變電站智能照明控制系統的設計和應用

李 辛

(國網長春供電公司城西輸變電運檢中心,長春 136100)

電力變電站作為電力系統中的關鍵組成部分，負責將高壓電能轉換為低壓電能，以供各類電力設備和終端用戶使用[1]。在變電站內部，照明系統是維持運行安全和人員工作效率的基本設施之一。然而，傳統照明系統在能源消耗、管理效率和安全性方面存在一系列挑戰，迫切需要創新性解決方案。隨著信息技術的飛速發展，智能照明控制系統應運而生，為解決傳統照明系統存在的問題提供了全新可能性。

1 長春市政路燈工程概述

長春市政變電站工程代表著現代變電站發展趨勢，其設計中融入了大量智能化、自動化的管理元素，旨在實現更高運行效率和更佳能源利用率。智能照明控制系統在此工程中扮演著關鍵角色，該系統基于多感應器數據融合技術，配備了自適應調光能力LED燈具，并集成了智能控制單元，用于精確調控照明強度，完全符合變電站內部環境的實際需求[2]。

2 長春市政路燈工程變電站智能照明控制系統的設計要點

2.1 控制系統硬件配置

在智能照明控制系統的硬件配置層面，長春市政變電站工程綜合考量了穩定性、效能和未來技術升級空間。首先，中央控制單元（CCU）的核心是一款工業級微處理器，其主要特點包括但不限于多核處理能力、高速緩存以及高速IO接口，確保了系統快速響應和處理大量傳感器數據的能力[3]。此外，CCU具備模塊化設計，可以根據實際需求擴展各種功能模塊。同時該項目還配備了可編程邏輯控制器（PLC），用于處理更為復雜的控制任務和邏輯運算。控制單元通過冗余設計，包含了雙CPU配置，確保在主CPU出現故障時備用CPU能立即接管，從而實現了99.999%的高可用性。為應對可能出現的電網不穩定情況，系統還集成了UPS（不間斷電源），可以在主電源中斷時提供至少30 min的電源支持，保障控制系統不受影響繼續運行。

在照明器具上，該項目采用高效能LED燈具，其不僅具有長壽命和高光效，而且支持無極調光，可以在0～100%范圍內任意調整亮度，完全滿足變電站照明需要。每盞燈具均配備了獨立智能模塊，使其可以實現單燈控制和監測，極大提升系統靈活性和故障定位的便捷性。在傳感器配置方面，項目根據實際應用場景選擇了光敏傳感器、紅外移動傳感器、溫濕度傳感器等一系列高精度傳感器，可以準確地感應環境變化和人員移動，其傳感器通過數字信號處理器（DSP）進行信號預處理，以確保數據的準確性和傳輸的實時性。整個照明控制系統的硬件組件通過工業以太網互聯，使用了冗余雙網絡設計，能夠保證網絡通訊穩定和可靠，表1為智能照明控制系統硬件配置的具體數據。

表1 系統硬件配置

2.2 電氣連接與布線設計

在長春市政變電站工程智能照明控制系統中，電氣連接與布線設計是確保系統整體穩定運行的關鍵。首先，在布線結構設計上，本工程采取了星型拓撲結構。該結構優勢在于，當任一終端出現問題時，不會影響其他分支，從而有效減少系統故障對整體照明的影響，同時也便于快速準確地定位和隔離問題所在。每條線路均能夠單獨斷開，不會因單點故障而影響整體系統。電纜選擇上，采用耐高溫阻燃材料，以符合最嚴格的國家安全標準[4]。電纜的敷設均遵守電氣工程布線規范，例如：在穿過墻體和地板時采用金屬管道或阻燃管道保護，即便在火災等極端條件下布線系統也能保持完整，盡最大努力避免火災擴散。供電方式上，實施了雙回路供電系統，關鍵區域和設備均被納入至少兩條供電路徑之中，當一條供電路徑出現故障時，另一條能夠立即接管，確保照明不中斷。照明控制線路獨立于主供電線路，可以通過控制器界面或遠程控制系統進行操作，不僅保證維護或測試時的安全性，還增加了操作靈活性。當照明系統需要升級或維護時，通過控制系統可以迅速將相關電路切換至維護模式，從而不影響主供電系統正常工作。另外，為提升系統的智能響應能力，布線設計中還嵌入了傳感網絡，使各類傳感器信號可以快速傳輸到中央控制單元。傳感器電源和信號線同樣進行了獨立布線，既保證了信號準確和穩定傳輸，又避免了與主電力線路產生干擾。

2.3 軟件與控制邏輯編程

首先，軟件設計基于高實時性RTOS，利用了模塊化設計理念，以保證各功能組件獨立性和易于維護性。系統軟件采用了事件驅動架構，允許系統在傳感器輸入發生變化時迅速響應，從而實現高效控制邏輯。通過實施模糊邏輯與比例-積分-微分（PID）控制算法的混合策略，軟件能在各種環境光線條件下提供穩定而準確的照明調節。例如，系統會根據光敏傳感器反饋的實時光照強度來調整LED燈具的亮度，以維持設定照明水平[5]。此外，軟件編程中還特別注意了人體活動動態響應，利用紅外移動傳感器監測數據，偵測到人員活動并自動開啟或關閉相應區域的照明，從而實現能源有效利用。對于系統運行時間策略，編程中設定了多個時間段，配合定時器使用，可以在夜間或非高峰時段降低照明強度，進一步優化能耗。同時，編程邏輯中嵌入了自我診斷算法，能夠定期自檢，及時發現燈具、傳感器或通信接口的異常，并通過中央監控界面向操作維護人員報告。一旦檢測到故障，自動切換到備用方案或啟動緊急照明模式，確保變電站連續運行。在實施過程中，系統軟件的各個功能模塊和控制邏輯均經過了嚴格測試和優化，以保證其在實際應用場景中的性能和穩定性。軟件界面設計直觀易用，確保操作和維護人員能輕松進行系統配置和狀態監控。

3 長春市政路燈工程變電站智能照明控制系統的集成與應用

3.1 系統集成與調試

變電站智能照明控制系統的系統集成與調試環節，是將多個子系統和組件融合成為一個完整功能體的關鍵步驟。這一過程中，技術人員需要精確協調軟硬件之間的互動，保證各部分兼容性和整體的協同工作。集成過程首先從硬件開始，涉及控制器、傳感器、照明裝置等多個層面。各硬件組件需要被精確地安裝于其服務位置，并進行物理連接。這一階段挑戰在于確保所有電氣連接的正確性和安全性，尤其是在接線和電纜布局方面，必須嚴格遵守行業標準和規范。電纜選擇和布局應充分考慮抗干擾能力和長期耐久性，以保障信號傳輸的穩定和系統長期運行的可靠性。在軟件層面，需要加載和配置控制算法，其算法決定了照明控制邏輯，根據傳感器反饋的數據做出調光決策。此外，還需配置通信協議，以實現智能照明系統與變電站其他管理系統之間的數據交互。調試過程中，程序穩定性、響應時間、異常處理能力是重點測試和優化對象。調試環節需要對系統進行全面的功能驗證，確保每個控制指令都能準確執行，包括對時序控制檢驗，驗證是否所有照明設備按照預定計劃響應；對故障檢測機制的測試，保證在出現故障時系統能及時報警并采取應對措施；對系統自動化程度的確認，確保系統根據環境變化自動調整照明條件，減少人為干預。此外，調試過程中還應驗證系統可擴展性和升級維護便利性，為系統未來更新和維護打下基礎。

3.2 環境適應性測試

首先，環境適應性測試包括溫度和濕度變化測試，考慮到變電站可能位于高溫或低溫的環境，智能照明系統必須在這些極端條件下保持正常運行。溫度適應性測試確保控制器、傳感器、照明設備的物理材料和電路設計能承受預期的溫度范圍，同時保證熱管理系統能有效散熱或保溫，防止設備因過熱或過冷而失效。濕度測試則是為了驗證系統組件在高濕環境中的抗腐蝕能力和絕緣性，防止濕度引發的短路或腐蝕問題。除了溫濕度，環境適應性測試還需要模擬風速、塵埃、鹽霧、震動等物理和化學因素的影響，確保系統機械和化學穩定性。

此外，在環境適應性測試中，還應特別考慮光線強度的變化對系統的影響。雖然夜間照明不受日照直接影響，但系統的光感傳感器需要在不同光照條件下準確工作，以確保在夜間或光線不足的環境中自動調整照明強度，系統設計時仍須考慮到日間環境光變化。因此，系統需進行模擬日照變化的測試，旨在驗證光感傳感器在白天不同光照水平下的響應性和準確性。即使在日間的強光或暮色中，系統也能準確判斷環境光線條件，并在夜間或光照不足時，自動調節照明強度，以保持恒定和適宜的照明水平。通過此種方式，智能照明控制系統不僅能夠應對極端氣候條件，而且還能適應日夜及季節性光照變化，確保照明效果的連續性和一致性。

3.3 性能監測與數據記錄

在變電站智能照明控制系統的實施中，性能監測與數據記錄是確保系統長期穩定運行的關鍵。此環節主要通過系統內建監測工具，持續跟蹤和記錄照明系統的性能參數，以及不同環境和操作條件下的具體表現。性能監測覆蓋了從能源消耗、光照強度到系統響應時間等多個維度[6]。系統內的傳感器可以實時監測光線強度、人員活動和能耗等數據，確保照明系統可以根據預設的控制邏輯自動調節照明強度，及時響應環境變化。數據記錄則涉及收集和存儲這些監測數據，不僅為系統維護提供依據，同時也為后續的系統優化和升級提供了寶貴的信息。性能監測與數據記錄過程如表2所示。

表2 性能監測與數據記錄過程

表2展示了智能照明控制系統性能監測的多個關鍵參數及其測量值范圍。通過連續監測和記錄，技術團隊可以對系統進行實時調整和維護。例如，如果監測到的能源消耗超過正常范圍，可能提示燈具或控制系統存在故障；如果系統響應時間長于預期，可能表明傳感器或執行機構的響應性能下降，需要檢查或更換。

此外，累計運行時間、通信故障次數及燈具故障率等數據對于評估系統整體穩定性和可靠性至關重要。通信故障次數的數據有助于評估工業以太網的穩定性，而燈具故障率則直接關系到照明系統維護成本和周期。

4 結論

綜上所述，實施與測試階段結果表明，本研究提出的智能照明系統在實際變電站環境中表現出色，其性能穩定可靠，為變電站運行提供了重要支持。未來，應期待進一步研究和實踐，不斷優化智能照明系統的設計和應用，以滿足電力變電站的升級需求。