電力系統(tǒng)中電氣自動化技術的應用

尹潤翔

（平頂山一中新區(qū)學校，河南 平頂山 467000）

電力系統(tǒng)中電氣自動化技術的應用

尹潤翔

（平頂山一中新區(qū)學校，河南 平頂山 467000）

近年來隨著電氣自動化技術不斷的發(fā)展，其在電力系統(tǒng)中的應用范圍和領域變得越來越廣。本文將從電氣自動化技術的誕生和發(fā)展開始，對該技術在電力系統(tǒng)中的重要性和應用方向進行分析，詳細列出電氣自動化技術在我國電力系統(tǒng)中的應用。

電氣自動化技術；電力系統(tǒng)；應用領域

電氣工程及其自動化作為一個涉及廣泛領域的專業(yè)，大量應用于電力電子技術、自動化控制技術、電氣設備制造等。電氣工程自動化主要有以下幾個特點，分別是幾種相似學科或技術的結合，例如強電和弱電結合、機械與電力結合、軟件和硬件的結合，還有就是電工技術與電子技術的結合。本文將對電氣工程的發(fā)展歷史進行溯源和對其現(xiàn)狀進行分析，并著重闡述在我國電力系統(tǒng)中現(xiàn)代電氣自動化技術的應用。

1 電氣工程自動化的發(fā)展歷史

從廣義的定義來說，在公元前的古希臘，學者米利就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并且認識了電。但是在17世紀英國醫(yī)生吉爾伯特把電寫進書本之前，人類一直沒有科學系統(tǒng)的去研究電。之后的時間中，導體與絕緣體，靜電現(xiàn)象分別被英國人格雷和法國人杜菲所研究發(fā)現(xiàn)，在當時造成了轟動。隨后在18世紀的美國，富蘭克林進行了著名的風箏實驗，以證明了自然界中存在電這個理論是正確無誤的。電氣行業(yè)開始騰飛是起始于19世紀，例如科學家安培研究發(fā)現(xiàn)的電流磁效應，由法拉第所提出的電磁感應定律，更有將電、磁、光歸為電磁場現(xiàn)象的麥克斯韋爾方程組，這個方程組是現(xiàn)代電氣學的理論基石。隨著電學的重要性和其巨大潛力被發(fā)現(xiàn)，西方以及我國便開始逐漸開設電氣工程專業(yè)，并且專門設立一大批工學院對其進行專業(yè)的研究。電氣自動化技術的誕生始于上世紀60～70年代，作為電氣信息行業(yè)的新興工程科學，電氣工程自動化技術逐步實現(xiàn)了在電力網(wǎng)絡系統(tǒng)以及工業(yè)制造控制系統(tǒng)中的自動化、無人化，并且可以自動檢測及排除故障，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)力和效益，迅速成為了工業(yè)生產(chǎn)的核心技術力量。

2 電氣工程自動化的發(fā)展現(xiàn)狀

目前來說，隨著電氣自動化技術被廣泛的應用到多種不同類型的行業(yè)，比如電力行業(yè)、建筑行業(yè)和機械制造業(yè)甚至小型家用。同時，電氣工程自動化中程序的編程接口也伴隨著國家標準的頒布和制定而逐步走向標準化。最重要的技術發(fā)展是其實現(xiàn)了分布式應用，不僅為生產(chǎn)提供了便利，增強了效率，而且簡化了電氣自動化系統(tǒng)的日常管理和維護。

在電力系統(tǒng)中，電氣自動化主要集中在電網(wǎng)上級系統(tǒng)中，例如電網(wǎng)調度自動化、發(fā)電廠系統(tǒng)的自動化、變電站綜合系統(tǒng)的自動化和配供電系統(tǒng)自動化，而用在用戶側，主要是電氣自動保護裝置等。各自動化系統(tǒng)都包含數(shù)個子系統(tǒng)，例如數(shù)據(jù)采集，自動檢測，電能預估調節(jié)等等。通過計算機以及各處傳感器等自動化裝置的運作，經(jīng)?？梢源嫒肆θネ瓿筛黜椚蝿?，大大提高了電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

在企業(yè)的生產(chǎn)中，電氣自動化也大有用武之地，該技術普遍運用在全自動流水線的建立與控制，將電氣與機械技術精密的結合，以期對機械設備進行需求功能的配置，并且在傳感器和處理器的幫助下對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行記錄。

3 電力系統(tǒng)電氣自動化

3.1 電力系統(tǒng)中電氣自動化技術的重要性

電氣自動化技術在電力系統(tǒng)中的重要性主要體現(xiàn)在以下三個不同方面。

第一是為促進實現(xiàn)控制目標。正如上文所述，電氣自動化已在工業(yè)以及生活的許多方面有所應用，而對于如今的電力系統(tǒng)，電氣自動化更有用武之地。通過技術改造，對電氣自動化運行水平的進行有效提升，從而可以提高并且改善整個電力網(wǎng)絡系統(tǒng)的運行質量和可靠性。另外，在總線模式下，變壓器、發(fā)電機等其他電力設備間的互相連通可以通過電氣自動化控制來實現(xiàn)，從而提升電力系統(tǒng)的監(jiān)測水平。

第二是可以大幅度提升設備的運行效率和降低其日常所需要的運行成本。電力作為一個特殊的系統(tǒng)，除去高可靠性和高安全性，電氣設備的運行效率也是十分重要的。電氣自動化技術可以更好輔助各電力設備之間的協(xié)調，提升電氣設備的運行效率，從而進一步改善整個系統(tǒng)的日常工作效率，同時，可以減少資源的損耗，這對電力企業(yè)成本的控制和效益提升也是十分有幫助的。

第三是簡化電力系統(tǒng)的維護管理。在電氣自動化技術在我國被廣泛的應用之前，電力系統(tǒng)的維護檢修大部分都是依靠人力來進行。在當代隨著信息技術的快速進步以及自動化技術的普及，系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障信息可以被快速的收集，并以此為基礎對收集數(shù)據(jù)進行快速的分析和處理，使得電力系統(tǒng)的管理控制更加靈活簡便。同時，故障信息的針對收集和記錄也顯著提高了電力系統(tǒng)維護的效率和降低了人力成本。

3.2 電力系統(tǒng)電氣自動化技術應用的方向分析

在電氣自動化重要性不斷增強的同時，其在電力系統(tǒng)中相關的應用范圍也是變得越來越廣。具體來說，電力網(wǎng)絡系統(tǒng)中電氣自動化技術的應用方向主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）系統(tǒng)的實時仿真。在電力系統(tǒng)中，電氣自動化技術的應用促進了系統(tǒng)實時仿真技術的實施，使得在電路中暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩種不同狀態(tài)下的同步實驗可以得到實現(xiàn)。并且，實驗的精確度也因系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的大量收集而得到提升，更多的新型電氣裝置可以在類似仿真環(huán)境下得到測試，從而推動電力行業(yè)科技的發(fā)展。

（2）智能電力服務。當今電力科技的高速發(fā)展對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性和其自動化的程度也有了更高和更嚴格的要求，而電力智能技術的出現(xiàn)有效的推動了以上幾個目標的實現(xiàn)。在電力網(wǎng)絡系統(tǒng)的日常運行中，智能電力系統(tǒng)的監(jiān)測端的功能便是自動的收集所需要的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。而當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，該智能系統(tǒng)亦能對所獲取故障信息進行即時的分析處理，迅速的做出決策判斷，并處理對應的故障，從而將電氣故障控制在一個很小的范圍內，這一功能可以有效的提升電力系統(tǒng)的運行工作效率和網(wǎng)絡自動化程度。

（3）用于配電網(wǎng)工作。在我國目前的電力網(wǎng)絡中，調配電網(wǎng)系統(tǒng)是影響用戶供電側可靠和穩(wěn)定性的最主要短板，很容易造成停電等故障，因為配電網(wǎng)絡是電力系統(tǒng)和用戶之間產(chǎn)生相互關聯(lián)的部分。而配電網(wǎng)中電氣自動化的應用，同時，通過數(shù)字信息化加強各級配電網(wǎng)之間的聯(lián)系，降低線路損耗，提高電能的質量，從而提升配電網(wǎng)的可靠性。

3.3 電力系統(tǒng)中電氣自動化的具體應用領域

在當今我國的電力網(wǎng)絡系統(tǒng)中，電氣自動化技術所應用的范圍和領域十分廣泛，大到整個配電網(wǎng)，小到一座發(fā)電廠，綜合來說該技術主要應用于以下幾個領域。

（1）發(fā)電廠中電氣自動化監(jiān)控技術的應用。由于發(fā)電廠中生產(chǎn)的電能是整個電力系統(tǒng)的基礎保障，它的穩(wěn)定性和可靠性會影響到電力的供應系統(tǒng)能否正常運行。發(fā)電廠系統(tǒng)中設備的數(shù)量和其分散特點決定了其管理維護的難度，同時，電廠自身的用電系統(tǒng)也是一個配電系統(tǒng)，且與外界的輸電系統(tǒng)相連，這些特點造就了發(fā)電廠電力系統(tǒng)的高度復雜性，也對電氣保護設備的配置和運行產(chǎn)生了比較嚴格的要求。在這種情況下，電氣自動化裝置的高可靠性和可以快速動作的特性就發(fā)揮了其不可替代的作用，能夠確保故障及時的發(fā)現(xiàn)和切除，從而提升整個發(fā)電廠電力系統(tǒng)乃至電力網(wǎng)絡的安全和穩(wěn)定性。

發(fā)電廠的電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)包括了三個組成部分，分別是安裝在遠程的監(jiān)測保護終端，用于傳輸收集到信息的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及操作室的監(jiān)控中心，這幾個部分起到了不同的作用。遠程監(jiān)測保護終端包含了安全在電力系統(tǒng)中的監(jiān)測裝置，比如傳感器和斷電保護裝置，其主要作用是監(jiān)測電路系統(tǒng)的運行并執(zhí)行保護動作。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)則是將監(jiān)測終端獲得的實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的線路網(wǎng)絡，為了減小高電壓電磁波對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的干擾，一般采用現(xiàn)場總線和光纖進行傳輸。電氣自動化操作系統(tǒng)和電廠工作人員交互的平臺則是監(jiān)控中心，主要用于監(jiān)控人員對電氣網(wǎng)絡中設備的監(jiān)測、操控和管理。

（2）變電站系統(tǒng)的自動化。變電站是電能傳輸中兩個以上不同電壓等級的轉換樞紐，和電力網(wǎng)絡的運行穩(wěn)定性息息相關。變電站的自動化系統(tǒng)和發(fā)電廠中電力系統(tǒng)的電氣自動化系統(tǒng)比較類似，主要包括了在系統(tǒng)正常工作下對運行設備的監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集，以及對發(fā)生運行故障的設備進行快速的切除和隔離，以確保變電站變壓系統(tǒng)可以正常運行。另一方面，對故障信息的處理分析可以幫助維護人員更容易的檢修設備。

（3）電網(wǎng)調度系統(tǒng)的自動化。電網(wǎng)調度系統(tǒng)自動化，亦是利用電氣自動化技術來實現(xiàn)的集實時數(shù)據(jù)監(jiān)控采集、輸送、和調度中心處理調控于一體的系統(tǒng)。大體來說，此系統(tǒng)的結構主要包含了控制中心主站、廠站端和信息通道三部分，分別對應了處理、采集和傳輸。電力系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)是由信息采集末端所收集，經(jīng)過信息通道將采集信息傳輸?shù)秸{度中心，為調度人員提供完整精確的實時電網(wǎng)信息，再由調度中心根據(jù)電力系統(tǒng)的負荷分配來自動實現(xiàn)各發(fā)電廠的電力分配，可以有效的優(yōu)化電力系統(tǒng)的結構。

（4）供配電系統(tǒng)的電氣自動化?，F(xiàn)今的供配電系統(tǒng)中已經(jīng)完全實現(xiàn)了電氣自動化的控制，特別是在高、中電壓供配電網(wǎng)絡系統(tǒng)中，電子控制系統(tǒng)已經(jīng)完全代替了人工的操作。電氣自動化主要應用在對繼電器、斷路器等設備的智能控制上，一旦電路中的參數(shù)超過了允許的額定數(shù)值，自動化系統(tǒng)就會瞬時對電氣設備進行動作，供配電系統(tǒng)就能做到實時斷路，從而避免了設備的損壞和故障的擴大。供配電系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集主要包括了電網(wǎng)節(jié)點電壓、電流、系統(tǒng)頻率等等，這些數(shù)據(jù)的參數(shù)主要用于監(jiān)測供配電系統(tǒng)是否正常運行，一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，監(jiān)控系統(tǒng)便需要發(fā)出警報以便工作人員處理。

4 結語

正如上文所述，電氣自動化技術的發(fā)展與整個電力系統(tǒng)的科技進步緊密相連。在電力系統(tǒng)各個不同的領域中，電氣自動化有著其舉足輕重的地位和不可替代性。同時，電氣自動化作為一個很有潛力的高新技術，隨著信息科技的不斷普及，其未來也能得到長足的發(fā)展，為我國的電力事業(yè)提供更多的助力。

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