“華龍一號”主控室照明系統設計

徐迎秋，路進軍

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

主控室照明關系到操縱員的身心健康、工作效率，其設計應滿足核電廠主控室人因工程的要求，同時兼顧有限室內空間的照明品質、照明形式及經濟合理性。“華龍一號”主控室照明系統為主控室提供正常照明和應急照明。本文介紹了主控室照明質量要求、照明燈具及光源的選擇、抗震設計以及供電電源的配置，重點闡述了照明設備抗震等級的優化、供電電源配置的多樣性以及增設的72 h安全照明特點。

1 設計思路及理念

“華龍一號”主控室照明滿足 HAF 102—2016《核動力廠設計安全規定》對照明系統的要求，遵照GB 50034《建筑照明設計標準》中的強制性條文，依據 Q/CNNC HLBZ DB 1—2019《“華龍一號”核電廠照明設計要求》進行設計。主控室是無窗構筑物，照明設計滿足國家標準對照度水平、照度均勻度、眩光限制、光源顏色和反射比等照明質量的要求，同時滿足抗震、人因工程以及功率密度限值的要求[1-3]。

2 具體設計內容

2.1 總體要求

主控室的照明系統由正常照明和應急照明組成。應急照明包括備用照明、疏散照明和安全照明。主控室照明系統的設計達到以下照明質量指標要求。

2.1.1照度

正常工況下，主控室的照明由正常照明、備用照明及72 h安全照明共同提供，平均照度為500 lx，最大為750 lx，最小為200 lx，可調。如在以后的使用期間出現光效下降，應對燈具及時進行更換或維護。

主控室內設有安全照明，包括以下兩類：

一類為布置在后備盤區常亮的72 h安全照明，由72 hUPS電源供電。在電廠內外交流電源失去時，為安裝有72 h監測設備的盤面提供不低于200 lx的照度。

另一類為設置在主要操作區及維修區的安全照明。正常工況下，此類安全照明不點亮。在所有廠內和廠外電源均失去時，主控室內的正常照明和備用照明熄滅，主要操作區安全照明點亮，提供不低于200 lx的照度；維修區安全照明點亮，提供不低于50 lx的照度。此類安全照明持續工作2 h以上。

主控室的出入口設有常亮的出口標志燈和疏散照明燈。在失去所有廠內和廠外電源時，主控室內的正常照明和備用照明熄滅，疏散照明點亮，為出入口提供不低于10 lx的照度。疏散照明持續工作2 h以上。

2.1.2照度均勻度

照度均勻度不小于0.7。

主控室各區域照度及均勻度要求值如表1所示。

續表

2.1.3眩光限制

眩光的限制滿足統一眩光值（UGR）不大于19[3]；為了減輕操縱員的疲勞和眼睛困倦，室內盡量避免存在陰影，照明系統采用漫射光源。

2.1.4調光

主控室根據功能分不同的區域，主控室照明相應分成不同的照明區域，為滿足每個區域的照度要求，分別設置調光開光進行獨立控制和調節。

2.1.5亮度比

為保證操作員有效地觀察目標，作業區域與周圍區域之間的亮度比應不超過《“華龍一號”核電廠照明設計要求》所列的數值。

2.1.6反射比

推薦的主控室各種表面的反射比見《“華龍一號”核電廠照明設計要求》。具體值由供貨商計算，并提供給買方復核，供貨商再根據復核后的結果重新進行照度計算。

2.2 照明燈具及其附屬裝置的選擇

主控室區域選用熒光燈及筒燈燈具。選擇的照明燈具、鎮流器應通過國家強制性產品認證。在滿足眩光限制和配光要求條件下，應優先選用效率高或效能高的燈具。

2.3 光源的選擇

采用的三基色熒光燈滿足以下要求：

顯色指數不低于85，色溫3 300～4 000 K；平均壽命≥24 000 h。

采用 LED應符合《“華龍一號”核電廠照明設計要求》中5.2.7用于長時間工作或停留場所的要求。

2.4 照明設備的布置

照明設備布置應滿足下列要求：

（1）按照主控室功能分區進行照明設備布置，每個區域設置獨立的調光裝置；

（2）滿足照度和照度均勻度的要求；

（3）功率密度值應符合《“華龍一號”核電廠照明設計要求》的要求；

（4）應提供足夠的照明點以保證不會產生任何陰影；

（5）應限制直接眩光和反射眩光；

（6）需要接地的照明設備應配備接地端子，使其與全廠接地網連接，可靠接地；

（7）應與主控室設計相互協調，滿足《主控室環境噪聲治理與室內裝修技術規格書》的要求。

照明設備、附件及布線的設計安裝應考慮運行后的維護要求，應便于維護和檢修。

2.5 抗震要求

主控室照明設備及其附件，配電系統的所有照明配電盤、箱、接線盒及電纜敷設通道的抗震類別為抗震 1類，即在安全停堆地震（SSE）[4]期間及之后，保持其功能。

對照明設備及附件進行抗震鑒定時，選用相應工程的主控室頂棚所在樓層的反應譜，應考慮10%的裕度。

抗震鑒定試驗應按照 5次 1/2SSE加 1次SSE進行試驗，選取的阻尼比建議為5%。

2.6 照明控制

主控室照明采用分區調光控制方式。由UPS供電的主控室安全照明為常亮，其余安全照明在正常照明和備用照明失去的情況下瞬時自動點亮。

2.7 主控室照明供電電源配置

正常照明及備用照明由柴油機作為后備的應急電源系統的不同序列供電，交叉均衡布置。這樣可以在一個序列發生故障時，另一個序列能夠為主控室提供的連續均勻的照明，其平均照度不低于200 lx。

72 h安全照明分別引自A、B兩組72 h交流不間斷電源系統，此電源系統是為應對全廠斷電同時疊加嚴重事故工況下非能動安全系統設備的需求專設的。

主要操作區及維修區的安全照明和疏散照明由專設 220 V直流蓄電池組供電（獨立持續供電2 h）。在正常工況下，該蓄電池組由A或B序列交流應急配電系統供電。在失去所有廠內和廠外電源超過 2 h的情況下，該蓄電池組通過手動切換到 400 V全廠斷電柴油發電機組供電。主要操作區安全照明和疏散照明保持點亮狀態。

3 優化及創新

3.1 首次研制并采用抗震1類的照明設備

依據HAF 102—2016《核動力廠設計安全規定》6.7.6照明系統：在運行狀態和事故工況下，必須為核動力廠的所有作業區提供充足的照明”，結合福島事故后的經驗反饋，對已建的二代核電廠的主控室照明進行分析，發現其設計上只考慮了結構的完整性，沒有考慮安全停堆地震（SSE）期間及之后為主控室特定區域仍提供照明的工況。

鑒于此，在設計三代核電廠主控室照明系統時，進行了如下設計優化：將主控室安裝的照明燈具（包括光源）、其固定支架、配電系統以及電纜敷設通道均設計為抗震 1類。由于配電系統以及電纜敷設通道已經有相應的設備滿足要求，所以“華龍一號”設計優化的重點就是研發出滿足抗震 1類要求的照明燈具（包括光源）、其固定支架以及接線盒。

通過與廠家的聯合研制，在歷時兩年的抗震照明設備研制過程中，對主控室光源的選擇、抗震鑒定試驗時采用的支架結構、采用樓層反應譜的包絡性以及設備的內部抗震結構進行了認真細致地研究，列出了需特殊研制的部件，制定了對策及詳細的研發計劃。抗震試驗前，編制了抗震試驗大綱，并邀請相關專家對抗震試驗大綱進行評定。在后期的研發中完全落實了專家的意見，為抗震試驗的順利進行奠定了堅實的技術基礎。

抗震試驗前，對照明設備進行基準性能試驗，并依據使用的環境條件對樣機進行了老化試驗，之后在同濟大學振動臺試驗室進行了抗震鑒定試驗。抗震試驗時X、Y、Z三方向的TRS（試驗反應譜）均上包絡了RRS（要求反應譜）。試驗過程中，對被試照明設備進行功能監測，監測結果表明，在5次1/2SSE抗震試驗和1次SSE抗震試驗時，核島照明設備能保持正常功能，未見異常。試驗后，對照明設備又進行了基準性能試驗，試驗結果表明照明設備參數無異常變化，符合要求。試驗表明，被試設備完全滿足抗震試驗大綱提出的抗震要求。最終共計10套照明設備均通過抗震鑒定試驗。該項目于2016年11月20日通過了江蘇省經濟和信息化委員會鑒定，并申請了兩項專利。

燈具設計有如下創新點：

（1） 主控室燈具（包括光源）滿足抗震 1類要求。

在結構設計上，按抗震 1類要求，根據熒光燈管的長度，考慮兩端燈座與燈管之間的配合，在地震狀態時不受扭曲力損壞。在制造上，重點關注加工的零部件的尺寸精度。組裝上做到準確定位，其目的是避免照明設備在地震下產生應力、扭曲、脫落現象。在材料選擇上符合核電廠主控室防火要求。

（2） 主控室燈具防眩光，滿足人因工程要求：

為保證主控室照明品質，研制了可用于直接照明形式的無眩光燈具。這為國內核電廠主控室照明提出了一種全新理念，研制的嵌入式漫射熒光燈（無眩光燈具）能夠使光線更加柔和、更均勻、不會產生亮斑、亮線，提高了光的利用率，同時避免光線直射人的眼睛，使操縱員觀看、讀數時無直接眩光干擾。

（3） 在燈內設置了數字化無級調光電子整流器，可實施 0～100%范圍的舒適調光。對主控室照明實行照度調節與控制，為數字化主控室提供了管理運行的基礎數據。

本次設計的主控室燈具，在技術參數上達到了國際水平，性價比上優于三門核電廠從美國采購的同類燈具，在國內以及國際核電廠中均具有經濟技術的競爭性和很大的市場需求。產品已經應用于福清核電5、6號機組及巴基斯坦卡拉奇K-2/K-3核電項目。

3.2 首次為后備盤設置常亮的72 h安全照明

根據主控專業提資要求：在全廠斷電柴油機喪失且臨時電源未能接入的情況下，為保證在主控室對非能動系統72 h的監控需求，主控室照明系統應保證在72 h蓄電池供電下，為后備盤的特定區域提供72 h專用照明，照度不低于200 lx。

為此，在后備盤區域設置了常亮的72 h安全照明，分別引自A、B兩組72 h交流不間斷電源系統，此電源系統是為應對全廠斷電同時疊加嚴重事故工況下非能動安全系統設備的需求專設的。

同時主控室內保留了 M310堆型設置在主操作區域和維修區以及走廊的平時不點亮的安全照明，由照明自設的 2 h蓄電池組和全廠斷電柴油機電源供電。兩種安全照明共同為嚴重事故下操作員處理事故和主控室可居留性提供條件。

4 結論

“華龍一號”主控室照明系統在照度、照度均勻度、眩光等指標上滿足核電廠主控室人因工程要求，照明功率密度限值滿足節能要求。本設計在已有工程的基礎上，首次研制并采用抗震1類的照明設備，首次為主控室后備盤區設置了72 h安全照明，燈具設計在抗震結構、防止眩光以及調光等方面進行了創新，功能可靠，為嚴重事故下操作員處理事故和主控室可居留性提供了條件。