节能遥控智能断路控制器的研制与应用

刘可夫（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

1 基本情况

大庆油田某采油厂负责的范围内路灯电源电缆使用时间长，而且深埋地下，出现老化、破损、绝缘降低等故障无法继续使用，目前厂区路灯由就近电源供电，无法通过厂区配电所集中控制，对路灯的使用、维护、调试带来很多困难。

1）目前每路路灯电源处都加装了一个时控开关，由于路灯开启时间需要根据季节时间的变化进行调整，而且调整比较频繁，所以人工调整每个时控开关的工作十分的繁琐，而且路灯调节的地点非常多，每次将所有路灯都调节完毕需要近2 h。

2）人工调节时控开关，需要将路灯下面的检修孔打开进行时间的调节。由于路灯调节设备都安装在路灯杆近地端内部，而且灯杆柱内部没有足够的操作空间，所以调节时控开关非常困难，需要特别的小心，以免造成线路短路和人工触电的事故，调整完成还需要恢复检修孔的防水密封，频繁的操作很容易造成不可预知的故障与危险。

3）由于路灯电源不集中，无法集中控制、监控路灯的状态，当时控开关失灵时，路灯就无法正常工作，而且维护人员得不到故障信息，不能及时进行修理，所以只能由人工经常对路灯进行巡视，发现故障及时处理，不但增加了维护人员的工作强度，而且延误故障处理时间。

2 装置功能

将装置服务端安装在配电室，将客户端安装在各路路灯的电源处，即可实现对全厂区路灯的集中控制、监控[1]。

1）根据季节变化及时调整路灯的起停时间，只需要在服务端设置好时间即可，客户端无需任何操作，客户端只接收命令与发送反馈信息给服务端，供使用者观察。

2）在日常检修维护时通常将路灯总电源送电，全部路灯都开启。该装置可根据检修需要任意起停每单路路灯，此功能使用蓝牙模块实现，操作者只需要用手机蓝牙连接并发送相关命令即可实现。

3）监视作用。使用过程中路灯出现故障装置会将故障信息传给维护人员及时维护抢修，此功能不仅在服务端液晶显示器上有显示，而且可以发送短息给相关维护成员，无论维护者在哪里都可以收到。

3 装置应用与优点

该装置不仅可以控制路灯，它可以控制一切使用交/直流接触器控制的电力设备。作为一种电力控制设备，它的功能与优点有以下几个方面：

1）安全方面。电力设备的启停按照距离可分为两种，就地与远方[2]。该装置即可为电力提供远方操作方式。就地启动时若设备发生故障，很可能伤害到操作手；远方操作即可避免这种可能，从而提高安全性，而且就地操作的权限高于远方操作权限，就地操作使其断电以后，远方的操作就无效了，保证操作者安全。

2）降低人力成本。可以将同类型设备集中到同一操作台集中控制，减少人工。配置了范围为6 km的无线通讯设备，根据实际需要还可以配置范围更远的无线通讯设备，甚至可以通过短信方式传递信息，实现任意距离的远方控制，短信的方式尤为重要，即使维护人员休息在家也可以随时掌握设备的动态。

3）安装简单。只需要在被控制端安装装置的客户端即可，无需在控制室与电力设备之间接引控制电缆，在老旧电力改造方面优点尤其突出，无需另外布线即可在原有控制方式上改造增加远方操作功能，即保留原有操作方式又增加远方操作方式。

4）状态监控。装置不仅可以控制电力设备的启动与停止，还可以监控设备实际运行状态。服务端发出命令的同时也在接收客户端的反馈数据，这些数据时时的在人机对话液晶屏幕上显示出来，这里设置了三种设备的状态，开启、关闭与离线。通过对被控电力设备的交流接触器辅助触电的监控，即可实现客户端对电力设备状态的监控。离线状态是监控客户端状态的，从而保证了装置的可靠运行。这样被控电力设备与客户端都有了监控，一旦出现问题可直接判断故障，有利于设备的维修、恢复供电[3]。

5）蓝牙控制。设备的客户端上面增加了蓝牙串口，可以直接与手机进行通讯。手机可以直接控制客户端的启动与停止。蓝牙控制的范围是5 m以内，就是说人必须在被控电力设备5 m之内才可以使用蓝牙控制功能。而且从人员安全性上面考虑，还增加了权限的控制，当人员在客户端5 m之内使用手机控制电力设备时，客户端就闭锁了服务端方面发送的指令。这点在设备检修时尤其实用。以前检修路灯时，都是将所有的路灯都打开，从而观察是否有坏掉的，现在只需要将检修人员附近的路灯通过蓝牙控制即可。

6）控制模式灵活。装置内置了三种控制模式，时间控制、直接控制与蓝牙就地控制模式。通过人机接口的模式按键即可调整这三种模式。“自动”模式就是时间控制模式，“开启”与“关闭”两种模式属于直接控制模式，这种情况下时间控制将不起作用。蓝牙就地控制模式与第五条相同。多种模式的配合使用增加了控制的灵活性，可以根据实际需要选取相应的模式，而且可以多种模式并存，权限为蓝牙就地模式最高，直接控制权限次之，时间控制权限最低，层层制约保证安全[4]。

7）节能环保。有些电力设备其实并不需要24 h满负荷运行，比如路灯、水源井、浴室的加热设备、甚至是间抽采油井。例如水源井的工作，根据人们的作息时间，早中晚三个时间段用水最多，其他时间用水量较少，可以将多余的水源井水泵按需关闭，留下够用即可。

按照可停一口井，每天停10 h，水源井水泵70 A电流，理想情况下粗略计算功率为36.8 kW；单口水源井水泵耗电36.8 kWh；停1口水源井水泵10 h可节约电能368 kWh；1 a可节约132 480 kWh；按照电价0.6元计算，每年节约近8 000元电费。

以上仅考虑到厂区的水源井，其他水源井、间抽油井、电加热设备等其他电力设备节电情况不一一列举。

8）短信报警。在服务端设置了时间控制的模式下，有任何异常情况都可以通过短信将异常信息传给相关人员，短信内容可定制[5]，如电力设备的状态，哪些设备状态异常等等，而且还可以根据使用者的意愿添加新的报警信息以及功能。

9）功能定制。装置运行的逻辑程序可按照需要的功能进行定制，后期可扩展，C语言编写[6]，可移植性强。如想要远程查看设备电流，只需要增加硬件电流变送器、增加相应程序代码即可，随着物联网的流行，未来打算给设备编写配套的平台，使其接入，这样就更加方便使用，只需要访问相关的网页即可远程操作设备。

4 操作方法

客户端按照接线直接安装即可，无需设置；服务端只需要设置时间。

1）黄色按键提供页面切换功能，共7个页面。路灯状态页面：显示每一路路灯或者设备的状态，分为启动、停止、离线；起停时刻总览页面：此页面显示所有设置好的时间，便于观察；清晨开启时刻设置页面：此页面显示设备的启动，此为第一路；清晨关闭时刻设置页面：此页面显示设备的停止，此为第一路；夜晚开启时刻设置页面：此页面显示设备的启动，此为第二路；夜晚开启时刻设置页面：此页面显示设备的停止，此为第二路；实时时钟设置页面：设置当前时间，当时间不准确时可以通过这个设置校准。

2）两个蓝色按键分别提供设置时针和分针的功能：时针每按一下，时针增加1 h；分针每按一下，分针增加15 min；这两个按键在任何调整时间的页面都通用，包括实时时间调整页面，实时时间也可以通过USB线连接电脑通过编译器更改。

3）红色按键提供模式更改功能：模式选择案件可以在所有页面使用，按一下即可切换模式（模式的意义参见前面的说明）。默认开机显示页面为路灯状态页面，使用时设置完需要设置的时间之后，无需特殊操作，等待一段时间之后（约30 s），页面默认自动跳转到路灯状态页面，平时使用时观察页面即可，不需要经常按动。

5 装置接线以及实现原理

5.1 装置接线

电力设备智能化控制装置是一种用时间控制的微电脑无线远程开关设备，通过微电脑控制器实现程序逻辑，工业级433 MHz无线串口进行长距离可靠的数据交换，液晶显示屏与4个按键实现了简单有效的人机对话，C/C++语言编写的程序驱动了所有硬件成为同一个系统。这些软硬件的组合实现了使用一台服务端对若干客户端的控制与状态监控等功能[7]。

由1个服务端控制若干个客户端，客户端的数目没有限制。可同时布置多套设备，互相之间无干扰。服务端只需要插入电源即可。

5.2 程序逻辑原理

服务端初始化过程包括初始化：

1）串口液晶屏幕初始化：使其清零显示，等待时间芯片以及其他信息输入。

2）按键初始化：使四个按键接入端口编程输入端口，使其按动时主控芯片会收到信息。

3）无线串口初始化：使其转变为“穿透”模式，对外发送的信息会直接传送到客户端。

4）时间芯片初始化：将当前的时间传给主控芯片，经过格式化后显示在液晶屏上[8]。

5）串口初始化：一共三组串口，一组给USB口使用，用来编程与调试；一组给无线串口使用，用来接收与发送命令信息；一组给液晶屏幕使用，用来显示与反馈信息，供使用者观察。

初始化接收后，程序便开始从上至下逐行执行，首先将人机接口需要的信息都显示在液晶屏幕上，包括当前的日期与时间，各路路灯的状态等信息；服务端通过无线串口模块发出指令，客户端接收之后动作。节能摇控检测断路控制器见图1，服务端程序逻辑见图2，客户端逻辑见图3。客户端收到服务端无线串口发出的“ONALL”或蓝牙串口发出的“ON”时，客户端的控制线带正点，SSR（固态继电器）动作，固态继电器的触点闭合，KM的线圈带电，KM的主触点闭合，负载通电，同时KM的辅助触点也闭合，客户端的监测线电位被拉低，无线串口发出“SL1ON”（SL1ON为第一路路灯，或者第一组设备的代号，多组设备或路灯的时候为SL2ON，SL3ON，SL4ON等等）的指令给服务端，服务端的状态显示页面显示第一路路灯开启。客户端收到服务端无线串口发出的“OFFALL”或蓝牙串口发出的“OFF”时，客户端的控制线为零电位，SSR触点打开，KM线圈失电打开，负载失电，同时KM的辅助触点打开，客户端检测线电位升到+5 V，无线串口发出“SL1OFF的指令给服务端，服务端的状态显示页面显示第一路路灯开启[9]。蓝牙控制的权限大于无线串口的权限，所以当客户端执行“ON”的指令时，无线串口的“OFFALL”指令是无效的，其他亦然。

图1 节能摇控检测断路控制器Fig.1 Energy-saving remote control breaker controller

图2 服务端程序逻辑Fig.2 Server program logic

图3 客户端逻辑Fig.3 Client logical

当蓝牙串口发出“AUTO”时，释放权限，这时无线串口的指令恢复控制。服务端的无线串口模块只发出打开或者关闭信息，客户端不仅接收服务端的命令信息，而且将设备的状态还会反馈给服务端；未来将会添加计量功能，采集设备的电压、电流，然后通过计算将功率、电量反馈给服务端，而且制作上位机将电力参数绘制成曲线供使用者参考[10]。

6 成果应用

该成果已在北四联、北二二联合站等全厂24个变电所的小电流接地选线装置中投入应用。按一个电所一天节约13度电计算，24个变电所、365 d节约电费7.7万元。及时判定北八电所高压电缆击穿故障，避免经济损失290万元。能够及时判定故障、切换功能、发迅电流输出等，减少人工及车辆往返。同时，能够降低井排停井时间，保障原油产量。在水源井水泵以及部分定时运行的设备上安装此装置，均达到了预期效果，相较去年累计节电25.3%，累计创造效益365.25万元。

7 结语

该装置已经试运行一年以上，运行稳定，仅由于电源内部电容损坏过一次，更换质量更好的电容后一直在线运行；在106间办公室与公寓的计算机、空调上安装并使用装置后，达到实验目的，人走后定时关闭电气设备，并且能够保证加班人员正常使用电气设备；在全厂325根路灯的控制回路上加装本设备，使路灯的使用时间更加科学，并且维护起来更方便，节省了电力以及人力，累计节省人力。