航天測(cè)試廠房照明系統(tǒng)施工可靠性研究

蓋泳伶，吳亮，馬超，鄭如意，梁騫，劉文科

（中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，酒泉 732750）

引言

近年來，隨著航天事業(yè)的發(fā)展，航天測(cè)試廠房使用率逐年提升。航天測(cè)試廠房的照明系統(tǒng)可靠性是保障航天測(cè)試工作順利開展、提高航天任務(wù)效率和保護(hù)航天工作人員健康的重要措施。航天測(cè)試廠房投入使用數(shù)十年來，照明環(huán)境系統(tǒng)可靠性出現(xiàn)了不同程度下降，需要進(jìn)行照明環(huán)境系統(tǒng)施工，提高可靠性。本文以廠房照明環(huán)境施工可靠性為研究?jī)?nèi)容，根據(jù)現(xiàn)有條件通過計(jì)算仿真確定燈具選型數(shù)量和布置位置，確定電纜的選型，制定照明環(huán)境施工的施工流程，建立照明環(huán)境施工的安全和質(zhì)量控制措施。

1 照明系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

航天測(cè)試廠房用于衛(wèi)星等航天器的裝配、測(cè)試加注等工作。航天測(cè)試廠房是單體廠房，廠房?jī)?nèi)的照明環(huán)境燈具主要分布在頂部，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)場(chǎng)所要求，照度不低于300 lx，根據(jù)這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)開展可靠性研究，保證照度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

某廠房尺寸長34 m 寬27 m 高25 m。根據(jù)廠房的內(nèi)部裝飾材質(zhì)，廠房頂棚的反射比ρc=70 %，墻壁的反射比ρw=50 %，地板的反射比ρw=20 %，照明環(huán)境設(shè)計(jì)如下[1]：

1.1 燈具可靠性選擇分析

依據(jù)GB 50034-2004 建筑照明環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，燈的光源一般選擇高壓氣體放電燈，結(jié)合測(cè)試廠房要求，光源選擇金屬鹵化物燈，層高在10 m 以上的可采用（250~1 000）W 高壓氣體放電燈，結(jié)合燈具的質(zhì)量、壽命和重量等綜合因素考慮，選用400 W 金鹵燈（MH 氣體放電燈），光通量為32 000 lm，配節(jié)能電感鎮(zhèn)流器（功率10 w），功率因數(shù)>0.9，顯色指數(shù)Ra>70 以上，外殼防護(hù)IP65，防腐等級(jí)WF2，接口采用航空插頭，平均使用壽命不低于20 000 h，燈體材質(zhì)選用壓鑄合金和玻璃燈罩，防水密封圈材質(zhì)為硅橡膠；燈具應(yīng)可靠接地，并有防漏電、觸電措施[2]。

1）計(jì)算室空間比RCR

燈具的吊裝高度為25 m，工作面高度取0.85 m，因此燈具的計(jì)算高度Hrc=25-0.85=24.15 m。則空間比RCR為：

式中：

RCR—室空間比；

L—廠房長度，m；

W—廠房寬度，m；

Hrc—燈具在工作面以上的高度，m。

則室形系數(shù)RI 為：

式中：

RI—室形系數(shù)；

L—廠房長度，m；

W—廠房寬度，m；

Hrc—燈具在工作面以上的高度，m。

廠房是用于航天試驗(yàn)產(chǎn)品裝配的場(chǎng)所，對(duì)配光的合理性有一定的要求，要充分提高光的利用率。RCR 值較小時(shí)選用寬配光類型的燈具，RCR 較大時(shí)選用中配光或窄配光的燈具，寬配光的光會(huì)在空中損失，地面照度不能滿足需求。根據(jù)RCR 選擇配光種類具體見表1，高頂燈為窄配光，因此廠房需要選用高頂燈[3]。

表1 燈具配光類型的選擇

2）確定燈具的利用系數(shù)和維護(hù)系數(shù)

燈具的利用系數(shù)是指從照明環(huán)境燈具放射出來的光束有百分之多少到達(dá)地板和作業(yè)臺(tái)面,所以與照明環(huán)境燈具的設(shè)計(jì)、安裝高度、房間的大小和反射率的不同相關(guān),照明環(huán)境率也隨之變化。根據(jù)《照明環(huán)境設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版第4 章，根據(jù)廠房頂棚的反射比ρc=70 %，墻壁的反射比ρw=50 %，地板的反射比ρw=20 %，室內(nèi)空間比RCE=8.02，查利用系數(shù)表后廠房的利用系數(shù)u 取值范圍在0.37[4]。

維護(hù)系數(shù)K 是指伴隨著照明環(huán)境燈具的老化，燈具光的輸出能力降低和光源的使用時(shí)間的增加，光源發(fā)生光衰；或由于房間灰塵的積累，致使空間反射效率降低，致使照度降低而乘上的系數(shù)。儀器儀表裝配間電子元器件裝配間檢驗(yàn)室等場(chǎng)所環(huán)境你污染特征為清潔，燈具最少擦拭次數(shù)為每年2 次，維護(hù)系數(shù)值取0.8，航天測(cè)試廠房屬于清潔場(chǎng)所，因此維護(hù)系數(shù)K 取0.8。

燈具的光通量

3）計(jì)算燈具的數(shù)量，確定燈具的布置方案[4]

400 W 金鹵燈（MH 氣體放電燈），光通量為32 000 lm，考慮到燈具保護(hù)罩和防眩暈措施，經(jīng)積分球儀器測(cè)試，燈具的光通量為φ=20 646 lm。

根據(jù)航天測(cè)試廠房的作業(yè)要求，平均照度Eav=300 lx，則燈具的數(shù)量為：

式中：

N—燈具數(shù)量，盞；

Eav—廠房平均照度，lx；

A—廠房面積， m2；

φ—400 W 燈具的光通量，lm；

u—利用系數(shù)；

K—維護(hù)系數(shù)。

根據(jù)航天測(cè)試廠房的結(jié)構(gòu)，縱向分布8 路，間距4.25 m，考慮到廠房頂部橫跨了橋吊，燈具橫向分布由5路增加至6 路，間距4.5 m，所以選用48 盞燈具，具體見圖1。

圖1 航天測(cè)試廠房燈具布置圖

4）計(jì)算實(shí)際照度值[4]

式中：

N—燈具數(shù)量；

Eav—廠房平均照度；

A—廠房面積；

φ—400 W 燈具的光通量；

u—利用系數(shù)；

K—維護(hù)系數(shù)。

通過計(jì)算可以看出，平均照度為319.5 l>300 lx，滿足廠房照度要求，燈具照明的可靠性得到保證。

5）采用DIAlux 軟件仿真[5]

本文選取的NGC9810 高頂燈，單個(gè)燈具的光通量為32 000 lm，圖2 為該燈具的配光曲線圖。

圖2 燈具的配光曲線圖

按照已確定的燈具布置方案，將燈具配光曲線圖導(dǎo)入到DIALux 軟件中進(jìn)行軟件仿真，得到航天測(cè)試廠房平面等照度圖如圖3 所示。

圖3 航天測(cè)試廠房燈具布置的等照度圖

根據(jù)DIALux 軟件中進(jìn)行軟件仿真，工作面的最小照度為303 lx，工作面各區(qū)域照度均大于300 lx，與理論計(jì)算值相符，燈具照明可靠性得到驗(yàn)證。體照度數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 燈具配光類型的選擇

6）分析燈具固定可靠性

航天器測(cè)試廠房為航天產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試的場(chǎng)所，所放置的產(chǎn)品設(shè)備要嚴(yán)格保護(hù)，放置出現(xiàn)磕碰，因此在燈具的固定方式一定要牢固可靠。燈具在廠房頂部采用吸頂式固定，采用雙螺母方式，燈具外殼具有防脫落螺絲緊固，外加防墜鏈設(shè)計(jì)，降低燈具維修時(shí)脫落隱患，提高可靠性，防止出現(xiàn)墜落[5]，具體見圖4。

圖4 400 W 金鹵高頂燈

1.2 電纜可靠性選型分析

頂部燈具采用400 W 高頂燈，共48 盞，分4 個(gè)回路控制，則每1 回路的功率為（燈泡400 W，配節(jié)能電感鎮(zhèn)流器10 W）：

式中：

P—回路總功率；

n—燈具數(shù)量；

Pe2—燈具和節(jié)能電感整流器的功率和。

照明環(huán)境線路電流為：

其中：

P—回路總功率；

U 電壓取220 V，cosφ—功率因數(shù)，根據(jù)選型的燈具取0.85。

常用電纜分為YJV 型、RVV 型、BVR 型、BV 型和ZR-YJV 型。YJV 型全稱交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，能承受一定的敷設(shè)牽引力，可用于室內(nèi)架設(shè)、穿管和埋在地下土壤中。RVV 型全稱銅芯聚氯乙烯絕緣氯乙烯護(hù)套軟電纜，俗稱軟護(hù)套線，線芯為銅質(zhì)多芯電纜較松軟，常用于控制線、信號(hào)線、語音傳輸線和家庭照明環(huán)境連接線。BVR 型全稱銅芯聚氯乙烯絕緣軟護(hù)套電線，是多股電纜，每股線芯為銅質(zhì)單芯，常用于控制線、二次線。BV 型電纜全稱為銅芯聚氯乙烯絕緣電線，為單芯銅線，比較硬，一般常用于室內(nèi)供電。ZR-YJV 型為阻燃交聯(lián)聚乙烯電纜，可承受高溫達(dá)125 ℃，具有一定阻燃性，可用于安全要求高的場(chǎng)所[5]。

根據(jù)航天發(fā)射廠房高頂燈要求，采用三相配電，每相配電電流不超過30 A，分相負(fù)載盡量保持平衡，測(cè)試廠房對(duì)電纜可靠性要求高，要具有阻燃性，且壽命長不易老化，因此頂部照明環(huán)境燈具采用ZR-YJV-0.6/1 kV-3×4 mm2型船用電纜，安全載流量約為35 A ≥I=24.3 A，符合要求[6]。

2 照明系統(tǒng)施工可靠性措施

2.1 產(chǎn)品質(zhì)量

1）檢查產(chǎn)品對(duì)應(yīng)合格證及檢定報(bào)告。在照明環(huán)境施工前，對(duì)照明環(huán)境施工所使用的第三方產(chǎn)品按照《施工方案》要求進(jìn)行檢查，對(duì)定制的燈具、開關(guān)、插座、插頭及對(duì)應(yīng)型號(hào)電纜檢查是否有出廠合格證。產(chǎn)品進(jìn)場(chǎng)后，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢查驗(yàn)收。由相關(guān)材料負(fù)責(zé)人對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料進(jìn)行對(duì)應(yīng)的合格證及各項(xiàng)鑒定報(bào)告進(jìn)行檢查，確保所使用的材料經(jīng)過專業(yè)部門檢定，保證在后續(xù)的使用過程中產(chǎn)品安全可靠。

2）燈具外觀及通電試驗(yàn)檢查。航天測(cè)試廠房采用的是400 W/NGC9810 高頂燈金鹵燈具，材料進(jìn)場(chǎng)后，由專業(yè)技術(shù)人員對(duì)進(jìn)場(chǎng)的兩種型號(hào)燈具進(jìn)行逐個(gè)通電試驗(yàn)檢查，檢查燈具是否存在色溫差異，對(duì)發(fā)現(xiàn)問題的要協(xié)調(diào)廠家進(jìn)行及時(shí)更換，要確保每盞燈具進(jìn)場(chǎng)時(shí)運(yùn)行狀況良好，同時(shí)對(duì)燈具外觀完好性結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性進(jìn)行檢查，確保燈具外觀狀況良好，結(jié)構(gòu)牢固可靠。

3）電纜檢查。航天測(cè)試廠房主要采用的電纜型號(hào)為ZR-YJV3×4 mm2，由技術(shù)人員主要對(duì)進(jìn)場(chǎng)電纜的檢定合格證明進(jìn)行檢查，并截取一段電纜進(jìn)行電纜的絕緣情況、線芯含銅量、絕緣皮厚度、護(hù)套厚度和外觀等情況進(jìn)行檢查，確保進(jìn)場(chǎng)電纜經(jīng)過專業(yè)部門檢定，電纜質(zhì)量可靠。

2.2 安裝工藝

安裝程序。先進(jìn)行整個(gè)控制線路的檢測(cè)與維護(hù)，包括電源開關(guān)確定、開關(guān)性能檢測(cè)及校準(zhǔn)、各個(gè)回路導(dǎo)線絕緣性能測(cè)試、線路相序標(biāo)識(shí)等。所有燈具與原來線路出線管連接時(shí)，要求采用金屬軟管作導(dǎo)線防護(hù)。嚴(yán)格按照燈具說明書電路連接圖進(jìn)行連接，接頭標(biāo)識(shí)，按標(biāo)識(shí)套管顏色區(qū)分。連接點(diǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)絞接方式，接頭采用絕緣膠帶包扎后套熱縮管防護(hù)，防護(hù)套管采用熱縮管。人員安裝作業(yè)采用搭設(shè)腳手架、借助鋼結(jié)構(gòu)和廠房吊車等與保險(xiǎn)帶進(jìn)行作業(yè)，吸頂燈通過膨脹螺栓進(jìn)行固定，每個(gè)固定孔都要進(jìn)行緊固，不能出現(xiàn)遺漏，并對(duì)固定的燈具要進(jìn)行測(cè)試[7]。

燈具固定完后，對(duì)原有線路進(jìn)行零火校定，確定零火準(zhǔn)確無誤后檢查線路狀況是否完好，對(duì)不完好的線路進(jìn)行損壞部位剝除，并連接新線，連接部位采用絕緣-防水-絕緣三層防護(hù)，并使用波紋軟管進(jìn)行防護(hù)。而后將連接線由燈具進(jìn)線口接入，波紋軟管與燈具進(jìn)線口使用絕緣膠帶進(jìn)行防護(hù)包扎，引入線包括火線（紅色）、零線（藍(lán)色）、地線（黃綠相間）三根，分別與燈具對(duì)應(yīng)接口進(jìn)行連接，其中地線引出后連接鍍鋅線鼻，于燈具固定螺栓處另使用螺栓進(jìn)行壓緊接地，具體見圖5、6。

圖5 燈具內(nèi)部線路

圖6 燈具接地連接

2.3 系統(tǒng)測(cè)試

燈具安裝、線路檢查校準(zhǔn)完成后，進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)，確認(rèn)供電制式、N 線連接、PE 線連接、控制程序正確，確保工藝水平符合規(guī)范要求。驗(yàn)收工作應(yīng)由專家組成員、使用單位和質(zhì)量監(jiān)督人員共同確認(rèn)并簽字認(rèn)可后，進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試階段。調(diào)試的主要檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：電源開關(guān)控制滿足方案設(shè)計(jì)要求；燈具滿足使用說明要求；三相電流不平衡度符合供配電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；開關(guān)、導(dǎo)線溫升符合設(shè)計(jì)要求。動(dòng)態(tài)運(yùn)行調(diào)試，對(duì)照明環(huán)境系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行48 h 考核，并對(duì)廠房的光照度采用照度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，達(dá)到平均照度300 lx 的標(biāo)準(zhǔn)[8]。

3 施工質(zhì)量控制

3.1 注意安全責(zé)任分工

在施工前，要明確各自人員的安全職責(zé)，簽訂安全承諾書，確保人員對(duì)各自安全職責(zé)掌握清楚。安全責(zé)任制要通過安全領(lǐng)導(dǎo)小組去落實(shí)，安全小組中要選用技術(shù)成熟、經(jīng)驗(yàn)豐富的人員作為安全員，明確安全員的職責(zé)、監(jiān)督范圍、內(nèi)容和所管理的人員，安全員要跟隨照明環(huán)境施工的全過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并制止出現(xiàn)的安全隱患苗頭。在擔(dān)任安全職責(zé)的人員發(fā)生變動(dòng)后要及時(shí)安排人員補(bǔ)位，確保管理責(zé)任劃分無漏項(xiàng)缺項(xiàng)，在安全職責(zé)劃分后要到現(xiàn)場(chǎng)查看運(yùn)行的情況，對(duì)于一些界限不明確的地方要現(xiàn)場(chǎng)明確，避免互相推諉的問題出現(xiàn)。

3.2 注意高空作業(yè)安全

照明環(huán)境施工是在廠房頂部進(jìn)行，距離地面24 m 高，屬于高空作業(yè)，必須高度重視作業(yè)安全，防止人員墜落。施工時(shí)由安全員負(fù)責(zé)監(jiān)督每個(gè)作業(yè)過程的安全措施，人員進(jìn)入高空作業(yè)區(qū)域，必須帶安全帶并由安全員對(duì)安全帶連接位置進(jìn)行確認(rèn)，連掛可靠方可作業(yè)。借助吊車作業(yè)時(shí)必須與吊車相應(yīng)的結(jié)構(gòu)件可靠連接安全帶。登高作業(yè)或在平臺(tái)上安裝燈具時(shí)，必須采取可靠的登高設(shè)施并有專人防護(hù)監(jiān)督。懸掛作業(yè)梯等操作，作業(yè)梯必須選擇并通過確認(rèn)能夠承載相應(yīng)重量的結(jié)構(gòu)梁、其它結(jié)構(gòu)。安全帶不能與懸掛作業(yè)梯連接，應(yīng)當(dāng)掛在其他鋼結(jié)構(gòu)體作為負(fù)重體。

3.3 注意作業(yè)用電安全

照明環(huán)境系統(tǒng)施工時(shí)由安全員負(fù)責(zé)監(jiān)督每個(gè)作業(yè)過程的安全措施。進(jìn)入作業(yè)區(qū)前，首先由安全監(jiān)督小組組長召集所有操作人員進(jìn)行安全用電分析會(huì)，確認(rèn)各個(gè)作業(yè)區(qū)域電源開關(guān)位置。操作人員對(duì)所屬區(qū)域的線路進(jìn)行驗(yàn)電，確認(rèn)停電后對(duì)電源開關(guān)輸出端導(dǎo)線采取分離措施并記錄。由施工技術(shù)負(fù)責(zé)人監(jiān)督每一項(xiàng)施工過程中發(fā)生的技術(shù)性問題。例如，調(diào)試過程中的送電、停電誤操作、線路連接過程中錯(cuò)誤接線、作業(yè)程序錯(cuò)誤等。監(jiān)督人員必須與操作人員詳細(xì)交待每一項(xiàng)操作的作業(yè)程序及檢驗(yàn)方法。

3.4 注意系統(tǒng)質(zhì)量控制

照明環(huán)境施工時(shí)要成立質(zhì)量控制小組，質(zhì)量控制小組應(yīng)作業(yè)單位、使用單位和技術(shù)控制單位的人員組成，人員分工明確職責(zé)清楚，在照明環(huán)境施工的全程跟蹤，指導(dǎo)作業(yè)單位開展“回想”和“預(yù)想”。在照明環(huán)境施工的全程中，要利用班會(huì)和轉(zhuǎn)階段時(shí)開展質(zhì)量教育，提高人員質(zhì)量意識(shí)，對(duì)“照度”、“扭矩”、“電壓”、“電流”、“電阻值”等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于問題要及時(shí)復(fù)查整改。對(duì)照明環(huán)境施工中的質(zhì)量問題，要及時(shí)組織專家現(xiàn)場(chǎng)討論查看并進(jìn)行“歸零”，對(duì)“歸零”結(jié)論進(jìn)行簽批，作業(yè)單位要深入開展“舉一反三”，確保后續(xù)作業(yè)質(zhì)量安全可靠。

4 驗(yàn)收

經(jīng)過10 天左右的運(yùn)行考核，對(duì)照明系統(tǒng)建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)可靠性進(jìn)行驗(yàn)收。施工單位準(zhǔn)備好相關(guān)驗(yàn)收材料，驗(yàn)收材料包括開工報(bào)告、施工報(bào)告、竣工報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙、燈具電纜等產(chǎn)品合格證等所有相關(guān)技術(shù)文件。由施工單位組織相關(guān)技術(shù)人員、質(zhì)量監(jiān)督單位和使用單位代表組織驗(yàn)收。經(jīng)驗(yàn)收，照明系統(tǒng)燈具、電纜運(yùn)行可靠性滿足航天測(cè)試廠房要求，平均照度為342 lx，滿足照度要求，航天測(cè)試廠房照明系統(tǒng)施工安全可靠。

5 結(jié)語

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合航天測(cè)試廠房需求，按照照明環(huán)境設(shè)計(jì)理論進(jìn)行航天測(cè)試廠房照明系統(tǒng)建設(shè)可靠性研究。通過數(shù)學(xué)計(jì)算仿真軟件應(yīng)用，進(jìn)行了燈具、電纜選型可靠性設(shè)計(jì)，制定了施工材料、施工質(zhì)量控制措施，提高系統(tǒng)可靠性。最后系統(tǒng)運(yùn)行考核，廠房燈具分布合理、安裝可靠，電纜選型合理、連接可靠，施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)照明系統(tǒng)運(yùn)行可靠，有效保障了航天測(cè)試工作的安全性和舒適性，為同類型廠房照明系統(tǒng)施工可靠性研究提供了方法。