電氣自動(dòng)化在電氣工程中的實(shí)踐研究

宋宇

【摘 要】電氣自動(dòng)化在電氣工程中的運(yùn)用是經(jīng)濟(jì)發(fā)展下的時(shí)代產(chǎn)物，不僅是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，也是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)。在經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程中，電氣自動(dòng)化在電氣工程中的運(yùn)用將更多的涉及到我們生活中的各個(gè)領(lǐng)域。因此，電氣自動(dòng)化技術(shù)必將推動(dòng)電氣工程的發(fā)展，對(duì)推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義。本文筆者對(duì)電氣自動(dòng)化在電氣工程中的實(shí)踐進(jìn)行了探討，希望對(duì)相關(guān)從業(yè)人員具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】電氣自動(dòng)化；電氣工程；實(shí)踐

前言：

電氣工程的發(fā)展依賴于電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用。目前電氣自動(dòng)化已經(jīng)成為電氣工程領(lǐng)域發(fā)展的主流趨勢(shì)，為了保證在電氣工程中充分應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，則應(yīng)明確電氣自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用情況，以便在建設(shè)電氣工程時(shí)合理選用自動(dòng)化技術(shù)。

1.電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

從目前的情況來(lái)看，電氣自動(dòng)化已經(jīng)與人工智能及IT技術(shù)實(shí)現(xiàn)融合，且可以應(yīng)用于開放式信息平臺(tái)中。電氣工程中應(yīng)用的多種儀器儀表，包括控制器、傳感器、執(zhí)行器等均有效融合了IT技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)，隨著多媒體及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展， 電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中所使用的IT技術(shù)也將會(huì)變得更多，發(fā)展前景非常廣闊。將人工智能技術(shù)與電氣自動(dòng)化技術(shù)融合在一起，能夠有效提高電氣自動(dòng)控制的智能化水平。 電氣工程是近年現(xiàn)代科學(xué)中發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁的一門重要學(xué)科，在全球的高新技術(shù)范疇中也占有一席之地。在一定程度上來(lái)講，一個(gè)國(guó)家電氣工程學(xué)科的發(fā)展水平代表了這個(gè)國(guó)家的科學(xué)研究能力。例如，現(xiàn)代通信技術(shù)有力的推進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)的發(fā)展，開創(chuàng)了信息時(shí)代的新局面，引領(lǐng)了一種新的生活方式。電氣自動(dòng)化可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)中的自行管理，包括日常檢測(cè)、信息數(shù)據(jù)的整理等一些可以預(yù)先設(shè)定的操作。電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的行業(yè)范圍非常廣泛，為人們的生活提供了極大的便利。隨著社會(huì)化生產(chǎn)對(duì)電力的需求逐年增加，人們生活的各個(gè)方面也離不開電力的支持，在這一大的發(fā)展趨勢(shì)下，電氣自動(dòng)化技術(shù)也將有更廣闊的發(fā)展空間。

2.電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用

2.1分散控制系統(tǒng)在發(fā)電廠中的應(yīng)用

分散控制系統(tǒng)（DCS）充分融合了自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)科技技術(shù)及顯示技術(shù)，具有可靠性高、監(jiān)視及擴(kuò)展性能好及編程容易等優(yōu)點(diǎn)，是一種常見的電氣自動(dòng)化技術(shù)，目前該技術(shù)在發(fā)電廠中得到了廣泛應(yīng)用。某發(fā)電廠在設(shè)計(jì)自動(dòng)化管理系統(tǒng)時(shí)將電廠網(wǎng)孔及機(jī)組部分納入了DCS設(shè)計(jì)中，同時(shí)取消了原有的網(wǎng)控室，利用中心控制室實(shí)現(xiàn)全過(guò)程控制，同時(shí)利用NCS控制及檢測(cè)電氣系統(tǒng)及升壓站。具體應(yīng)用情況如下：（1）DCS的系統(tǒng)構(gòu)成。該系統(tǒng)由操作員站、端子柜、擴(kuò)展式繼電器柜、控制站組成，數(shù)量分別為2個(gè)、1個(gè)、1個(gè)、1個(gè)。在連接系統(tǒng)中的A網(wǎng)及B網(wǎng)時(shí)主要采用總線連接的方式，連接后保證系統(tǒng)中的各個(gè)部分能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一運(yùn)作且具有一定的獨(dú)立性，系統(tǒng)中的C網(wǎng)為信息網(wǎng)，通過(guò)C網(wǎng)可以有效連接IP通信協(xié)議及DCS控制下的單元機(jī)組，并保證NCS的OPU端與NCS的OPU端實(shí)現(xiàn)連接，連接后可使發(fā)電廠中的整個(gè)DCS系統(tǒng)能夠共享各類通信數(shù)據(jù)。（2）DCS自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)方式。該發(fā)電廠中的DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的核心為基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)，通信網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)v史數(shù)據(jù)庫(kù)（HSU）、實(shí)時(shí)控制單元（DPU）、共層師站（ENG）及操作員站（OPU）連接在一起，上述子單元的節(jié)點(diǎn)被連接在一起后能夠保證順利實(shí)現(xiàn)高速傳遞實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、組態(tài)信息及各類控制指令。傳輸信息的介質(zhì)為同軸電纜，管理信息傳遞的方式為以太網(wǎng)，利用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)采用CSMA/CD方式，經(jīng)試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的通信傳輸速率可達(dá)到10Mb/s。

2.2微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用

在建設(shè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)可采用微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)控制基礎(chǔ)為微機(jī)保護(hù)，在應(yīng)用該自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)可以有效結(jié)合自動(dòng)化測(cè)量、控制及保護(hù)。以110kV變電站為例，在應(yīng)用微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)時(shí)需要做好以下工作：（1）監(jiān)控系統(tǒng)。為了滿足變電站的無(wú)人值班管理需求，通常需要采用設(shè)備層、間隔層、站控層、集控中心分層操作的設(shè)計(jì)方式，其中設(shè)備層、間隔層及站控層僅具有檢修操作及后備操作功能，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)需要調(diào)整監(jiān)控范圍及自動(dòng)化控制方式。監(jiān)控系統(tǒng)中的站控層由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、打印機(jī)、運(yùn)動(dòng)主站、公用接口、操作員站及主機(jī)構(gòu)成。此外，監(jiān)控系統(tǒng)主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為分布式結(jié)構(gòu)，站控層為以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。（2）直流系統(tǒng)。110kV變電站直流系統(tǒng)的額定電壓均設(shè)置為110V及220V，單母線的接線形式為分段接線，微機(jī)型自動(dòng)檢測(cè)裝置為直流接地，蓄電池組為閥控式電池組，設(shè)置一組即可。如為半地下式或大型110kV變電站，則需要設(shè)置兩組或兩組以上的電池組，電池組的容量為100Ah～200Ah，在出現(xiàn)突發(fā)事故時(shí)，應(yīng)能夠滿足2h以上的臨時(shí)放電需要。（3）二次設(shè)備。集中布置二次設(shè)備，可分開布置監(jiān)控設(shè)備與繼電器室；注意統(tǒng)一二次設(shè)備外形、顏色及柜體結(jié)構(gòu)，并合理選擇測(cè)控設(shè)備組屏方案。在繼電器室中集中布置主變壓器直流柜、測(cè)控柜及保護(hù)柜，同時(shí)在繼電器室中預(yù)留備用屏位，備用屏位在總屏位中所占的比例應(yīng)控制在10%左右。此外，在預(yù)警系統(tǒng)方面，通常將攝像頭安裝于主控制樓入口處，同時(shí)在變電站圍墻上安裝遠(yuǎn)紅外線探測(cè)儀，確保監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)后調(diào)度室及集控中心可以及時(shí)響應(yīng)。

2.3中間件技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)度中的應(yīng)用

中間件指的是連接操作系統(tǒng)與硬件的電氣自動(dòng)化通用服務(wù)，中間件具有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及程序接口，可以根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)硬件平臺(tái)與操作系統(tǒng)的需要調(diào)整協(xié)議規(guī)范及程序接口。目前在電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中使用的中間件類型包括交易管理型、面向消息型、對(duì)象型及web型。以SCADA電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)為例，應(yīng)用中間件技術(shù)的具體情況如下：（1）數(shù)據(jù)服務(wù)模式。利用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度的過(guò)程中可產(chǎn)生多種事件記錄，包括裝置報(bào)告、事故追憶、保替與日志、歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。針對(duì)上述事件記錄，中間件可提供以下三種遠(yuǎn)程傳輸服務(wù)模式，即通知事件變化服務(wù)模式、數(shù)據(jù)訂閱服務(wù)模式、請(qǐng)求應(yīng)答同步服務(wù)模式。在中間件提供服務(wù)時(shí)接收方通常為HMI，服務(wù)提供方始終為服務(wù)任務(wù)，服務(wù)內(nèi)容主要為屏蔽掉部分無(wú)用數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)來(lái)源的單一化。一臺(tái)服務(wù)器只能對(duì)應(yīng)于一個(gè)中間件，但一個(gè)中間件可以同時(shí)服務(wù)于多個(gè)HMI應(yīng)用任務(wù)。（2）數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)實(shí)現(xiàn)模式。SCADA電力調(diào)度系統(tǒng)的中間件由COM組件（5個(gè)～10個(gè)）構(gòu)成，中間件中的包容器主要有事件信息組件、歷史數(shù)據(jù)組件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)組件，以上組件均具有遠(yuǎn)程服務(wù)功能且同時(shí)可以支持DCOM組件、連接SOCKET網(wǎng)絡(luò)，因此能夠?yàn)椴杉九c處理站之間的數(shù)據(jù)通訊提供保障。此外，中間件中各個(gè)包容器處于相互獨(dú)立狀態(tài)，可以保證各類服務(wù)類型不受干擾。

3電氣自動(dòng)化的發(fā)展前景

現(xiàn)下，電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中得到廣泛應(yīng)用，這種應(yīng)用有著非常大的潛力，在未來(lái)的發(fā)展的，電氣自動(dòng)化技術(shù)會(huì)不斷的向著智能化方向發(fā)展，這既有利于實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，也有利于促進(jìn)中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展。一次設(shè)備的智能化要想實(shí)現(xiàn)發(fā)展，就必須以二次設(shè)備中所涉及的功能時(shí)間為基礎(chǔ)，此外，還要不斷降低一次設(shè)備以及二次設(shè)備之間連接使用的控制電纜和強(qiáng)信號(hào)電纜的使用，這有利于保證一次設(shè)備以及二次設(shè)備之間信號(hào)傳輸不受影響，最終保障一次設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用既有利于監(jiān)測(cè)某些重要參數(shù)的變化，也有利于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)設(shè)備中可能出現(xiàn)的一系列故障并及時(shí)的解決這些問(wèn)題，當(dāng)然，要想真正意義上的全面推進(jìn)電氣自動(dòng)化技術(shù)的使用，相關(guān)企業(yè)或者單位還需付出更多的努力?？傊?，電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的發(fā)展有著很大的前景，而這種前景需要人們不斷的去發(fā)現(xiàn)、不斷的去挖掘。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電氣工程的發(fā)展依賴于電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用。目前電氣自動(dòng)化已經(jīng)成為電氣工程領(lǐng)域發(fā)展的主流趨勢(shì)，為了保證在電氣工程中充分應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，則應(yīng)明確電氣自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用情況，以便在建設(shè)電氣工程時(shí)合理選用自動(dòng)化技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉海龍.淺談電氣自動(dòng)化的現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J]. 黑龍江科技信息. 2010（06）