED照明設(shè)備光源采用LED，燈具功率較小，在經(jīng)濟(jì)和節(jié)能方面優(yōu)于傳統(tǒng)移動(dòng)照明設(shè)備。且由于移動(dòng)式LED照明設(shè)備采用蓄電池供電，不會(huì)對(duì)外排放廢氣，而傳統(tǒng)移動(dòng)照明設(shè)備采用小型柴油發(fā)電機(jī)作為電源，在使用工程中需燃燒柴油，并排放廢氣。因此，移動(dòng)式LED照明設(shè)備更加節(jié)能和綠色環(huán)保。

5 LED照明設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)全壽命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

本文以220kV 戶外 GIS變電站為例，在保證相同照度的情況下，分別以傳統(tǒng)燈具為主和以LED燈具為主對(duì)照明設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

5.1 照明設(shè)計(jì)方案燈具配置

（1）傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)方案

戶外變電站傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)中，戶內(nèi)燈具主要采用熒光燈和金鹵燈；戶外燈具主要采用高壓鈉燈，該方案的燈具配置如表1所示。

（2）LED照明設(shè)計(jì)方案

該方案戶內(nèi)和戶外燈具均采用LED燈具，并引入移動(dòng)式LED應(yīng)急搶修燈和太陽能照明。該方案的燈具配置如表2所示。

5.2 照明設(shè)計(jì)方案全壽命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

假設(shè)燈具每天使用12小時(shí)，根據(jù)LED燈具10萬小時(shí)的壽命計(jì)算，LED燈具的全壽命周期大約為20年。因此以20年為周期，將傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)方案與LED照明設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全壽命周期比較，如表3所示。

由表3可以看出，采用LED燈具后，初期投資高于傳統(tǒng)燈具，但由于LED燈具的節(jié)能特性，在20年全壽命周期內(nèi)，LED照明設(shè)計(jì)方案比傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)方案節(jié)約電能100萬千瓦時(shí)，節(jié)約電費(fèi)60萬元；由于LED照明燈具的壽命長、免維護(hù)的特性，LED照明設(shè)計(jì)方案比傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)方案節(jié)約維護(hù)費(fèi)用15萬元。綜合各項(xiàng)因素，在20年全壽命周期內(nèi)，LED照明設(shè)計(jì)方案比傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)方案共節(jié)約費(fèi)用60.13萬元。

結(jié)語

在變電站照明設(shè)計(jì)中采用LED節(jié)能燈具，并應(yīng)用太陽能LED照明設(shè)備和移動(dòng)式LED照明設(shè)備等新技術(shù)，與傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)方案相比，LED照明設(shè)計(jì)方案在全壽命周期內(nèi)技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，從而使變電站照明系統(tǒng)更加節(jié)能和環(huán)保。

[1]水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院．電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)：電氣一次部分[M].北京：中國電力出版設(shè)，1996．

[2]DL/T 5390-2007 火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[Z]．

[3]GB 50034-2004 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[4]劉祖明，黎小桃．LED照明設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版設(shè)，2011．