無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器在核電廠照明中的應(yīng)用

潘微燕，　翟光中

上海潘登新電源有限公司　上海　200060

無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器在核電廠照明中的應(yīng)用

潘微燕，翟光中

上海潘登新電源有限公司上海200060

摘要：介紹了無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器在核電廠照明中的應(yīng)用，使用證明，該穩(wěn)壓器既能保證良好的照明質(zhì)量，又能延長(zhǎng)電光源的使用壽命，還能降低核電廠的自身用電率，是一種能產(chǎn)生多重效益的必要的照明安全節(jié)能控制方案。

關(guān)鍵詞：核電廠照明； 無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器； 交流穩(wěn)壓器電源

Abstract：This paper presents the application of non-contact lighting regulator for illumination in nuclear power plant. The practice proves that the regulator can ensure sound lighting quality, extend the service life of electric light source, reduce their electricity consumption rate in nuclear power plants, it is a necessary solution for lighting control featuring safe and energy saving and is capable to offer multiple benefits.

Key Words：Illumination in Nuclear Power Plant; Non-contact Lighting Regulators;

AC Stabilized Supply

核電是一種高效低碳的清潔能源，在減少環(huán)境污染、減少碳排放，以及國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整過程中正發(fā)揮越來越大的作用。目前，我國的核電方針也由原來的適度發(fā)展核電調(diào)整為積極推進(jìn)和發(fā)展核電，同時(shí)國家正式把核電和高鐵作為我國出口的兩張名片，體現(xiàn)了國家對(duì)核電發(fā)展的重視和認(rèn)可。

1核電廠照明安全與解決方案

照明是核電廠安全生產(chǎn)的重要組成部分，可靠高效的照明系統(tǒng)對(duì)于核電廠保障工作環(huán)境、提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益有著重大意義。現(xiàn)在的核電廠照明，雖然都已采用高壓鈉燈、金鹵燈等高效長(zhǎng)壽命光源，但有些區(qū)域的照明電壓偏高，過高的電壓會(huì)使電光源加速損壞，壽命大大縮短。同時(shí)，在核電廠中一些大型設(shè)備啟停操作時(shí)，照明電壓也會(huì)顯著波動(dòng)，并產(chǎn)生浪涌過電壓，這既會(huì)影響照明質(zhì)量，又會(huì)對(duì)電光源造成損害。

基于上述情況，在核電廠照明供電系統(tǒng)中，有必要采用交流穩(wěn)壓電源，給照明負(fù)載提供穩(wěn)定的額定電壓，這樣既能保證良好的照明質(zhì)量，又能延長(zhǎng)電光源的使用壽命，還能降低核電廠的自身用電率，是一種能產(chǎn)生多重效益的很好的解決方案。

核電廠和其它常規(guī)發(fā)電廠相比，有著一系列的特殊性，因此核電廠的設(shè)計(jì)、運(yùn)行等都有一系列嚴(yán)格的安全規(guī)范，必須遵守，核電廠的照明系統(tǒng)，同樣應(yīng)遵循相關(guān)安全規(guī)范。目前市場(chǎng)上的交流穩(wěn)壓電源，調(diào)壓電路大多是機(jī)械碳刷形式，如圖1所示。其調(diào)壓工作原理為： 伺服電機(jī)M通過鏈條帶動(dòng)碳刷在接觸式調(diào)壓器TT的線圈上移動(dòng)，調(diào)節(jié)穩(wěn)定輸出電壓。這種在主電路上采用帶電移動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)，不能滿足核電廠對(duì)于電氣設(shè)備的抗振要求；同時(shí)，在碳刷調(diào)壓中，碳刷磨損經(jīng)常需要維護(hù)更換，碳刷與調(diào)壓線圈接觸不良時(shí)容易產(chǎn)生火花，引起高頻干擾等，這些情況是機(jī)械碳刷交流穩(wěn)壓電源的明顯缺陷。

圖1　機(jī)械碳刷式交流穩(wěn)壓器主電路圖

上海潘登新電源公司生產(chǎn)的SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器，采用無觸點(diǎn)調(diào)壓技術(shù)，調(diào)壓器件為晶閘管模塊，整機(jī)無機(jī)械、無碳刷。無觸點(diǎn)調(diào)壓過程中，不會(huì)產(chǎn)生電弧火花。

2SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器的工作原理

SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器的主電路(其中一相)如圖2所示，它是采用補(bǔ)償式無觸點(diǎn)交流調(diào)壓技術(shù)，補(bǔ)償變壓器TB的副邊線圈串聯(lián)在主電路中，TB是調(diào)節(jié)輸入電壓Uin與輸出電壓Uout之間電壓差的主要部件。

圖2　SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器的主電路圖(其中一相)

由圖2可知，不計(jì)補(bǔ)償變壓器TB上的電抗壓降，有：

Uout=Uin±ΔU

(1)

式中：Uin為穩(wěn)壓器的輸入相電壓；Uout為穩(wěn)壓器的輸出相電壓；ΔU為穩(wěn)壓器一相的補(bǔ)償電壓。

主電路中的調(diào)壓變壓器TT有4個(gè)抽頭，連接了8個(gè)雙向晶閘管(S1、S3、S5、S7為左橋臂組，S2、S4、S6、S8為右橋臂組)。任何時(shí)候只能同時(shí)導(dǎo)通左右橋臂上的各一個(gè)雙向晶閘管，這樣就能根據(jù)輸入、輸出電壓的變化，控制左右橋臂上的雙向晶閘管形成不同的導(dǎo)通組合，來切換調(diào)壓變壓器TT的不同抽頭，給補(bǔ)償變壓器TB提供不同的原邊電壓，從而改變其副邊電壓(也即補(bǔ)償電壓)ΔU的大小和極性，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

如： 假定補(bǔ)償變壓器TB的變壓比為220/20V，當(dāng)輸入電壓Uin下降為200V時(shí)，控制S2、S7 2個(gè)晶閘管導(dǎo)通，就能使串聯(lián)在主電路中的補(bǔ)償電壓ΔU為+20V，抵消輸入電壓的下降值，使輸出電壓Uout仍保持在220V額定值。

當(dāng)輸入電壓Uin在200～220V之間時(shí)，可控制S4、S7導(dǎo)通，或S6、S7導(dǎo)通，使補(bǔ)償電壓ΔU為一合適的數(shù)值，抵消輸入電壓的下降值，將輸出電壓Uout穩(wěn)定在額定值。

當(dāng)輸入電壓Uin上升為240V時(shí)，控制S1、S8 2個(gè)晶閘管導(dǎo)通，就能使串聯(lián)在主電路中的補(bǔ)償電壓ΔU為-20V，抵消輸入電壓的上升值，使輸出電壓Uout仍保持在220V額定值。

無觸點(diǎn)調(diào)壓是利用晶閘管作為電壓調(diào)節(jié)換檔開關(guān)，晶閘管模塊不是工作在移相調(diào)壓狀態(tài)，而是工作在開關(guān)狀態(tài)，因而不會(huì)產(chǎn)生任何諧波。

圖3是SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器整機(jī)的原理框圖，該穩(wěn)壓器主要由補(bǔ)償電路、調(diào)壓電路、主控板、輸入采樣電路、輸出采樣電路、輸出控制電路、保護(hù)電路、旁路電路，以及浪涌防護(hù)器等單元組成。

圖3　SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器原理框圖

其工作過程為： 當(dāng)輸入電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，通過各采樣電路獲取反饋電壓，經(jīng)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較判斷，然后由主控板輸出控制信號(hào)，控制調(diào)壓電路中相應(yīng)的晶閘管模塊導(dǎo)通，使補(bǔ)償電路產(chǎn)生極性和大小不同的補(bǔ)償電壓，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。同時(shí)，主控板還對(duì)保護(hù)電路和輸出控制電路進(jìn)行控制，產(chǎn)生相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作和輸出控制動(dòng)作。

在SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器的輸入端還安裝了全模保護(hù)的浪涌防護(hù)器，能保護(hù)穩(wěn)壓器后端的照明設(shè)備，使其免受雷電及電網(wǎng)內(nèi)部浪涌過電壓的危害。

3SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器的主要功能

(1) 自動(dòng)穩(wěn)壓。采用補(bǔ)償式無觸點(diǎn)調(diào)壓方式進(jìn)行穩(wěn)壓；三相分別調(diào)節(jié)。

(2) 上電方式。照明穩(wěn)壓器設(shè)有“上電自動(dòng)輸出”和“上電手動(dòng)輸出”兩種方式供用戶選擇。

(3) 延時(shí)輸出。照明穩(wěn)壓器啟動(dòng)后，具有延時(shí)幾秒，待調(diào)節(jié)完成后才輸出電壓的功能。

(4) 過、欠壓保護(hù)。當(dāng)輸出電壓超出額定值約±10%時(shí)，照明穩(wěn)壓器將自動(dòng)轉(zhuǎn)旁路，并發(fā)出聲光報(bào)警。

(5) 故障保護(hù)。當(dāng)照明穩(wěn)壓器部件出現(xiàn)故障時(shí)，照明穩(wěn)壓器將自動(dòng)轉(zhuǎn)旁路，并發(fā)出聲光報(bào)警。

(6) 手動(dòng)旁路。照明穩(wěn)壓器可手動(dòng)轉(zhuǎn)旁路運(yùn)行。

(7) 報(bào)警、消音。照明穩(wěn)壓器進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)時(shí)，能發(fā)出聲光報(bào)警，并設(shè)有報(bào)警、消音選擇開關(guān)。

(8) 雷電浪涌保護(hù)。裝有全模保護(hù)40kA的浪涌防護(hù)器，可保護(hù)照明負(fù)載免受雷電及電網(wǎng)內(nèi)部浪涌過電壓的危害。

(9) 遠(yuǎn)程監(jiān)控(可選)。可加裝遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，以便監(jiān)測(cè)、監(jiān)控照明穩(wěn)壓器的運(yùn)行。

(10) 功率因數(shù)補(bǔ)償(可選)。高壓氣體放電燈的功率因數(shù)很低，用戶可選配功率因數(shù)補(bǔ)償系統(tǒng)，補(bǔ)償后功率因數(shù)可達(dá)0.9以上。

4SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器的安全性設(shè)計(jì)

為滿足核電廠安全性的要求，在SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器的控制電路中，部分重要電路增設(shè)了冗余部件，如“主控板”采用了并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)(兩塊主控板)。為保持冗余部件的獨(dú)立性，進(jìn)行了實(shí)體隔離和電氣隔離，以使得在一塊主控板發(fā)生故障時(shí)，該冗余部件能執(zhí)行所要求的功能。

為滿足核電廠防振安全性的要求，穩(wěn)壓器生產(chǎn)商在機(jī)柜設(shè)計(jì)與制作時(shí)，主要采取了以下措施。

(1) 采用機(jī)柜框架+加強(qiáng)筋的方式來增加機(jī)柜強(qiáng)度。

(2) 機(jī)柜框架采用對(duì)角線支撐結(jié)構(gòu)，從柜頂直至柜底座。

(3) 機(jī)柜儀表盤和部件機(jī)架，均固定在機(jī)柜框架的構(gòu)件上。

經(jīng)過這些措施，SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器通過了同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的防振檢測(cè)認(rèn)證。

5SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器對(duì)節(jié)約電能和延長(zhǎng)電光源使用壽命的作用

高壓氣體放電燈的工作特點(diǎn)為： 過電壓運(yùn)行時(shí)，電光源的工作電流也隨之增大，由電功率公式P=UIcosφ可知，隨著電壓、電流的增加，電光源的功耗也隨之增大。對(duì)于高壓氣體放電燈，大致可這樣來估算： 電壓上升5%，電流也會(huì)增加大約5%，則功耗將會(huì)增加約10%。

SBW5B無觸點(diǎn)照明穩(wěn)壓器可自動(dòng)將電光源的供電電壓穩(wěn)定在額定值，而在電網(wǎng)過電壓時(shí)，電光源的功耗也不會(huì)增加。此外，電光源如果過電壓運(yùn)行，隨著工作電流的增大，促使電弧管冷端溫度提高，所充金屬蒸氣的氣壓增高，耗能加大，氣體放電燈的壽命會(huì)大大縮短。因此，通過穩(wěn)壓器給電光源提供穩(wěn)定的額定電壓，也能使其使用壽命延長(zhǎng)，維護(hù)、更換費(fèi)用減少。

6結(jié)束語

穩(wěn)定的電壓有利于保證光源照度的穩(wěn)定，同時(shí)延長(zhǎng)光源的使用壽命。對(duì)于系統(tǒng)電壓偏高的場(chǎng)合，還能節(jié)約用電量。因此，對(duì)于照明系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)由同相同母線供電的情況下，為了避免大電機(jī)啟動(dòng)時(shí)因電壓波動(dòng)而引起光源照度的變化，同時(shí)避免照明系統(tǒng)發(fā)生短路故障影響工藝設(shè)備的正常運(yùn)行，可以考慮在照明系統(tǒng)安裝穩(wěn)壓器。因?yàn)榉€(wěn)壓器帶有短路和接地等保護(hù)，在照明系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，自動(dòng)斷開故障線路，能保證工藝設(shè)備的正常運(yùn)行。

文章編號(hào)：1674-540X(2015)04-038-03

中圖分類號(hào)：TM44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作者簡(jiǎn)介：第一 潘微燕(1980-)，女，本科，工程師，主要從事穩(wěn)壓器的維護(hù)工作，E-mail： 3674881@qq.com

收稿日期：2015年8月