基于光纖燈技術(shù)的防火防爆防觸電照明系統(tǒng)

司文躍 智勇軍 呂 杰 郝明佶

（國網(wǎng)河南省電力公司平頂山供電公司，河南平頂山467001）

0 引言

電力系統(tǒng)變電站照明，是變電運(yùn)維檢修及事故應(yīng)急處置工作的必備裝置。隨著我國照明技術(shù)的快速發(fā)展，變電站室內(nèi)照明裝置也逐步由白熾燈、日光燈更新為節(jié)能燈或LED燈。但是，變電站的防爆照明、安全電壓照明裝置內(nèi)仍然使用白熾燈，該技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于國內(nèi)照明技術(shù)發(fā)展水平，也與變電站的智能化、運(yùn)維一體化發(fā)展水平不相適應(yīng)。

1 變電站照明現(xiàn)狀

1.1 結(jié)構(gòu)復(fù)雜

一般變電站除常規(guī)照明外，主控制室、繼電保護(hù)室、通信機(jī)房、蓄電池室、高壓室、低壓室、電纜夾層、電纜隧道等生產(chǎn)場(chǎng)所，還配置有直流（或直流逆變）供電的照明事故照明裝置；蓄電池室、電纜夾層配置有防爆照明裝置，電纜夾層與電纜隧道等還有安全電壓照明裝置，可謂種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是一些老站照明回路及裝置老化嚴(yán)重，暗線故障反復(fù)檢修（圖1），運(yùn)維人員多次更替，照明回路圖紙涂改或丟失較多，隨著時(shí)間的推移，維護(hù)難度逐漸增大。

圖1 賈莊變電站電纜夾層防爆燈

1.2 維護(hù)量大

每座變電站有80～200盞燈，每個(gè)變電運(yùn)維班擔(dān)負(fù)8～12座變電站操作維護(hù)工作，真是力不從心（表1）。特別是防爆燈具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換一只防爆燈泡的時(shí)間是普通燈泡的好幾倍，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

1.3 潛在消防安全隱患

由于白熾燈、日光燈、節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)器、LED燈驅(qū)動(dòng)器及其回路長時(shí)間運(yùn)行，都會(huì)發(fā)生裝置老化發(fā)熱、短路、打火等現(xiàn)象，很難杜絕火災(zāi)安全隱患。

表1 賈莊變電站室內(nèi)照明情況統(tǒng)計(jì)表

1.4 潛在漏電安全隱患

由于白熾燈、日光燈、節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)器、LED燈驅(qū)動(dòng)器及其回路使用220 V電源，在維護(hù)工作中有漏電或觸電風(fēng)險(xiǎn)。

1.5 維修頻度大

白熾燈、日光燈、節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)器、LED燈驅(qū)動(dòng)器及其回路元件使用壽命短，故障率高，維護(hù)難度大，導(dǎo)致變電站維護(hù)成本高、亮燈率低。

綜上所述，變電站現(xiàn)有室內(nèi)照明系統(tǒng)種類繁多，維護(hù)量大，存在潛在消防及漏電安全隱患，特別是蓄電池室、電纜夾層等場(chǎng)所的防爆型安全電壓照明裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，亮燈率低，不能滿足無人變電站的安全生產(chǎn)要求。

2 光纖燈安全照明

光纖燈是一種新興的照明技術(shù)，它采用光纖（或光導(dǎo)管）直接將光能量傳輸?shù)焦饫w燈上，該光元件及光回路不會(huì)漏電、不會(huì)發(fā)熱、不會(huì)短路、不會(huì)打火，能夠有效杜絕人身觸電及火災(zāi)等安全隱患。目前國內(nèi)光纖燈技術(shù)的應(yīng)用主要分為兩類：一是陽光導(dǎo)入照明系統(tǒng)，局部應(yīng)用于室內(nèi)及地下室照明；二是電光源（鹵素?zé)簦┧囆g(shù)造型光纖在商場(chǎng)、舞臺(tái)的局部應(yīng)用。

我們研制的基于光纖燈技術(shù)的變電站安全照明裝置，主要由陽光導(dǎo)入光纖燈照明系統(tǒng)與激光燈導(dǎo)入光纖燈照明系統(tǒng)構(gòu)成，如圖2所示。前者節(jié)能、環(huán)保、安全，后者能夠有效彌補(bǔ)前者陰天、夜間照明缺失的不足，也可以單獨(dú)應(yīng)用（省去陽光導(dǎo)入裝置），達(dá)到簡(jiǎn)化照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低照明系統(tǒng)成本的目的。

圖2 賈莊變電纜夾層光纖燈安全照明裝置示意圖

2.1 陽光導(dǎo)入光纖燈照明

陽光導(dǎo)入照明系統(tǒng)由太陽光導(dǎo)入器、光纖、光纖燈構(gòu)成。其中，陽光導(dǎo)入器主要包括聚光組件、太陽定位傳感器、太陽跟蹤機(jī)械裝置、微機(jī)控制裝置、光伏電源、電源模塊，以及筒座、亞格力球罩等構(gòu)成的全密封結(jié)構(gòu)裝置，如圖3所示。

圖3 陽光導(dǎo)入照明裝置部件原理圖

（1）裝置平時(shí)由光伏電源供電（220 V電源備用），在微機(jī)全自動(dòng)太陽與地球自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)程序控制下，聚光組件、太陽定位傳感器、光伏電源等組件，一同在水平面（270°）與垂直面（180°全密封結(jié)構(gòu)）自動(dòng)跟蹤太陽光。

（2）聚光組件通過一組高性能凸透鏡的球面大范圍接收太陽光，將采集到的陽光壓縮提升15 000倍，達(dá)到陽光利用率的最高值，聚焦點(diǎn)陽光提升后達(dá)到高亮度，精確送入定位于透鏡焦點(diǎn)上的光纖入射口，傳導(dǎo)到光纖上。

（3）光纖（或?qū)Ч馄鳎⑻柟獾墓饽芰恐苯觽鬏數(shù)绞覂?nèi)光纖燈上，再由光纖燈將燈光匯聚后投射至室內(nèi)進(jìn)行充分大面積照明。

（4）陽光導(dǎo)入照明系統(tǒng)，通過聚光組件、光纖進(jìn)行二級(jí)紫外線、紅外線過濾，提供了無害陽光照明，滿足了蓄電池室、電纜夾層等場(chǎng)所的安全照明要求。

該太陽光導(dǎo)入照明系統(tǒng)，全自動(dòng)控制，不會(huì)耗電、不會(huì)漏電、不發(fā)熱、不打火、無電磁干擾、故障率低、節(jié)能環(huán)保，有效減少了照明場(chǎng)所的安全隱患。不足之處是系統(tǒng)成本高，陰雨天與夜間照明缺失。

2.2 激光燈導(dǎo)入光纖燈照明

為了克服陽光導(dǎo)入照明的不足，我們研制了專用激光燈光源裝置，主要由激光燈珠、燈珠散熱器、燈頭電極簧片、激光燈座、燈座環(huán)形電路板、燈座電源正極、燈座電源負(fù)極、直流電源及其管理模塊、光纖緊固件、殼體等構(gòu)成，如圖4所示。

圖4 電光源照明裝置結(jié)構(gòu)示意圖

（1）激光燈珠與燈珠散熱器、燈頭電極簧片構(gòu)成燈頭，與燈座之間為旋緊連接方式，便于維護(hù)更換激光源燈頭。

（2）在現(xiàn)場(chǎng)使用中，激光源有AC 220 V供電及備用電池（圖4），當(dāng)AC 220 V停電時(shí)有鋰電池自動(dòng)供電，也可以直接使用DC 12 V供電。

（3）激光燈型光源裝置裝在蓄電池室、電纜夾層等生產(chǎn)房間墻外，用光纖將光能輸入至光纖燈上（圖5），將變電站的安全電壓照明、防爆照明、事故照明、常規(guī)照明等多種系統(tǒng)整合為一套。同時(shí)，光纖穿墻體接在室內(nèi)的光纖燈上，同樣不會(huì)漏電、打火、發(fā)熱，具有防火、防爆、防潮、耐腐、節(jié)能環(huán)保功能。

圖5 激光燈光源裝置應(yīng)用情況

（4）激光燈光源裝置相對(duì)于陽光導(dǎo)入器具有成本較低、不受晝夜及天氣影響的優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于鹵素?zé)粜碗姽庠囱b置（光纖燈光源），具有功率小、流明大、方向性好、傳輸距離遠(yuǎn)、故障率低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

3 應(yīng)用效果

3.1 應(yīng)用情況

2016年6月，在220 kV賈莊變電站（1958年10月投運(yùn)）蓄電池室、電纜夾層應(yīng)用基于光纖燈技術(shù)的防火防爆防觸電照明系統(tǒng)進(jìn)行了改造，如圖6所示。2017年又相繼在220 kV葉縣變和110 kV西市場(chǎng)變推廣應(yīng)用，運(yùn)行情況良好。

3.2 應(yīng)用效果

（1）使用該裝置整合了原來的多種照明裝置，施工及維護(hù)便捷，不會(huì)發(fā)生發(fā)熱、漏電、打火現(xiàn)象，能夠防火、防爆、防觸電，節(jié)能環(huán)保，減少了潛在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，提高了安全技術(shù)水平。

圖6 光纖燈現(xiàn)場(chǎng)照明情況

（2）該裝置故障率低、節(jié)能效果明顯，以賈莊變電站為例，2年僅維修過1次，維修頻度減少了11次，降低了91.6%；年均耗電量268 kW·h，與2015年度相比節(jié)約電量2 420 kW·h，節(jié)能效果達(dá)到90%，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

光纖燈安全照明簡(jiǎn)化了變電站原來復(fù)雜的照明系統(tǒng)，提高了安全水平與經(jīng)濟(jì)效益，不僅在變電站具有推廣價(jià)值，在工廠、倉庫等重要安全生產(chǎn)場(chǎng)所都具有較大的推廣應(yīng)用前景。