葛洲坝电站应急照明系统探索与发展

喻 叶

(中国长江电力股份有限公司葛洲坝电厂，湖北 宜昌 443000)

应急照明是在正常照明系统因电源发生故障，不再提供正常照明的情况下,供人员疏散、保障安全或继续工作的照明。

国内现有的水电站因建造年代不同，其应急照明系统所采用的光源和电源不尽相同。以笔者所在的葛洲坝电站为例，该电站兴建于1971年5月，1972年2月停工，1974年10月复工，1988年12月全部竣工，总装机容量271.5万kW。首台17万kW机组于1981年7月30日投入运行，至今已历经了38年的岁月。葛洲坝电站的应急照明系统包含集中式供电应急照明和分散式供电应急照明[1]，共应急照明系统的控制系统经历了最原始的继电器控制和UPS及EPS等现代控制技术，照明灯具也经历了一系列变化。

1 应急照明形式简介

1.1 分散式供电应急照明

这是一种独立式供电，即每个应急灯自带备用蓄电池，在加载正常电源的情况下，处于浮充电状态；正常电源切断时，备用电源(蓄电池)自动投入。

分散式供电优点：接线简单易施工，电源转换迅速，线路故障无影响。

分散式供电缺点：灯具结构复杂、电子元器件数量多，存在大量故障隐患点；投资大，持续照明时间受蓄电池容量大小的影响，维护管理工作量大，寿命较短。

适用于应急灯数量不多且分散的场所，主要用于疏散照明。

1.2 集中式供电应急照明

应急照明灯具本身不带蓄电池，正常照明电源故障时，由专用集中式应急电源供电，满足各种用电负载需求。

集中式供电的特点：所有灯具内部复杂的电子电路被省掉了，只有集中电源部分有易损的电子元件，可靠性高；由于维护更便捷、蓄电池安装环境更可控，蓄电池寿命提高；应急灯具可选用普通灯具，降低成本。

适用于应急灯负荷种类多，且较为集中的场所；主要用于事故照明。目前葛洲坝电站事故照明主要采用集中式供电的方式。

2 葛洲坝电站集中式供电应急照明探索与发展

集中式供电应急照明系统，基本原则：正常情况下由交流主供，当主供电源失电的情况下，通过交直流切换装置由直流系统给应急照明灯具供电，确保事故状态下必须的照明[2]。应急照明系统能否实现正确、快速切换，保证厂站内事故情况下照明，给工作人员判断、分析、处理事故提供可靠的照明环境至关重要。为满足交直流切换方式的正确性和快速性，葛洲坝电站也进行了不断的探索与研究，其发展主要经历了以下3个阶段：

2.1 继电器控制交直流回路的切换

在建厂之初至2010年左右，葛洲坝电站应急照明系统主要采用继电器控制交直流回路切换的方式[3]。工作原理：正常情况下一段厂用电交流220 V给事故照明盘柜供电；当一段厂用电消失，由检测电压继电器动作接通二段厂用电交流220 V导入事故照明盘柜；当两段交流厂用电都消失时，断开交流回路，立刻导入厂外直流电，给事故照明盘柜供电。原理如图1。

图1 继电器控制电源回路的切换原理图

基于继电器控制交直流回路的切换方式，存在的问题：

1)事故照明盘内元器件多，故障点多，检修维护工作量大；

2)元器件故障可能会引起电源回路切换失败，以至交直流窜电，影响直流系统的稳定；

3)输出电源可能是交流也可能是直流，对应急照明灯具的要求交直流两用，灯具成本增加。

2.2 UPS控制交直流回路的切换

由于继电器控制电源回路切换存在故障率高、不稳定等问题；在2010年进行大江GIS站改造时，葛洲坝电站开始使用UPS+大功率金卤灯的应急照明供电方式。

大江GIS室层高超过10 m，室内照明采用了250 W大功率金卤灯照明，为了保证事故情况下GIS室照度需求，应急照明灯具也采用250 W金卤灯照明。由于金属卤化物灯供电特殊性，其电源切换时间若大于5 ms，灯具会熄灭；熄灭后则需要灯具冷却后才能再启动，其启动时间约10 min[4]，不能满足事故情况下快速启动的要求，故应急照明电源采用了切换时间为毫秒级的UPS供电。UPS工作原理如图2。

图2 UPS工作原理图

UPS供电的特点：切换时间短，可以不间断供电，只要逆变器不出故障，UPS是在线运行的，即使交流电源故障切换至直流电源，也能保证输出电源不间断，符合负荷金属卤化物灯的供电要求[5]。

UPS供电存在的问题：UPS设计的供电负荷是计算机负荷，计算机负荷工作时不会产生较大的冲击电流，而金属卤化物灯启动时需要较大的启动电流，容易导致UPS损坏。

2.3 EPS控制电源回路的切换

由于UPS抗冲击能力较差，且随着灯具的发展进步，大功率LED技术已基本成熟，EPS系统的发展也日趋完善。2017年在进行二江GIS站改造时，葛洲坝电站提出采用EPS+LED灯的应急照明供电方式。

二江GIS室内照明采用150 W大功率LED照明灯具，为了保证事故情况下GIS室照度需求，应急照明灯具也采用150 W LED灯。LED灯在电源切换时，熄灭以后可以快速点亮，对于电源切换时间没有很高的要求，故采用了容量大、造价低、抗冲击能力强，但是电源切换时间为“秒”级的EPS装置。EPS工作原理如图3。

图3 EPS工作原理图

EPS电源的特点：结构较简单，造价低，平时能耗小，无噪音，主机寿命长达15～20年。适用于电感性、电容性及综合性负载，广泛用于高层建筑和特殊应急供电场合；但切换时间为秒级[5]。

3 厂站应急照明配置建议及发展方向

就电厂而言，疏散照明还是建议采用自带电源型应急灯；高大厂房内事故照明则建议采用EPS电源+LED灯具。EPS在电源切换尽管是秒级，但是LED灯具是在熄灭后可以瞬间点亮的，不会出现掉电后再启动时间长的问题。只是LED灯具，目前还存在造价高、光效偏低等问题。

目前金卤灯较之LED灯，更适合高大厂房的使用。金卤灯具有光效高、寿命长、显色性好、结构紧凑、性能稳定等特点。在未来，随着EPS逐渐发展，如果能做到切换时间满足金卤灯切换时间要求，应急照明系统可采用EPS电源+金卤灯；随着LED灯具技术日趋成熟，LED目前存在的造价高、光效偏低等问题得到解决后，切换时间为“秒”级的EPS+LED灯具组成的应急照明系统将得到更广泛的应用。