電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用

范大鳴

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125005）

0 前 言

科學(xué)技術(shù)的全面發(fā)展和進(jìn)步推動(dòng)了電氣工程的技術(shù)性轉(zhuǎn)型，為了維持電力行業(yè)發(fā)展建設(shè)的綜合水平，要整合電氣自動(dòng)化項(xiàng)目模塊，發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)電氣工程安全性和穩(wěn)定性全面提升。

1 電氣工程及其自動(dòng)化概述

1.1 內(nèi)涵和組成

1.1.1 內(nèi)涵

從宏觀層面分析，電氣工程及其自動(dòng)化是將電氣技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及電機(jī)電器技術(shù)等融合在一起的綜合技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)弱電—強(qiáng)電結(jié)合、機(jī)電結(jié)合以及硬件—軟件結(jié)合，從而有效滿足系統(tǒng)應(yīng)用自動(dòng)化需求。電氣自動(dòng)化被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，從家庭電路設(shè)計(jì)到航空航天，電氣自動(dòng)化技術(shù)均發(fā)揮了極大的作用，改變了人們傳統(tǒng)的生活模式，也為整個(gè)電氣工程的升級(jí)轉(zhuǎn)型提供了支持[1]。

1.1.2 電氣工程自動(dòng)化體系組成

電氣工程自動(dòng)化體系按照功能單元?jiǎng)澐?，分為信?hào)接收單元、信息處理單元、信號(hào)輸出單元；若是按照層級(jí)結(jié)構(gòu)劃分，則分為站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

在電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)的過程中，要遵循以下原則。

（1）電氣工程自動(dòng)化將自動(dòng)化技術(shù)要點(diǎn)作為核心，并且結(jié)合客戶的實(shí)際需求增設(shè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，有效發(fā)揮發(fā)揮電氣自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[2]。例如，為了確保電氣自動(dòng)化技術(shù)環(huán)節(jié)的合理性，采取對(duì)應(yīng)的變頻設(shè)備實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制器變頻器通信設(shè)計(jì)，具體的工作模式參數(shù)見表1，配置參數(shù)的設(shè)定可以依據(jù)客戶的實(shí)際需求進(jìn)行處理，從而落實(shí)電氣自動(dòng)化的單元功能，確保電氣工程中電氣自動(dòng)化能優(yōu)化具體工序質(zhì)量。

表1 變頻器參數(shù)設(shè)計(jì)

（2）電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)工序?qū)崿F(xiàn)了電氣單元和機(jī)械單元的融合，也有效減少了傳統(tǒng)單一化機(jī)械應(yīng)用模式造成的不足，設(shè)計(jì)要秉持全面性原則。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在電氣自動(dòng)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作中，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性是最關(guān)鍵的特征，確保設(shè)計(jì)能在融合相應(yīng)技術(shù)的同時(shí)發(fā)揮其便捷性優(yōu)勢(shì)，從而真正推動(dòng)智能化體系和電氣工程項(xiàng)目有效融合。

第一，電氣自動(dòng)化體系不需要建立復(fù)雜的控制模型，而是在精簡(jiǎn)控制流程的同時(shí)提高控制精度，最重要的是，避免傳統(tǒng)模型構(gòu)建中產(chǎn)生的故障隱患。例如，多數(shù)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)需要借助對(duì)應(yīng)的程序工具完成集成開發(fā)工作，采取C編譯器、支持C語言開發(fā)，借助ADC1.2提供相應(yīng)的開發(fā)環(huán)節(jié)，從而提高運(yùn)行效率[3]?；A(chǔ)框架流程見圖1。

圖1 主程序流程設(shè)計(jì)圖

第二，借助電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)模塊能最大化提升數(shù)據(jù)處理的一致性，并且能為數(shù)據(jù)信息處理成效的提升提供保障。需要注意的是，因?yàn)槭芸貙?duì)象本身具有可變性特點(diǎn)，這就會(huì)無形中增加了控制難度。利用電氣自動(dòng)化技術(shù)能有效整合技術(shù)應(yīng)用模式，從而解決控制問題。

第三，電氣自動(dòng)化模式能為電氣工程系統(tǒng)調(diào)控流程的優(yōu)化提供保障，不僅能提升調(diào)控水平，還能簡(jiǎn)化操作流程，從而保證電氣工程發(fā)展的實(shí)效性。例如，在工廠鍋爐管理中應(yīng)用電氣自控技術(shù)，借助LBC控制系統(tǒng)能對(duì)水位進(jìn)行實(shí)時(shí)的報(bào)警處理，依據(jù)液位傳感器完成水位測(cè)量，借助4～20 mA之間的輸出信號(hào)就能予以數(shù)據(jù)對(duì)比，從而判定LBC系統(tǒng)預(yù)警信號(hào)，提示相應(yīng)人員開展對(duì)應(yīng)的工作。

2 電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用意義

在電氣工程項(xiàng)目中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)具有重要的實(shí)踐意義，能有效打造更加完整的電氣工程應(yīng)用平臺(tái)，無論是監(jiān)控監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量還是智能化處理效果均能得到全面提升。

2.1 提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量

在電氣工程中積極應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，建立有效的設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控體系，能為電氣設(shè)備常規(guī)化運(yùn)行提供支持。尤其是變壓器及斷路器等關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)用電氣自動(dòng)化就能進(jìn)一步完善故障判定效果，從而提高監(jiān)測(cè)效率，為降低工作量及工作難度提供支持。與此同時(shí)，電氣自動(dòng)化技術(shù)體系能為后續(xù)進(jìn)行電氣設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)維修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保證維護(hù)人員能及時(shí)分析問題產(chǎn)生的原因而進(jìn)行故障處理或者器件更換[4]。

2.2 推動(dòng)智能化發(fā)展

電氣工程中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)是推動(dòng)行業(yè)向智能化方向發(fā)展的根本路徑。一方面，借助電氣自動(dòng)化能建立網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用模式，強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)水平的同時(shí)，能依據(jù)智能傳感器完善系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理工作，針對(duì)出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行及時(shí)的錯(cuò)誤報(bào)告提醒，有效提升管控水平[5]。另一方面，電氣自動(dòng)化能推動(dòng)行業(yè)綠色發(fā)展，減少對(duì)環(huán)境造成的壓力，在提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量水平的基礎(chǔ)上減少行業(yè)的資源應(yīng)用成本，為智能變電站及智能反饋技術(shù)的合理應(yīng)用提供保障，促進(jìn)行業(yè)向節(jié)約化方向發(fā)展。此外，在電氣工程中積極推進(jìn)和深化研究電氣自動(dòng)化項(xiàng)目是建立模塊化處理模式的根本路徑，有助于縮短項(xiàng)目研發(fā)周期，并且在統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)模式基礎(chǔ)上減少成本投入。

3 電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用路徑

在電氣工程中要善用電氣自動(dòng)化體系，發(fā)揮技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，維護(hù)應(yīng)用效果和綜合質(zhì)量，打造更加完整的應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)和工程方案，從而確保相應(yīng)的工作環(huán)節(jié)能實(shí)現(xiàn)效率的最優(yōu)化。

3.1 電網(wǎng)調(diào)度

對(duì)于電氣工程項(xiàng)目而言，電網(wǎng)調(diào)度指的是電網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)化分配機(jī)制，要借助不同的服務(wù)器完成相應(yīng)的工作，從而確保應(yīng)用效果和電力工程應(yīng)用質(zhì)量達(dá)到預(yù)期。因此，發(fā)揮電氣自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，合理調(diào)控電氣工程項(xiàng)目具有重要的意義[5]。

第一，借助電氣自動(dòng)化處理模式完成經(jīng)濟(jì)調(diào)度，將保障電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和綜合質(zhì)量作為關(guān)鍵，打造完整、科學(xué)的電力運(yùn)行系統(tǒng)。與此同時(shí)，能全面解讀相應(yīng)數(shù)據(jù)，獲取數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的同時(shí)，建立完善的數(shù)據(jù)監(jiān)督管理體系。另外，依據(jù)不同用戶的實(shí)際需求發(fā)揮電網(wǎng)系統(tǒng)的計(jì)算能力，也能在信息富集、信息處理及信息傳輸?shù)幕A(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多元化調(diào)整和控制，最關(guān)鍵的是能完成電網(wǎng)負(fù)荷承載的判定，提升經(jīng)濟(jì)調(diào)度的合理性和科學(xué)性。

第二，數(shù)據(jù)監(jiān)控。對(duì)于企業(yè)而言，電氣工程的數(shù)據(jù)是決定整體項(xiàng)目發(fā)展和運(yùn)行質(zhì)量的根本，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)富集模式存在人力、物力損耗嚴(yán)重的現(xiàn)象，而借助電氣自動(dòng)化技術(shù)不僅能完成電力數(shù)據(jù)的分析，還能結(jié)合數(shù)據(jù)走勢(shì)及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系預(yù)測(cè)走向，大大提升了電力系統(tǒng)的安全性。例如，借助非接觸式轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行記錄，能有效應(yīng)用測(cè)量盤完成光敏元件的信息收集，從而依據(jù)介電常數(shù)周期性變化規(guī)律判定軸轉(zhuǎn)速的情況，然后遞交壓力傳感器，完成數(shù)分析，提高響應(yīng)時(shí)間，將響應(yīng)時(shí)間控制在1～2 s[4]。

第三，故障排除。利用自動(dòng)化技術(shù)能有效建立電氣自動(dòng)化處理機(jī)制，及時(shí)進(jìn)行故障檢索，從而借助數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度完成分析，快速排查故障點(diǎn)，有效提升故障排除效率，為后續(xù)全面實(shí)施科學(xué)化處理機(jī)制奠定基礎(chǔ)。例如，基于PLC技術(shù)的電氣工程開關(guān)量控制工作中，能實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的合理性自動(dòng)化控制，如果設(shè)備出現(xiàn)故障問題，能及時(shí)進(jìn)行故障診斷和自我修復(fù)，并且對(duì)系統(tǒng)額定電壓數(shù)值予以控制調(diào)節(jié)，從而維持電氣工程系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

3.2 發(fā)電廠

近幾年，發(fā)電廠在常規(guī)化管理中應(yīng)用分散監(jiān)控系統(tǒng)，需要依托通信網(wǎng)絡(luò)。而通信網(wǎng)絡(luò)是無數(shù)個(gè)控制單元組成的以太網(wǎng)，因此，將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在發(fā)電廠監(jiān)控工作中具有重要的意義，不僅能及時(shí)進(jìn)行信息處理和問題預(yù)警，而且能及時(shí)處理簡(jiǎn)單問題，從而減少經(jīng)濟(jì)損失[4]。尤其是新能源項(xiàng)目中，風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主發(fā)電機(jī)、自動(dòng)迎風(fēng)轉(zhuǎn)向裝置等構(gòu)成基礎(chǔ)設(shè)備體系，這就對(duì)電氣自動(dòng)化提出了新的挑戰(zhàn)，為了滿足實(shí)際需求，操作人員要結(jié)合區(qū)域性風(fēng)力條件完善科學(xué)調(diào)整機(jī)制，從而優(yōu)化發(fā)電效率。

另外，火力發(fā)電廠也開始大范圍推廣電氣自動(dòng)化技術(shù)，搭建設(shè)備運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)督模式、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)及信息監(jiān)控系統(tǒng)等。與此同時(shí)，要整合二次電力保護(hù)系統(tǒng)，提高應(yīng)用效率的同時(shí)提升智能化工作綜合效率。例如，將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在工程閉環(huán)系統(tǒng)體系內(nèi)，加入PID指令，就能在充分考量外部因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和控制，維持系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和安全性，建構(gòu)穩(wěn)定有效的運(yùn)行模式，凸顯電氣工程中電氣自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為保障系統(tǒng)可靠應(yīng)用提供支持[2]。

3.3 變電站

在信息技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步的時(shí)代背景下，變電站的智能化轉(zhuǎn)型工作逐步推進(jìn)，不僅能實(shí)現(xiàn)信息控制，還能有效完成信息的傳輸處理。

3.3.1 設(shè)備優(yōu)化

第一，計(jì)算機(jī)取代電磁設(shè)備，減少應(yīng)用中出現(xiàn)的故障，打造更加環(huán)保高效的應(yīng)用模式，并且能提升針對(duì)性處理工序的完整程度，同時(shí)能降低安全故障和隱患出現(xiàn)的概率，提高工作環(huán)境的安全性，避免造成經(jīng)濟(jì)損失。

第二，智能化設(shè)備取代人工機(jī)械設(shè)備，大大提高工作效率，降低人工工作強(qiáng)度。

第三，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)理念，利用自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備打造更加和諧高效的生產(chǎn)模式，建立多樣化運(yùn)維方案，突破傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)模式的瓶頸，整合資源和技術(shù)體系后真正滿足電力發(fā)展的時(shí)代需求。

3.3.2 故障檢測(cè)

在電氣工程體系中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，能應(yīng)用配置較高的傳感器實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)，并且精準(zhǔn)分析故障產(chǎn)生的原因，從而制定對(duì)應(yīng)的處理方案和應(yīng)用管理規(guī)劃，為后續(xù)全面維持電力工程項(xiàng)目運(yùn)行穩(wěn)定性提供支持。值得一提的是，應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，還能優(yōu)化用電質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性并行的發(fā)展目標(biāo)，同時(shí)最大限度地凸顯清潔能源的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，減少對(duì)環(huán)境的污染[2]。

3.3.3 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，能有效維護(hù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作，滿足大規(guī)模用電環(huán)境中出現(xiàn)的電力失穩(wěn)問題，也能最大化降低故障維護(hù)成本。相關(guān)人員要按照標(biāo)準(zhǔn)化電氣自動(dòng)化技術(shù)約束管理流程完成對(duì)應(yīng)工作，提高用戶體驗(yàn)感的同時(shí)，借助交流互動(dòng)維持電網(wǎng)調(diào)控工作的合理性。例如，將IEC61850作為通信協(xié)議，變電站能建立有效的二次裝備組網(wǎng)，從而提升數(shù)據(jù)信息的交互協(xié)同應(yīng)用質(zhì)量，為數(shù)字化系統(tǒng)的全面推廣提供支持。

4 結(jié) 論

對(duì)于國(guó)家發(fā)展而言，電氣工程具有重要的作用，而電氣自動(dòng)化是電氣工程發(fā)展的必然趨勢(shì)。今后，要升級(jí)技術(shù)內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，滿足社會(huì)需求的同時(shí)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用流程，發(fā)揮其監(jiān)控、調(diào)節(jié)、智能化處理等方面的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)電氣工程的全面進(jìn)步和可持續(xù)健康發(fā)展。