海上采油平臺照明控制系統節能設計

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。設計對照明系統進行深入升級改造，避免“長明燈”現象出現，以期達到節能效果。以往節能設計僅采用時控開關實現照明回路定時通斷，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，實現照明系統的自動控制。

1 照明系統節能優化設計方案

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

時控開關參數如表1所示。

表1 時控開關參數

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、穩壓形成3.6 V 的穩定電壓，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據和計算機時序，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。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。

當時間達到設定的“關閉”時間時，微電腦控制的輸出變為0 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，運行LED指示燈熄滅，表示當前的時控開關處于“關”狀態。

當選擇手動操作將時控開關設定為“開”或“關”的狀態時，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。但受季節交替影響較大，需要人工手動修改參數。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

光控開關參數如表2所示。

表2 光控開關參數

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小（20 ～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狀態，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。可充分感知室外光照強度，不受天氣突變影響。但是由于海上環境鹽霧多、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

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進行設計優化，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 節和1.2 節中設計的缺陷。時控、光控開關可互為冗余，增加了系統可靠性和穩定性。

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

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。原照明系統處于常亮狀態，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，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 發電機能耗比

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

表3 發電機能耗統計

通過對比，僅平臺主甲板照明系統改造后每年可節約電能25929.6 kW·h，預計節約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進行改造后，實現了系統的自動化運行，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使燈具在陽光充足的情況下處于關閉狀態，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，每年可節約電能215425.92 kW·h，預計節約91340.59 m3天然氣，提高能源利用率，最終實現節能發展。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能設計具有良好的參考價值。