“華龍一號(hào)”主控室照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐迎秋，路進(jìn)軍

（中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840）

主控室照明關(guān)系到操縱員的身心健康、工作效率，其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足核電廠主控室人因工程的要求，同時(shí)兼顧有限室內(nèi)空間的照明品質(zhì)、照明形式及經(jīng)濟(jì)合理性?！叭A龍一號(hào)”主控室照明系統(tǒng)為主控室提供正常照明和應(yīng)急照明。本文介紹了主控室照明質(zhì)量要求、照明燈具及光源的選擇、抗震設(shè)計(jì)以及供電電源的配置，重點(diǎn)闡述了照明設(shè)備抗震等級(jí)的優(yōu)化、供電電源配置的多樣性以及增設(shè)的72 h安全照明特點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)思路及理念

“華龍一號(hào)”主控室照明滿足 HAF 102—2016《核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》對(duì)照明系統(tǒng)的要求，遵照GB 50034《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的強(qiáng)制性條文，依據(jù) Q/CNNC HLBZ DB 1—2019《“華龍一號(hào)”核電廠照明設(shè)計(jì)要求》進(jìn)行設(shè)計(jì)。主控室是無(wú)窗構(gòu)筑物，照明設(shè)計(jì)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(zhì)量的要求，同時(shí)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(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 總體要求

主控室的照明系統(tǒng)由正常照明和應(yīng)急照明組成。應(yīng)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(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到以下照明質(zhì)量指標(biāo)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(diào)。如在以后的使用期間出現(xiàn)光效下降，應(yīng)對(duì)燈具及時(shí)進(jìn)行更換或維護(hù)。

主控室內(nèi)設(shè)有安全照明，包括以下兩類：

一類為布置在后備盤區(qū)常亮的72 h安全照明，由72 hUPS電源供電。在電廠內(nèi)外交流電源失去時(shí)，為安裝有72 h監(jiān)測(cè)設(shè)備的盤面提供不低于200 lx的照度。

另一類為設(shè)置在主要操作區(qū)及維修區(qū)的安全照明。正常工況下，此類安全照明不點(diǎn)亮。在所有廠內(nèi)和廠外電源均失去時(shí)，主控室內(nèi)的正常照明和備用照明熄滅，主要操作區(qū)安全照明點(diǎn)亮，提供不低于200 lx的照度；維修區(qū)安全照明點(diǎn)亮，提供不低于50 lx的照度。此類安全照明持續(xù)工作2 h以上。

主控室的出入口設(shè)有常亮的出口標(biāo)志燈和疏散照明燈。在失去所有廠內(nèi)和廠外電源時(shí)，主控室內(nèi)的正常照明和備用照明熄滅，疏散照明點(diǎn)亮，為出入口提供不低于10 lx的照度。疏散照明持續(xù)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(qū)域照度及均勻度要求值如表1所示。

續(xù)表

2.1.3眩光限制

眩光的限制滿足統(tǒng)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(nèi)盡量避免存在陰影，照明系統(tǒng)采用漫射光源。

2.1.4調(diào)光

主控室根據(jù)功能分不同的區(qū)域，主控室照明相應(yīng)分成不同的照明區(qū)域，為滿足每個(gè)區(qū)域的照度要求，分別設(shè)置調(diào)光開光進(jìn)行獨(dú)立控制和調(diào)節(jié)。

2.1.5亮度比

為保證操作員有效地觀察目標(biāo)，作業(yè)區(qū)域與周圍區(qū)域之間的亮度比應(yīng)不超過《“華龍一號(hào)”核電廠照明設(shè)計(jì)要求》所列的數(shù)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(hào)”核電廠照明設(shè)計(jì)要求》。具體值由供貨商計(jì)算，并提供給買方復(fù)核，供貨商再根據(jù)復(fù)核后的結(jié)果重新進(jìn)行照度計(jì)算。

2.2 照明燈具及其附屬裝置的選擇

主控室區(qū)域選用熒光燈及筒燈燈具。選擇的照明燈具、鎮(zhèn)流器應(yīng)通過國(guó)家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證。在滿足眩光限制和配光要求條件下，應(yīng)優(yōu)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(shù)不低于85，色溫3 300～4 000 K；平均壽命≥24 000 h。

采用 LED應(yīng)符合《“華龍一號(hào)”核電廠照明設(shè)計(jì)要求》中5.2.7用于長(zhǎng)時(shí)間工作或停留場(chǎng)所的要求。

2.4 照明設(shè)備的布置

照明設(shè)備布置應(yīng)滿足下列要求：

（1）按照主控室功能分區(qū)進(jìn)行照明設(shè)備布置，每個(gè)區(qū)域設(shè)置獨(dú)立的調(diào)光裝置；

（2）滿足照度和照度均勻度的要求；

（3）功率密度值應(yīng)符合《“華龍一號(hào)”核電廠照明設(shè)計(jì)要求》的要求；

（4）應(yīng)提供足夠的照明點(diǎn)以保證不會(huì)產(chǎn)生任何陰影；

（5）應(yīng)限制直接眩光和反射眩光；

（6）需要接地的照明設(shè)備應(yīng)配備接地端子，使其與全廠接地網(wǎng)連接，可靠接地；

（7）應(yīng)與主控室設(shè)計(jì)相互協(xié)調(diào)，滿足《主控室環(huán)境噪聲治理與室內(nèi)裝修技術(shù)規(guī)格書》的要求。

照明設(shè)備、附件及布線的設(shè)計(jì)安裝應(yīng)考慮運(yùn)行后的維護(hù)要求，應(yīng)便于維護(hù)和檢修。

2.5 抗震要求

主控室照明設(shè)備及其附件，配電系統(tǒng)的所有照明配電盤、箱、接線盒及電纜敷設(shè)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(duì)照明設(shè)備及附件進(jìn)行抗震鑒定時(shí)，選用相應(yīng)工程的主控室頂棚所在樓層的反應(yīng)譜，應(yīng)考慮10%的裕度。

抗震鑒定試驗(yàn)應(yīng)按照 5次 1/2SSE加 1次SSE進(jìn)行試驗(yàn)，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(qū)調(diào)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(shí)自動(dòng)點(diǎn)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(jī)作為后備的應(yīng)急電源系統(tǒng)的不同序列供電，交叉均衡布置。這樣可以在一個(gè)序列發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)序列能夠?yàn)橹骺厥姨峁┑倪B續(xù)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(tǒng)，此電源系統(tǒng)是為應(yīng)對(duì)全廠斷電同時(shí)疊加嚴(yán)重事故工況下非能動(dòng)安全系統(tǒng)設(shè)備的需求專設(shè)的。

主要操作區(qū)及維修區(qū)的安全照明和疏散照明由專設(shè) 220 V直流蓄電池組供電（獨(dú)立持續(xù)供電2 h）。在正常工況下，該蓄電池組由A或B序列交流應(yīng)急配電系統(tǒng)供電。在失去所有廠內(nèi)和廠外電源超過 2 h的情況下，該蓄電池組通過手動(dòng)切換到 400 V全廠斷電柴油發(fā)電機(jī)組供電。主要操作區(qū)安全照明和疏散照明保持點(diǎn)亮狀態(tài)。

3 優(yōu)化及創(chuàng)新

3.1 首次研制并采用抗震1類的照明設(shè)備

依據(jù)HAF 102—2016《核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》6.7.6照明系統(tǒng)：在運(yùn)行狀態(tài)和事故工況下，必須為核動(dòng)力廠的所有作業(yè)區(qū)提供充足的照明”，結(jié)合福島事故后的經(jīng)驗(yàn)反饋，對(duì)已建的二代核電廠的主控室照明進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其設(shè)計(jì)上只考慮了結(jié)構(gòu)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(qū)域仍提供照明的工況。

鑒于此，在設(shè)計(jì)三代核電廠主控室照明系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)優(yōu)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(tǒng)以及電纜敷設(shè)通道均設(shè)計(jì)為抗震 1類。由于配電系統(tǒng)以及電纜敷設(shè)通道已經(jīng)有相應(yīng)的設(shè)備滿足要求，所以“華龍一號(hào)”設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)就是研發(fā)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(lián)合研制，在歷時(shí)兩年的抗震照明設(shè)備研制過程中，對(duì)主控室光源的選擇、抗震鑒定試驗(yàn)時(shí)采用的支架結(jié)構(gòu)、采用樓層反應(yīng)譜的包絡(luò)性以及設(shè)備的內(nèi)部抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致地研究，列出了需特殊研制的部件，制定了對(duì)策及詳細(xì)的研發(fā)計(jì)劃?？拐鹪囼?yàn)前，編制了抗震試驗(yàn)大綱，并邀請(qǐng)相關(guān)專家對(duì)抗震試驗(yàn)大綱進(jìn)行評(píng)定。在后期的研發(fā)中完全落實(shí)了專家的意見，為抗震試驗(yàn)的順利進(jìn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

抗震試驗(yàn)前，對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行基準(zhǔn)性能試驗(yàn)，并依據(jù)使用的環(huán)境條件對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了老化試驗(yàn)，之后在同濟(jì)大學(xué)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)室進(jìn)行了抗震鑒定試驗(yàn)?？拐鹪囼?yàn)時(shí)X、Y、Z三方向的TRS（試驗(yàn)反應(yīng)譜）均上包絡(luò)了RRS（要求反應(yīng)譜）。試驗(yàn)過程中，對(duì)被試照明設(shè)備進(jìn)行功能監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在5次1/2SSE抗震試驗(yàn)和1次SSE抗震試驗(yàn)時(shí)，核島照明設(shè)備能保持正常功能，未見異常。試驗(yàn)后，對(duì)照明設(shè)備又進(jìn)行了基準(zhǔn)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明照明設(shè)備參數(shù)無(wú)異常變化，符合要求。試驗(yàn)表明，被試設(shè)備完全滿足抗震試驗(yàn)大綱提出的抗震要求。最終共計(jì)10套照明設(shè)備均通過抗震鑒定試驗(yàn)。該項(xiàng)目于2016年11月20日通過了江蘇省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)鑒定，并申請(qǐng)了兩項(xiàng)專利。

燈具設(shè)計(jì)有如下創(chuàng)新點(diǎn)：

（1） 主控室燈具（包括光源）滿足抗震 1類要求。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，按抗震 1類要求，根據(jù)熒光燈管的長(zhǎng)度，考慮兩端燈座與燈管之間的配合，在地震狀態(tài)時(shí)不受扭曲力損壞。在制造上，重點(diǎn)關(guān)注加工的零部件的尺寸精度。組裝上做到準(zhǔn)確定位，其目的是避免照明設(shè)備在地震下產(chǎn)生應(yīng)力、扭曲、脫落現(xiàn)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(zhì)，研制了可用于直接照明形式的無(wú)眩光燈具。這為國(guó)內(nèi)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(wú)眩光燈具）能夠使光線更加柔和、更均勻、不會(huì)產(chǎn)生亮斑、亮線，提高了光的利用率，同時(shí)避免光線直射人的眼睛，使操縱員觀看、讀數(shù)時(shí)無(wú)直接眩光干擾。

（3） 在燈內(nèi)設(shè)置了數(shù)字化無(wú)級(jí)調(diào)光電子整流器，可實(shí)施 0～100%范圍的舒適調(diào)光。對(duì)主控室照明實(shí)行照度調(diào)節(jié)與控制，為數(shù)字化主控室提供了管理運(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

本次設(shè)計(jì)的主控室燈具，在技術(shù)參數(shù)上達(dá)到了國(guó)際水平，性價(jià)比上優(yōu)于三門核電廠從美國(guó)采購(gòu)的同類燈具，在國(guó)內(nèi)以及國(guó)際核電廠中均具有經(jīng)濟(jì)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)性和很大的市場(chǎng)需求。產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于福清核電5、6號(hào)機(jī)組及巴基斯坦卡拉奇K-2/K-3核電項(xiàng)目。

3.2 首次為后備盤設(shè)置常亮的72 h安全照明

根據(jù)主控專業(yè)提資要求：在全廠斷電柴油機(jī)喪失且臨時(shí)電源未能接入的情況下，為保證在主控室對(duì)非能動(dòng)系統(tǒng)72 h的監(jiān)控需求，主控室照明系統(tǒng)應(yīng)保證在72 h蓄電池供電下，為后備盤的特定區(qū)域提供72 h專用照明，照度不低于200 lx。

為此，在后備盤區(qū)域設(shè)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(tǒng)，此電源系統(tǒng)是為應(yīng)對(duì)全廠斷電同時(shí)疊加嚴(yán)重事故工況下非能動(dòng)安全系統(tǒng)設(shè)備的需求專設(shè)的。

同時(shí)主控室內(nèi)保留了 M310堆型設(shè)置在主操作區(qū)域和維修區(qū)以及走廊的平時(shí)不點(diǎn)亮的安全照明，由照明自設(shè)的 2 h蓄電池組和全廠斷電柴油機(jī)電源供電。兩種安全照明共同為嚴(yán)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(jié)論

“華龍一號(hào)”主控室照明系統(tǒng)在照度、照度均勻度、眩光等指標(biāo)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(jié)能要求。本設(shè)計(jì)在已有工程的基礎(chǔ)上，首次研制并采用抗震1類的照明設(shè)備，首次為主控室后備盤區(qū)設(shè)置了72 h安全照明，燈具設(shè)計(jì)在抗震結(jié)構(gòu)、防止眩光以及調(diào)光等方面進(jìn)行了創(chuàng)新，功能可靠，為嚴(yán)重事故下操作員處理事故和主控室可居留性提供了條件。