基于光纖燈技術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，是變電運維檢修及事故應急處置工作的必備裝置。隨著我國照明技術的快速發(fā)展，變電站室內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仍然使用白熾燈，該技術遠遠滯后于國內照明技術發(fā)展水平，也與變電站的智能化、運維一體化發(fā)展水平不相適應。

1 變電站照明現狀

1.1 結構復雜

一般變電站除常規(guī)照明外，主控制室、繼電保護室、通信機房、蓄電池室、高壓室、低壓室、電纜夾層、電纜隧道等生產場所，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、結構復雜，特別是一些老站照明回路及裝置老化嚴重，暗線故障反復檢修（圖1），運維人員多次更替，照明回路圖紙涂改或丟失較多，隨著時間的推移，維護難度逐漸增大。

圖1 賈莊變電站電纜夾層防爆燈

1.2 維護量大

每座變電站有80～200盞燈，每個變電運維班擔負8～12座變電站操作維護工作，真是力不從心（表1）。特別是防爆燈具結構復雜，換一只防爆燈泡的時間是普通燈泡的好幾倍，費時費力。

1.3 潛在消防安全隱患

由于白熾燈、日光燈、節(jié)能燈驅動器、LED燈驅動器及其回路長時間運行，都會發(fā)生裝置老化發(fā)熱、短路、打火等現象，很難杜絕火災安全隱患。

表1 賈莊變電站室內照明情況統(tǒng)計表

1.4 潛在漏電安全隱患

由于白熾燈、日光燈、節(jié)能燈驅動器、LED燈驅動器及其回路使用220 V電源，在維護工作中有漏電或觸電風險。

1.5 維修頻度大

白熾燈、日光燈、節(jié)能燈驅動器、LED燈驅動器及其回路元件使用壽命短，故障率高，維護難度大，導致變電站維護成本高、亮燈率低。

綜上所述，變電站現有室內照明系統(tǒng)種類繁多，維護量大，存在潛在消防及漏電安全隱患，特別是蓄電池室、電纜夾層等場所的防爆型安全電壓照明裝置，結構復雜、維修困難，費時費力，亮燈率低，不能滿足無人變電站的安全生產要求。

2 光纖燈安全照明

光纖燈是一種新興的照明技術，它采用光纖（或光導管）直接將光能量傳輸到光纖燈上，該光元件及光回路不會漏電、不會發(fā)熱、不會短路、不會打火，能夠有效杜絕人身觸電及火災等安全隱患。目前國內光纖燈技術的應用主要分為兩類：一是陽光導入照明系統(tǒng)，局部應用于室內及地下室照明；二是電光源（鹵素燈）藝術造型光纖在商場、舞臺的局部應用。

我們研制的基于光纖燈技術的變電站安全照明裝置，主要由陽光導入光纖燈照明系統(tǒng)與激光燈導入光纖燈照明系統(tǒng)構成，如圖2所示。前者節(jié)能、環(huán)保、安全，后者能夠有效彌補前者陰天、夜間照明缺失的不足，也可以單獨應用（省去陽光導入裝置），達到簡化照明系統(tǒng)結構，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 陽光導入光纖燈照明

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

圖3 陽光導入照明裝置部件原理圖

（1）裝置平時由光伏電源供電（220 V電源備用），在微機全自動太陽與地球自轉公轉程序控制下，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°全密封結構）自動跟蹤太陽光。

（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，達到陽光利用率的最高值，聚焦點陽光提升后達到高亮度，精確送入定位于透鏡焦點上的光纖入射口，傳導到光纖上。

（3）光纖（或導光器）將太陽光的光能量直接傳輸到室內光纖燈上，再由光纖燈將燈光匯聚后投射至室內進行充分大面積照明。

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

該太陽光導入照明系統(tǒng)，全自動控制，不會耗電、不會漏電、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 激光燈導入光纖燈照明

為了克服陽光導入照明的不足，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、燈座電源負極、直流電源及其管理模塊、光纖緊固件、殼體等構成，如圖4所示。

圖4 電光源照明裝置結構示意圖

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

（2）在現場使用中，激光源有AC 220 V供電及備用電池（圖4），當AC 220 V停電時有鋰電池自動供電，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，光纖穿墻體接在室內的光纖燈上，同樣不會漏電、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 激光燈光源裝置應用情況

（4）激光燈光源裝置相對于陽光導入器具有成本較低、不受晝夜及天氣影響的優(yōu)勢，相對于鹵素燈型電光源裝置（光纖燈光源），具有功率小、流明大、方向性好、傳輸距離遠、故障率低、壽命長等優(yōu)點。

3 應用效果

3.1 應用情況

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

3.2 應用效果

（1）使用該裝置整合了原來的多種照明裝置，施工及維護便捷，不會發(fā)生發(fā)熱、漏電、打火現象，能夠防火、防爆、防觸電，節(jié)能環(huán)保，減少了潛在的火災風險，提高了安全技術水平。

圖6 光纖燈現場照明情況

（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)能效果達到90%，提高了經濟效益。

4 結語

光纖燈安全照明簡化了變電站原來復雜的照明系統(tǒng)，提高了安全水平與經濟效益，不僅在變電站具有推廣價值，在工廠、倉庫等重要安全生產場所都具有較大的推廣應用前景。