LED灯具在水电站中的应用研究

LED灯具在水电站中的应用研究

1杜颖2王南君3谢伟

（1中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司2深圳市胜景光电科技有限公司3国家电网四川省电力公司）

摘要：考虑目前国内国际节能减排形势严峻，在水电站的照明设计中选用LED节能灯具，引入LED灯具的智能照明控制系统等新技术。并通过某水电站实例分析，阐述LED灯具在水电站中的应用，可以做到技术先进，经济合理，使用安全，节能环保，维护方便，促进绿色照明应用，具有推广的价值。

关键词：LED绿色照明

引言

节能减排是目前我国经济和社会发展的一项长远战略方针，节能减排“十二五”规划中将“重点推广高效照明产品和推进绿色照明发展”列为节能改造的重点工程。绿色照明是上世纪90年代初美国国家环保局提出了的一种照明理念，其中包含高效节能、环保、安全、舒适4项指标，不可或缺。高效节能意味着以消耗较少的电能获得足够的照明，从而明显减少电厂大气污染物的排放，达到环保的目的。安全、舒适指的是光照清晰、柔和及不产生紫外线、眩光等有害光照，不产生光污染。使用环保的光源和节能的照明设计对降低厂用电率和减少环境污染起着很重要的作用。

目前在大多数水力发电厂中，依旧大量采用一般的工矿灯作为主要照明，这只能满足基本的照明功能要求，厂用电率较高，距离绿色照明还有一定的差距。随着大功率LED灯具的出现，作为环保和节能效果最好的固体光源，LED灯具在电厂应用成为可能。

1.电站的环境特点及对照明设计的要求

水力发电站的环境具有以下特征：

①地下建筑占很大一部分比例，有些水电站为地下厂房，80%以上厂区枢纽为地下建筑，无自然采光且厂房内潮湿；

②电站按“无人值班，少人值守“原则设计；

③水电站的厂区枢纽面积较大且水工建筑物比较分散。

④水电站厂房一般跨度大，又比较高。检修维护比较困难。

根据水电站工作现场的特点、要求，水电站照明设计中“安全舒适可靠”和“高效节能环保”两个方面很重要，有以下要求：

①安全舒适可靠：

水电站尤其是地下厂房的水电站，运行人员长期在地下工作，灯具应采用亮度稍高，光线均匀，无眩光，无光污染、显色指数高；且保证照明场地无死角，为电站运行人员创造一个良好的视觉环境；灯具的质量和可靠性要求较高，能在各种恶劣条件（高湿、腐蚀、振动、粉尘等）下正常、可靠的工作；灯具的人身安全防护要求较高；提高照明灯具的免维护性能，选用寿命长的光源，降低后期维护和更换灯具的人力与物力成本。

②高效节能环保原则：

要求电光源的光效高、寿命长；要求灯具的光通利用率和灯具效率高，减少照明系统灯具数量，利于维护，节能降耗；选择结构安全可靠、配光高效合理的灯具，注重配套电器的节能高效。按使用条件确定照度标准，且照明功率密度（LPD）符合要求。LPD定义：GB50034-2004《建筑照明设计标准》中规定，在达到规定的照度值的前提下，单位面积上的照明安装功率（包括光源、镇流器或变压器），单位为W/m2。）

根据“简单可靠、节能环保”的设计原则，为变电站提供一个高效、舒适、安全、经济、有益的绿色照明工作环境，是每个设计人员的重要责任。

2.LED灯具在水电站照明中应用的技术优势

2.1LED灯具是安全舒适可靠的光源

评价一个水电站的照明设计是否成功，首先的指标的是安全舒适，如何评价光源在健康、安全、舒适性等方面的性能。

LEDLightEmittingDiode(发光二极管)的缩写。是一种固态的半导体器件LED芯片，它可以直接把电转化为光。LED灯具有以下优点：

①发热量低，无热辐射性、冷光源，可以安全抵触，能精确控制光线及发光角度、光色和、无眩光、不含汞、钠灯可能危害健康的物质。

②安全性好。由于LED灯为环氧树脂包裹结构，抗震性及抗冲击性好，不易破碎。LED灯光谱中不含红外线，温升较小，单颗大功率LED灯工作电压低，可以安全触摸。

③显色性较好，响应启动时间短。白色LED灯光源显色指数可以达到75~80，且响应时间非常快在纳秒级别。照明组合方式灵活，可控性好。由于LED发光器件是电流型控制器件，起光电转化速度很小，在额定参数范围内，只要提供不同的电流，就可以瞬间得到不同的亮度，可控性好。

④LED光源无闪烁、无紫外线。LED光源采用的是直流供电，发光稳定不闪烁，且光谱主要集中在可见光区域，基本无紫外线或红外线辐射的干扰，从而可以避免频闪效应带来的不利影响，提高人眼舒适性。

2.2LED灯具是高效节能环保的光源

考虑到今年来对于照明节能的关注日益提高。水电站的节能减排的重视程度越来越高。

以下用水电站常用的灯具（荧光灯、金卤灯、钠灯）和LED灯对比；

2.2.1LED光源发光效率较高，更节能。

随着LED照明技术的发展，LED光源的发光效率已经由原来的不到10Lm/W提高到100Lm/W以上，且其发光效率仍有较大提高的潜力，显示出LED光源更节能。以下为传统灯具与LED灯发光效率的对比表。

由上表可以看出，LED灯的发光效率较高。另外LED等发光的单色性好，光谱窄，无需过滤，可直接发出有色可见光。

22.2LED光源更环保

由于LED光源在生产过程中无需添加金属汞，因此LED废弃后，不会造成汞污染，且其废弃物几乎可以全部回收利用，不仅节约了资源，还保护了环境。

2.2.3光源安全稳定、寿命长。

LED光源使用低压直流电就可以驱动，一般供电电压在0到36V之间(单组)，因此安全性能比较好，特别适用于公共场所。LED光源比传统光源的光衰小、寿命长，即使频繁开关，也不影响LED光源使用寿命。

2.3LED灯具在水电站智能控制系统应用的优势

对于照明节能的实现，照明的控制系统的节能也非常重要。照明耗能方面，除了光源本身，照明系统整体的耗能也非常可观，可通过一些控制系统实现智能照明，达到二次节能和多次节能。

目前水电站由于大多采用传统的控制方式—采用现地开关进行手动照明控制。之所以采用这种控制方式，是局限于目前大多数电站采用的是传统光源，传统光源由于受到发光方式、启动运行特性和单体功率灯因素的限制，采用智能照明控制方式达到节能的目的有很大限制。比如荧光灯进行调光，当采用频率控制和相位调节，当光通量下降50%时，能耗比约为75%，光效比约为77%，与此同时，均匀度下降将影响光源寿命，且会对电网造成高次谐波干扰。金卤灯控制方式时采用频率控制和相位调节，当光通量下降50%时，能耗比约为75%，光效比约为77%，点亮和再次启动时间长，调光幅度小。而且对于传统光源来说，频繁启动会导致光源寿命大幅下降。同时传统光源调光学配置价格昂贵的调光镇流器，同时带来了较大的电磁污染。

但在这个方面，LED灯具却存在很大的优势：

①LED灯具亮度可调性好。根据LED光源的发光原理，LED的发光亮度或输出光通量基本随电流正向变化。而其工作电流在额定范围内可大可小，因此LED光源具有良好的可调性。LED光源可实现按需照明、亮度控制照明；

②LED光源响应时间快。LED光源的响应时间则为纳秒级。在响应时间上，LED光源为即时响应；

③LED灯具的驱动装置本身具有光输出调节特性，与各种类型的控制系统对接仅需要协调接口，而无需添加附属的专用控制装置；

④LED灯具因发光原理与传统灯具有很大差别，当小幅度调低工作电流时，芯片的温度降低，可以使发光效率提高。反之则降低发光效率。

基于以上因素，当LED灯具在水电站照明系统中应用越来越广泛时，通过智能照明控制实现二次或多次照明节能的效果会越来越明显。

以某水电站的发电机层的照明系统智能控制为例，根据不同的运行情况，设置控制原则是：无人状态照度为50%标准照度；有人巡检时为75%标准照度；检修状态为100%标准照度。另外通过对智能控制系统对灯具的使用情况进行采集和调配，使灯具的更换期延长，并保证灯具的使用寿命保持在相同的水平，减少了零星更换的工作量，为检修带来了便利，降低了运行维护成本。

对于水电站面积大、无人值班、少人值守的特点，当采用智能照明控制系统时，可以根据不同的运行要求对照明系统进行有效、合理的控制，降低照明系统的运行维护成本，有效节约系统能耗，降低照明的厂用电率。

LED灯具应用于水电站照明的经济型优势

LED灯具具有寿命长、光效高的特点，远远高于传统的光源，这为LED灯具的应用打下了良好的基础。

下面以某水电站发电机层顶棚灯为例，来对比传统灯具与LED灯具的经济性。

发电机层顶棚灯使用66盏灯，如采用传统照明应选用800W的金卤灯（顶棚灯），现设计选用300W的LED灯，下面从投资成本、维护成本和使用成本三个方面对LED灯进行评测，具体对比见如下评测表：

*金卤灯及LED灯单价根据目前市场情况拟定的参考值，不代表实际采购的灯具价格

**售电电价采用的为目前水电行业的平均售电单价，不代表本电站的售电价格。

从上表可以看出，LED灯在寿命期间内，仅大厂房顶棚灯一项就可以节约约39.22万元。平均每年节约8万元。上表仅为在顶棚灯电站运行期全部点亮的情况，现在电站采用了智能照明控制，对不同运行情况下的灯具进行控制，LED灯具应用的经济优越性将更加明显。

结束语

综上所述，LED光源具有其它光源无法比拟的优势，随着LED灯具的技术日益成熟，其自身所具有的节能环保、高效可控及使用寿命长的特点，它取代传统照明成为主流照明技术在水电站中广泛应用是可以预见的。

参考文献

[1]GB50034-2013《建筑照明设计标准》

[2]NB/T35008-2013《水力发电厂照明设计规范》

[3]水利电力出版社。水电站机电设计手册（电气一次）[S].1989

[4]中国建筑工业出版社《LED照明—第三次照明革命》

作者简介：

杜颖（1976—），女，汉族，籍贯辽宁沈阳，大学本科，高级工程师，长期从事电气一次设计。

通信地址：四川省成都市浣花北路1号,中国电力建设集团成都勘测设计研究院有限公司机电处电气一次室

王南君，男，江西丰城人，大学本科，高级工程师。长期从事照明设计和销售，深圳市胜景光电科技有限公司

谢伟，男，四川人，硕士，高级工程师，国网四川省电力公司建设部