核电站核岛照明灯具设计与鉴定_陈晨.pdf

核电站核岛照明灯具设计与鉴定陈晨（中广核核电运营有限公司）摘要：针对核电站核岛内的照明设备，本文介绍灯具在设计、鉴定上的特殊要求和注意事项，并介绍了灯具设计和鉴定主要流程和经验教训。关键词：核岛；辐照环境；照明灯具 引言核岛环境是核电站特有的一种工业环境，其与常规工业环境的区别在于其存在放射性辐照、高温、高压等特殊环境要求。上述特殊要求导致核岛内的设备设计和选型较为困难，以放射性辐射为例进行说明：放射性辐照会造成设备材料老化，即辐照老化，其会使得常规的工业设备出现寿命降低、功能异常等问题，导致设备不能达到设计预期的要求 -。照明设备是工业环境中必不可少的一种设备，质量优良的照明设备是良好工作环境的保证。其中质量优良的含义，代表着设备应该能在预期的各种工况环境下都能正常工作 -。目前大部分核电站核岛内的照明设备都是工程建设阶段引入的、已经过鉴定的卤素灯灯具，包括工矿灯、壁灯、高挂灯、水下灯等。目前灯具存在如下的问题：（）这类卤素灯具技术较为陈旧，存在着能耗高、寿命低等问题，随着机组运营时间增加，其故障率愈发增高。（）这类工程阶段灯具大部分已经停产，原厂通常无根据核岛环境设计的升级产品，相关特性无法满足现场使用要求，只能消耗历史库存。（）缺少运营阶段核岛照明灯具的成熟设计鉴定经验供参考，国内对此类灯具的开发尚处于空白。上述问题导致核岛内的照明灯具故障频繁且供应出现问题，若不能解决，将最终影响核岛内的工作环境，造成不能正常的开展维修工作。针对目前存在的核岛照明灯具问题，本文介绍了核岛照明灯具设计和鉴定的基本要求、方法和流程，并说明了灯具开发的一些经验教训。核岛环境照明灯具基本要求本节介绍了灯具在设计、选型及鉴定试验时应考虑的常见关键特性和特殊的环境要求。.常见设计关键特性常见照明灯具在设计选型时需要考虑到的关键特性见表，各个特性应该考虑现场实际空间、电源质量等进行设计和选型。表常见基础设计关键特性序号参数数值额定电压（交流）额定功率 光源颜色（或色温）光通量 灯具类别 防护等级 安装方式和安装尺寸 吊杆安装 .耐辐照照明灯具应该能够承受住现场的辐照带来的老化影响。灯具受到的总辐照量，与灯具单位时间的辐照量和灯具的寿命周期或更换周期成正比，即：总辐照量 单位辐照量*（灯具寿命 或 更换周期）在辐照末期，灯具应该能够正常点亮，并且在最后的光学性能检测中满足相应的验收标准。.耐高压核岛内气压可能会超过 个标准大气压，以某电厂为例说明，在反应堆厂房例行的强度和泄露试验时（通常 被 称 为 打 压 试 验），最 大 气 压 可 能 会 达 到.，照明设备应该在高压测试后也能正常工作。耐高压试验的时间以每次厂房出现高压环境的时间为准，并留有裕量。.耐水压（密封性）对于乏燃料水池等环境的水下照明灯具，密封性电气技术与经济 产品与解决方案 的检查是重要的一个环节，以保证灯具在整个水下工作期间，不会因密封失效而导致出现短路问题。密封性的检查包括了灯具的本体，及电缆接头装置。.失水保护 超温保护水下灯具通常功率较大，某电厂卤素水下灯功率甚至达到了 。在水下运行时，水能够作为冷源对灯具本体进行降温。若误将灯具在空气环境打开，则灯具温度可能会极速上升，导致灯具损坏或者寿命下降，并且相关破损的玻璃附件会增加现场异物管理的难度。故水下灯具在设计时应考虑使用失水保护装置，即灯具脱离水体后就可正常关闭灯具电源。或者采用超温保护装置，即检测到灯具温度超标后，即关闭灯具电源。.抗地震核岛内的部分厂房的照明设备需要满足抗震要求，以保证灯具在地震故障工况期间和故障后能够为现场提供照明。在抗震试验完成后，灯具应能正常工作。并且其外壳、安装支架等机械结构应该完整，不会因为抗震危害导致灯具坠落，而损害设备或现场人员。.防爆核岛内的一些厂房可能会产生爆炸性气体，例如蓄电池存放的厂房，可能会有氢气产生。此时灯具应该满足对应的防爆认证要求，并且防爆等级应不低于现场爆炸性气体要求。.材料部分厂房内对设备的材料有特殊要求，例如反应堆厂房内，照明设备不能含有铝制部件，反应堆厂房污染区以及在燃料厂房内的照明灯具，不能含有水银。设备在设计和生产阶段应该对材料元素进行控制。.电缆核岛内照明灯具的动力电缆应使用低烟无卤阻燃的材料，并且应该是耐高温的电缆。.寿命核岛内照明灯具的寿命可根据设备的更换周期确定。但应注意，部分设备安装位置的温度较高，灯具寿命应根据寿命 温度曲线重新计算实际使用寿命，并确保实际使用寿命大于更换间隔。.安装支架、连接部件为减少维修人员受到的辐照剂量，核岛内照明设备的安装支架、连接部件应该易于维护和更换。推荐连接部件使用快速插头，以减少现场接线的时间。并且接口部件的材料建议使用金属材料，避免塑料材质在高温下损坏。.其余环境要求其余的一些需要考虑的特殊环境要求包括盐雾环境要求、腐蚀环境要求等。产品设计和鉴定开展流程.设计要求收集和产品设计在产品设计之前，应该根据潜在应用环境收集现场设计要求，并按照现场最严重工况要求设计产品。收集的设计要求包括：（）电气设计要求：包括现场的电压、功率等要求；（）环境设计要求：包括辐照要求、气压要求、防爆要求、盐雾要求等；（）安装要求：包括安装方式、接线方式等。.鉴定试验大纲编制和执行鉴定试验大纲的验证内容应包络设备在现场整个运行周期内所遇到的所有电气工况、环境工况，和特殊要求（例如材料筛选）。试验验证方法遵循 等标准，验收要求应根据行业标准或电厂设计要求执行鉴定实验顺序如图所示。图鉴定试验及顺序试验大纲大致包括如下内容，不同灯具类别，试验内容稍有差异：（）标识检查；（）光学性能试验；（）耐气压试验；（）盐雾试验；（）辐照试验；（）抗震试验；（）密封性试验；（）光学性能试验等。电气技术与经济 产品与解决方案 部分试验可单独进行或在取证时进行，材料检查试验可单独进行：（）蓝光危害试验、电磁兼容试验；（）防护等级试验等可在 认证时进行；（）防爆等级试验可在防爆认证时进行。.现场验证和持续性优化考虑到核岛灯具通常为非常规工业级产品，产品无成熟应用经验，即使产品是厂家根据现有成熟产品基础上改进的，其产品也无核岛内类似环境的使用经验。故在产品完成相关设计和验证后，应进行现场小规模试装验证，确认方案的可行性，并根据现场试装的结果进行持续性改进和优化。现场验证应选择典型环境位置和典型安装方式进行验证，例如选择温度最高的区域、辐照最强的位置等。现场的验证周期应至少包含一个燃料循环。经验教训和改进措施现场部分核岛壁灯、核岛水下灯、核岛高挂灯在经过现场试用后，发现了如下的典型问题：问题一：灯具电压不符合要求导致故障熄灭故障原因：灯具电源设计时未考虑现场上游电源电压波动范围。灯具额定电压（交流）为 ，现场电源波动值为 ，则交流电源电压范围为 ，但灯具设计最高工作交流电压不能达到 ，故导致了失效。改进措施：（）已有产品改进电源设计，确保电压适用范围满足电压波动范围。（）后续产品设计时，应考虑上游电源波动最大范围，并在试验验证时按照波动电压值进行验证。问题二：灯具重量超出原产品 故障原因：设计时未考虑产品的重量影响，导致重量超标，现场支架不能满足要求。改进措施：（）已有产品重新设计安装支架，并根据现场最大受力情况，确定固定螺栓和链条的规格。（）后续产品设计时，尽量考虑原产品重量或支架的规格，减少重量变化对现场更换的影响。问题三：灯具接线困难及电缆破损。故障原因 ：设计时未考虑接线便捷性要求，更换时需要自行制作接线装置和缠裹绝缘胶带，导致接线时间较长。灯具数量较多时，人员辐照计量大。改进措施 ：厂家出厂时提供预置的便携式插接头，现场直接插接即可使用。故障原因 ：灯具设计时，未考虑现场高温环境，现场高温叠加灯具自身发热导致电缆破裂。改进措施 ：更换使用耐高温电缆。结束语通过上述方法设计和鉴定验证的灯具，已经在某核电厂核岛的辐照环境、水下环境顺利更换和使用，各项指标满足电厂运行要求，解决了电厂核岛照明备件的供应问题。上述方法也可用来解决核岛内其他照明备件的供应问题。参考文献 杜培锋 核岛电气设备的设计和建造规则（-）核标准计量与质量，（）：-，：-，核电厂安全系统电气设备抗震鉴定 -，-，核电厂安全级电气设备鉴定 （收稿日期：-）电气技术与经济 产品与解决方案