城市道路照明LED灯具的维护与管理探索

胡宗潇

摘要：LED光源是人类照明历史上的第四次革命，凭借寿命长、光效高、光衰低等优点，近年来逐步发展成为主流照明光源。由于LED灯具在城市道路照明中应用时间较短，且其灯珠寿命长，LED灯具的主要故障是驱动电源故障。目前相关国家标准尚未对LED灯具驱动电源的输出规格进行统一规定，因此不同品牌驱动电源之间兼容性较差，这也掣肘了城市道路照明维护标准化的发展。以南京市城市道路功能照明LED灯具为例，现维护的LED照明灯具品牌杂、规格多，不同灯具使用的驱动电源品牌、规格、类型也不尽相同，维护时不易从外观判断驱动电源的类型、灯具匹配参数，甚至出现更换相同电源无法正常点亮灯具的情况，相关部门不得不大量增加备品备件，维护成本较高。因此探索LED灯具驱动电源维护方案不仅可以减少LED灯具维护的困难、增加维护便利性，同时能够加强城市道路照明标准化技术管理。

关键词：城市道路；照明LED灯具；维护与管理

引言

城市照明系统是社会公共服务的基础配套设施，城市化进程的加快使得城市照明系统的能源消耗量急剧增加，与能源日益短缺、温室效应明显的现实情况下提出的节能减排、绿色照明等号召背道而驰。同时，城市照明系统在管理方面存在如人工运维成本高、供电线缆盗窃现象屡禁不止等问题，增加了城市照明设施运维与管理的成本。当前，城市更新行动计划、智慧城市建设、城市智慧大脑平台构建等诸多项目与方案的推进、落实，使得城区范围内高度集成了5G基站、电子警察、高清摄像头等诸多智能化设备设施，成为推动城市照明系统运维、管理方式智慧化、智能化的重要发展契机。当前城市照明系统的节能化与智慧化尚未由量变进入到质变状态，节能与智慧化管控升级改造工作也尚未得到广泛普及与全面铺开。

1LED芯片寿命情况

在景观照明工程中，景观照明工程的质保期一般为2年，设计使用周期一般在５年左右，随之而来的是大批量的景观灯具的更换。产品质量良好的景观灯具达到5年以上的使用寿命是毫无问题的，但是从我们调研的情况看，很多城市景观照明工程中景观灯具的更换相对频繁，甚至存在未过质保期就进行更换的现象，这时的景观灯具并未完成使用寿命，在一定程度上造成了资源的浪费。以Cree公司的LED芯片实验数据作为参考，LED芯片使用5万小时后仅光衰至70%，若按景观灯具每天开启5小时计算，光源寿命可长达27年。虽然在实际使用过程中光源寿命受多种因素影响，例如环境温度、湿度、封装工艺等，但通常来说质量良好的LED光源使用寿命达到2万~3万小时是没问题的。

2LED驱动电源技术简介

LED(发光二极管)具有单向导电性，因此必须采用直流电或单向脉冲驱动。道路照明LED灯具的电能来源主要是由220V市电提供的，驱动电源是将220V市电经过电压调整、整流、滤波、稳压(或稳流)等环节转换为直流电，为LED提供工作电流。驱动电源按输出方式可以分为恒压驱动和恒流驱动，由于LED是电流型器件，恒流驱动相较于恒压驱动更适合LED。因此，目前多数LED道路照明灯具采用恒流型驱动电源。LED灯具按驱动电压分为低压驱动和高压驱动两种驱动模式。道路照明LED灯具的驱动电源通过不同电路结构对220V市电进行调整，其中低压驱动的LED灯具常用20～62V电压驱动(以南京市道路照明LED灯具为例统计)，相较于市电的压差较大，电压调整过程中的损耗较大，整体效率较低。而且，低压驱动的LED灯具驱动电流较大，线损随之增加，对驱动电源PCB板性能要求也更高，成本升高的同时也增加了驱动电源的故障率。因此，作为户外使用产品的LED道路照明灯具基本采用高电压低电流的驱动模式。综上，虽然LED道路照明灯具投用年限较短，早期可靠性较差，但是近年来LED技术发展迅速，尤其是驱动电源技术，行业已经积累一定的经验。对于LED户外应用场景而言，道路照明LED灯具采用恒流驱动电源以高电压低电流输出的驱动模式，是一种可靠的技术方案。

3城市照明节能及智慧化管控需求

当前大部分城市道路沿线的公共基础设施多以单杆专用的方式布设，如电子警察、高清摄像头、路灯、路标与警示牌、通信设施等均有相对独立的线杆，线杆中公共基础设施设备的集成度较低，致使线杆重复建设，各公共设施之间存在信息孤岛，各类建设成本与运维成本成倍增加。“十四五”规划纲要中对智慧城市建设与治理模式提出了具体指示，强调应充分运用数字化、信息化技术提高城市管理的效率、提升城市环境的宜居度。在城市照明系统中，已然出现了多杆合一的智慧灯杆，其上集成了照明灯具、通信设备、监控设施、交安设施、环境监测及标识标牌等，多功能设备设施的挂载与集约化使得城市照明系统的照明、通信、故障报警、远程监控等成为可能，为城市照明节能及智慧化管控提供软硬件基础。

4城市道路照明LED灯具的维护与管理探索

4.1施工维护一体化养护模式

目前国内个别地市的景观亮化工程采用施工及后续维护一体化的模式进行养护，由施工单位直接负责后期维保工作，后期维护费用较低，每年维护费仅为工程造价的1%~2%。由于施工单位对工程各施工环节、设备最为熟悉，能快速处理各种故障，减少试错成本，很大程度上能节约经费开支。但由于工程施工单位与专业养护单位在人员结构、内部管理模式上存在区别，日常保障、应急能力欠缺，同时该模式对灯具质量要求较高，否则容易出现施工单位后续维护毁约的情况。

4.2城市物联网建设

城市照明系统的智慧灯杆上搭载了众多用电设备设施，包括高清摄像头、环境监测传感器、灯具等，上述用电设备利用智能监控终端进行统筹管理，实现对环境数据、交通流量数据、设备运行数据等的实时采集。构建高度集成以太网、RS232、RS485等多种接口的智能网关，更好地适配城市照明节能与智慧化管控系统中各类设备设施的联网传输与共享，以便于各类前端用电设施设备高效接入到有线网络或无线网络场景中，实现信息传输与资源共享。

4.3LED驱动电源维护方案

LED道路照明灯具驱动电源推荐技术要求解决了未来新投入使用的道路照明灯具问题，但是存量使用的LED道路照明灯具维护仍无法解决驱动电源品牌多、不易判别驱动电源类型及灯具匹配参数等难题，因此探索一种操作性强、标准化高的驱动电源维护方案具有非常高的研究价值。由于LED推广应用至今仍在不断迭代升级，现在使用的LED道路照明灯具不仅存在相同功率的驱动电源规格不同的情况，还存在LED灯珠驱动模式不同的问题，因此LED灯具驱动电源维护推荐方案需充分考虑存量使用的LED灯具情况，对不同驱动模式的LED灯具维护进行区分。

结束语

由于照明设施与照明控制技术限制，传统城市照明系统缺乏现代化、信息化技术，照明路灯启闭、亮度调节、路灯运维养护等作业均有赖于人工或半机械，数字化技术依托物联网、软件系统、大数据平台等对城市照明系统的环境数据与设备运行状态数据采集、数据传输、数据组织与管理、照明设施智能化控制等流程进行自动化升级，随着“双碳”政策的推行、绿色智慧城市的发展，LED照明使用体量成倍增长，后期维护的工作量也随之增加。而驱动电源作为LED灯具较为薄弱的环节，是目前LED灯具后期维护的重点工作。因此，需要通过已发现的问题分析LED灯具驱动电源维护的需求，并以此为基础，形成对LED灯具驱动电源进行统一要求。本文提出的LED驱动电源推荐技术要求及LED驱动电源维护推荐方案已开始试点应用，有效地减少了维护的备品备件种类，规避了不同品牌兼容性差的问题，降低维护成本，增加维护便捷性。

参考文献

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