太阳能光伏在路灯与安防监控上应用

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摘要：为了解决电力供应问题，应对恶劣环境，对外界入侵进行监控，保护人员安全，本文以援巴基斯坦瓜达尔新国际机场项目（以下简称瓜达尔机场项目）为例进行研究，提出18km围界的路灯与安防监控系统的供电解决方案，应对大风天气、海边腐蚀性气候、沙尘天气以及后期维护问题的解决办法，通过理论分析结合实际工作经验，对当前太阳能技术的发展在供电系统中的应用进行一定的分析，希望能够为电气工程技术人员提供一定的参考。瓜达尔机场项目围界18km的路灯在提供夜间照明的基本功能外，还需要为18km安防监控系统提供夜间补光之用，为项目的安全提供重要保障。由于电网电压不稳定，电压损耗较大，很难保证用电的稳定性，且设备的布置距离比较远，考虑项目所在地光照比较强，因此，路灯和安防监控系统的供电将采用太阳能光伏技术。

关键词：照明系统；监控系统；太阳能光伏技术

1项目简介

本项目位于巴基斯坦瓜达尔市中心东北方向约26km。建设内容包括飞行区、航站区工程、空管工程、生产辅助用房、公用配套设施以及家属区、学校、医院等附属设施，占地约18km2。气候条件是典型的马克兰海岸平原气候。全年大多数时候都是炎热的天气，日照较为强烈，靠近海边，腐蚀性较为严重，伴有沙尘天气，气候较为恶劣。出于安防考虑，本文所述工程前期需要在18km的围界安装576套路灯和156个监控点位的安防监控系统为项目报价护航。

2太阳能光伏技术在路灯和安防监控供电系统上的应用

2.1太阳能光伏技术供电原理

太阳光伏系统，是指利用光伏半导体材料的光生伏打效应而将太阳能转化为直流电能的设施。光伏设施的核心是太阳能电池板。用来发电的半导体材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅及碲化镉等。要把太阳辐射转化为可供使用的电力，需要一套完整的太阳能光伏系统。本项目所使用的太阳能供电，保证在特殊气象条件下独立3天×24h不间断供电。光伏组件连接太阳能控制器，太阳能控制器、智能管理DC-AC逆变器、储能站点分别连接配电空开，前端用电设备连接开关负载。光伏组件、太阳能控制器、智能管理DC-AC逆变器、数控单元等集成在太阳能配电及电池柜中。整体太阳能配电及电池柜具备防雷、接地、恒温、防腐蚀、防虫等功能，以保障整体设备的稳定运行。通过数控单元对太阳能供电系统进行整体远程管控和运维管理，实时监测光伏组件发电情况、储能站点储电情况、整体系统的供电电压、电流等实时管控、实时报警。

2.2太阳能光伏组件的防风做法

为了应对当地的大风天气，瓜达尔项目路灯照明系统采用的光伏板为150WP单晶硅,通过54000帕正面雪压，2400帕风压载荷测试，通过直径达35mm，速度97km/h的冰雹测试，光伏组件使用寿命大于25年。磷酸铁锂电池66A12.8V,电池充放电循环次数大于1500次，防水等级性能IP65。

3路灯的设计与安装

3.1路灯的设计

瓜达尔机场项目围界内巡场路照明采用双臂太阳能路灯单排布置，共计576套，设置在围界内，灯具安装间距30m，路灯挑臂长度为1.3m，采用太阳能光伏技术作为灯具用电电源供应，每套路灯配有一套独立完整的光伏组件供电系统。

3.2路灯抗风防腐处理

LED太阳能路灯灯体采用一次性压铸成型，表面静电喷塑处理，防护等级为IP65,应对项目所在地腐蚀性气候和沙尘天气。灯头采用高性能散热设计，上下对流散热技术，应对当地的高温天气，自动化双耦合结构设计，用以抵挡大风天气。太阳能路灯控制器采用的是IP67的防水等级，应对当地的沙尘天气。太阳能路灯灯杆高6m，灯杆主杆材质为Q345，灯杆抗剪强度满足要求，在强风下不会发生共振，灯杆强度能够满足安全要求。灯杆采用热镀锌、喷塑。镀锌层厚度≥100μm，喷涂厚度≥100μm，用以应对海边的腐蚀性气候。

3.3路灯的安装

由于路灯基础相同，混凝土基础采用集中预制的方法来降本增效。路灯基础放线定位后，采用两头忙机械进行基础开挖，夯实找平后进行基础吊装就位，回填后进行夯实处理。太阳能光伏组件安装支架上的锂电池、控制器、太阳能光伏组件三个部件，按先装太阳能控制器，再装锂电池，最后装太阳能光伏组的顺序进行。路灯挑臂及LED路灯头的组装，应先将LED路灯头装上挑臂后，再将挑臂固定在灯杆上的顺序完成。最后，将太阳能光伏组件安装支架套接在灯杆上进行初步固定，然后，将太阳能控制器与各部件联结完毕进行试灯操作，试灯正常即可进行吊装，将灯杆法兰盘固定在混凝土基础的地脚笼螺栓上。

4安防监控系统的设计与安装

4.1安防监控系统的设计

根据本项目特点和安防要求，考虑到供电方式、现场环境等因素，采用太阳能供电方式和数字视频网络监控系统，由高清网络枪式摄像机和高清网络高速球形摄像机二种机型组成，对项目四周巡场路18km周界及重点区域进行监控。（1）摄像机配置。沿项目周界设置153个监控点位，穿插布置在路灯的中间且错线摆放，避开视线遮挡，共计129台高清网络枪式摄像机、24台高清网络高速球形摄像机，设置如下：在每塔附近设置2根5.0m高杆，其上分别安装1台高清网络高速球形摄像机和2台高清网络枪式摄像机（枪机分别向左右两侧监视），瞭望塔间隔区间共有24处需补充监控站点。每监控站点附近一侧高杆上安装1台高清网络枪式摄像机，在相距约25m处设置另一高杆，高杆上安装1台高清网络枪式摄像机，两高杆摄像机相互交叉监视，以解决瞭望塔间隔区间过大的问题，保证无监控盲区。对于周界南、北、西南大门3个区域，在大门两侧各安装一根监控立杆，每根立杆顶部安装一台高清网络枪式摄像机，分别监控进出的人员和车辆。对于周界巡场路上的20个排水涵洞桥，每1台高清网络枪式摄像机安装在1根5.0m高杆上，枪机向涵洞口方向监视。（2）通信系统。视频监控信号采用光纤传输，在前端设备箱内配置接入层工业级光交换机，共计72台，工业级光交换机通过千兆光纤组成冗余环网，实现链路冗余备份，下联接入高清网络摄像机。控制室内配置2台核心、汇聚交换机，启用VRRP协议，达到双机热备的效果。通信系统接入层在各前端设备箱安装接入工业交换机，将现场前端工业交换机分为6个区域，组建6个接入环网，每个环网占用2芯光缆，每个环网的现场工业交换机组成工业环网以后通过其中2个站点分别接入2台汇聚交换机，网络架构图如图1。（3）监控系统中心配置。本项目围界安防监控系统工程范围即为枪机、球机、交换机、网管、网管服务器、解码器、电脑、显示器、太阳能供电系统、辅助配件等。周界监控摄像机连接到监控控制室内的安防系统平台。视频监控系统的148路高清网络摄像机信号，按要求进行15天录像存储。控制室内通过柴油发电机接入UPS不间断电源，保证机房设备不低于30min备电。

4.2安防监控系统的安装

（1）光缆敷设。由于光缆较长，光缆沟采用的是两头忙机械开挖和回填，局部机械不方便操作的地方采用人工开挖回填，过路穿镀锌钢管并浇筑混凝土保护，防止钢管走位割断光缆。光缆敷设采用光缆放线车与人工结合的方式，分段进行敷设，每个监控点位留有足够的富余量，为光纤熔接做准备。（2）设备安装。由于距离比较远，为了节省人力和车辆资源，将设备分类放在不同的车上，每队人负责将这些设备及配件分别放到各个监控点位，这充分体现了资源组织的能力。①监控杆基础就位后，准备一张桌子或者架子搭放监控杆，高度约1m，将避雷针固定安装在立柱顶部。②监控横臂采用螺丝固定后安装相关摄像头枪机和球机，注意设备保护工作。③把太阳能配电及电池柜摆放到立柱杆的固定高度位置，调整好距离，安装上控制柜抱紧。（3）设备吊装。①设备起吊前，一定要检查各部件固定情况，并查看设备和太阳能板是否有偏差，太阳能板正面朝南，并进行适当的调整。②将吊绳穿在立杆合适的位置，缓慢起吊设备。避免吊车钢丝绳划损电池板。③当杆起吊到地基正上方时，缓慢放下立杆，同时，旋转立杆，调整设备方向，法兰盘上的孔对准地脚螺栓。（4）光缆熔接。①光纤端面处理。光纤端面处理也称为端面制备，是光纤技术中的关键工序，主要包括剥覆、清洁和切割三个环节。端面质量直接影响光纤激光器的泵浦光耦合效率和激光输出功率。②光纤涂覆层的剥除。去除光纤涂覆层是光纤端面处理的第一步。可以用剥线钳和刀片两种方法进行剥除。当采用剥线钳剥除时，左手拇指和食指捏紧光纤，所露长度为5cm左右，余纤在无名指和小拇指之间自然打弯，防止打滑，剥线钳应与光纤垂直，上方向内倾斜一定角度，然后，用钳口轻轻卡住光纤，右手随之用力，顺光纤轴向平推出去；当采用刀片剥除时，首先，用浓硫酸浸泡3～5cm长的光纤端头1～2min，用酒精棉擦拭干净。左手捏紧光纤，持纤要平，防止打滑，右手用刀片沿光纤向端头方向，与光纤成一定倾斜角度，顺次剥除表面涂敷层聚合物材料。③包层表面的清洁。观察光纤剥除部分的包层是否全部去除，若有残留必须去掉，如有极少量不易剥除的涂覆层，可用棉球沾适量酒精，边浸渍，边擦除。将脱脂棉撕成层面平整的扇形小块，沾少许酒精，折成Ｖ形，夹住已剥覆的光纤，顺光纤轴向擦拭。④光纤端面切割。切割是光纤端面制备中最关键的步骤，精密优质的切刀是基础，严格科学的操作规范是保证。常用切刀有笔式切割刀和台式光纤切割刀。使用笔式切割刀切割光纤时，光纤放置在手指上，另一手持刀在距离端头5mm左右的位置处沿垂直光纤轴线方向切割光纤，然后轻轻将切除的端头取下。⑤光纤熔接。在把光纤放入熔接机Ｖ型槽时，要确保Ｖ型槽底部无异物且光纤紧贴Ｖ型槽底部。机器自动熔接机器开始熔接时，首先，将左右两侧Ｖ型槽中光纤相向推进，在推进过程中会产生一次短暂放电，接着会把光纤继续推进，直至光纤间隙处在原先所设置的位置上，这时熔接机测量切割角度，并把光纤端面附近的放大图像显示在屏幕上，纤芯/包层对准与端面制作一样直接影响熔接损耗，熔接机会在Ｘ轴Ｙ轴方向上同时进行对准，并且把轴向、轴心偏差参数显示在屏幕上,如果误差在允许范围内就开始熔接。由于光纤在连接时去掉了接头部位的涂覆层其机械强度降低，因此要对接头部位进行补强保护，可采用光纤热缩保护管保护光纤接头部位。将预先穿置光纤某一端的热缩管移至光纤接头处，使熔接点位于热缩管中间，轻轻拉直光纤接头，放入加热器内加热，醋酸乙烯内管熔化，聚乙烯管收缩后紧套在接续好的光纤上，由于此管内有一根不锈钢棒，不仅增加了抗拉强度，同时，也避免了因聚乙烯管的收缩而可能引起接续部位的微弯。⑥盘纤。盘纤是一门技术，科学的盘纤方法可使光纤布局合理、附加损耗小、经得住时间和恶劣环境的考验，可避免挤压。富余的光纤要尽量成大圆圈状盘，为后期维护留有余量，且不可小角度地折叠光纤，影响信号传输。

5太阳能供电系统的维护

为了保持最佳的长久的工作性能，每年进行两次以上项目的检查。确认控制器周围的气流不会被阻挡住，清除散热器上的任何污垢或碎屑。检查所有裸露的导线是不是因日晒，与周围其他物体摩擦、干朽、昆虫或鼠类破坏等导致绝缘受到损坏。需必要维修或更换导线。验证显示，及指示灯与设备操作相一致。请注意任何故障或错误显示必要时采取纠正措施。检查所有的接线端子，查看是否有腐蚀、绝缘损坏、高温或燃烧/变色迹象，拧紧端子螺丝。检查是否有污垢、筑巢昆虫和腐蚀现象，按要求清理。

6结语

在项目执行期间，本人作为机电经理，通过有效的资源组织，首先统一培训一批熟练工种，然后拆分成5组，各自带领队伍完成不同的安装环节，形成流水作业，提高了工作效率。由于当地的风沙较大且带有腐蚀性，在设备安装时，对设备及线缆要固定牢固，接头做好密封处理，做好防风、防沙及防潮处理。路灯及安防监控系统安装调试后，组织对值班技术人员进行培训，教会他们如何使用监控系统及保养技能，安排人员在监控室值班。结合当地的自然环境，采用太阳能光伏技术进行设备供电，利用路灯的夜间补光功能，充分地发挥了监控系统的作用，对周边地界进行有效的监控。

参考文献：

[1]李钟实.太阳能光伏发电设计施工与维护[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[2]王奕凡.LED路灯在道路照明中的应用分析[J].科技风.2018(16):187.

[3]罗军军.关于围界报警系统在机场空防安全防范中的应用[J].通信设计与应用.2015.8(37):37-38.

作者:张善武 单位:北京城建集团有限责任公司