海上采油平台照明控制系统节能设计

宋佳乐，闫 寒

（中海石油（中国）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台为例，平台室外照明灯具每年消耗电能约349559.04 kW·h。设计对照明系统进行深入升级改造，避免“长明灯”现象出现，以期达到节能效果。以往节能设计仅采用时控开关实现照明回路定时通断，本次引入光控开关组合控制，避免了时控开关在定时断开时间内无法点亮灯具的不足，实现照明系统的自动控制。

1 照明系统节能优化设计方案

1.1 采用KG316T微电脑时控开关和CJX2-1210 接触器组合控制亮灯时间

1.1.1 时控开关参数

时控开关参数如表1所示。

表1 时控开关参数

1.1.2 时控开关工作原理

微电脑时控开关是一种电源开关控制设备，它使用单片机作为核心，并使用电子电路在设定时间内控制电路的通断［1-2]。

外部220 V 电源由时控开关的内部变压器隔离、降压，然后进行整流、滤波，一方面为控制电路提供直流工作电压（时间控制开关打开时为12 V，断开时为15 V），并使电源LED指示灯点亮，表示电源已接通时控开关；另一方面，经限流、分压、稳压形成3.6 V 的稳定电压，为计算机电路和液晶显示电路提供工作电源。内置的1.5 V 电池可确保在电源故障期间不会丢失设置的数据和计算机时序，并可用于LCD时钟和微计算机电路的长期运行［3]。

1.1.3 时控开关操作方法

依次按“校时”、“校分”和“校星期”键，将系统时间调整为当前时刻［4]。

设置开关灯时间：按下“定时”键调整开灯时间为19：00，循环模式为每天，同理设置关灯时间为07：00。

设置时控开关通断时间后，计时时间达到设置的“开启”时间时，微电脑控制输出的输出3 V电压，继电器线圈通电，常开触点闭合，时控开关处于“开”状态。同时，继电器线圈两端的电压降会导致运行中LED指示灯亮起，表明它当前处于“接通”状态。

当时间达到设定的“关闭”时间时，微电脑控制的输出变为0 V低电压，继电器线圈失电，常开触点断开，时控开关转为“关闭”状态，运行LED指示灯熄灭，表示当前的时控开关处于“关”状态。

当选择手动操作将时控开关设定为“开”或“关”的状态时，电脑控制输出端子分别输出高电平或低电平，控制、指示电路工作过程与设置为自动时相同［5]。

1.1.4 元件选用注意事项

在选择时控开关时，首先计算负载电路的功率及电流，若电路功率及电流超出时控开关负荷，应选用接触器搭配使用；所选接触器的主触点额定电流应大于负载最大工作电流；接触器主触点所使用的电源线线径应与负载相匹配。

1.1.5 存在问题

采用时控开关和接触器组合控制，设置每天07：00 关灯，19：00开灯，照明系统每天可减少12 h亮灯，充分利用自然光照，显著降低能耗。但受季节交替影响较大，需要人工手动修改参数。对突变天气也不能及时做出响应，阴雨天气，在时控开关动作时间内，室外阳光强度不够，灯具不能自动开启，需要人工进行旁路操作。

1.2 采用AS-20 光控开关和CJX2-1210 接触器组合控制亮灯时间

1.2.1 光控开关参数

光控开关参数如表2所示。

表2 光控开关参数

由于光控开关负载功率较小，故增加CJX2-1210 接触器配合使用。光控开关负载测与接触器线圈连接，照明灯具主回路与接触器主触点连接。室外阳光照度低于光控开关内光敏电阻动作值时输出触点闭合，接触器的线圈通电，主触点闭合接通，控制照明灯打开。

1.2.2 光控开关原理

外部220 V电源经变压器隔离、降压后、再经开关内部电路整流、滤波，为内部控制电路提供直流工作电压［6]。

白天日照充足时，光控开关内部光敏电阻阻值很小（20 ～50 kΩ），开关内部继电器线圈得电，常闭触点断开，晶闸管没有触发信号而不导通，光控开关无输出。

晚上日照强度下降，光敏电阻阻值逐步增大（1 MΩ），开关内部继电器线圈失电，常闭触点闭合，晶闸管处于双向触发状态，光控开关输出点闭合，导通外部电路。

1.2.3 存在问题

采用光控开关和接触器组合控制。可充分感知室外光照强度，不受天气突变影响。但是由于海上环境盐雾多、潮气大，光控开关长期处于室外，视窗受污染后不能采集真实信号，若能定期清洁视窗，光控开关就可以灵敏控制灯具开关时间实现自动控制。

1.3 采用时控开关、光控开关、接触器组合控制系统

通过对比，采用时控开关、光控开关组合使用，通过“或”逻辑对照明控制系统进行设计优化，特点如下：以时控开关为主，光控开关为辅，通过时控开关控制灯具的通断时间［7-8]，如遇阴雨天气，室外照度不足，由光控开关接通照明回路。避免了1.1 节和1.2 节中设计的缺陷。时控、光控开关可互为冗余，增加了系统可靠性和稳定性。

由于此设计仅选择一层甲板进行适应性改造，并未大规模应用，因此增加一个空开作为旁路控制开关，若系统出现问题，可手动合空开，不会影响现场的实际照明需求。

2 实际改造效果对比

2.1 选取平台主甲板照明灯具进行能耗计算

包括防爆荧光灯（72 W）35 盏，防爆钠灯（400 W）5盏。原照明系统处于常亮状态，耗电量计算如下。

防爆荧光灯每日用电量：0.072 kW×35×24 h=60.48 kW·h

防爆钠灯每日用电量：0.4 kW×5 ×24 h=48 kW·h

每年耗电总量：（60.48+48）kW·h×365=39595.2 kW·h

2.2 采用改进后的控制系统进行能耗计算

将35盏荧光灯改为LED灯具（32 W），采用改进后的控制系统，照明灯具仅在设定时间内点亮，消耗电能计算如下。

防爆LED灯每日用电量：0.032 kW×35×12 h=13.44 kW·h

防爆钠灯每日用电量：0.4 kW×5 ×12h=24 kW·h

每年耗电总量：（13.44+24）kW·h×365=13665.6 kW·h

2.3 发电机能耗比

海上采油平台使用自备燃气涡轮发电机供电，年发电量及耗气量统计如表3 所示，综合计算发电机能耗比约为1 kW/0.424 m3。

表3 发电机能耗统计

通过对比，仅平台主甲板照明系统改造后每年可节约电能25929.6 kW·h，预计节约10994.15 m3天然气。

3 结束语

本次使用时控开关、光控开关对平台照明控制系统进行改造后，实现了系统的自动化运行，同时改进了仅由时控或光控开关控制的不足。重新设计后的控制系统使灯具在阳光充足的情况下处于关闭状态，在满足工作需求的同时，合理利用自然光源，减少非必要能源消耗。将平台所有照明灯具全部进行此项改造后，每年可节约电能215425.92 kW·h，预计节约91340.59 m3天然气，提高能源利用率，最终实现节能发展。此次改造对服役时间较长的老旧平台减少运行负荷及新建平台的节能设计具有良好的参考价值。