葛洲壩電站應(yīng)急照明系統(tǒng)探索與發(fā)展

喻 葉

(中國長江電力股份有限公司葛洲壩電廠，湖北 宜昌 443000)

應(yīng)急照明是在正常照明系統(tǒng)因電源發(fā)生故障，不再提供正常照明的情況下,供人員疏散、保障安全或繼續(xù)工作的照明。

國內(nèi)現(xiàn)有的水電站因建造年代不同，其應(yīng)急照明系統(tǒng)所采用的光源和電源不盡相同。以筆者所在的葛洲壩電站為例，該電站興建于1971年5月，1972年2月停工，1974年10月復(fù)工，1988年12月全部竣工，總裝機(jī)容量271.5萬kW。首臺(tái)17萬kW機(jī)組于1981年7月30日投入運(yùn)行，至今已歷經(jīng)了38年的歲月。葛洲壩電站的應(yīng)急照明系統(tǒng)包含集中式供電應(yīng)急照明和分散式供電應(yīng)急照明[1]，共應(yīng)急照明系統(tǒng)的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了最原始的繼電器控制和UPS及EPS等現(xiàn)代控制技術(shù)，照明燈具也經(jīng)歷了一系列變化。

1 應(yīng)急照明形式簡(jiǎn)介

1.1 分散式供電應(yīng)急照明

這是一種獨(dú)立式供電，即每個(gè)應(yīng)急燈自帶備用蓄電池，在加載正常電源的情況下，處于浮充電狀態(tài)；正常電源切斷時(shí)，備用電源(蓄電池)自動(dòng)投入。

分散式供電優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單易施工，電源轉(zhuǎn)換迅速，線路故障無影響。

分散式供電缺點(diǎn)：燈具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電子元器件數(shù)量多，存在大量故障隱患點(diǎn)；投資大，持續(xù)照明時(shí)間受蓄電池容量大小的影響，維護(hù)管理工作量大，壽命較短。

適用于應(yīng)急燈數(shù)量不多且分散的場(chǎng)所，主要用于疏散照明。

1.2 集中式供電應(yīng)急照明

應(yīng)急照明燈具本身不帶蓄電池，正常照明電源故障時(shí)，由專用集中式應(yīng)急電源供電，滿足各種用電負(fù)載需求。

集中式供電的特點(diǎn)：所有燈具內(nèi)部復(fù)雜的電子電路被省掉了，只有集中電源部分有易損的電子元件，可靠性高；由于維護(hù)更便捷、蓄電池安裝環(huán)境更可控，蓄電池壽命提高；應(yīng)急燈具可選用普通燈具，降低成本。

適用于應(yīng)急燈負(fù)荷種類多，且較為集中的場(chǎng)所；主要用于事故照明。目前葛洲壩電站事故照明主要采用集中式供電的方式。

2 葛洲壩電站集中式供電應(yīng)急照明探索與發(fā)展

集中式供電應(yīng)急照明系統(tǒng)，基本原則：正常情況下由交流主供，當(dāng)主供電源失電的情況下，通過交直流切換裝置由直流系統(tǒng)給應(yīng)急照明燈具供電，確保事故狀態(tài)下必須的照明[2]。應(yīng)急照明系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)正確、快速切換，保證廠站內(nèi)事故情況下照明，給工作人員判斷、分析、處理事故提供可靠的照明環(huán)境至關(guān)重要。為滿足交直流切換方式的正確性和快速性，葛洲壩電站也進(jìn)行了不斷的探索與研究，其發(fā)展主要經(jīng)歷了以下3個(gè)階段：

2.1 繼電器控制交直流回路的切換

在建廠之初至2010年左右，葛洲壩電站應(yīng)急照明系統(tǒng)主要采用繼電器控制交直流回路切換的方式[3]。工作原理：正常情況下一段廠用電交流220 V給事故照明盤柜供電；當(dāng)一段廠用電消失，由檢測(cè)電壓繼電器動(dòng)作接通二段廠用電交流220 V導(dǎo)入事故照明盤柜；當(dāng)兩段交流廠用電都消失時(shí)，斷開交流回路，立刻導(dǎo)入廠外直流電，給事故照明盤柜供電。原理如圖1。

圖1 繼電器控制電源回路的切換原理圖

基于繼電器控制交直流回路的切換方式，存在的問題：

1)事故照明盤內(nèi)元器件多，故障點(diǎn)多，檢修維護(hù)工作量大；

2)元器件故障可能會(huì)引起電源回路切換失敗，以至交直流竄電，影響直流系統(tǒng)的穩(wěn)定；

3)輸出電源可能是交流也可能是直流，對(duì)應(yīng)急照明燈具的要求交直流兩用，燈具成本增加。

2.2 UPS控制交直流回路的切換

由于繼電器控制電源回路切換存在故障率高、不穩(wěn)定等問題；在2010年進(jìn)行大江GIS站改造時(shí)，葛洲壩電站開始使用UPS+大功率金鹵燈的應(yīng)急照明供電方式。

大江GIS室層高超過10 m，室內(nèi)照明采用了250 W大功率金鹵燈照明，為了保證事故情況下GIS室照度需求，應(yīng)急照明燈具也采用250 W金鹵燈照明。由于金屬鹵化物燈供電特殊性，其電源切換時(shí)間若大于5 ms，燈具會(huì)熄滅；熄滅后則需要燈具冷卻后才能再啟動(dòng)，其啟動(dòng)時(shí)間約10 min[4]，不能滿足事故情況下快速啟動(dòng)的要求，故應(yīng)急照明電源采用了切換時(shí)間為毫秒級(jí)的UPS供電。UPS工作原理如圖2。

圖2 UPS工作原理圖

UPS供電的特點(diǎn)：切換時(shí)間短，可以不間斷供電，只要逆變器不出故障，UPS是在線運(yùn)行的，即使交流電源故障切換至直流電源，也能保證輸出電源不間斷，符合負(fù)荷金屬鹵化物燈的供電要求[5]。

UPS供電存在的問題：UPS設(shè)計(jì)的供電負(fù)荷是計(jì)算機(jī)負(fù)荷，計(jì)算機(jī)負(fù)荷工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，而金屬鹵化物燈啟動(dòng)時(shí)需要較大的啟動(dòng)電流，容易導(dǎo)致UPS損壞。

2.3 EPS控制電源回路的切換

由于UPS抗沖擊能力較差，且隨著燈具的發(fā)展進(jìn)步，大功率LED技術(shù)已基本成熟，EPS系統(tǒng)的發(fā)展也日趨完善。2017年在進(jìn)行二江GIS站改造時(shí)，葛洲壩電站提出采用EPS+LED燈的應(yīng)急照明供電方式。

二江GIS室內(nèi)照明采用150 W大功率LED照明燈具，為了保證事故情況下GIS室照度需求，應(yīng)急照明燈具也采用150 W LED燈。LED燈在電源切換時(shí)，熄滅以后可以快速點(diǎn)亮，對(duì)于電源切換時(shí)間沒有很高的要求，故采用了容量大、造價(jià)低、抗沖擊能力強(qiáng)，但是電源切換時(shí)間為“秒”級(jí)的EPS裝置。EPS工作原理如圖3。

圖3 EPS工作原理圖

EPS電源的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，造價(jià)低，平時(shí)能耗小，無噪音，主機(jī)壽命長達(dá)15～20年。適用于電感性、電容性及綜合性負(fù)載，廣泛用于高層建筑和特殊應(yīng)急供電場(chǎng)合；但切換時(shí)間為秒級(jí)[5]。

3 廠站應(yīng)急照明配置建議及發(fā)展方向

就電廠而言，疏散照明還是建議采用自帶電源型應(yīng)急燈；高大廠房?jī)?nèi)事故照明則建議采用EPS電源+LED燈具。EPS在電源切換盡管是秒級(jí)，但是LED燈具是在熄滅后可以瞬間點(diǎn)亮的，不會(huì)出現(xiàn)掉電后再啟動(dòng)時(shí)間長的問題。只是LED燈具，目前還存在造價(jià)高、光效偏低等問題。

目前金鹵燈較之LED燈，更適合高大廠房的使用。金鹵燈具有光效高、壽命長、顯色性好、結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。在未來，隨著EPS逐漸發(fā)展，如果能做到切換時(shí)間滿足金鹵燈切換時(shí)間要求，應(yīng)急照明系統(tǒng)可采用EPS電源+金鹵燈；隨著LED燈具技術(shù)日趨成熟，LED目前存在的造價(jià)高、光效偏低等問題得到解決后，切換時(shí)間為“秒”級(jí)的EPS+LED燈具組成的應(yīng)急照明系統(tǒng)將得到更廣泛的應(yīng)用。