機(jī)電一體化技術(shù)在電力行業(yè)中的運(yùn)用

安海峰

（中鐵十九局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，北京 102600）

0 引言

機(jī)電一體化作為一門(mén)綜合計(jì)算機(jī)與自動(dòng)控制技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)及信息技術(shù)等內(nèi)容的系統(tǒng)技術(shù)，正朝向全新的方向進(jìn)行革新，實(shí)踐應(yīng)用范圍隨之?dāng)U展。尤其是對(duì)電力行業(yè)而言，面對(duì)越來(lái)越高的用電需求，加大電力行業(yè)中機(jī)電一體化技術(shù)的研究力度，不僅能轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)行業(yè)發(fā)展模式，而且可以獲取新的機(jī)遇。下面對(duì)機(jī)電一體化在電力行業(yè)中的運(yùn)用進(jìn)行研究。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展分析

1.1 現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，“機(jī)電一體化”作為各行業(yè)發(fā)展革新關(guān)注的焦點(diǎn)，最初只被看作是電子與機(jī)械的綜合，但隨著微機(jī)性能的持續(xù)提高，特別是通信技術(shù)與機(jī)電一體化的融合，促使機(jī)械設(shè)備在遙控與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化[1]。對(duì)電力行業(yè)發(fā)展而言，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期要求，尤其是在新時(shí)代背景下，行業(yè)發(fā)展開(kāi)始向著智能化與人性化的方向革新，需要科研人員在整合以往工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)行業(yè)發(fā)展需求，持續(xù)探索技術(shù)運(yùn)用措施，以此提升電力企業(yè)建設(shè)水平。

1.2 趨勢(shì)

在技術(shù)全面革新中，不管是社會(huì)經(jīng)濟(jì)還是科技、軍事等都受之影響，且隨著技術(shù)研究的不斷深入，各行業(yè)領(lǐng)域都從中取得了優(yōu)異成績(jī)。結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)發(fā)展情況分析，機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下3 點(diǎn)：①光電一體化，機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感、動(dòng)力等都可以構(gòu)成機(jī)電一體化，再添加光學(xué)技術(shù)，并運(yùn)用獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，有助于完善系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)力、傳感等部件；②柔韌化，現(xiàn)如今研制出的機(jī)電一體化系列產(chǎn)品，不僅具備充足的冗余度來(lái)運(yùn)行與管控，而且可以有效處理突發(fā)事件，子系統(tǒng)之間具有獨(dú)立性，但又都為總系統(tǒng)提供服務(wù)[2]，子系統(tǒng)的“自律性”可以促使其在不同環(huán)境下進(jìn)行正確處理，并且出現(xiàn)問(wèn)題不會(huì)限制總系統(tǒng)運(yùn)行，以此提高總系統(tǒng)的柔韌性；③智能化，在現(xiàn)代化技術(shù)持續(xù)優(yōu)化中，未來(lái)機(jī)電一體化技術(shù)衍生出的產(chǎn)品展現(xiàn)出了強(qiáng)烈的“全息”特點(diǎn)，原因在于不管是信息技術(shù)還是模糊技術(shù)都得到了飛速發(fā)展，且擁有極強(qiáng)的識(shí)別能力。

2 電力行業(yè)中的應(yīng)用方向

2.1 水電站廠(chǎng)設(shè)備

在新時(shí)代背景下，隨著智能開(kāi)關(guān)、光電式互感器等機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)入水電廠(chǎng)中，促使其擁有的自動(dòng)化技術(shù)水平逐漸進(jìn)入到數(shù)字化階段。目前水電廠(chǎng)設(shè)備的機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)主要分為3 層，以過(guò)程層為例，在先進(jìn)技術(shù)理念的影響下，光電電流互感器、光電電壓互感器等作為水電站廠(chǎng)運(yùn)行的重要設(shè)備，不僅提升了抵抗干擾水平，優(yōu)化了抗飽和性能，而且也實(shí)現(xiàn)了安裝小型化開(kāi)關(guān)裝置的目標(biāo)[3]。了解當(dāng)前水電廠(chǎng)工作情況可知，在實(shí)踐操作中運(yùn)用機(jī)電一體化會(huì)隨著技術(shù)革新而優(yōu)化，并逐漸向人性化與智能化的方向穩(wěn)步發(fā)展。其中，智能化是指水電廠(chǎng)站能運(yùn)用人為儲(chǔ)備的命令推理、判斷及總結(jié)具體事件，在一定意義上可以取代人為操作。完成上述工作步驟，機(jī)組能安全且穩(wěn)定地運(yùn)行。隨著智能化水平的提高，對(duì)相應(yīng)員工的要求會(huì)隨之降低，機(jī)電一體化系統(tǒng)可以針對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷與提示。

2.2 電站輔機(jī)產(chǎn)品

具體分為：①微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，在應(yīng)用中準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)工作非常便捷，在市場(chǎng)中得到大范圍推廣，以UNITROL5000、UNITROLF 等自動(dòng)調(diào)節(jié)器為例，其符合≥135 MW且≤600 MW 等級(jí)的汽輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器；②勵(lì)磁繞組絕緣電阻監(jiān)測(cè)設(shè)備，市場(chǎng)中常見(jiàn)的有80C196 單片機(jī)等，主要用來(lái)監(jiān)測(cè)勵(lì)磁繞組與地兩者間的絕緣電阻，通常情況下結(jié)合在線(xiàn)檢測(cè)的方式進(jìn)行操作；③發(fā)電機(jī)氣體純度監(jiān)測(cè)設(shè)備，主要包含變送器、純度風(fēng)機(jī)等，在工作狀態(tài)下沒(méi)有污染、性能強(qiáng)，同時(shí)其獨(dú)特的微處理器結(jié)構(gòu)有助于溫度、壓力及環(huán)境等設(shè)備彼此輔助，以此提升實(shí)踐工作的精確度；④勵(lì)磁電流電壓測(cè)算儀，主要用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部的勵(lì)磁電壓與電流，并且可以直接展示發(fā)電機(jī)電流、有無(wú)功功率等，不但適用于多種類(lèi)型的電站，而且工作質(zhì)量極高[4]。

2.3 輸電環(huán)節(jié)

HDVC Light 和HDVC 技術(shù)在實(shí)踐工作中的優(yōu)勢(shì)很多，如靈活性強(qiáng)、容量大及方便調(diào)節(jié)等，尤其是在遠(yuǎn)距離輸電中展現(xiàn)出了積極作用，不僅能控制停運(yùn)、閃爍等問(wèn)題的出現(xiàn)，而且可以保障電能傳遞質(zhì)量。FACTS 技術(shù)也叫做柔性交流輸電技術(shù)，最早出現(xiàn)在20 世紀(jì)80 年代，屬于現(xiàn)階段推廣速度最快的新型技術(shù)之一，在實(shí)踐運(yùn)行中通過(guò)與電子技術(shù)、控制技術(shù)等有效結(jié)合，不僅能管控電力系統(tǒng)鞏固率、電壓等數(shù)據(jù)或指標(biāo)，而且可以?xún)?yōu)化電能傳遞情況，以此減少不必要的損耗。

2.4 節(jié)能工作

在節(jié)能工作中，最常見(jiàn)的機(jī)電一體化技術(shù)主要分為無(wú)功損耗技術(shù)和變負(fù)荷調(diào)速技術(shù)。前者在工作中會(huì)從調(diào)節(jié)變壓器和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)功率入手，確保電力系統(tǒng)處在較為穩(wěn)定安全的環(huán)境中工作，不僅能控制停電現(xiàn)象的發(fā)生，而且可以減少受內(nèi)外因素影響產(chǎn)生的能源損耗；后者會(huì)在電動(dòng)機(jī)中展現(xiàn)快速調(diào)節(jié)控制功能，最終能將能源消耗降低30%[5]。

2.5 配電過(guò)程

在電力行業(yè)中，配電作為電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，機(jī)電一體化的運(yùn)用影響著實(shí)踐工作效率。

（1）保護(hù)功能。由于配電過(guò)程中涉及到多種電氣設(shè)備，且只有保障這些設(shè)備可以正常運(yùn)行才能促使整體系統(tǒng)有序工作，因此針對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行全面保護(hù)至關(guān)重要。一般保護(hù)內(nèi)容包括變壓器、線(xiàn)路及電容器等內(nèi)容，之外要加大對(duì)過(guò)電流、電壓等內(nèi)容的探索，這樣不僅能提升電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，而且可以減少線(xiàn)路問(wèn)題。

（2）通信功能。在配電中充分展現(xiàn)這一功能，有助于保障各電氣設(shè)備工作情況準(zhǔn)確無(wú)誤地傳遞給上級(jí)站，在實(shí)踐工作中運(yùn)用這一技術(shù)，可以及時(shí)傳遞有效數(shù)據(jù)，為各站點(diǎn)之間構(gòu)建良好的溝通平臺(tái)。在各站點(diǎn)傳遞信息的基礎(chǔ)上，電力員工可以全面掌控整體系統(tǒng)，若是發(fā)現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題，也可以在短時(shí)間內(nèi)找到有效的處理對(duì)策，以此保障整體電力系統(tǒng)可以繼續(xù)穩(wěn)步運(yùn)行。

2.6 自動(dòng)化傳輸管理系統(tǒng)

配電、發(fā)電等環(huán)節(jié)都屬于整體電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要工作，保障信息化傳遞過(guò)程的有效性與完善性，有助于在研究系統(tǒng)運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，明確實(shí)踐建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)了解不同電力企業(yè)的電能生產(chǎn)、傳遞等信息，逐漸控制系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)事故的概率，優(yōu)化用戶(hù)用電管理水平。通過(guò)運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行革新，可以確定系統(tǒng)內(nèi)部的管理機(jī)制，研究信息化發(fā)展階段各部門(mén)的關(guān)聯(lián)，不僅能提升信息傳遞的有效性和即時(shí)性，而且有助于強(qiáng)化各部門(mén)間的交流化管理水平，以此促使電力系統(tǒng)可以按照預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)步前進(jìn)，進(jìn)而持續(xù)優(yōu)化行業(yè)獲取的各項(xiàng)效益。

2.7 自動(dòng)化報(bào)警系統(tǒng)

依當(dāng)前電力行業(yè)發(fā)展情況可知，為了保障內(nèi)部設(shè)備可以更加穩(wěn)定地運(yùn)行，會(huì)結(jié)合機(jī)電一體化技術(shù)構(gòu)建自動(dòng)化設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛藏的安全風(fēng)險(xiǎn)，有助于研究電力內(nèi)部不良影響因素，并以此提出對(duì)應(yīng)處理方法。報(bào)警系統(tǒng)主要用于處理安全事故，在實(shí)踐工作中結(jié)合繼電保護(hù)作用，在崗位員工處理責(zé)任劃分的基礎(chǔ)上，運(yùn)用清理、替換及檢修等方式解決系統(tǒng)安全問(wèn)題。根據(jù)系統(tǒng)安裝設(shè)備的維持保護(hù)需求，可以保障電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定地工作，及時(shí)處理可能出現(xiàn)的安全事故，運(yùn)用自動(dòng)化恢復(fù)管理，避免電壓崩潰、震蕩等事故的發(fā)生。

3 電力行業(yè)中的應(yīng)用效果

3.1 有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)一體化管理目標(biāo)

在實(shí)踐工作中運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)有助于全面提升系統(tǒng)工作效率：①互感器、變壓器等設(shè)備在機(jī)電一體化技術(shù)的引導(dǎo)下開(kāi)始向著規(guī)范化與一體化的方向革新；②電力能源變得更加穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)行安全得到了保障；③系統(tǒng)電壓輸出可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)比傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用形式分析，不僅減少了電能損耗、短路等故障的發(fā)生，而且可以從基礎(chǔ)上提升系統(tǒng)工作質(zhì)量。例如，電力系統(tǒng)中的機(jī)電一體化技術(shù)，會(huì)結(jié)合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，全面研究系統(tǒng)的變壓器、額定電壓等數(shù)據(jù)，最終選擇適宜的自動(dòng)化控制步驟，并提出對(duì)應(yīng)的高壓供電系統(tǒng)方式。因此，在未來(lái)電力行業(yè)發(fā)展中，行業(yè)人員要整合實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，在深層探索自動(dòng)化管理保護(hù)流程的過(guò)程中，持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)安全管理水平，以此促使電力行業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)智能化、一體化及自動(dòng)化的發(fā)展目標(biāo)。

3.2 有助于優(yōu)化系統(tǒng)工作標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)正處于創(chuàng)新階段的電力系統(tǒng)而言，不但可以?xún)?yōu)化系統(tǒng)工作標(biāo)準(zhǔn)，而且可以在技術(shù)優(yōu)化中靈活調(diào)節(jié)與管控系統(tǒng)工作情況，以此在減少成本支出的基礎(chǔ)上，為行業(yè)發(fā)展獲取更多效益。同時(shí)，預(yù)先了解不同地區(qū)的電力行業(yè)發(fā)展要求，機(jī)電一體化能在智能化管控電流、電壓等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，科學(xué)調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)分配調(diào)度，確保系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展達(dá)到預(yù)期效果。另外，調(diào)度中心要根據(jù)電力系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備要求進(jìn)行科學(xué)管控，這樣不僅能滿(mǎn)足不同地區(qū)的用電需求，而且可以及時(shí)明確各地用電狀態(tài)，以此提高我國(guó)供電水平。

3.3 有助于提升系統(tǒng)安全水平

隨著機(jī)電一體化技術(shù)在電力行業(yè)中的全面推廣，促使各部門(mén)員工在掌握系統(tǒng)安全隱患的同時(shí)，可以及時(shí)處理潛藏問(wèn)題，這樣不僅能提升系統(tǒng)電路運(yùn)行安全性能，而且可以減少不必要的事故發(fā)生。例如，有效結(jié)合機(jī)電一體化技術(shù)與電力智能化檢測(cè)與管理工作，既可以減少實(shí)踐成本支出，又能在保障工作效率的基礎(chǔ)上，及時(shí)反饋有問(wèn)題的數(shù)據(jù)，確保部門(mén)員工可以更快掌握實(shí)踐檢測(cè)情況。同時(shí)，在系統(tǒng)內(nèi)部安裝電力保護(hù)裝置，有助于科學(xué)調(diào)節(jié)整體系統(tǒng)工作效能，根據(jù)實(shí)踐工作需求合理控制電壓變化，既可以保障電壓的穩(wěn)定性，又能提升系統(tǒng)運(yùn)行安全。除此之外，線(xiàn)路異常、電路短路等問(wèn)題也得到了管控，這對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行至關(guān)重要。

4 結(jié)束語(yǔ)

在持續(xù)發(fā)展的電力行業(yè)中運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，既是時(shí)代發(fā)展的必然選擇，又是行業(yè)創(chuàng)新的重要機(jī)遇。通過(guò)構(gòu)建電力一體化管理系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行目標(biāo)，提升系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值，而且可以促使電力系統(tǒng)向著自動(dòng)化和智能化的方向穩(wěn)步發(fā)展，這滿(mǎn)足現(xiàn)代電力系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，且符合電力運(yùn)輸管理需求。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)不斷革新中，相信未來(lái)我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用會(huì)更加普遍與廣泛，不但能為行業(yè)發(fā)展帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)效益，而且可以為構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展型社會(huì)奠定基礎(chǔ)。