電力工程中電氣自動化技術(shù)探析

姜宣任

摘要：近幾年來，隨著我國電力技術(shù)的不斷深入發(fā)展，所應(yīng)用的范圍越來越廣泛，適用性越來越強(qiáng)，而電氣自動化技術(shù)作為電力技術(shù)中重要的組成部分，成為了目前最活躍、最充滿生機(jī)、最富有開發(fā)情景的綜合學(xué)科，通過多種高科技技術(shù)的合成，在國民經(jīng)濟(jì)各個部門中都發(fā)揮著十分重要的作用，下面就電氣自動化技術(shù)的一些發(fā)展趨勢進(jìn)行綜合探討，為電力技術(shù)的更快、更好的發(fā)展提高依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電力工程;電氣自動化;自動化技術(shù)

一、電氣自動化技術(shù)概述

電氣自動化技術(shù)是將現(xiàn)代的電子技術(shù)、信息的處理技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)融為一體的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來的綜合技術(shù)，是在電力工程的電力系統(tǒng)中實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及監(jiān)視管理的有效地途徑。電氣自動化技術(shù)在電力工程中發(fā)揮著越來越重要的作用，在新技術(shù)的廣泛應(yīng)用下，傳統(tǒng)的技術(shù)正在逐漸的被取代，從而更加促進(jìn)了電氣自動化技術(shù)的發(fā)展。電氣自動化技術(shù)，為電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行提供了良好的條件，并且隨著發(fā)展，電力系統(tǒng)也得到了更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的要求主要有：①保證電力系統(tǒng)各部分的技術(shù)要求，以實現(xiàn)設(shè)備的安全以及經(jīng)濟(jì)，并以設(shè)備的實際運(yùn)行為主要的依據(jù)，保證操作人員實際的控制和協(xié)調(diào);②盡量的利用電氣自動化技術(shù)進(jìn)行安全性能的改善，從而可以減少事故，并能夠節(jié)省人力，避免緊急事故的發(fā)生和發(fā)展;③還要對電力系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)以及參數(shù)進(jìn)行檢驗、收集并對之進(jìn)行處理，保證各系統(tǒng)的正常運(yùn)行;④保證電力系統(tǒng)各部分的安全以及經(jīng)濟(jì)。

二、全控型電力電子開關(guān)逐步取代半控型晶閘管

50 年代末出現(xiàn)的晶閘管標(biāo)志著運(yùn)動控制的新紀(jì)元。它是第一代電子電力器件，在我國至今仍廣泛用于直流和交流傳動控制系統(tǒng)。隨著交流變頻技術(shù)的興起，相繼出現(xiàn)了全控式器件 ― CTR、 GTO 、 P - MOSEFT 等。這是第二代電力電子器件。由于目前所能生產(chǎn)的電流/電壓定額和開關(guān)時間的不同，各種器件各有其應(yīng)用范圍。

由于GIR 、GTO 等雙極性全控性器件必須要有較大的控制電流，因而使門極控制電路非常龐大，從而促進(jìn)廠新一代具有高輸人阻抗的 MOS 結(jié)構(gòu)電力半導(dǎo)體器件的一切。功率 MOSFET 是一種電壓驅(qū)動器件，基本上不要求穩(wěn)定的驅(qū)動電流，驅(qū)動電路只需要在器件開通時提供容性充電電流，而關(guān)斷時提供放電電流即可，因此驅(qū)動電路很簡單。它的開關(guān)時間很快，安全工作區(qū)十分穩(wěn)定，但是 P - MOSFET 的通態(tài)電壓降隨著額定電壓的增加而成倍增大，這就給制造高壓 P - MOSFET 造成了很大困難。

IGBT是 P -MOSFET 工藝技術(shù)基礎(chǔ)上的產(chǎn)物，它兼有 MOSFET 高輸人阻抗、高速特性和 GTR 大電流密度特性的混合器件。

MOS 控制晶閘管（ MCT ）是一種在它的單胞內(nèi)集成了 MOSFET的品閘管，利用M OS 門來控制品閘管的開通和關(guān)斷，具有晶閘管的低通態(tài)電壓降，但其工作電流密度遠(yuǎn)高 IGBT和 GTR ，在理論上可制成幾千伏的阻斷電壓和幾十千赫的開關(guān)頻率，且其關(guān)斷增益極高。

IGBT和MGT 這一類復(fù)合型電力電子器件可以稱為第三代器件。在器件的復(fù)合化的同時，模塊即把變換器的雙臂、半橋乃至全橋組合在一起大規(guī)模生產(chǎn)的器件也已進(jìn)入實用。

三、當(dāng)前電力系統(tǒng)自動化依賴IT技術(shù)向前發(fā)展的重要熱點技術(shù)

1、電力一次設(shè)備智能化

常規(guī)電力一次設(shè)備和二次設(shè)備安裝地點一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強(qiáng)信號電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設(shè)備智能化是指一次設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮將常規(guī)二次設(shè)備的部分或全部功能就地實現(xiàn)，省卻大量電力信號電纜和控制電纜，通常簡述為一次設(shè)備自帶測量和保護(hù)功能。如常見的“智能化開關(guān)”、“智能化開關(guān)柜”、“智能化箱式變電站”等。

2、電力一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測

對電力系統(tǒng)一次設(shè)備如發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、變壓器、斷路器、開關(guān)等設(shè)備的重要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行長期連續(xù)的在線監(jiān)測，不僅可以監(jiān)視設(shè)備實時運(yùn)行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷有無存在故障的先兆，從而延長設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，為電力設(shè)備由定期檢修向狀態(tài)檢修過度提供保障。近年來電力部門投入了很大力量與大學(xué)、科研單位合作或引進(jìn)技術(shù)，開展在線狀態(tài)檢測技術(shù)研究和實踐并取得了一些進(jìn)展，但由于技術(shù)難度大，專業(yè)性強(qiáng)， 檢測環(huán)境條件惡劣，要開發(fā)出滿意的產(chǎn)品還需一定時日。

3、光電式電力互感器

電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設(shè)備，其作用是按一定比例關(guān)系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表直接測量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，以便用儀表直接測量。其缺點是隨電壓等級的升高絕緣難度越大，設(shè)備體積和質(zhì)量也越大;信號動態(tài)范圍小，導(dǎo)致電流互感器會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，或發(fā)生信號畸變;互感器的輸出信號不能直接與微機(jī)化計量及保護(hù)設(shè)備接口。因此不少發(fā)達(dá)國家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器，國際電工協(xié)會已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)也有大專院校和科研單位正在加緊研發(fā)并取得了可喜成果。目前主要問題是材料隨溫度系數(shù)的影響而使穩(wěn)定性不夠理想。另一關(guān)鍵技術(shù)是，光電互感器輸出的信號比電磁式互感器輸出的信號要小得多，一般是毫安級水平，不能像電磁式互感器那樣可以通過較長的電纜線送給測控和保護(hù)裝置，需要在就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過光纖接口送出，模數(shù)轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等電子電路部分在結(jié)構(gòu)上需要與互感器進(jìn)行一體化設(shè)計。在這里，電磁兼容、絕緣、耐環(huán)境條件、電子電路的供電電源同樣是技術(shù)難點之一。

四、結(jié)束語

隨著電力系統(tǒng)的深入發(fā)展和應(yīng)用，電氣自動化技術(shù)在電力工程中所起到的作用也越來越突出，電氣自動化技術(shù)作為當(dāng)前最具有發(fā)展前景，最活躍，最具研究價值的綜合性學(xué)科之一，在電力工程發(fā)展和應(yīng)用中電氣自動化技術(shù)起著十分重要的作用。

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（作者單位：遼寧金峽灣建筑工程有限公司）