宋佳樂，閆 寒

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

0 引言

以渤海某海上石油采油平臺為例，平臺室外照明燈具每年消耗電能約349559.04 kW·h。設計對照明系統(tǒng)進行深入升級改造，避免“長明燈”現(xiàn)象出現(xiàn)，以期達到節(jié)能效果。以往節(jié)能設計僅采用時控開關實現(xiàn)照明回路定時通斷，本次引入光控開關組合控制，避免了時控開關在定時斷開時間內無法點亮燈具的不足，實現(xiàn)照明系統(tǒng)的自動控制。

1 照明系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設計方案

1.1 采用KG316T微電腦時控開關和CJX2-1210 接觸器組合控制亮燈時間

1.1.1 時控開關參數(shù)

時控開關參數(shù)如表1所示。

表1 時控開關參數(shù)

1.1.2 時控開關工作原理

微電腦時控開關是一種電源開關控制設備，它使用單片機作為核心，并使用電子電路在設定時間內控制電路的通斷［1-2]。

外部220 V 電源由時控開關的內部變壓器隔離、降壓，然后進行整流、濾波，一方面為控制電路提供直流工作電壓（時間控制開關打開時為12 V，斷開時為15 V），并使電源LED指示燈點亮，表示電源已接通時控開關；另一方面，經限流、分壓、穩(wěn)壓形成3.6 V 的穩(wěn)定電壓，為計算機電路和液晶顯示電路提供工作電源。內置的1.5 V 電池可確保在電源故障期間不會丟失設置的數(shù)據(jù)和計算機時序，并可用于LCD時鐘和微計算機電路的長期運行［3]。

1.1.3 時控開關操作方法

依次按“校時”、“校分”和“校星期”鍵，將系統(tǒng)時間調整為當前時刻［4]。

設置開關燈時間：按下“定時”鍵調整開燈時間為19：00，循環(huán)模式為每天，同理設置關燈時間為07：00。

設置時控開關通斷時間后，計時時間達到設置的“開啟”時間時，微電腦控制輸出的輸出3 V電壓，繼電器線圈通電，常開觸點閉合，時控開關處于“開”狀態(tài)。同時，繼電器線圈兩端的電壓降會導致運行中LED指示燈亮起，表明它當前處于“接通”狀態(tài)。

當時間達到設定的“關閉”時間時，微電腦控制的輸出變?yōu)? V低電壓，繼電器線圈失電，常開觸點斷開，時控開關轉為“關閉”狀態(tài)，運行LED指示燈熄滅，表示當前的時控開關處于“關”狀態(tài)。

當選擇手動操作將時控開關設定為“開”或“關”的狀態(tài)時，電腦控制輸出端子分別輸出高電平或低電平，控制、指示電路工作過程與設置為自動時相同［5]。

1.1.4 元件選用注意事項

在選擇時控開關時，首先計算負載電路的功率及電流，若電路功率及電流超出時控開關負荷，應選用接觸器搭配使用；所選接觸器的主觸點額定電流應大于負載最大工作電流；接觸器主觸點所使用的電源線線徑應與負載相匹配。

1.1.5 存在問題

采用時控開關和接觸器組合控制，設置每天07：00 關燈，19：00開燈，照明系統(tǒng)每天可減少12 h亮燈，充分利用自然光照，顯著降低能耗。但受季節(jié)交替影響較大，需要人工手動修改參數(shù)。對突變天氣也不能及時做出響應，陰雨天氣，在時控開關動作時間內，室外陽光強度不夠，燈具不能自動開啟，需要人工進行旁路操作。

1.2 采用AS-20 光控開關和CJX2-1210 接觸器組合控制亮燈時間

1.2.1 光控開關參數(shù)

光控開關參數(shù)如表2所示。

表2 光控開關參數(shù)

由于光控開關負載功率較小，故增加CJX2-1210 接觸器配合使用。光控開關負載測與接觸器線圈連接，照明燈具主回路與接觸器主觸點連接。室外陽光照度低于光控開關內光敏電阻動作值時輸出觸點閉合，接觸器的線圈通電，主觸點閉合接通，控制照明燈打開。

1.2.2 光控開關原理

外部220 V電源經變壓器隔離、降壓后、再經開關內部電路整流、濾波，為內部控制電路提供直流工作電壓［6]。

白天日照充足時，光控開關內部光敏電阻阻值很?。?0 ～50 kΩ），開關內部繼電器線圈得電，常閉觸點斷開，晶閘管沒有觸發(fā)信號而不導通，光控開關無輸出。

晚上日照強度下降，光敏電阻阻值逐步增大（1 MΩ），開關內部繼電器線圈失電，常閉觸點閉合，晶閘管處于雙向觸發(fā)狀態(tài)，光控開關輸出點閉合，導通外部電路。

1.2.3 存在問題

采用光控開關和接觸器組合控制?？沙浞指兄彝夤庹諒姸龋皇芴鞖馔蛔冇绊?。但是由于海上環(huán)境鹽霧多、潮氣大，光控開關長期處于室外，視窗受污染后不能采集真實信號，若能定期清潔視窗，光控開關就可以靈敏控制燈具開關時間實現(xiàn)自動控制。

1.3 采用時控開關、光控開關、接觸器組合控制系統(tǒng)

通過對比，采用時控開關、光控開關組合使用，通過“或”邏輯對照明控制系統(tǒng)進行設計優(yōu)化，特點如下：以時控開關為主，光控開關為輔，通過時控開關控制燈具的通斷時間［7-8]，如遇陰雨天氣，室外照度不足，由光控開關接通照明回路。避免了1.1 節(jié)和1.2 節(jié)中設計的缺陷。時控、光控開關可互為冗余，增加了系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性。

由于此設計僅選擇一層甲板進行適應性改造，并未大規(guī)模應用，因此增加一個空開作為旁路控制開關，若系統(tǒng)出現(xiàn)問題，可手動合空開，不會影響現(xiàn)場的實際照明需求。

2 實際改造效果對比

2.1 選取平臺主甲板照明燈具進行能耗計算

包括防爆熒光燈（72 W）35 盞，防爆鈉燈（400 W）5盞。原照明系統(tǒng)處于常亮狀態(tài)，耗電量計算如下。

防爆熒光燈每日用電量：0.072 kW×35×24 h=60.48 kW·h

防爆鈉燈每日用電量：0.4 kW×5 ×24 h=48 kW·h

每年耗電總量：（60.48+48）kW·h×365=39595.2 kW·h

2.2 采用改進后的控制系統(tǒng)進行能耗計算

將35盞熒光燈改為LED燈具（32 W），采用改進后的控制系統(tǒng)，照明燈具僅在設定時間內點亮，消耗電能計算如下。

防爆LED燈每日用電量：0.032 kW×35×12 h=13.44 kW·h

防爆鈉燈每日用電量：0.4 kW×5 ×12h=24 kW·h

每年耗電總量：（13.44+24）kW·h×365=13665.6 kW·h

2.3 發(fā)電機能耗比

海上采油平臺使用自備燃氣渦輪發(fā)電機供電，年發(fā)電量及耗氣量統(tǒng)計如表3 所示，綜合計算發(fā)電機能耗比約為1 kW/0.424 m3。

表3 發(fā)電機能耗統(tǒng)計

通過對比，僅平臺主甲板照明系統(tǒng)改造后每年可節(jié)約電能25929.6 kW·h，預計節(jié)約10994.15 m3天然氣。

3 結束語

本次使用時控開關、光控開關對平臺照明控制系統(tǒng)進行改造后，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化運行，同時改進了僅由時控或光控開關控制的不足。重新設計后的控制系統(tǒng)使燈具在陽光充足的情況下處于關閉狀態(tài)，在滿足工作需求的同時，合理利用自然光源，減少非必要能源消耗。將平臺所有照明燈具全部進行此項改造后，每年可節(jié)約電能215425.92 kW·h，預計節(jié)約91340.59 m3天然氣，提高能源利用率，最終實現(xiàn)節(jié)能發(fā)展。此次改造對服役時間較長的老舊平臺減少運行負荷及新建平臺的節(jié)能設計具有良好的參考價值。