電氣工程改造及其自動化研究

摘#8195;要 經(jīng)濟全球化發(fā)展以來，中國企業(yè)參與國際競爭成為了必不可少的趨勢，只有充分發(fā)揮本國經(jīng)濟等方面的優(yōu)勢，才能爭取創(chuàng)造更多的經(jīng)濟收益。從社會主義科學(xué)發(fā)展觀角度思考，工業(yè)經(jīng)濟改革也應(yīng)朝著更加先進的方向邁進。實施電氣工程改造既可以提升電力行業(yè)的科技實力，也能為廣大用戶創(chuàng)造更加有力的條件。本文主要分析了電氣工程自動化改造的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞 電氣工程；改造；自動化；趨勢研究

中圖分類號 TP 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0124-02

發(fā)展是推動社會進步的根本要素，制定科學(xué)發(fā)展觀是促進我國國民經(jīng)濟效益增收的最佳方式。工業(yè)經(jīng)濟是三大產(chǎn)業(yè)的核心，決定了未來國民經(jīng)濟的改革發(fā)展趨勢，搞好工業(yè)產(chǎn)業(yè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型是極為關(guān)鍵的。電氣工程是工業(yè)經(jīng)濟的重點項目，對企業(yè)生產(chǎn)加工、系統(tǒng)供電、人機操作等均有較大的決定作用。經(jīng)濟全球化發(fā)展以來，中國企業(yè)參與國際競爭成為了必不可少的趨勢，只有充分發(fā)揮本國經(jīng)濟等方面的優(yōu)勢，才能爭取創(chuàng)造更多的經(jīng)濟收益。從社會主義科學(xué)發(fā)展觀角度思考，工業(yè)經(jīng)濟改革也應(yīng)朝著更加先進的方向邁進。實施電氣工程改造既可以提升電力行業(yè)的科技實力，也能為廣大用戶創(chuàng)造更加有力的條件。本文主要分析了電氣工程自動化改造的相關(guān)問題。

1 電氣工程及其自動化

電氣工程是現(xiàn)代科技領(lǐng)域中的核心學(xué)科之一，更是當 今高新技術(shù)領(lǐng)域中不可或缺的關(guān)鍵學(xué)科。例如正是電子技術(shù)的巨大進步才推動了以計算機網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的信息時代的到來，并將改變?nèi)祟惖纳罟ぷ髂Ｊ降鹊取哪撤N意義上講，電氣工程的發(fā)達程度代表著國家的科技進步水平。正因為此，電氣工程的教育和科研一直在發(fā)達國家大學(xué)中占據(jù)十分重要的地位。今后若干年內(nèi)對電氣工程發(fā)展影響最大的主要因素包括以下內(nèi)容。

1.1 信息技術(shù)

信息技術(shù)廣泛地定義為包括計算機、世界范圍高速寬帶計算機網(wǎng)絡(luò)及通訊系統(tǒng)，以及用來傳感、處理、存儲和顯示各種信息等相關(guān)支持技術(shù)的綜合。信息技術(shù)對電氣工程的發(fā)展具有特別大的支配性影響。信息技術(shù)持續(xù)以指數(shù)速度增長在很大程度上取決于電氣工程中眾多學(xué)科領(lǐng)域的持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新。反過來，信息技術(shù)的進步又為電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供了更新更先進的工具基礎(chǔ)。

1.2 操控系統(tǒng)

由于三極管的發(fā)明和大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，固體電子學(xué)在20世紀的后50年對電氣工程的成長起到了巨大的推動作用。電氣工程與物理科學(xué)間的緊密聯(lián)系與交叉仍然是今后電氣工程學(xué)科的關(guān)鍵，并且將拓寬到生物系統(tǒng)、光子學(xué)、微機電系統(tǒng)（MEMS）。21世紀中的某些最重要的新裝置、新系統(tǒng)和新技術(shù)將來自上述領(lǐng)域。技術(shù)的飛速進步和分析方法、設(shè)計方法的日新月異，使得我們必須每隔幾年對工程問題的過去解決方案重新全面思考或?qū)彶椤?/p>

2 電氣工程的實際運用情況

電力是發(fā)展生產(chǎn)和提高人類生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，電力的應(yīng)用在不斷深化和發(fā)展，電氣自動化是國民 經(jīng)濟和人民生活現(xiàn)代化的重要標志。就目前國際水平而言，在今后相當長的時期內(nèi)，電力的需求將不斷增長，社會對電氣工程及其自動化科技工作者的需求量呈上升態(tài)勢。電氣自動化用于工業(yè)控制系統(tǒng)，例如一條設(shè)備怎樣運行才能保證它能正常生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，現(xiàn)代工業(yè)不是全人工，靠人來操作，卻是由機器來制作，啟動機器，就會自己運行下去，機器之所以能自動運行，就是電氣自動化，所謂電氣自動化，就是利用繼電器、感應(yīng)器等電氣元件實現(xiàn)順序控制、時間控制的過程。其他如一些儀表或伺服電機，能根據(jù)外界環(huán)境的變化反饋到內(nèi)部，從而改變輸出量，達到穩(wěn)定的目的。電氣工程的實際運用如下。

2.1 智能建筑

智能化建筑的發(fā)展必然離不開電氣自動化，隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及數(shù)字電子化科技發(fā)展，高檔智能化建筑無疑已經(jīng)成為當今建筑界的主要發(fā)展方向。自然達到合理利用設(shè)備，在資源方面，人力的節(jié)省就有了建筑設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)。智能化建筑內(nèi)有大量的電子設(shè)備與布線系統(tǒng)。這些電子設(shè)備及布線系統(tǒng)一般都屬耐壓等級低，防干擾要求高，是最怕受到雷擊的部分。智能建筑多屬于一級負荷，應(yīng)該設(shè)計為一級防雷建筑物，組成具有多層屏蔽的籠形防雷體系。

2.2 凈化系統(tǒng)

凈化空調(diào)系統(tǒng)控制自動監(jiān)控裝置，可以設(shè)計成單個系統(tǒng)的測量、控制系統(tǒng)，也可以設(shè)計成以數(shù)字計算機控制管理的系統(tǒng)。在溫度控制方面，凈化空調(diào)系統(tǒng)采用DDC控制。裝設(shè)在回風(fēng)管的溫度傳感器所檢測的溫度送往DX一9100，與設(shè)定點比較，用比例加積分、微分運算進行控制，輸出相應(yīng)電壓信號，控制加熱電動調(diào)節(jié)閥或冷水電動調(diào)節(jié)閥的動作，控制回風(fēng)溫度應(yīng)保持在18度-16度之間，從而使得潔凈室溫度符合GMP要求。

3 電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計

最大限度滿足生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制的要求。生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制系統(tǒng)的要求是電氣設(shè)計的依據(jù)，這些要求常常以工作循環(huán)圖、執(zhí)行原件動作節(jié)拍表、檢測元件狀態(tài)表等形式提供，對于有調(diào)速要求的場合，還應(yīng)給出調(diào)速技術(shù)指標。其他如：啟動，轉(zhuǎn)向、制動、照明、保護等要求，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)需要充分考慮；在滿足控制要求的前提下，設(shè)計方案應(yīng)力求簡單，經(jīng)濟；妥善處理機械與電氣的關(guān)系。很多生產(chǎn)機械是采用機電結(jié)合控制方式來實現(xiàn)控制要求的，要從工藝要求、制造成本、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、使用維護方便等方面協(xié)調(diào)處理好二者的關(guān)系；正確合理地選用電器元件；確保使用安全、可靠；制造美觀、使用維護

方便。

3.1 集中監(jiān)控方式

集中監(jiān)控方式不但運行維護方便，控制站的防護要求也不高，而且系統(tǒng)設(shè)計也很容易。但由于這種方式是將系統(tǒng)的各個功能集中到一個處理器進行處理，所以處理器的任務(wù)相當繁重，處理速度也會受到一定的影響。由于電氣設(shè)備全部進入監(jiān)控，致使主機冗余的下降、電纜數(shù)量增加，投資加大，長距離電纜引入的干擾也可能影響系統(tǒng)的可靠性。同時，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯(lián)鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點經(jīng)常不到位，這也會造成設(shè)備無法操作。這種接線的二次接線比較復(fù)雜，查線也不方便，而大大增加了維護量，還存在在查線或傳動過程中由于接線復(fù)雜而造成誤操作的可能性。

3.2 遠程監(jiān)控方式

遠程監(jiān)控方式具有節(jié)約大量電纜、節(jié)省安裝費用、節(jié)約材料、可靠性高和組態(tài)靈活等優(yōu)點。但由于各種現(xiàn)場總線的通訊速度不是很高，使得電廠電氣部分通訊量相對又比較大，所以這種方式大都用于小系統(tǒng)監(jiān)控，而在全廠的電氣自動化系統(tǒng)的構(gòu)建中卻不適用。

3.3 現(xiàn)場總線監(jiān)控方式

目前，對于以太網(wǎng)（Ethernet）、現(xiàn)場總線等計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于變電站綜合自動化系統(tǒng)中，而且已經(jīng)擁有了豐富的運行經(jīng)驗，智能化電氣設(shè)備也有了較快的發(fā)展，這些都為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)奠定了堅實的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場總線監(jiān)控方式使系統(tǒng)設(shè)計更加具有針對性，對于不同的間隔可以有不同的功能，這樣就可根據(jù)間隔的情況進行設(shè)計。這種監(jiān)控方式除了具有遠程監(jiān)控方式的全部優(yōu)點外，還可以減少大量的隔離設(shè)備、端子柜、模擬量變送器等，而且智能設(shè)備就地安裝，與監(jiān)控系統(tǒng)通過通信線連接，節(jié)省了大量控制電纜，節(jié)約了很多投資和安裝維護工作量，從而降低成本。此外，各裝置的功能相對獨立，組態(tài)靈活，使整個系統(tǒng)具有可靠性而不會導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。因此，現(xiàn)場總線監(jiān)控方式是今后發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

4 電力系統(tǒng)自動化改造的趨勢

電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。電力系統(tǒng)可以的一次能源通過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸電、變電和配電將電能供應(yīng)到各用戶。為了滿足城市現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展的需要，對電力系統(tǒng)實施自動化改造是必不可少的，其改造的主要趨勢包括以下內(nèi)容。

4.1 功能多樣化

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的重點功能集中于發(fā)電、輸電，在傳輸期間對電能值大小的轉(zhuǎn)換缺乏足夠的功能。電力系統(tǒng)自動化改造之后，系統(tǒng)功能日趨多樣化，電壓轉(zhuǎn)變、電能分配、用電調(diào)控等功能均會得到明顯的改善，系統(tǒng)自動化狀態(tài)，符合了系統(tǒng)高負荷運行狀態(tài)的操作要求。

4.2 結(jié)構(gòu)簡單化

結(jié)構(gòu)問題是阻礙電力系統(tǒng)功能發(fā)揮的一大因素，多種設(shè)備連接于系統(tǒng)導(dǎo)致操作人員的調(diào)控質(zhì)量下降，部分設(shè)備在系統(tǒng)運行時發(fā)揮不了作用。系統(tǒng)自動化改造后結(jié)構(gòu)得到了充分的簡化，且功能也明顯優(yōu)越于傳統(tǒng)模式，促進了電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

4.3 設(shè)備智能化

電力設(shè)備是系統(tǒng)發(fā)揮作用的載體，電廠發(fā)電、輸電、變電等各個環(huán)節(jié)都要依賴于設(shè)備運行。早期人工操控設(shè)備的效率較低，自動化改造之后可利用計算機作為控制中心，利用程序代碼指導(dǎo)電力設(shè)備操作，智能化執(zhí)行設(shè)備命令，以逐漸提升作業(yè)效率。

4.4 操控一體化

當電力系統(tǒng)設(shè)備實現(xiàn)智能化之后，系統(tǒng)操控的一體化便成為現(xiàn)實。如：機械一體化、機電一體化、人機一體化等模式，都是電力系統(tǒng)自動化改造的發(fā)展趨勢。電力系統(tǒng)一體化操控“省力、省時、省錢”，也為后期繼電保護裝置的安裝運用創(chuàng)造了有利的條件。

5 繼電保護運用于自動化改造

除了對原始電能進行調(diào)控處理外，電力系統(tǒng)在各個環(huán)節(jié)和不同層次還具有相應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)，對電能的生產(chǎn)過程進行測量、調(diào)節(jié)、控制、保護、通信和調(diào)度，以保證用戶獲得安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)的電能。為了保證電力系統(tǒng)在穩(wěn)定可靠的環(huán)境下運行，添加繼電保護裝置是必不可少的，其對電力系統(tǒng)具有多方面功能。

5.1 針對性

由于電力系統(tǒng)自動化改造屬于技術(shù)改造范疇，需要對系統(tǒng)潛在的故障問題檢測處理。繼電保護具有針對性的處理功能，可根據(jù)系統(tǒng)不同的故障形式采取針對性的處理方案。如：電力設(shè)備出現(xiàn)短路問題，繼電保護可立刻把設(shè)備從故障區(qū)域隔離；線路保護拒動作時，繼電保護可將線路故障切除，具有針對性的故障防御處理功能。

5.2 穩(wěn)定性

繼電保護對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性作用顯著，特別是在故障發(fā)生之后可維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，以免故障對設(shè)備造成的損壞更大。良好的運行環(huán)境是設(shè)備功能發(fā)揮的前提條件，如：繼電保護裝置能快速地切除故障，減短了設(shè)備及用戶在高電流、低電壓運行的時間。通過模擬仿真，保證了系統(tǒng)在故障狀態(tài)下的穩(wěn)定運行，防止系統(tǒng)中斷引起的

損壞。

5.3 可靠性

對電力系統(tǒng)實施自動化改造的根本目的是滿足廣大用戶的用電需求，系統(tǒng)能否可靠地運行也決定了用戶或設(shè)備的用電質(zhì)量。繼電保護裝置的運用為系統(tǒng)可靠性提供了多方面的保障，如：安全方面，強大的故障處理功能保障了人員、設(shè)備的安全；效率方面，多功能的監(jiān)測方式可及時發(fā)現(xiàn)異常信號，提醒技術(shù)人員調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

6 自動化改造中的在線監(jiān)測系統(tǒng)

“狀態(tài)維修”技術(shù)憑借其獨特的功能優(yōu)勢，在電氣設(shè)備維修時得到了充分的運用，促進了電力系統(tǒng)運行水平的改善。在線監(jiān)測系統(tǒng)是電氣設(shè)備狀態(tài)維修技術(shù)的關(guān)鍵系統(tǒng)，技術(shù)人員根據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)可及時發(fā)現(xiàn)異常問題，引導(dǎo)技術(shù)人員盡快實施故障維修方案。

6.1 絕緣監(jiān)測

電氣設(shè)備的絕緣性能關(guān)系著電力系統(tǒng)運行的安全性，對線路絕緣進行監(jiān)測是狀態(tài)維修的重要內(nèi)容。我國電網(wǎng)建設(shè)期間設(shè)計的絕緣監(jiān)測系統(tǒng)多數(shù)是掛網(wǎng)運行的絕緣子，如：瓷、玻璃、復(fù)合絕緣子等，這些絕緣裝置會受到外界因素的變化而減弱性能，對絕緣元件積極配備監(jiān)測系統(tǒng)可保證電氣設(shè)備的穩(wěn)定作業(yè)。

6.2 雷擊監(jiān)測

線路是向電氣設(shè)備傳輸電壓的載體，若輸電線路發(fā)生故障則會影響到電能的正常供應(yīng)，不利于電氣設(shè)備的持續(xù)性運行。狀態(tài)維修方案中的在線監(jiān)測系統(tǒng)需顧及到雷擊的危害，參照電氣設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)規(guī)劃雷擊監(jiān)測系統(tǒng)。如：常用的雷擊監(jiān)測方法是安裝避雷針或避雷器，電氣設(shè)備遭受雷擊前后可起到監(jiān)測、保護的作用。

6.3 環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境對電氣設(shè)備或連接線路也有很大的影響，若不采取有效的措施保護電氣設(shè)備，則會造成設(shè)備的故障發(fā)生率上升。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主要監(jiān)測對象是大氣溫度、濕度、二氧化硫等，當這些因素對電氣設(shè)備的性能造成不利影響后，監(jiān)測系統(tǒng)會把異常信號傳遞給監(jiān)控中心，警告技術(shù)人員盡快采取維修措施保護系統(tǒng)及設(shè)備。

7 設(shè)備狀態(tài)維修的輔助技術(shù)

電網(wǎng)改造工程的廣泛開展，使得國內(nèi)電氣設(shè)備的功能日趨多樣，而相應(yīng)的電氣設(shè)備的故障形式更加輔助，給設(shè)備維修人員的處理造成了很大的難度。隨著電力科技研究工作的深入進行，設(shè)備狀態(tài)維修引進了許多相關(guān)的輔助技術(shù)，降低了電氣設(shè)備故障維修的難度。

7.1 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是狀態(tài)維修時獲取數(shù)據(jù)的主要手段，維修人員將傳感器安裝于電氣設(shè)備，可定期接收有關(guān)設(shè)備的狀態(tài)信號，為異常故障的判斷提供了可靠的依據(jù)。此外，傳感技術(shù)可以擴大電氣設(shè)備的監(jiān)測范圍，其對電網(wǎng)工程建設(shè)范圍內(nèi)的任何區(qū)域的信號都能精準地捕捉。

7.2 傳輸技術(shù)

傳輸技術(shù)即“通信技術(shù)”，城市電網(wǎng)連接的設(shè)備數(shù)量、種類、型號等復(fù)雜多樣。狀態(tài)維修操作時需把電氣設(shè)備的異常信號快速傳輸給控制中心，以引導(dǎo)維修人員盡快制定出處理方案，如：采取GMS或CDMA系統(tǒng)或GPS全球定位系統(tǒng)進行數(shù)字傳輸。

7.3 處理技術(shù)

利用傳感器捕捉信號后，維修人員應(yīng)對信號實施加工處理，篩選出最優(yōu)價值的電氣設(shè)備感應(yīng)信號，保證后期故障維修操作具有針對性。一般信息處理技術(shù)要借助于計算機平臺，憑借計算機強大的數(shù)據(jù)處理功能完成數(shù)據(jù)的收集、處理、分析等工作。

8 結(jié)論

總之，電氣工程是社會現(xiàn)代化發(fā)展的重點工程，關(guān)系著我國工業(yè)經(jīng)濟及科學(xué)技術(shù)水平的進步情況。深入研究電氣工程改造及其自動化趨勢，是企業(yè)未來發(fā)展的必然要求。面對電氣工程自動化改造活動，企業(yè)應(yīng)加強多方面的調(diào)控管理，確保改造工程達到預(yù)期的成效，提升電氣工程的運行水平。

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