LED照明灯具在地勘行业野外钻探现场的应用

袁晓亮

1 背景

地勘行业野外钻机照明系统长期以来一直是个难题，从第一代的220V电压、花线、白炽灯、碘钨灯，到电缆防爆灯，再到第二代的36V安全电压、白炽灯照明，一直未能很好兼顾安全问题和照明效果，更没有消除爬塔安装和布线方面的危险因素，同时在配电系统的安全性、规范性上存在着诸多问题。

2 地勘行业钻探现场照明配电的现状

（1）能耗高、亮度弱、光照范围小。钻探井场一直沿用220V交流防水灯具，要想满足生产现场的基本照明需求，如果用普通220V交流白炽灯泡，就需要加大灯泡功率，以煤勘钻机为例，夜间井场的照明就要2.6～4kW，能耗高、亮度低、照明范围小，造成井场电能浪费严重。

（2）有些井场出于安全考虑，正在使用的36V交流低压电源，市场上没有足够亮度的照明灯具，而且灯具的价格较高，质量也不过关，也不具备防水抗震的性能，容易造成漏电伤人。

（3）白炽灯泡持续照明发热，在刮风雨雪天气下易闪爆。往往一场雨雪天气过后，就要全部更换一次灯泡，不经济，更换也不方便。

（4）井场照明电压不稳，灯光忽明忽暗，照明效果差。钻探现场多在荒郊野外，生产、生活照明电源来自柴油发电机，在实际钻探生产中，根据钻进工序和孔内情况的不同，柴油机负荷和转速会有很大的波动，发电机的输出电压也有很大的波动，低则小于100V，高则大于270V，这种电压的不稳定性，就导致灯具亮度忽明忽暗，照明效果较差。

3 解决方案

3.1 LED节能灯与传统白炽灯对比

LED是半导体发光器件，LED节能灯能让很小的通过电流几乎全部转化成可见光。

（1）高光效。LED光效达50～200流明/瓦，单色性好，几乎所有发出的光都可利用，且无需过滤直接射出色光。采用最先进的二次配光技术，最佳光学分配，灯具输出光率可达90%以上。

（2）高节能。具有电压低、电流小、高亮度的特性。一个10～12W的LED光源发出的光与一个35～150W的白炽灯发出的光能相当，而LED比传统光源节能80%～90%。

（3）安全性高。LED节能灯光源使用低电压驱动，发光稳定、无污染，没有50Hz频闪，没有紫外线B波段，白色色温5000K最接近太阳色温5500K，安装方便，造型别致优雅，防尘、防漏电、防腐蚀。

（4）寿命长。LED利用固态半导体芯片将电能转化为光能，外加环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击，LED单管寿命为10万小时，光源寿命在2万小时以上，按每天工作12个小时计算寿命也在5年以上。

（5）快速响应。LED发光管响应时间很短。采用专用电源给LED光源供电时，达到最大照度的时间小于10ms。

（6）运行成本低。其他光源不仅耗电是LED灯光源的2～10倍，而且几乎每月都要更换，在器件更换和人工方面的花费很大。因此，选用使用寿命长的LED光源从长远看非常经济。

（7）外形美观大方、绿色、节能、环保，可在-40～50℃温度下正常使用，能适应于各种工况。

3.2 重新规划设计钻探现场照明配电系统

根据野外钻探生产环境和配电系统多功能的要求，首先，配电柜必须防水、防爆、防锈，其次，内部构造、高低压分区、元器件安装、布线、绝缘等级、接地保护等必须符合相关规范。

（1）将柴油发电机输出的220V波动交流电降压、整流为24V直流电压，使照明电路电压稳定、安全。

（2）采用工矿用LED泛光灯，替代原有白炽灯。钻塔顶加装LED警示灯1盏，钻塔第一横梁处加装360°旋转LED射灯聚光2盏，使光线能够全方位覆盖全井场，根据工作需要，使用遥控器控制灯光的照射方向和照射点，达到全方位定时定点照明的目的。

（3）设计LED灯安装模块，角度、方向可根据现场调节。

（4）在后厂房内部装两盏LED泛光灯，泥浆池、清水池四周安装反光防护栏杆，予以警告，防止人员意外跌落池内。

（5）配电箱内装有备用电瓶，此电瓶可以用作备用电源，也可以用来启动柴油机，配电箱内配有充电机，可以在发电机工作情况下可以给电瓶充电，备用太阳能系统在停钻情况下可以给电瓶充电。

（6）用快速插拔的防水航空插头替代原有的普通接线节点，安装拆卸非常方便快捷。防空插头带有防尘帽，在钻机搬家时，可有效保护防空插头，使其不会进入尘土和水。

（7）重新规划井场照明线路的布局，采用钻塔塔腿内嵌式隐蔽布线，快速插接连接，使现场布线合理安全、整洁有序，减少安全隐患。钻机搬家时安装拆卸更加安全、方便快捷。

（8）应急照明电路使用一组备用电瓶作为应急电源，应急照明采用自动切换开关，在机器出现故障或没有电源的情况下自动快速切换到应急照明，解决在停工状态或发电机、柴油机有故障情况下的井场照明问题。

（9）配电箱集成安装温度、气压、海拔监控装置，以便于在水文孔施工中观察数据。

4 应用LED照明设备后的优点及解决的问题

（1）低压直流，用电安全可靠。现场照明“工厂化”，照度是220V灯泡的5倍以上，是36V灯泡的10倍以上。

（2）采用LED照明灯具总功率在1.3kW左右，传统照明灯具至少3kW，节能50%以上。

（3）采用航空快拔接头插接，安全、快捷、方便。（4）采用太阳能电池板辅助充电，十分环保。

（5）供电系统断电，自动切换到应急照明模式，可为现场提供12小时应急照明。通过电压逆变，可为小功率电动工具提供电源。

（6）模块化设计，数字化显示，美观大方。

（7）配置360°遥控旋转射灯，实现动态搜索、定向定点照明，钻探井场无死角；塔顶、泥浆池等危险地点装配有太阳能安全警示灯，减少安全风险。

（8）与施工现场蓄电瓶通用，具有智能充电、欠压/过载自主保护功能。

（9）装配雾灯，不受大雾影响，具有防风沙、防爆、防雨功能。

5 结语

LED直流低压安全照明设备在地勘钻探井场的应用彻底消除了原先照明系统安全性差、亮度低、能耗大、拆装难度大、功能单一的弊端，集成、优化了常规配电箱的功能，增强了安全性，具有了安全、节能、高亮、恒亮、便捷、智能、应急与自动充电等多种特点，解决了地勘钻探井场的诸多问题。