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(gè)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(guò)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(wèn)題和需求出發(fā)，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(guān)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(shù)和完備的基礎設施，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)現智慧服務(wù)和管理，讓城市朝著(zhù)更深層次信息化發(fā)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(wǎng)、有電、有桿"三位一體特點(diǎn)的智慧路燈，成為智慧城市建設中 的關(guān)鍵節點(diǎn)。隨著(zhù)5G、智慧城市、新基建等建設加速推進(jìn)，智慧路燈建設掀起一股熱潮。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)展數字家庭提高居民品質(zhì)的指導意見(jiàn)》，提出鼓勵建設智能停車(chē)、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(fā)布的《智慧城市智慧多功能桿服務(wù)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(mén)開(kāi)關(guān)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(gè)職能部門(mén)智能化設備統一建設，如何設計一套滿(mǎn)足各類(lèi)傳感設施的安全供電系統，實(shí)時(shí)監測不同設備的用電狀態(tài)，采集不同權屬部門(mén)的設備用電電量等問(wèn)題至關(guān)重要。本文通過(guò)對當前智慧路燈建設中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，結合未來(lái)運營(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(wèn)題

近年來(lái)不少智慧路燈項目主要從完成任務(wù)角度來(lái)實(shí)施，對關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題缺乏通盤(pán)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(shù)痛點(diǎn)。常見(jiàn)問(wèn)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(shí)安裝設施設備的供電需求進(jìn)行設計，未考慮智慧路燈作為未來(lái)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(wú)法對不同主體進(jìn)行單獨計量。與傳統路燈相比，智慧燈桿集成不同用戶(hù)的設備，這些設備有市政用電、工業(yè)用電、商業(yè)用電，隸屬于不同管理部門(mén)，無(wú)法單獨計量，常見(jiàn)的通過(guò)供電線(xiàn)路進(jìn)行區分，根據用戶(hù)不同鋪設不同供電線(xiàn)纜，將造成大量資源浪費，成本較高.（3)缺乏供電統一保護問(wèn)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(fā)生雷擊，會(huì )造成大量設備故障;同時(shí)，一個(gè)設備故障短路或者漏電時(shí)，會(huì )影響整個(gè)線(xiàn)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(wú)人時(shí)需要關(guān)閉，燈具白天需要關(guān)閉，亮化燈具在重大節日時(shí)才需開(kāi)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(huán)境的動(dòng)態(tài)監測。無(wú)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(gè)安全穩定的環(huán)境。目前供電系統設計多以箱體環(huán)境監測為主，缺乏對桿體如傾斜、內部溫濕度、積水、震動(dòng)等環(huán)境狀態(tài)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(shí)，根據當前用電需求同時(shí)結合未來(lái)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(shí)間曲線(xiàn)、防護等級等參數進(jìn)行歸類(lèi)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(yíng)，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(shí)根據各類(lèi)設備設施能耗情況進(jìn)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(gè)桿體側設置浪涌防護裝置以及漏電保護裝置;同時(shí)為了避免單個(gè)設備短路或者故障對其他設備產(chǎn)生影響，為每個(gè)設備供電應采用獨立過(guò)流、過(guò)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(gè)設備設施供電回路遠程實(shí)現供電開(kāi)啟或關(guān)閉，同時(shí)可為每個(gè)供電回路設置供電開(kāi)啟和關(guān)閉策略，遠程采集和監控每個(gè)設備用電狀態(tài)，動(dòng)態(tài)監測到設備出現過(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)監測。為保障箱體內安裝及桿體掛載各類(lèi)設施設備正常運營(yíng)，需要實(shí)時(shí)監測箱體內溫度、濕度、水浸、煙感等環(huán)境狀態(tài)，根據需求及時(shí)排風(fēng)降溫及告警;需要實(shí)時(shí)監測桿體傾斜震動(dòng)狀態(tài)，一旦桿體出現傾斜有傾覆危險及時(shí)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(gè)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(lèi)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(guò)載保護及手動(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(shí)時(shí)監測每個(gè)回路電壓、電流、功率、漏電電流，根據監測到實(shí)時(shí)數據判斷分析箱體供電是否正常，監測到回路有過(guò)壓、過(guò)流、漏電、斷電等情況及時(shí)上報故障;實(shí)時(shí)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(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，遠程控制每個(gè)倉體開(kāi)關(guān)，監測每個(gè)獨立分倉倉門(mén)是否開(kāi)啟，監測箱體溫度濕度，根據箱體溫度濕度自動(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(hù)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(hù)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(huán)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(guò)智慧燈桿智能控制器一方面為各類(lèi)不同供電電壓等級的掛載設備供電，另一方面實(shí)時(shí)監測各類(lèi)掛載設備供電電壓、電流、功率等狀態(tài)，監測到設備過(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)掛載設備損壞對其他設備產(chǎn)生影響。在能耗節約方面，通過(guò)智能控制器根據需要為每個(gè)供電設備設置供電時(shí)段策略，如:LED燈具根據日出日落配置日落開(kāi)燈、日出關(guān)燈或根據車(chē)流、人流狀態(tài)調整燈具亮度，戶(hù)外信息屏可配置深夜關(guān)閉策略，根據需要控制實(shí)現節能。

圖3桿體側系統供電示意圖

在精細管理方面，通過(guò)智能控制器實(shí)時(shí)監測每個(gè)掛載設備用電狀態(tài)，通過(guò)狀態(tài)分析設備是否正常，實(shí)時(shí)監測每個(gè)設備消耗電量，用以?huà)燧d設備用戶(hù)電費結算;實(shí)時(shí)監測桿體內積水，一旦桿體內出現積水立即告警并關(guān)斷用電設備，確保供電安全;實(shí)時(shí)監測桿體傾斜及震動(dòng)，桿體因外部原因導致傾斜碰撞及時(shí)告警;實(shí)時(shí)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(dòng)排濕散熱風(fēng)機;外接電子門(mén)鎖，通過(guò)系統平臺遠程開(kāi)鎖，實(shí)時(shí)監測門(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(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區域路燈的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數據監測。安全用電通過(guò)監測路燈線(xiàn)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)，平臺都能進(jìn)行監測和預警，預警信息通過(guò)手機APP推送，短信，語(yǔ)音電話(huà)和郵件等，一時(shí)間到達責任人的身邊。

3.2應用場(chǎng)合

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

隱患統計以曲線(xiàn)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(diǎn)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(diǎn)擊“報警記錄"后在彈出界面顯示設備相關(guān)報警記錄，包括報警時(shí)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(yǔ)

在現階段市政工程中，路燈線(xiàn)路正常運行的保障，始終是市政工程工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在對路燈線(xiàn)路進(jìn)行保護過(guò)程中，通常需要加多部門(mén)相互合作與協(xié)調。主要是路燈線(xiàn)路工作中，線(xiàn)路數量較多且具有復雜性。所以，本研究中通過(guò)對路燈線(xiàn)路電氣安全問(wèn)題的綜合分析，從線(xiàn)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(shí)、路燈線(xiàn)路電氣人員的管理等方面，重點(diǎn)探究路燈線(xiàn)路電氣安全的防護措施。期望在本次相關(guān)內容的探究下，可以為日后提高路燈線(xiàn)路電氣安全水平，提供建議。

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