基于光纖燈技術的防火防爆防觸電照明系統

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展，變電站室內照明裝置也逐步由白熾燈、日光燈更新為節能燈或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展水平，也與變電站的智能化、運維一體化發展水平不相適應。

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、節能燈驅動器、LED燈驅動器及其回路長時間運行，都會發生裝置老化發熱、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計表

1.4 潛在漏電安全隱患

由于白熾燈、日光燈、節能燈驅動器、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，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與激光燈導入光纖燈照明系統構成，如圖2所示。前者節能、環保、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），達到簡化照明系統結構，降低照明系統成本的目的。

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，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，全自動控制，不會耗電、不會漏電、不發熱、不打火、無電磁干擾、故障率低、節能環保，有效減少了照明場所的安全隱患。不足之處是系統成本高，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、常規照明等多種系統整合為一套。同時，光纖穿墻體接在室內的光纖燈上，同樣不會漏電、打火、發熱，具有防火、防爆、防潮、耐腐、節能環保功能。

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，不會發生發熱、漏電、打火現象，能夠防火、防爆、防觸電，節能環保，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年度相比節約電量2 420 kW·h，節能效果達到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，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。