淺談智慧路燈安全智能供電方案設計

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，但其與傳統路燈相比集成大量異元異構電子設備，這些設備的供電電壓、接口形式、權屬單位各不相同，如何設計一個安全、穩定、可靠的系統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，系統性提出一種統一供電、統一保護、遠程監測、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和完備的基礎設施，讓城市具有全面感知、資源互聯共享、智能協同作用，實現智慧服務和管理，讓城市朝著更深層次信息化發展。路燈，在城市中數量眾多，是密集的城市基礎設施。因此，具備“有網、有電、有桿"三位一體特點的智慧路燈，成為智慧城市建設中 的關鍵節點。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、網信辦等16部門聯合發布《關于加快發展數字家庭提高居民品質的指導意見》，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日發布的《智慧城市智慧多功能桿服務功能與運行管理規范》(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，宜具備漏電監測、供電監測、遠程控制、傾斜監測、積水監測和倉門開關監測等功能。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一建設，如何設計一套滿足各類傳感設施的安全供電系統，實時監測不同設備的用電狀態，采集不同權屬部門的設備用電電量等問題至關重要。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，對關鍵技術問題缺乏通盤考慮，導致電氣設計考慮不周全，供電通信配套不完善等技術痛點。常見問題如下:（1)缺乏統一供電規劃。當前智慧路燈供電設計多數采用傳統路燈建設供電設計模式，結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、工業用電、商業用電，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分，根據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閉，燈具白天需要關閉，亮化燈具在重大節日時才需開啟，針對這些設備的供電缺乏遠程管理手段。（5)缺少對供電環境的動態監測。無論是供電箱體側或者是桿體側，要保障供電正常運行需要一個安全穩定的環境。目前供電系統設計多以箱體環境監測為主，缺乏對桿體如傾斜、內部溫濕度、積水、震動等環境狀態的監控。

1.2智慧路燈建設供電需求

（1)統一供電規劃設計。智慧燈桿建設需要在規劃設計時，根據當前用電需求同時結合未來用電需求統籌設計規劃，針對智慧燈桿集成的大量傳感器設備，根據其供電電壓、功率、接口形式、功耗時間曲線、防護等級等參數進行歸類區分，統一預留供電接口。(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，根據設備設施權屬單位的不同獨立結算用電費用;同時根據各類設備設施能耗情況進行能耗分析，設置相應的節約能耗策略。(3)統一供電用電保護。為保障各掛載設施設備的用電安全，需要在箱體側和每個桿體側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供電開啟或關閉，同時可為每個供電回路設置供電開啟和關閉策略，遠程采集和監控每個設備用電狀態，動態監測到設備出現過載、過流、欠載、短路等用電故障并及時告警。(5)動態環境狀態監測。為保障箱體內安裝及桿體掛載各類設施設備正常運營，需要實時監測箱體內溫度、濕度、水浸、煙感等環境狀態，根據需求及時排風降溫及告警;需要實時監測桿體傾斜震動狀態，一旦桿體出現傾斜有傾覆危險及時告警。

2供電方案設計

2.1智能供電系統架構

供電系統整體架構如圖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構。從變壓器二次輸出側引入一路380VAC供電電纜至綜合機箱,綜合機箱根據需要的供電回路方向和數量,分別引出380VAC24h供電纜至每個內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供電系統架構示意圖

2.2綜合機箱供電設計

綜合機箱內部供電設計如圖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;變壓器二次側引入380VAC至綜合機箱內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匯聚設備供電。

圖2綜合機箱配電示意圖

綜合機箱內安裝回路控制終端，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，實時監測每個回路電壓、電流、功率、漏電電流，根據監測到實時數據判斷分析箱體供電是否正常，監測到回路有過壓、過流、漏電、斷電等情況及時上報故障;實時監測各回路剩余漏電電流，監測到回路有漏電上報告警至系統平臺或直接斷開接觸器，確?；芈饭╇姲踩?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，監測每個獨立分倉倉門是否開啟，監測箱體溫度濕度，根據箱體溫度濕度自動控制箱體排風扇開啟和關閉。

2.3桿體側供電設計

桿體側供電系統示意如圖3所示，綜合機箱的380VAC電源引至桿體側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RSU、環境監測、氣象監測等;交流24VAC給桿體側掛載視頻監控球機使用;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，另一方面實時監測各類掛載設備供電電壓、電流、功率等狀態，監測到設備過流、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生影響。在能耗節約方面，通過智能控制器根據需要為每個供電設備設置供電時段策略，如:LED燈具根據日出日落配置日落開燈、日出關燈或根據車流、人流狀態調整燈具亮度，戶外信息屏可配置深夜關閉策略，根據需要控制實現節能。

圖3桿體側系統供電示意圖

在精細管理方面，通過智能控制器實時監測每個掛載設備用電狀態，通過狀態分析設備是否正常，實時監測每個設備消耗電量，用以掛載設備用戶電費結算;實時監測桿體內積水，一旦桿體內出現積水立即告警并關斷用電設備，確保供電安全;實時監測桿體傾斜及震動，桿體因外部原因導致傾斜碰撞及時告警;實時監測桿體及設備倉體內溫度和濕度變化，根據溫度和濕度變化啟動排濕散熱風機;外接電子門鎖，通過系統平臺遠程開鎖，實時監測門鎖狀態，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控系統

3.1概述

安科瑞Acrelcloud-6200路燈安全用電監控系統是通過物聯網技術對安裝在城市各區域路燈的用電狀態進行不間斷地數據監測。安全用電通過監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，平臺都能進行監測和預警，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、工業園區、市政道路、學校以及石油化工、文教衛生、金融、電信等有路燈的場所。

3.3系統結構

3.4系統功能

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

隱患統計以曲線圖的方式展示當月隱患數量

監控模塊提供數據監控監控功能，包含大數據調度和統計

設備監控可以按監控設備識別號、省、市、區縣篩選，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、監控設備號、省、市、區縣、詳細地址

2、點擊“報警記錄"后在彈出界面顯示設備相關報警記錄，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結語

在現階段市政工程中，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調。主要是路燈線路工作中，線路數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。期望在本次相關內容的探究下，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] 住房和城鄉建設部等．關于加快發展數字家庭提高居民品質的指導意見(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．數字化驅動下的城市智慧桿件運營體系發展路徑[J]．照明工程學報，2021，32(4):182-188．

[6] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊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