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(yīng)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(jì)一個(gè)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(guò)分析傳統(tǒng)路燈供電設(shè)計(jì)方案，以及在智慧路燈建設(shè)供電設(shè)計(jì)存在的問(wèn)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(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分路計(jì)量、智能控制的供電方案設(shè)計(jì)，為智慧路燈建設(shè)提供一種新設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)智慧服務(wù)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"三位一體特點(diǎn)的智慧路燈，成為智慧城市建設(shè)中 的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。隨著5G、智慧城市、新基建等建設(shè)加速推進(jìn)，智慧路燈建設(shè)掀起一股熱潮。2021年4月6日，住建部、網(wǎng)信辦等16部門(mén)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(dǎo)意見(jiàn)》，提出鼓勵(lì)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(wù)功能與運(yùn)行管理規(guī)范》(GB/T40994—2021)中明確要求:智慧多功能桿應(yīng)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(cè)、供電監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、傾斜監(jiān)測(cè)、積水監(jiān)測(cè)和倉(cāng)門(mén)開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)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(gè)職能部門(mén)智能化設(shè)備統(tǒng)一建設(shè)，如何設(shè)計(jì)一套滿足各類傳感設(shè)施的安全供電系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同設(shè)備的用電狀態(tài)，采集不同權(quán)屬部門(mén)的設(shè)備用電電量等問(wèn)題至關(guān)重要。本文通過(guò)對(duì)當(dāng)前智慧路燈建設(shè)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，結(jié)合未來(lái)運(yùn)營(yíng)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(jì)方案。

1.安全智能供電設(shè)計(jì)的必要性

1.1供電設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

近年來(lái)不少智慧路燈項(xiàng)目主要從完成任務(wù)角度來(lái)實(shí)施，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題缺乏通盤(pán)考慮，導(dǎo)致電氣設(shè)計(jì)考慮不周全，供電通信配套不完善等技術(shù)痛點(diǎn)。常見(jiàn)問(wèn)題如下:（1)缺乏統(tǒng)一供電規(guī)劃。當(dāng)前智慧路燈供電設(shè)計(jì)多數(shù)采用傳統(tǒng)路燈建設(shè)供電設(shè)計(jì)模式，結(jié)合建設(shè)時(shí)安裝設(shè)施設(shè)備的供電需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，未考慮智慧路燈作為未來(lái)城市智能化設(shè)施重要載體的擴(kuò)展需求，對(duì)預(yù)留供電冗余及如何根據(jù)需要拓展需求缺乏考慮。(2)無(wú)法對(duì)不同主體進(jìn)行單獨(dú)計(jì)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(mén)，無(wú)法單獨(dú)計(jì)量，常見(jiàn)的通過(guò)供電線路進(jìn)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(fèi)，成本較高.（3)缺乏供電統(tǒng)一保護(hù)問(wèn)題。智慧燈桿集成大量設(shè)備，用電防護(hù)等級(jí)層次不齊，這些設(shè)備若接在電纜上，一旦發(fā)生雷擊，會(huì)造成大量設(shè)備故障;同時(shí)，一個(gè)設(shè)備故障短路或者漏電時(shí)，會(huì)影響整個(gè)線路供電安全，供電的安全防護(hù)需要統(tǒng)一考慮。（4)缺乏遠(yuǎn)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(wú)人時(shí)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(shí)才需開(kāi)啟，針對(duì)這些設(shè)備的供電缺乏遠(yuǎn)程管理手段。（5)缺少對(duì)供電環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。無(wú)論是供電箱體側(cè)或者是桿體側(cè)，要保障供電正常運(yùn)行需要一個(gè)安全穩(wěn)定的環(huán)境。目前供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)多以箱體環(huán)境監(jiān)測(cè)為主，缺乏對(duì)桿體如傾斜、內(nèi)部溫濕度、積水、震動(dòng)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(jì)。智慧燈桿建設(shè)需要在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)當(dāng)前用電需求同時(shí)結(jié)合未來(lái)用電需求統(tǒng)籌設(shè)計(jì)規(guī)劃，針對(duì)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(shí)間曲線、防護(hù)等級(jí)等參數(shù)進(jìn)行歸類區(qū)分，統(tǒng)一預(yù)留供電接口。(2)分路用電計(jì)量采集。為方便管理和運(yùn)營(yíng)，需要單獨(dú)計(jì)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(dú)立結(jié)算用電費(fèi)用;同時(shí)根據(jù)各類設(shè)備設(shè)施能耗情況進(jìn)行能耗分析，設(shè)置相應(yīng)的節(jié)約能耗策略。(3)統(tǒng)一供電用電保護(hù)。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(gè)桿體側(cè)設(shè)置浪涌防護(hù)裝置以及漏電保護(hù)裝置;同時(shí)為了避免單個(gè)設(shè)備短路或者故障對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響，為每個(gè)設(shè)備供電應(yīng)采用獨(dú)立過(guò)流、過(guò)載、短路保護(hù)措施。(4)遠(yuǎn)程控制管理。為避免能源浪費(fèi)以及提高管理效率，需要為每個(gè)設(shè)備設(shè)施供電回路遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)供電開(kāi)啟或關(guān)閉，同時(shí)可為每個(gè)供電回路設(shè)置供電開(kāi)啟和關(guān)閉策略，遠(yuǎn)程采集和監(jiān)控每個(gè)設(shè)備用電狀態(tài)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)到設(shè)備出現(xiàn)過(guò)載、過(guò)流、欠載、短路等用電故障并及時(shí)告警。(5)動(dòng)態(tài)環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)。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(yùn)營(yíng)，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)排風(fēng)降溫及告警;需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桿體傾斜震動(dòng)狀態(tài)，一旦桿體出現(xiàn)傾斜有傾覆危險(xiǎn)及時(shí)告警。

2供電方案設(shè)計(jì)

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(jī)箱、綜合機(jī)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(jī)箱,綜合機(jī)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(gè)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(jí)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(jī)箱供電設(shè)計(jì)

綜合機(jī)箱內(nèi)部供電設(shè)計(jì)如圖2所示，綜合機(jī)箱采用5倉(cāng)體設(shè)計(jì)，分為綜合配電倉(cāng)、信號(hào)機(jī)控制倉(cāng)、交通匯聚設(shè)施倉(cāng)、公安匯聚設(shè)施倉(cāng)、其他匯聚設(shè)施倉(cāng);變壓器二次側(cè)引入380VAC至綜合機(jī)箱內(nèi)綜合配電倉(cāng)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(guò)載保護(hù)及手動(dòng)通斷，斷路器一部分回路通過(guò)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(cāng)體給倉(cāng)體內(nèi)匯聚設(shè)備供電。

圖2綜合機(jī)箱配電示意圖

綜合機(jī)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(yuǎn)程控制回路接觸器通斷，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)回路電壓、電流、功率、漏電電流，根據(jù)監(jiān)測(cè)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)判斷分析箱體供電是否正常，監(jiān)測(cè)到回路有過(guò)壓、過(guò)流、漏電、斷電等情況及時(shí)上報(bào)故障;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路剩余漏電電流，監(jiān)測(cè)到回路有漏電上報(bào)告警至系統(tǒng)平臺(tái)或直接斷開(kāi)接觸器，確?；芈饭╇姲踩?將箱體電子門(mén)鎖接至回路控制終端，遠(yuǎn)程控制每個(gè)倉(cāng)體開(kāi)關(guān)，監(jiān)測(cè)每個(gè)獨(dú)立分倉(cāng)倉(cāng)門(mén)是否開(kāi)啟，監(jiān)測(cè)箱體溫度濕度，根據(jù)箱體溫度濕度自動(dòng)控制箱體排風(fēng)扇開(kāi)啟和關(guān)閉。

2.3桿體側(cè)供電設(shè)計(jì)

桿體側(cè)供電系統(tǒng)示意如圖3所示，綜合機(jī)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(jī)、一鍵報(bào)警、路側(cè)RSU、環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)等;交流24VAC給桿體側(cè)掛載視頻監(jiān)控球機(jī)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(guò)智慧燈桿智能控制器一方面為各類不同供電電壓等級(jí)的掛載設(shè)備供電，另一方面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各類掛載設(shè)備供電電壓、電流、功率等狀態(tài)，監(jiān)測(cè)到設(shè)備過(guò)流、過(guò)載、短路等供電異常，及時(shí)斷開(kāi)供電輸出，避免一個(gè)掛載設(shè)備損壞對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響。在能耗節(jié)約方面，通過(guò)智能控制器根據(jù)需要為每個(gè)供電設(shè)備設(shè)置供電時(shí)段策略，如:LED燈具根據(jù)日出日落配置日落開(kāi)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(shí)現(xiàn)節(jié)能。

圖3桿體側(cè)系統(tǒng)供電示意圖

在精細(xì)管理方面，通過(guò)智能控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)掛載設(shè)備用電狀態(tài)，通過(guò)狀態(tài)分析設(shè)備是否正常，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)設(shè)備消耗電量，用以掛載設(shè)備用戶電費(fèi)結(jié)算;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桿體傾斜及震動(dòng)，桿體因外部原因?qū)е聝A斜碰撞及時(shí)告警;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桿體及設(shè)備倉(cāng)體內(nèi)溫度和濕度變化，根據(jù)溫度和濕度變化啟動(dòng)排濕散熱風(fēng)機(jī);外接電子門(mén)鎖，通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)遠(yuǎn)程開(kāi)鎖，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)門(mén)鎖狀態(tài)，記錄開(kāi)鎖人員等。通過(guò)以上功能提高管理精細(xì)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(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)安裝在城市各區(qū)域路燈的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。安全用電通過(guò)監(jiān)測(cè)路燈線路的電流和電壓值來(lái)判斷路燈的工作情況，任何不正常的工作狀態(tài)，平臺(tái)都能進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警，預(yù)警信息通過(guò)手機(jī)APP推送，短信，語(yǔ)音電話和郵件等，一時(shí)間到達(dá)責(zé)任人的身邊。

3.2應(yīng)用場(chǎng)合

適用于智慧工廠、工業(yè)園區(qū)、市政道路、學(xué)校以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等有路燈的場(chǎng)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(wù)及報(bào)警消息,點(diǎn)擊“查看"按鈕跳轉(zhuǎn)到報(bào)警確認(rèn)界面或任務(wù)處理界面,支持批量確認(rèn)和刪除報(bào)警信息

隱患統(tǒng)計(jì)以曲線圖的方式展示當(dāng)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(jì)

設(shè)備監(jiān)控可以按監(jiān)控設(shè)備識(shí)別號(hào)、省、市、區(qū)縣篩選，顯示設(shè)備圖片、設(shè)備識(shí)別號(hào)、設(shè)備詳情、報(bào)警記錄

1、點(diǎn)擊“設(shè)備詳情"后在彈出界面顯示項(xiàng)目識(shí)別號(hào)、監(jiān)控設(shè)備號(hào)、省、市、區(qū)縣、詳細(xì)地址

2、點(diǎn)擊“報(bào)警記錄"后在彈出界面顯示設(shè)備相關(guān)報(bào)警記錄，包括報(bào)警時(shí)間、報(bào)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(yǔ)

在現(xiàn)階段市政工程中，路燈線路正常運(yùn)行的保障，始終是市政工程工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在對(duì)路燈線路進(jìn)行保護(hù)過(guò)程中，通常需要加多部門(mén)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(fù)雜性。所以，本研究中通過(guò)對(duì)路燈線路電氣安全問(wèn)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(zé)任制的落實(shí)、路燈線路電氣人員的管理等方面，重點(diǎn)探究路燈線路電氣安全的防護(hù)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(xiàn)

1. 肖輝.李文超.朱應(yīng)昶等．多功能智慧燈桿系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]．照明工程學(xué)報(bào)，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(shè)運(yùn)營(yíng)模式研究[J]．智能城市，2018，4(20):1-3．

[3] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)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(dǎo)意見(jiàn)(建標(biāo)〔2021〕28號(hào))[EB/OL]．2021-04-06.

[4] 吳春海．智慧燈桿的技術(shù)痛點(diǎn)與應(yīng)對(duì)措施[J]．照明工程學(xué)報(bào)，2019，30(4):10-12．

[5] 臧鋒，王鵬展．?dāng)?shù)字化驅(qū)動(dòng)下的城市智慧桿件運(yùn)營(yíng)體系發(fā)展路徑[J]．照明工程學(xué)報(bào)，2021，32(4):182-188．

[6] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5版

[7] 李付偉.朱偉楠.盧陽(yáng).李應(yīng)飛.馬榮兵.智慧路燈安全智能供電方案設(shè)計(jì).上海五零盛同信息科技有限公司，上海200331