航天測試廠房照明系統施工可靠性研究

蓋泳伶，吳亮，馬超，鄭如意，梁騫，劉文科

（中國酒泉衛星發射中心，酒泉 732750）

引言

近年來，隨著航天事業的發展，航天測試廠房使用率逐年提升。航天測試廠房的照明系統可靠性是保障航天測試工作順利開展、提高航天任務效率和保護航天工作人員健康的重要措施。航天測試廠房投入使用數十年來，照明環境系統可靠性出現了不同程度下降，需要進行照明環境系統施工，提高可靠性。本文以廠房照明環境施工可靠性為研究內容，根據現有條件通過計算仿真確定燈具選型數量和布置位置，確定電纜的選型，制定照明環境施工的施工流程，建立照明環境施工的安全和質量控制措施。

1 照明系統的可靠性設計

航天測試廠房用于衛星等航天器的裝配、測試加注等工作。航天測試廠房是單體廠房，廠房內的照明環境燈具主要分布在頂部，根據國家標準和試驗場所要求，照度不低于300 lx，根據這項標準開展可靠性研究，保證照度達到標準要求。

某廠房尺寸長34 m 寬27 m 高25 m。根據廠房的內部裝飾材質，廠房頂棚的反射比ρc=70 %，墻壁的反射比ρw=50 %，地板的反射比ρw=20 %，照明環境設計如下[1]：

1.1 燈具可靠性選擇分析

依據GB 50034-2004 建筑照明環境設計標準，燈的光源一般選擇高壓氣體放電燈，結合測試廠房要求，光源選擇金屬鹵化物燈，層高在10 m 以上的可采用（250~1 000）W 高壓氣體放電燈，結合燈具的質量、壽命和重量等綜合因素考慮，選用400 W 金鹵燈（MH 氣體放電燈），光通量為32 000 lm，配節能電感鎮流器（功率10 w），功率因數>0.9，顯色指數Ra>70 以上，外殼防護IP65，防腐等級WF2，接口采用航空插頭，平均使用壽命不低于20 000 h，燈體材質選用壓鑄合金和玻璃燈罩，防水密封圈材質為硅橡膠；燈具應可靠接地，并有防漏電、觸電措施[2]。

1）計算室空間比RCR

燈具的吊裝高度為25 m，工作面高度取0.85 m，因此燈具的計算高度Hrc=25-0.85=24.15 m。則空間比RCR為：

式中：

RCR—室空間比；

L—廠房長度，m；

W—廠房寬度，m；

Hrc—燈具在工作面以上的高度，m。

則室形系數RI 為：

式中：

RI—室形系數；

L—廠房長度，m；

W—廠房寬度，m；

Hrc—燈具在工作面以上的高度，m。

廠房是用于航天試驗產品裝配的場所，對配光的合理性有一定的要求，要充分提高光的利用率。RCR 值較小時選用寬配光類型的燈具，RCR 較大時選用中配光或窄配光的燈具，寬配光的光會在空中損失，地面照度不能滿足需求。根據RCR 選擇配光種類具體見表1，高頂燈為窄配光，因此廠房需要選用高頂燈[3]。

表1 燈具配光類型的選擇

2）確定燈具的利用系數和維護系數

燈具的利用系數是指從照明環境燈具放射出來的光束有百分之多少到達地板和作業臺面,所以與照明環境燈具的設計、安裝高度、房間的大小和反射率的不同相關,照明環境率也隨之變化。根據《照明環境設計手冊》第二版第4 章，根據廠房頂棚的反射比ρc=70 %，墻壁的反射比ρw=50 %，地板的反射比ρw=20 %，室內空間比RCE=8.02，查利用系數表后廠房的利用系數u 取值范圍在0.37[4]。

維護系數K 是指伴隨著照明環境燈具的老化，燈具光的輸出能力降低和光源的使用時間的增加，光源發生光衰；或由于房間灰塵的積累，致使空間反射效率降低，致使照度降低而乘上的系數。儀器儀表裝配間電子元器件裝配間檢驗室等場所環境你污染特征為清潔，燈具最少擦拭次數為每年2 次，維護系數值取0.8，航天測試廠房屬于清潔場所，因此維護系數K 取0.8。

燈具的光通量

3）計算燈具的數量，確定燈具的布置方案[4]

400 W 金鹵燈（MH 氣體放電燈），光通量為32 000 lm，考慮到燈具保護罩和防眩暈措施，經積分球儀器測試，燈具的光通量為φ=20 646 lm。

根據航天測試廠房的作業要求，平均照度Eav=300 lx，則燈具的數量為：

式中：

N—燈具數量，盞；

Eav—廠房平均照度，lx；

A—廠房面積， m2；

φ—400 W 燈具的光通量，lm；

u—利用系數；

K—維護系數。

根據航天測試廠房的結構，縱向分布8 路，間距4.25 m，考慮到廠房頂部橫跨了橋吊，燈具橫向分布由5路增加至6 路，間距4.5 m，所以選用48 盞燈具，具體見圖1。

圖1 航天測試廠房燈具布置圖

4）計算實際照度值[4]

式中：

N—燈具數量；

Eav—廠房平均照度；

A—廠房面積；

φ—400 W 燈具的光通量；

u—利用系數；

K—維護系數。

通過計算可以看出，平均照度為319.5 l>300 lx，滿足廠房照度要求，燈具照明的可靠性得到保證。

5）采用DIAlux 軟件仿真[5]

本文選取的NGC9810 高頂燈，單個燈具的光通量為32 000 lm，圖2 為該燈具的配光曲線圖。

圖2 燈具的配光曲線圖

按照已確定的燈具布置方案，將燈具配光曲線圖導入到DIALux 軟件中進行軟件仿真，得到航天測試廠房平面等照度圖如圖3 所示。

圖3 航天測試廠房燈具布置的等照度圖

根據DIALux 軟件中進行軟件仿真，工作面的最小照度為303 lx，工作面各區域照度均大于300 lx，與理論計算值相符，燈具照明可靠性得到驗證。體照度數據如表2 所示。

表2 燈具配光類型的選擇

6）分析燈具固定可靠性

航天器測試廠房為航天產品進行測試的場所，所放置的產品設備要嚴格保護，放置出現磕碰，因此在燈具的固定方式一定要牢固可靠。燈具在廠房頂部采用吸頂式固定，采用雙螺母方式，燈具外殼具有防脫落螺絲緊固，外加防墜鏈設計，降低燈具維修時脫落隱患，提高可靠性，防止出現墜落[5]，具體見圖4。

圖4 400 W 金鹵高頂燈

1.2 電纜可靠性選型分析

頂部燈具采用400 W 高頂燈，共48 盞，分4 個回路控制，則每1 回路的功率為（燈泡400 W，配節能電感鎮流器10 W）：

式中：

P—回路總功率；

n—燈具數量；

Pe2—燈具和節能電感整流器的功率和。

照明環境線路電流為：

其中：

P—回路總功率；

U 電壓取220 V，cosφ—功率因數，根據選型的燈具取0.85。

常用電纜分為YJV 型、RVV 型、BVR 型、BV 型和ZR-YJV 型。YJV 型全稱交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜，能承受一定的敷設牽引力，可用于室內架設、穿管和埋在地下土壤中。RVV 型全稱銅芯聚氯乙烯絕緣氯乙烯護套軟電纜，俗稱軟護套線，線芯為銅質多芯電纜較松軟，常用于控制線、信號線、語音傳輸線和家庭照明環境連接線。BVR 型全稱銅芯聚氯乙烯絕緣軟護套電線，是多股電纜，每股線芯為銅質單芯，常用于控制線、二次線。BV 型電纜全稱為銅芯聚氯乙烯絕緣電線，為單芯銅線，比較硬，一般常用于室內供電。ZR-YJV 型為阻燃交聯聚乙烯電纜，可承受高溫達125 ℃，具有一定阻燃性，可用于安全要求高的場所[5]。

根據航天發射廠房高頂燈要求，采用三相配電，每相配電電流不超過30 A，分相負載盡量保持平衡，測試廠房對電纜可靠性要求高，要具有阻燃性，且壽命長不易老化，因此頂部照明環境燈具采用ZR-YJV-0.6/1 kV-3×4 mm2型船用電纜，安全載流量約為35 A ≥I=24.3 A，符合要求[6]。

2 照明系統施工可靠性措施

2.1 產品質量

1）檢查產品對應合格證及檢定報告。在照明環境施工前，對照明環境施工所使用的第三方產品按照《施工方案》要求進行檢查，對定制的燈具、開關、插座、插頭及對應型號電纜檢查是否有出廠合格證。產品進場后，對產品質量進行檢查驗收。由相關材料負責人對進場材料進行對應的合格證及各項鑒定報告進行檢查，確保所使用的材料經過專業部門檢定，保證在后續的使用過程中產品安全可靠。

2）燈具外觀及通電試驗檢查。航天測試廠房采用的是400 W/NGC9810 高頂燈金鹵燈具，材料進場后，由專業技術人員對進場的兩種型號燈具進行逐個通電試驗檢查，檢查燈具是否存在色溫差異，對發現問題的要協調廠家進行及時更換，要確保每盞燈具進場時運行狀況良好，同時對燈具外觀完好性結構穩固性進行檢查，確保燈具外觀狀況良好，結構牢固可靠。

3）電纜檢查。航天測試廠房主要采用的電纜型號為ZR-YJV3×4 mm2，由技術人員主要對進場電纜的檢定合格證明進行檢查，并截取一段電纜進行電纜的絕緣情況、線芯含銅量、絕緣皮厚度、護套厚度和外觀等情況進行檢查，確保進場電纜經過專業部門檢定，電纜質量可靠。

2.2 安裝工藝

安裝程序。先進行整個控制線路的檢測與維護，包括電源開關確定、開關性能檢測及校準、各個回路導線絕緣性能測試、線路相序標識等。所有燈具與原來線路出線管連接時，要求采用金屬軟管作導線防護。嚴格按照燈具說明書電路連接圖進行連接，接頭標識，按標識套管顏色區分。連接點采用標準絞接方式，接頭采用絕緣膠帶包扎后套熱縮管防護，防護套管采用熱縮管。人員安裝作業采用搭設腳手架、借助鋼結構和廠房吊車等與保險帶進行作業，吸頂燈通過膨脹螺栓進行固定，每個固定孔都要進行緊固，不能出現遺漏，并對固定的燈具要進行測試[7]。

燈具固定完后，對原有線路進行零火校定，確定零火準確無誤后檢查線路狀況是否完好，對不完好的線路進行損壞部位剝除，并連接新線，連接部位采用絕緣-防水-絕緣三層防護，并使用波紋軟管進行防護。而后將連接線由燈具進線口接入，波紋軟管與燈具進線口使用絕緣膠帶進行防護包扎，引入線包括火線（紅色）、零線（藍色）、地線（黃綠相間）三根，分別與燈具對應接口進行連接，其中地線引出后連接鍍鋅線鼻，于燈具固定螺栓處另使用螺栓進行壓緊接地，具體見圖5、6。

圖5 燈具內部線路

圖6 燈具接地連接

2.3 系統測試

燈具安裝、線路檢查校準完成后，進行靜態檢測，確認供電制式、N 線連接、PE 線連接、控制程序正確，確保工藝水平符合規范要求。驗收工作應由專家組成員、使用單位和質量監督人員共同確認并簽字認可后，進入系統運行調試階段。調試的主要檢驗標準依據：電源開關控制滿足方案設計要求；燈具滿足使用說明要求；三相電流不平衡度符合供配電相關標準；開關、導線溫升符合設計要求。動態運行調試，對照明環境系統連續運行48 h 考核，并對廠房的光照度采用照度計進行測量，達到平均照度300 lx 的標準[8]。

3 施工質量控制

3.1 注意安全責任分工

在施工前，要明確各自人員的安全職責，簽訂安全承諾書，確保人員對各自安全職責掌握清楚。安全責任制要通過安全領導小組去落實，安全小組中要選用技術成熟、經驗豐富的人員作為安全員，明確安全員的職責、監督范圍、內容和所管理的人員，安全員要跟隨照明環境施工的全過程，及時發現并制止出現的安全隱患苗頭。在擔任安全職責的人員發生變動后要及時安排人員補位，確保管理責任劃分無漏項缺項，在安全職責劃分后要到現場查看運行的情況，對于一些界限不明確的地方要現場明確，避免互相推諉的問題出現。

3.2 注意高空作業安全

照明環境施工是在廠房頂部進行，距離地面24 m 高，屬于高空作業，必須高度重視作業安全，防止人員墜落。施工時由安全員負責監督每個作業過程的安全措施，人員進入高空作業區域，必須帶安全帶并由安全員對安全帶連接位置進行確認，連掛可靠方可作業。借助吊車作業時必須與吊車相應的結構件可靠連接安全帶。登高作業或在平臺上安裝燈具時，必須采取可靠的登高設施并有專人防護監督。懸掛作業梯等操作，作業梯必須選擇并通過確認能夠承載相應重量的結構梁、其它結構。安全帶不能與懸掛作業梯連接，應當掛在其他鋼結構體作為負重體。

3.3 注意作業用電安全

照明環境系統施工時由安全員負責監督每個作業過程的安全措施。進入作業區前，首先由安全監督小組組長召集所有操作人員進行安全用電分析會，確認各個作業區域電源開關位置。操作人員對所屬區域的線路進行驗電，確認停電后對電源開關輸出端導線采取分離措施并記錄。由施工技術負責人監督每一項施工過程中發生的技術性問題。例如，調試過程中的送電、停電誤操作、線路連接過程中錯誤接線、作業程序錯誤等。監督人員必須與操作人員詳細交待每一項操作的作業程序及檢驗方法。

3.4 注意系統質量控制

照明環境施工時要成立質量控制小組，質量控制小組應作業單位、使用單位和技術控制單位的人員組成，人員分工明確職責清楚，在照明環境施工的全程跟蹤，指導作業單位開展“回想”和“預想”。在照明環境施工的全程中，要利用班會和轉階段時開展質量教育，提高人員質量意識，對“照度”、“扭矩”、“電壓”、“電流”、“電阻值”等數據進行實測，結果應符合國家標準，對于問題要及時復查整改。對照明環境施工中的質量問題，要及時組織專家現場討論查看并進行“歸零”，對“歸零”結論進行簽批，作業單位要深入開展“舉一反三”，確保后續作業質量安全可靠。

4 驗收

經過10 天左右的運行考核，對照明系統建設的各個環節可靠性進行驗收。施工單位準備好相關驗收材料，驗收材料包括開工報告、施工報告、竣工報告、設計圖紙、燈具電纜等產品合格證等所有相關技術文件。由施工單位組織相關技術人員、質量監督單位和使用單位代表組織驗收。經驗收，照明系統燈具、電纜運行可靠性滿足航天測試廠房要求，平均照度為342 lx，滿足照度要求，航天測試廠房照明系統施工安全可靠。

5 結語

根據國家標準，結合航天測試廠房需求，按照照明環境設計理論進行航天測試廠房照明系統建設可靠性研究。通過數學計算仿真軟件應用，進行了燈具、電纜選型可靠性設計，制定了施工材料、施工質量控制措施，提高系統可靠性。最后系統運行考核，廠房燈具分布合理、安裝可靠，電纜選型合理、連接可靠，施工質量符合標準，整個照明系統運行可靠，有效保障了航天測試工作的安全性和舒適性，為同類型廠房照明系統施工可靠性研究提供了方法。