基于光纤灯技术的防火防爆防触电照明系统

司文跃 智勇军 吕 杰 郝明佶

（国网河南省电力公司平顶山供电公司，河南平顶山467001）

0 引言

电力系统变电站照明，是变电运维检修及事故应急处置工作的必备装置。随着我国照明技术的快速发展，变电站室内照明装置也逐步由白炽灯、日光灯更新为节能灯或LED灯。但是，变电站的防爆照明、安全电压照明装置内仍然使用白炽灯，该技术远远滞后于国内照明技术发展水平，也与变电站的智能化、运维一体化发展水平不相适应。

1 变电站照明现状

1.1 结构复杂

一般变电站除常规照明外，主控制室、继电保护室、通信机房、蓄电池室、高压室、低压室、电缆夹层、电缆隧道等生产场所，还配置有直流（或直流逆变）供电的照明事故照明装置；蓄电池室、电缆夹层配置有防爆照明装置，电缆夹层与电缆隧道等还有安全电压照明装置，可谓种类繁多、结构复杂，特别是一些老站照明回路及装置老化严重，暗线故障反复检修（图1），运维人员多次更替，照明回路图纸涂改或丢失较多，随着时间的推移，维护难度逐渐增大。

图1 贾庄变电站电缆夹层防爆灯

1.2 维护量大

每座变电站有80～200盏灯，每个变电运维班担负8～12座变电站操作维护工作，真是力不从心（表1）。特别是防爆灯具结构复杂，换一只防爆灯泡的时间是普通灯泡的好几倍，费时费力。

1.3 潜在消防安全隐患

由于白炽灯、日光灯、节能灯驱动器、LED灯驱动器及其回路长时间运行，都会发生装置老化发热、短路、打火等现象，很难杜绝火灾安全隐患。

表1 贾庄变电站室内照明情况统计表

1.4 潜在漏电安全隐患

由于白炽灯、日光灯、节能灯驱动器、LED灯驱动器及其回路使用220 V电源，在维护工作中有漏电或触电风险。

1.5 维修频度大

白炽灯、日光灯、节能灯驱动器、LED灯驱动器及其回路元件使用寿命短，故障率高，维护难度大，导致变电站维护成本高、亮灯率低。

综上所述，变电站现有室内照明系统种类繁多，维护量大，存在潜在消防及漏电安全隐患，特别是蓄电池室、电缆夹层等场所的防爆型安全电压照明装置，结构复杂、维修困难，费时费力，亮灯率低，不能满足无人变电站的安全生产要求。

2 光纤灯安全照明

光纤灯是一种新兴的照明技术，它采用光纤（或光导管）直接将光能量传输到光纤灯上，该光元件及光回路不会漏电、不会发热、不会短路、不会打火，能够有效杜绝人身触电及火灾等安全隐患。目前国内光纤灯技术的应用主要分为两类：一是阳光导入照明系统，局部应用于室内及地下室照明；二是电光源（卤素灯）艺术造型光纤在商场、舞台的局部应用。

我们研制的基于光纤灯技术的变电站安全照明装置，主要由阳光导入光纤灯照明系统与激光灯导入光纤灯照明系统构成，如图2所示。前者节能、环保、安全，后者能够有效弥补前者阴天、夜间照明缺失的不足，也可以单独应用（省去阳光导入装置），达到简化照明系统结构，降低照明系统成本的目的。

图2 贾庄变电缆夹层光纤灯安全照明装置示意图

2.1 阳光导入光纤灯照明

阳光导入照明系统由太阳光导入器、光纤、光纤灯构成。其中，阳光导入器主要包括聚光组件、太阳定位传感器、太阳跟踪机械装置、微机控制装置、光伏电源、电源模块，以及筒座、亚格力球罩等构成的全密封结构装置，如图3所示。

图3 阳光导入照明装置部件原理图

（1）装置平时由光伏电源供电（220 V电源备用），在微机全自动太阳与地球自转公转程序控制下，聚光组件、太阳定位传感器、光伏电源等组件，一同在水平面（270°）与垂直面（180°全密封结构）自动跟踪太阳光。

（2）聚光组件通过一组高性能凸透镜的球面大范围接收太阳光，将采集到的阳光压缩提升15 000倍，达到阳光利用率的最高值，聚焦点阳光提升后达到高亮度，精确送入定位于透镜焦点上的光纤入射口，传导到光纤上。

（3）光纤（或导光器）将太阳光的光能量直接传输到室内光纤灯上，再由光纤灯将灯光汇聚后投射至室内进行充分大面积照明。

（4）阳光导入照明系统，通过聚光组件、光纤进行二级紫外线、红外线过滤，提供了无害阳光照明，满足了蓄电池室、电缆夹层等场所的安全照明要求。

该太阳光导入照明系统，全自动控制，不会耗电、不会漏电、不发热、不打火、无电磁干扰、故障率低、节能环保，有效减少了照明场所的安全隐患。不足之处是系统成本高，阴雨天与夜间照明缺失。

2.2 激光灯导入光纤灯照明

为了克服阳光导入照明的不足，我们研制了专用激光灯光源装置，主要由激光灯珠、灯珠散热器、灯头电极簧片、激光灯座、灯座环形电路板、灯座电源正极、灯座电源负极、直流电源及其管理模块、光纤紧固件、壳体等构成，如图4所示。

图4 电光源照明装置结构示意图

（1）激光灯珠与灯珠散热器、灯头电极簧片构成灯头，与灯座之间为旋紧连接方式，便于维护更换激光源灯头。

（2）在现场使用中，激光源有AC 220 V供电及备用电池（图4），当AC 220 V停电时有锂电池自动供电，也可以直接使用DC 12 V供电。

（3）激光灯型光源装置装在蓄电池室、电缆夹层等生产房间墙外，用光纤将光能输入至光纤灯上（图5），将变电站的安全电压照明、防爆照明、事故照明、常规照明等多种系统整合为一套。同时，光纤穿墙体接在室内的光纤灯上，同样不会漏电、打火、发热，具有防火、防爆、防潮、耐腐、节能环保功能。

图5 激光灯光源装置应用情况

（4）激光灯光源装置相对于阳光导入器具有成本较低、不受昼夜及天气影响的优势，相对于卤素灯型电光源装置（光纤灯光源），具有功率小、流明大、方向性好、传输距离远、故障率低、寿命长等优点。

3 应用效果

3.1 应用情况

2016年6月，在220 kV贾庄变电站（1958年10月投运）蓄电池室、电缆夹层应用基于光纤灯技术的防火防爆防触电照明系统进行了改造，如图6所示。2017年又相继在220 kV叶县变和110 kV西市场变推广应用，运行情况良好。

3.2 应用效果

（1）使用该装置整合了原来的多种照明装置，施工及维护便捷，不会发生发热、漏电、打火现象，能够防火、防爆、防触电，节能环保，减少了潜在的火灾风险，提高了安全技术水平。

图6 光纤灯现场照明情况

（2）该装置故障率低、节能效果明显，以贾庄变电站为例，2年仅维修过1次，维修频度减少了11次，降低了91.6%；年均耗电量268 kW·h，与2015年度相比节约电量2 420 kW·h，节能效果达到90%，提高了经济效益。

4 结语

光纤灯安全照明简化了变电站原来复杂的照明系统，提高了安全水平与经济效益，不仅在变电站具有推广价值，在工厂、仓库等重要安全生产场所都具有较大的推广应用前景。