航天测试厂房照明系统施工可靠性研究

盖泳伶，吴亮，马超，郑如意，梁骞，刘文科

（中国酒泉卫星发射中心，酒泉 732750）

引言

近年来，随着航天事业的发展，航天测试厂房使用率逐年提升。航天测试厂房的照明系统可靠性是保障航天测试工作顺利开展、提高航天任务效率和保护航天工作人员健康的重要措施。航天测试厂房投入使用数十年来，照明环境系统可靠性出现了不同程度下降，需要进行照明环境系统施工，提高可靠性。本文以厂房照明环境施工可靠性为研究内容，根据现有条件通过计算仿真确定灯具选型数量和布置位置，确定电缆的选型，制定照明环境施工的施工流程，建立照明环境施工的安全和质量控制措施。

1 照明系统的可靠性设计

航天测试厂房用于卫星等航天器的装配、测试加注等工作。航天测试厂房是单体厂房，厂房内的照明环境灯具主要分布在顶部，根据国家标准和试验场所要求，照度不低于300 lx，根据这项标准开展可靠性研究，保证照度达到标准要求。

某厂房尺寸长34 m 宽27 m 高25 m。根据厂房的内部装饰材质，厂房顶棚的反射比ρc=70 %，墙壁的反射比ρw=50 %，地板的反射比ρw=20 %，照明环境设计如下[1]：

1.1 灯具可靠性选择分析

依据GB 50034-2004 建筑照明环境设计标准，灯的光源一般选择高压气体放电灯，结合测试厂房要求，光源选择金属卤化物灯，层高在10 m 以上的可采用（250~1 000）W 高压气体放电灯，结合灯具的质量、寿命和重量等综合因素考虑，选用400 W 金卤灯（MH 气体放电灯），光通量为32 000 lm，配节能电感镇流器（功率10 w），功率因数>0.9，显色指数Ra>70 以上，外壳防护IP65，防腐等级WF2，接口采用航空插头，平均使用寿命不低于20 000 h，灯体材质选用压铸合金和玻璃灯罩，防水密封圈材质为硅橡胶；灯具应可靠接地，并有防漏电、触电措施[2]。

1）计算室空间比RCR

灯具的吊装高度为25 m，工作面高度取0.85 m，因此灯具的计算高度Hrc=25-0.85=24.15 m。则空间比RCR为：

式中：

RCR—室空间比；

L—厂房长度，m；

W—厂房宽度，m；

Hrc—灯具在工作面以上的高度，m。

则室形系数RI 为：

式中：

RI—室形系数；

L—厂房长度，m；

W—厂房宽度，m；

Hrc—灯具在工作面以上的高度，m。

厂房是用于航天试验产品装配的场所，对配光的合理性有一定的要求，要充分提高光的利用率。RCR 值较小时选用宽配光类型的灯具，RCR 较大时选用中配光或窄配光的灯具，宽配光的光会在空中损失，地面照度不能满足需求。根据RCR 选择配光种类具体见表1，高顶灯为窄配光，因此厂房需要选用高顶灯[3]。

表1 灯具配光类型的选择

2）确定灯具的利用系数和维护系数

灯具的利用系数是指从照明环境灯具放射出来的光束有百分之多少到达地板和作业台面,所以与照明环境灯具的设计、安装高度、房间的大小和反射率的不同相关,照明环境率也随之变化。根据《照明环境设计手册》第二版第4 章，根据厂房顶棚的反射比ρc=70 %，墙壁的反射比ρw=50 %，地板的反射比ρw=20 %，室内空间比RCE=8.02，查利用系数表后厂房的利用系数u 取值范围在0.37[4]。

维护系数K 是指伴随着照明环境灯具的老化，灯具光的输出能力降低和光源的使用时间的增加，光源发生光衰；或由于房间灰尘的积累，致使空间反射效率降低，致使照度降低而乘上的系数。仪器仪表装配间电子元器件装配间检验室等场所环境你污染特征为清洁，灯具最少擦拭次数为每年2 次，维护系数值取0.8，航天测试厂房属于清洁场所，因此维护系数K 取0.8。

灯具的光通量

3）计算灯具的数量，确定灯具的布置方案[4]

400 W 金卤灯（MH 气体放电灯），光通量为32 000 lm，考虑到灯具保护罩和防眩晕措施，经积分球仪器测试，灯具的光通量为φ=20 646 lm。

根据航天测试厂房的作业要求，平均照度Eav=300 lx，则灯具的数量为：

式中：

N—灯具数量，盏；

Eav—厂房平均照度，lx；

A—厂房面积， m2；

φ—400 W 灯具的光通量，lm；

u—利用系数；

K—维护系数。

根据航天测试厂房的结构，纵向分布8 路，间距4.25 m，考虑到厂房顶部横跨了桥吊，灯具横向分布由5路增加至6 路，间距4.5 m，所以选用48 盏灯具，具体见图1。

图1 航天测试厂房灯具布置图

4）计算实际照度值[4]

式中：

N—灯具数量；

Eav—厂房平均照度；

A—厂房面积；

φ—400 W 灯具的光通量；

u—利用系数；

K—维护系数。

通过计算可以看出，平均照度为319.5 l>300 lx，满足厂房照度要求，灯具照明的可靠性得到保证。

5）采用DIAlux 软件仿真[5]

本文选取的NGC9810 高顶灯，单个灯具的光通量为32 000 lm，图2 为该灯具的配光曲线图。

图2 灯具的配光曲线图

按照已确定的灯具布置方案，将灯具配光曲线图导入到DIALux 软件中进行软件仿真，得到航天测试厂房平面等照度图如图3 所示。

图3 航天测试厂房灯具布置的等照度图

根据DIALux 软件中进行软件仿真，工作面的最小照度为303 lx，工作面各区域照度均大于300 lx，与理论计算值相符，灯具照明可靠性得到验证。体照度数据如表2 所示。

表2 灯具配光类型的选择

6）分析灯具固定可靠性

航天器测试厂房为航天产品进行测试的场所，所放置的产品设备要严格保护，放置出现磕碰，因此在灯具的固定方式一定要牢固可靠。灯具在厂房顶部采用吸顶式固定，采用双螺母方式，灯具外壳具有防脱落螺丝紧固，外加防坠链设计，降低灯具维修时脱落隐患，提高可靠性，防止出现坠落[5]，具体见图4。

图4 400 W 金卤高顶灯

1.2 电缆可靠性选型分析

顶部灯具采用400 W 高顶灯，共48 盏，分4 个回路控制，则每1 回路的功率为（灯泡400 W，配节能电感镇流器10 W）：

式中：

P—回路总功率；

n—灯具数量；

Pe2—灯具和节能电感整流器的功率和。

照明环境线路电流为：

其中：

P—回路总功率；

U 电压取220 V，cosφ—功率因数，根据选型的灯具取0.85。

常用电缆分为YJV 型、RVV 型、BVR 型、BV 型和ZR-YJV 型。YJV 型全称交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，能承受一定的敷设牵引力，可用于室内架设、穿管和埋在地下土壤中。RVV 型全称铜芯聚氯乙烯绝缘氯乙烯护套软电缆，俗称软护套线，线芯为铜质多芯电缆较松软，常用于控制线、信号线、语音传输线和家庭照明环境连接线。BVR 型全称铜芯聚氯乙烯绝缘软护套电线，是多股电缆，每股线芯为铜质单芯，常用于控制线、二次线。BV 型电缆全称为铜芯聚氯乙烯绝缘电线，为单芯铜线，比较硬，一般常用于室内供电。ZR-YJV 型为阻燃交联聚乙烯电缆，可承受高温达125 ℃，具有一定阻燃性，可用于安全要求高的场所[5]。

根据航天发射厂房高顶灯要求，采用三相配电，每相配电电流不超过30 A，分相负载尽量保持平衡，测试厂房对电缆可靠性要求高，要具有阻燃性，且寿命长不易老化，因此顶部照明环境灯具采用ZR-YJV-0.6/1 kV-3×4 mm2型船用电缆，安全载流量约为35 A ≥I=24.3 A，符合要求[6]。

2 照明系统施工可靠性措施

2.1 产品质量

1）检查产品对应合格证及检定报告。在照明环境施工前，对照明环境施工所使用的第三方产品按照《施工方案》要求进行检查，对定制的灯具、开关、插座、插头及对应型号电缆检查是否有出厂合格证。产品进场后，对产品质量进行检查验收。由相关材料负责人对进场材料进行对应的合格证及各项鉴定报告进行检查，确保所使用的材料经过专业部门检定，保证在后续的使用过程中产品安全可靠。

2）灯具外观及通电试验检查。航天测试厂房采用的是400 W/NGC9810 高顶灯金卤灯具，材料进场后，由专业技术人员对进场的两种型号灯具进行逐个通电试验检查，检查灯具是否存在色温差异，对发现问题的要协调厂家进行及时更换，要确保每盏灯具进场时运行状况良好，同时对灯具外观完好性结构稳固性进行检查，确保灯具外观状况良好，结构牢固可靠。

3）电缆检查。航天测试厂房主要采用的电缆型号为ZR-YJV3×4 mm2，由技术人员主要对进场电缆的检定合格证明进行检查，并截取一段电缆进行电缆的绝缘情况、线芯含铜量、绝缘皮厚度、护套厚度和外观等情况进行检查，确保进场电缆经过专业部门检定，电缆质量可靠。

2.2 安装工艺

安装程序。先进行整个控制线路的检测与维护，包括电源开关确定、开关性能检测及校准、各个回路导线绝缘性能测试、线路相序标识等。所有灯具与原来线路出线管连接时，要求采用金属软管作导线防护。严格按照灯具说明书电路连接图进行连接，接头标识，按标识套管颜色区分。连接点采用标准绞接方式，接头采用绝缘胶带包扎后套热缩管防护，防护套管采用热缩管。人员安装作业采用搭设脚手架、借助钢结构和厂房吊车等与保险带进行作业，吸顶灯通过膨胀螺栓进行固定，每个固定孔都要进行紧固，不能出现遗漏，并对固定的灯具要进行测试[7]。

灯具固定完后，对原有线路进行零火校定，确定零火准确无误后检查线路状况是否完好，对不完好的线路进行损坏部位剥除，并连接新线，连接部位采用绝缘-防水-绝缘三层防护，并使用波纹软管进行防护。而后将连接线由灯具进线口接入，波纹软管与灯具进线口使用绝缘胶带进行防护包扎，引入线包括火线（红色）、零线（蓝色）、地线（黄绿相间）三根，分别与灯具对应接口进行连接，其中地线引出后连接镀锌线鼻，于灯具固定螺栓处另使用螺栓进行压紧接地，具体见图5、6。

图5 灯具内部线路

图6 灯具接地连接

2.3 系统测试

灯具安装、线路检查校准完成后，进行静态检测，确认供电制式、N 线连接、PE 线连接、控制程序正确，确保工艺水平符合规范要求。验收工作应由专家组成员、使用单位和质量监督人员共同确认并签字认可后，进入系统运行调试阶段。调试的主要检验标准依据：电源开关控制满足方案设计要求；灯具满足使用说明要求；三相电流不平衡度符合供配电相关标准；开关、导线温升符合设计要求。动态运行调试，对照明环境系统连续运行48 h 考核，并对厂房的光照度采用照度计进行测量，达到平均照度300 lx 的标准[8]。

3 施工质量控制

3.1 注意安全责任分工

在施工前，要明确各自人员的安全职责，签订安全承诺书，确保人员对各自安全职责掌握清楚。安全责任制要通过安全领导小组去落实，安全小组中要选用技术成熟、经验丰富的人员作为安全员，明确安全员的职责、监督范围、内容和所管理的人员，安全员要跟随照明环境施工的全过程，及时发现并制止出现的安全隐患苗头。在担任安全职责的人员发生变动后要及时安排人员补位，确保管理责任划分无漏项缺项，在安全职责划分后要到现场查看运行的情况，对于一些界限不明确的地方要现场明确，避免互相推诿的问题出现。

3.2 注意高空作业安全

照明环境施工是在厂房顶部进行，距离地面24 m 高，属于高空作业，必须高度重视作业安全，防止人员坠落。施工时由安全员负责监督每个作业过程的安全措施，人员进入高空作业区域，必须带安全带并由安全员对安全带连接位置进行确认，连挂可靠方可作业。借助吊车作业时必须与吊车相应的结构件可靠连接安全带。登高作业或在平台上安装灯具时，必须采取可靠的登高设施并有专人防护监督。悬挂作业梯等操作，作业梯必须选择并通过确认能够承载相应重量的结构梁、其它结构。安全带不能与悬挂作业梯连接，应当挂在其他钢结构体作为负重体。

3.3 注意作业用电安全

照明环境系统施工时由安全员负责监督每个作业过程的安全措施。进入作业区前，首先由安全监督小组组长召集所有操作人员进行安全用电分析会，确认各个作业区域电源开关位置。操作人员对所属区域的线路进行验电，确认停电后对电源开关输出端导线采取分离措施并记录。由施工技术负责人监督每一项施工过程中发生的技术性问题。例如，调试过程中的送电、停电误操作、线路连接过程中错误接线、作业程序错误等。监督人员必须与操作人员详细交待每一项操作的作业程序及检验方法。

3.4 注意系统质量控制

照明环境施工时要成立质量控制小组，质量控制小组应作业单位、使用单位和技术控制单位的人员组成，人员分工明确职责清楚，在照明环境施工的全程跟踪，指导作业单位开展“回想”和“预想”。在照明环境施工的全程中，要利用班会和转阶段时开展质量教育，提高人员质量意识，对“照度”、“扭矩”、“电压”、“电流”、“电阻值”等数据进行实测，结果应符合国家标准，对于问题要及时复查整改。对照明环境施工中的质量问题，要及时组织专家现场讨论查看并进行“归零”，对“归零”结论进行签批，作业单位要深入开展“举一反三”，确保后续作业质量安全可靠。

4 验收

经过10 天左右的运行考核，对照明系统建设的各个环节可靠性进行验收。施工单位准备好相关验收材料，验收材料包括开工报告、施工报告、竣工报告、设计图纸、灯具电缆等产品合格证等所有相关技术文件。由施工单位组织相关技术人员、质量监督单位和使用单位代表组织验收。经验收，照明系统灯具、电缆运行可靠性满足航天测试厂房要求，平均照度为342 lx，满足照度要求，航天测试厂房照明系统施工安全可靠。

5 结语

根据国家标准，结合航天测试厂房需求，按照照明环境设计理论进行航天测试厂房照明系统建设可靠性研究。通过数学计算仿真软件应用，进行了灯具、电缆选型可靠性设计，制定了施工材料、施工质量控制措施，提高系统可靠性。最后系统运行考核，厂房灯具分布合理、安装可靠，电缆选型合理、连接可靠，施工质量符合标准，整个照明系统运行可靠，有效保障了航天测试工作的安全性和舒适性，为同类型厂房照明系统施工可靠性研究提供了方法。