電氣工程自動化改造研究

溫博

【摘 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

【Abstract】Since the development of economic globalization， it has become an indispensable trend for Chinese enterprises to participate in international competition. Only by giving full play to their advantages in the domestic economy can we strive to create more economic benefits. Thinking from the perspective of socialist scientific development， industrial economic reforms should also move in a more advanced direction. The implementation of electrical engineering transformation can not only enhance the scientific and technological strength of the power industry， but also create more powerful conditions for the majority of users. This article mainly analyzes the problems related to the automation of electrical engineering.

【Key words】Electrical Engineering；Transformation；Automation；Trend Research

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(dāng) 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?。從某種意義上講，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(jì)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(jì)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(biāo)志。就目前國際水平而言，在今后相當(dāng)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(dāng)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(biāo)。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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(zhǔn)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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[文章編號]1619-2737（2018）03-01-700