無觸點照明穩(wěn)壓器在核電廠照明中的應(yīng)用

摘 要：

   在核電廠照明供電系統(tǒng)中，采用無觸點調(diào)壓技術(shù)的交流穩(wěn)壓電源，給照明負載提供穩(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、無觸點照明穩(wěn)壓器


   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“積極推進和發(fā)展核電”，同時國家正式把核電和高鐵作為我國出口的兩張“名片”，體現(xiàn)了國家對核電發(fā)展的重視和認可。

一、 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)對于核電廠保障工作環(huán)境，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益有著重大意義。現(xiàn)在的核電廠照明，雖然都已采用高壓鈉燈、金鹵燈等高效長壽命光源，但有些區(qū)域的照明電壓偏高。過高的電壓會使電光源加速損壞，壽命大大縮短。同時，在核電廠中一些大型設(shè)備啟停操作時，照明電壓也會顯著波動，并產(chǎn)生浪涌過電壓，這既會影響照明質(zhì)量，又會對電光源造成損害。

    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。

   由于核電廠和其它常規(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、運行等方面都有一系列嚴格的安全規(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。目前市場上的交流穩(wěn)壓電源，調(diào)壓電路大多是機械碳刷形式的(見圖1)，其調(diào)壓工作原理為，伺服電機M通過鏈條帶動碳刷在接觸式調(diào)壓器TT的線圈上移動，來調(diào)節(jié)穩(wěn)定輸出電壓。這種在主電路上采用帶電移動部件的結(jié)構(gòu)，不能滿足核電廠對于電氣設(shè)備的抗震要求。同時，在碳刷調(diào)壓中，碳刷磨損經(jīng)常需要維護更換，碳刷與調(diào)壓線圈接觸不良時容易產(chǎn)生火花引起高頻干擾等，也是機械碳刷交流穩(wěn)壓電源的明顯缺陷。


           圖1. 機械碳刷式交流穩(wěn)壓器主電路圖

   上海潘登新電源公司生產(chǎn)的SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器，采用無觸點調(diào)壓技術(shù)，調(diào)壓器件為晶閘管模塊（見圖2），整機無機械、無碳刷。無觸點調(diào)壓過程中，不會產(chǎn)生電弧火花。


二、 SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器的工作原理


   圖2. SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器的主電路圖（其中一相）

   SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器的主電路（其中一相）見圖2，它是采用補償式無觸點交流調(diào)壓技術(shù)，補償變壓器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。由圖2可知，不計補償變壓器TB上的電抗壓降，有：
Uout = Uin ± △U
式中：Uin——穩(wěn)壓器的輸入相電壓
Uout——穩(wěn)壓器的輸出相電壓
△U——穩(wěn)壓器一相的補償電壓

    主電路中的調(diào)壓變壓器TT有四個抽頭，連接了8個雙向晶閘管（S1,S3,S5,S7為左橋臂組，S2,S4,S6,S8為右橋臂組）。任何時候只能同時導(dǎo)通左右橋臂上的各一只雙向晶閘管，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（也即補償電壓）△U的大小和極性，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

  如：假定補償變壓器TB的變壓比為220/20V，當輸入電壓Uin下降為200V時，控制S2,S7兩只晶閘管導(dǎo)通，就能使串聯(lián)在主電路中的補償電壓△U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。
    當輸入電壓Uin在200V～220之間時，可控制S4,S7導(dǎo)通，或S6,S7導(dǎo)通，使補償電壓△U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。
當輸入電壓Uin上升為240V時，控制S1,S8兩只晶閘管導(dǎo)通，就能使串聯(lián)在主電路中的補償電壓△U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)，因而不會產(chǎn)生任何諧波。

               圖3. SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器原理框圖

   圖3是SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器整機的原理框圖，該穩(wěn)壓器主要由補償電路、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、保護電路、旁路電路，以及浪涌防護器等單元組成。

   其工作過程為：當輸入電壓波動或負載變化時，通過各采樣電路獲取反饋電壓，經(jīng)與基準電壓進行比較 判斷，然后由主控板輸出控制信號，控制調(diào)壓電路中相應(yīng)的晶閘管模塊導(dǎo)通， 使補償電路產(chǎn)生極性和大小不同的補償電壓，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。同時，主控板還對保護電路和輸出控制電路進行控制，產(chǎn)生相應(yīng)的保護動作和輸出控制動作。

    在SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器的輸入端還安裝了全模保護的浪涌防護器，能保護穩(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。


三、 SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器的主要功能 

四、SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器的安全性設(shè)計

   為滿足核電廠安全性的要求，在SBW5B無觸點照明穩(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（兩塊主控板）。為保持冗余部件的獨立性，進行了實體隔離和電氣隔離，以使得在一塊主控板發(fā)生故障時，該冗余部件能執(zhí)行所要求的功能。

為滿足核電廠防震安全性的要求，穩(wěn)壓器生產(chǎn)商在機柜設(shè)計與制作時，主要采取了以下措施：
（1）、采用機柜框架+加強筋的方式來增加機柜強度；
(2)、機柜框架采用對角線支撐結(jié)構(gòu)，從柜頂直至柜底座；
(3)、機柜儀表盤和部件機架，均固定在機柜框架的構(gòu)件上。
經(jīng)過這些措施，SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器通過了同濟大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點實驗室的防震檢測認證。


五、SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器對節(jié)約電能和延長電光源使用壽命的作用

   高壓氣體放電燈的工作特點為，過電壓運行時，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%，電流也會增加大約5%，則功耗將會增加約10%。

    SBW5B無觸點照明穩(wěn)壓器可自動將電光源的供電電壓穩(wěn)定在額定值，從而在電網(wǎng)過電壓時，電光源的功耗也不會增加。此外，電光源如果過電壓運行，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，維護、更換費用減少。


六、結(jié)語

    穩(wěn)定的電壓有利于保證光源照度的穩(wěn)定，同時延長光源的使用壽命。對于系統(tǒng)電壓偏高的場合，還能節(jié)約用電量。因此，對于照明系統(tǒng)和動力系統(tǒng)由同相同母線供電的情況下，為了避免大電機啟動時因為電壓波動而引起光源照度的變化，同時避免照明系統(tǒng)發(fā)生短路故障影響工藝設(shè)備的正常運行，可以考慮在照明系統(tǒng)安裝穩(wěn)壓器。因為穩(wěn)壓器帶有短路和接地等保護，在照明系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，自動斷開故障線路，能保證工藝設(shè)備的正常運行。