无触点照明稳压器在核电厂照明中的应用

摘 要：

   在核电厂照明供电系统中，采用无触点调压技术的交流稳压电源，给照明负载提供稳定的额定电压，这样既能保证良好的照明质量，又能延长电光源的使用寿命，还能降低核电厂的自身用电率，是一种能产生多重效益的必要的照明安全节能控制方案。

关键词：核电厂照明、无触点照明稳压器


   核电是一种高效低碳的清洁能源，在减少环境污染、减少碳排放、以及国家能源结构的调整正发挥越来越大的作用。目前，我国的核电方针也由原来的“适度发展核电”调整为“积极推进和发展核电”，同时国家正式把核电和高铁作为我国出口的两张“名片”，体现了国家对核电发展的重视和认可。

一、 核电厂照明安全与解决方案

    照明是核电厂安全生产的重要组成部分，可靠高效的照明系统对于核电厂保障工作环境，提高生产效率和经济效益有着重大意义。现在的核电厂照明，虽然都已采用高压钠灯、金卤灯等高效长寿命光源，但有些区域的照明电压偏高。过高的电压会使电光源加速损坏，寿命大大缩短。同时，在核电厂中一些大型设备启停操作时，照明电压也会显著波动，并产生浪涌过电压，这既会影响照明质量，又会对电光源造成损害。

    基于上述情况，在核电厂照明供电系统中，有必要采用交流稳压电源，给照明负载提供稳定的额定电压，这样既能保证良好的照明质量，又能延长电光源的使用寿命，还能降低核电厂的自身用电率，是一种能产生多重效益的很好的解决方案。

   由于核电厂和其它常规发电厂相比，有着一系列的特殊性，因此核电厂的设计、运行等方面都有一系列严格的安全规范必须遵守，核电厂的照明系统，同样应遵循相关安全规范。目前市场上的交流稳压电源，调压电路大多是机械碳刷形式的(见图1)，其调压工作原理为，伺服电机M通过链条带动碳刷在接触式调压器TT的线圈上移动，来调节稳定输出电压。这种在主电路上采用带电移动部件的结构，不能满足核电厂对于电气设备的抗震要求。同时，在碳刷调压中，碳刷磨损经常需要维护更换，碳刷与调压线圈接触不良时容易产生火花引起高频干扰等，也是机械碳刷交流稳压电源的明显缺陷。


           图1. 机械碳刷式交流稳压器主电路图

   上海潘登新电源公司生产的SBW5B无触点照明稳压器，采用无触点调压技术，调压器件为晶闸管模块（见图2），整机无机械、无碳刷。无触点调压过程中，不会产生电弧火花。


二、 SBW5B无触点照明稳压器的工作原理


   图2. SBW5B无触点照明稳压器的主电路图（其中一相）

   SBW5B无触点照明稳压器的主电路（其中一相）见图2，它是采用补偿式无触点交流调压技术，补偿变压器TB的副边线圈串联在主电路中，TB是调节输入电压Uin与输出电压Uout之间电压差的主要部件。由图2可知，不计补偿变压器TB上的电抗压降，有：
Uout = Uin ± △U
式中：Uin——稳压器的输入相电压
Uout——稳压器的输出相电压
△U——稳压器一相的补偿电压

    主电路中的调压变压器TT有四个抽头，连接了8个双向晶闸管（S1,S3,S5,S7为左桥臂组，S2,S4,S6,S8为右桥臂组）。任何时候只能同时导通左右桥臂上的各一只双向晶闸管，这样就能根据输入、输出电压的变化，控制左右桥臂上的双向晶闸管形成不同的导通组合，来切换调压变压器TT的不同抽头，给补偿变压器TB提供不同的原边电压，从而改变其副边电压（也即补偿电压）△U的大小和极性，达到稳定输出电压的目的。

  如：假定补偿变压器TB的变压比为220/20V，当输入电压Uin下降为200V时，控制S2,S7两只晶闸管导通，就能使串联在主电路中的补偿电压△U为+20V，抵消输入电压的下降值，使输出电压Uout仍保持在220V额定值。
    当输入电压Uin在200V～220之间时，可控制S4,S7导通，或S6,S7导通，使补偿电压△U为一合适的数值，抵消输入电压的下降值，将输出电压Uout稳定在额定值。
当输入电压Uin上升为240V时，控制S1,S8两只晶闸管导通，就能使串联在主电路中的补偿电压△U为-20V，抵消输入电压的上升值，使输出电压Uout仍保持在220V额定值。

   无触点调压是利用晶闸管作为电压调节换档开关，晶闸管模块不是工作在移相调压状态，而是工作在开关状态，因而不会产生任何谐波。

               图3. SBW5B无触点照明稳压器原理框图

   图3是SBW5B无触点照明稳压器整机的原理框图，该稳压器主要由补偿电路、调压电路、主控板、输入采样电路、输出采样电路、输出控制电路、保护电路、旁路电路，以及浪涌防护器等单元组成。

   其工作过程为：当输入电压波动或负载变化时，通过各采样电路获取反馈电压，经与基准电压进行比较 判断，然后由主控板输出控制信号，控制调压电路中相应的晶闸管模块导通， 使补偿电路产生极性和大小不同的补偿电压，达到稳定输出电压的目的。同时，主控板还对保护电路和输出控制电路进行控制，产生相应的保护动作和输出控制动作。

    在SBW5B无触点照明稳压器的输入端还安装了全模保护的浪涌防护器，能保护稳压器后端的照明设备，使其免受雷电及电网内部浪涌过电压的危害。


三、 SBW5B无触点照明稳压器的主要功能 

四、SBW5B无触点照明稳压器的安全性设计

   为满足核电厂安全性的要求，在SBW5B无触点照明稳压器的控制电路中，部分重要电路增设了冗余部件，如“主控板”采用了并联冗余设计（两块主控板）。为保持冗余部件的独立性，进行了实体隔离和电气隔离，以使得在一块主控板发生故障时，该冗余部件能执行所要求的功能。

为满足核电厂防震安全性的要求，稳压器生产商在机柜设计与制作时，主要采取了以下措施：
（1）、采用机柜框架+加强筋的方式来增加机柜强度；
(2)、机柜框架采用对角线支撑结构，从柜顶直至柜底座；
(3)、机柜仪表盘和部件机架，均固定在机柜框架的构件上。
经过这些措施，SBW5B无触点照明稳压器通过了同济大学土木工程防灾国家重点实验室的防震检测认证。


五、SBW5B无触点照明稳压器对节约电能和延长电光源使用寿命的作用

   高压气体放电灯的工作特点为，过电压运行时，电光源的工作电流也随之增大，由电功率公式P=UIcosφ可知，随着电压、电流的增加，电光源的功耗也随之增大。对于高压气体放电灯，大致可这样来估算：电压上升5%，电流也会增加大约5%，则功耗将会增加约10%。

    SBW5B无触点照明稳压器可自动将电光源的供电电压稳定在额定值，从而在电网过电压时，电光源的功耗也不会增加。此外，电光源如果过电压运行，随着工作电流的增大，促使电弧管冷端温度提高，所充金属蒸气的气压增高，耗能加大，气体放电灯的寿命会大大缩短。因此，通过稳压器给电光源提供稳定的额定电压，也能使其使用寿命延长，维护、更换费用减少。


六、结语

    稳定的电压有利于保证光源照度的稳定，同时延长光源的使用寿命。对于系统电压偏高的场合，还能节约用电量。因此，对于照明系统和动力系统由同相同母线供电的情况下，为了避免大电机启动时因为电压波动而引起光源照度的变化，同时避免照明系统发生短路故障影响工艺设备的正常运行，可以考虑在照明系统安装稳压器。因为稳压器带有短路和接地等保护，在照明系统发生短路故障时，自动断开故障线路，能保证工艺设备的正常运行。