摘要：城市照明节能从“十一五”到“十三五”，均是建设可持续发展的国民经济体系的重要组成部分。本文针对当前市政路灯照明中高压气体放电灯光源存在的功率因数低、耗损较大等问题，就市政路灯照明电气系统无功补偿技术进行分析探讨，以期更好地实现绿色照明、能源节约。
关键词：市政路灯照明；无功补偿；功率因数
照明用电在我国整体用电量中占据相当大的比例，有数据显示，我国市政照明每年消耗的电能在电力生产总量中的比例高达10%～20%，因此，市政路灯照明系统的节能降耗，一直是节能减排大背景下各方高度重视的课题。近年来，LED光源虽然在一些大城市中逐渐取代高压钠灯、金卤灯等，成为市政照明的又一主力军，但在相当长一段时间内，高压钠灯等高压气体放电灯的主流地位依然存在，本文主要探讨的也是该类光源的无功补偿技术问题。众所周知，高压钠灯等气体放电灯在发光效率、性价比、寿命周期等方面具有明显优势，但同时也存在一些不容忽视的问题，最突出的缺陷就是功率因数低（0.3～0.5范围内）、耗损较大。因此，必须严格按照《民用建筑电气设计规范》、《全国供用电规则》、《供配电系统设计规范》等规定，对安装了电感镇流器的气体放电灯照明电气系统加以补偿，保证补偿后的市政路灯照明电气系统功率因数≥0.9，从而有效减少回路电流，最大限度地降低配电变压器和线路上的电能损耗。现本文结合实践工作经验，就该问题进行分析探讨。
1市政路灯无功补偿内涵
高压钠灯等气体放电灯光源由于其特殊的负伏安特性，必须配套电感式镇流器才能正常工作，这也就使得此类光源的功率因数往往只有0.3～0.5，远远达不到供电部门所要求达到的配电系统所具有的0.9功率因数值，容易造成电压下降、电流增大，造成电能浪费，影响灯泡及镇流器的使用寿命。而在灯具内或线路上进行电容补偿设置，可以使能量在感性功率负荷和容性功率负荷之间相互交换，使得感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿，从而达到减少网络损耗、稳定电压、提高供电质量的最优目标。实践中，有调查显示，当高压钠灯的功率因数cosφ不断提高后,路灯线路有功功率线损降低程度如表1所示，可见市政路灯照明电气系统经无功补偿，最大限度地使功率因数达到配电系统规定的功率因数数值后，能切实减少网络损耗，实现电网质量的提质提量。
表1 功率因数提高到不同值后路灯线路有功线损
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2市政路灯无功补偿类型
当前，要提高电感镇流器类的气体放电灯照明电气系的功率因数，主要有单灯补偿及集中补偿两种类型，两种类型的补偿方式及优、缺点具体如表2所示。从表中可见，无论是单灯补偿还是集中补偿，在线路利用率和能源节约上都具有积极的作用，但同样存在一些不足问题。因此，实践中应具体结合现场状况合理选择补偿技术方案。一般来说，单灯补偿方案比较适用于设计中的和新施工的市政路灯照明工程，以便通过真正的“就地补偿”实现补偿效果的最佳；而对于已经安装完成的市政路灯照明系统最好采用集中补偿的技术方案，如此能更大限度地减小电气系统的安装量，减少日后维护的任务量。
当前，我国城市路灯照明应用比较广泛的补偿方案主要是三相共补的集中补偿手段，此方案虽然能较好地改善线路负载功率因数偏低的问题，但由于实践中路灯类三相负荷的不对称性，在一定程度上削弱了实际的补偿效果。对此，有研究给出了较好的改善思路，具体如下：1）针对不对称负荷的无功补偿方案，采用分项检测取代传统的三相功率因数共测共补的方案；2）采用分相与共补相结合和先共补后分补的混合补偿方案，取代传统的无功功率共补的方案；3）为提高分相补偿的可靠性及空间的节省，采用Y接法的三相组合分补电容器组；4）在分组补偿和三相共补偿线路中，针对操作过电压、强电压、涌浪电流等问题必须严格重视并有效解决；5)在三相补偿和三相共补偿线路中，针对谐波电流问题、抗干扰问题同样要严格重视并有效抑制、解决；6）应尽可能地采用标准柜体，以切实提高产品的标准化程度和防尘效果。实践证明，通过采取如上改善措施，能达到较好的补偿效果。
表2 市政路灯无功补偿类型及优缺点
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3市政路灯无功补偿技术革新的思考
市政路灯照明电气系统的单灯补偿或是集中补偿，虽然在提高照明系统的功率因数、优化电压质量、减少功率耗损、节省用电费用等方面具有十分有利的积极作用，但不可否认目前我国无功补偿技术发展尚不够成熟，因此不断对无功补偿技术进行优化、革新非常重要，如，应用静止无功发生器（SVG），将市政路灯电气系统设置为自换相变流电路；采用光触发晶闸管（LTT），对市政路灯电气系统进行无功补偿的同时，有效降低触发电路的故障概率，提升电气系统的稳定性；利用高压钠灯等气体放电灯的电气特性，研究无功补偿技术与自动调压技术的结合，以更好地实现节能降耗，等等，都是值得深入思考的技术革新课题。
以无功补偿技术及自动调压技术的结合为例，实践中，路灯配电电压偏高现象非常普遍，有调查显示，高达70%的市政路灯配电电压长期>230V（甚至>240V），而高压钠灯等照明系统工作电压高于额定电压6%～10%时，其实际功耗超过额定功耗高达15%～30%。另一方面，高压气体放电灯光源的特殊物理性，使得该类光源在启动并稳定工作后，即便电压降低也不会对照明产生较大影响。因此，从如上角度出发，在提高灯具功率因数的同时实现自动调压，节能空间非常可观。对此，可根据市政路灯照明系统线路的不同情况，采取合理的技术方案，总体目标是保证所有灯具的稳压，实现首端灯具的降压和尾端灯具的升压平衡，技术安装思路如表3所示。
表3 基于无功补偿及自动调压的市政路灯照明系统安装方案
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总之，在当前节能减排、可持续发展的理念下，节能降耗已成为市政路灯照明系统的大势所趋，无功补偿技术在市政路灯照明电气系统中的应用，对于提高电网供电质量和效率、降低输电过程中电能的损耗，作用明显。但由于我国无功补偿技术产生的时间较短，目前技术发展尚不是很成熟，使得很多地方的无功补偿技术的应用依然存在一些问题，在一定程度上阻碍了市政路灯照明电气系统效率的进一步提升。这就要求我们应积极响应国家绿色照明的需要，不断加强对于这方面技术的研究探讨，在充分发挥补偿技术优点的同时，从多方面思考不断优化促进无功补偿技术的革新，以更好地实现绿色照明、能源节约。
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