試析電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用

莊 智

（天邦膜技術(shù)國家工程研究中心有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116085）

在工業(yè)化和城市化發(fā)展的大背景下，當(dāng)下各類產(chǎn)業(yè)建設(shè)和群眾生產(chǎn)生活對(duì)資源開發(fā)的需求，相較于以往而言，也有了更加明顯的調(diào)整和轉(zhuǎn)變，不再以簡(jiǎn)單的量化生產(chǎn)為本位，而是更加強(qiáng)調(diào)質(zhì)量和技術(shù)的升級(jí)，這種變化也給企業(yè)的創(chuàng)新提供了更加鮮明的思路。電氣自動(dòng)化技術(shù)作為支撐傳統(tǒng)能源和工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在這種情況下也應(yīng)當(dāng)受到更加高度的重視和關(guān)注，企業(yè)應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步關(guān)注電氣自動(dòng)化技術(shù)在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，了解現(xiàn)階段存在的不足，并對(duì)未來的發(fā)展主線予以確認(rèn)。

1 分析電氣工程與電氣自動(dòng)化的基本內(nèi)涵

1.1 概述

電力向來是支撐各行各業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在現(xiàn)代科技的引導(dǎo)下，電力也實(shí)現(xiàn)了廣泛的延伸和拓展，無論是應(yīng)用水平還是應(yīng)用領(lǐng)域，都呈現(xiàn)出了縱深的趨勢(shì)。與此同時(shí)，電氣工程也在高新技術(shù)的開發(fā)中占有一席之地，電氣自動(dòng)化就是電氣工程及其自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱，已經(jīng)與社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了深度的結(jié)合，例如航空航天和家電制造等等。這一技術(shù)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)，不僅可以降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也可以進(jìn)一步提高電氣的產(chǎn)能和效率。

1.2 基本特點(diǎn)

電氣自動(dòng)化技術(shù)集合了信息學(xué)和語言學(xué)等多個(gè)方面的內(nèi)容，而且也在計(jì)算機(jī)的支撐下，變得更加具有可操作性和實(shí)驗(yàn)性。這也就足以說明，電氣自動(dòng)化技術(shù)涵蓋了諸多領(lǐng)域，其自身的難度和復(fù)雜程度也是顯而易見的。電子信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是當(dāng)下電氣自動(dòng)化的重要支撐，需要針對(duì)硬件和軟件作出合理的規(guī)劃，并設(shè)計(jì)出有效的運(yùn)行方案。除此之外，電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)現(xiàn)代電子的依賴是尤為明顯的，之所以會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象，主要原因在于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)本身就支撐著電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)維，而且采用了不同類型的傳感器。

2 分析電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的電氣工程建設(shè)中，當(dāng)數(shù)量較多的獨(dú)立設(shè)備在完成了各自的配件制作之后，操作主體也會(huì)根據(jù)這些配件進(jìn)行組合，最終完成產(chǎn)品的輸出，但電氣工程的發(fā)展本身就牽涉到社會(huì)的各個(gè)層面，人工作業(yè)會(huì)限制加工的精確性和準(zhǔn)確性，即便是組合了成品也有可能出現(xiàn)各種各樣的質(zhì)量問題，而且也無法保證完成的速度和效率。但在電氣自動(dòng)化技術(shù)的引導(dǎo)下，數(shù)量眾多的制造體系能夠有效地整合到一起，形成一個(gè)先進(jìn)的現(xiàn)代化系統(tǒng)，并借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)力的大幅度解放，讓操作人員可以把時(shí)間和精力花費(fèi)在更為高精尖的研究上。在這里，電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)人為勞動(dòng)力的要求并不十分嚴(yán)格，然而卻依舊可以有效的控制施工的成本，能夠進(jìn)一步提高加工的精確度。但不可否認(rèn)的是，由于電氣自動(dòng)化技術(shù)的研究需要緊跟時(shí)代發(fā)展的潮流和腳步，所以也需要吸引更多的創(chuàng)新型人才參與到科研事業(yè)中，將科技成果有效的轉(zhuǎn)化化為生產(chǎn)力。部分企業(yè)也需要從傳統(tǒng)的理念中尋求改革和創(chuàng)新，要注重對(duì)長(zhǎng)線投資的規(guī)劃設(shè)計(jì)，積極引進(jìn)手段，凸顯出自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

2.1 電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)化

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)有賴于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)監(jiān)控體系的建設(shè)，能夠有效置換傳統(tǒng)的人工勞動(dòng)力，利用網(wǎng)絡(luò)把整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度中心、變電站和工作站充分連接到一起，然后再展開靈活的調(diào)節(jié)和處理。在這里，調(diào)度中心必須要配備能夠連接所有設(shè)備的計(jì)算機(jī)，而且還要讓計(jì)算機(jī)與中心服務(wù)器和大顯示屏器交叉滲透，并輔之以高效率的工作團(tuán)隊(duì)，對(duì)專屬局域網(wǎng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)調(diào)整。也就是說，電氣自動(dòng)化技術(shù)可以針對(duì)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)展開評(píng)估和監(jiān)督，并根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)對(duì)電力負(fù)荷情況作出預(yù)測(cè)，由此為切入點(diǎn)展開靈活調(diào)整，讓發(fā)電控制環(huán)節(jié)能夠省略許多繁瑣的步驟。值得注意的是，電氣工程對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理，必須要緊跟系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)律，只有這樣才可以及時(shí)應(yīng)對(duì)用戶的多元化需求。

2.2 變電站自動(dòng)化

傳統(tǒng)的變電站是以人工操作為主的，無論是監(jiān)控還是最終的信息反饋，都需要依靠操作人員來完成，而數(shù)據(jù)的收集和整理，也都需要依靠主體來實(shí)現(xiàn)，并沒有滿足變電站全局監(jiān)控的需求。但在電氣自動(dòng)化技術(shù)的引導(dǎo)下，變電站能夠用新的手段來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，可以明顯的提高運(yùn)維的效率和質(zhì)量，借助權(quán)威設(shè)備來代替之前的電磁裝置，讓操作和監(jiān)視的過程能夠變得屏幕化。同時(shí)，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，也可以用計(jì)算機(jī)電纜的形式來收取信號(hào)，排除外界的干擾和影響。

2.3 發(fā)電廠測(cè)控系統(tǒng)的自動(dòng)化

發(fā)電廠分散測(cè)控系統(tǒng)大多都是以分層分布的結(jié)構(gòu)為主的，能夠在太網(wǎng)、運(yùn)行工作站、高速通訊網(wǎng)以及過程控制單元的幫助下，實(shí)現(xiàn)分散測(cè)控的目標(biāo)。在這其中，過程控制單元能夠直接影響電力的生產(chǎn)和輸送，及時(shí)反映出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并打印好相關(guān)的參數(shù)，快速的傳輸信號(hào)，由此來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，滿足連鎖性保護(hù)和控制的需求。對(duì)于工作站本身來講，主要依靠工程師和運(yùn)行員這兩種工作人員，目的是為了提供人機(jī)接口，在控制單元的引導(dǎo)下，也可以直接對(duì)故障進(jìn)行診斷和維護(hù)。

2.4 配電系統(tǒng)自動(dòng)化

近些年來，配電系統(tǒng)中的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用規(guī)模在不斷的擴(kuò)大，電氣技術(shù)發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)也愈發(fā)明顯。當(dāng)下，配電管理和集中監(jiān)控的交叉滲透是較為常見的開發(fā)形式，與此同時(shí)還有集中監(jiān)控的配電自動(dòng)化電氣工程，之所以會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象，主要原因在于這兩者的結(jié)構(gòu)都是分布式的，可以更為有效的連接主站和子站，而且在時(shí)間上也更加具有統(tǒng)一性和連貫性，進(jìn)一步推動(dòng)了電力系統(tǒng)的集中化發(fā)展。除此之外，就地控制配電自動(dòng)化技術(shù)也是不可忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)，能夠適用于不同類型的配電網(wǎng)系統(tǒng)，保證運(yùn)行的高效性和安全性，滿足群眾的生產(chǎn)生活與工作需要。

2.5 維護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)化

將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在電力工程建設(shè)中，不僅能夠推動(dòng)監(jiān)理工程行業(yè)的長(zhǎng)效發(fā)展，同時(shí)也能為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供有效的保障。與傳統(tǒng)的電氣技術(shù)相比，電氣自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更加突出，最典型的特征就是能夠最大限度的滿足電氣設(shè)備對(duì)性能的實(shí)際需求。除此之外，電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力工程建設(shè)當(dāng)中的應(yīng)用還可以將出傳統(tǒng)的電力設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，并且還能使電力工程管理工作的效率得到提升，促使電力工程管理工作在開展的過程中可以更加科學(xué)和完善。電氣設(shè)備的維護(hù)工作是電力工程管理工作的重要組成部分，同時(shí)也是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，如果能夠?qū)㈦姎庾詣?dòng)化技術(shù)應(yīng)用在電力設(shè)備維修中，由于自動(dòng)化技術(shù)主要是通過計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行操控，這時(shí)就可以通過計(jì)算機(jī)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)維修和管護(hù)的作用。相關(guān)的技術(shù)人員在對(duì)電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，就可以直接在計(jì)算機(jī)設(shè)備上操作，這樣不僅能夠提高維護(hù)工作的效率，還能降低電氣設(shè)備的維護(hù)成本。

2.6 繼電保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)化

繼電保護(hù)系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)就是電力系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中如果出現(xiàn)意外或者運(yùn)行故障時(shí)能夠第一時(shí)間做出反饋，并且還能將故障系統(tǒng)與正常運(yùn)行的系統(tǒng)進(jìn)行剝離，這樣就可以為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障。然而在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，由于相關(guān)的工作人員缺乏對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的定期檢修，導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)的價(jià)值并未得到充分體現(xiàn)，這樣不僅為電力系統(tǒng)的運(yùn)行埋下了安全隱患，同時(shí)還會(huì)對(duì)工作人員的人身安全造成威脅。如果能夠?qū)⒗^電保護(hù)系統(tǒng)與繼電保護(hù)系統(tǒng)相結(jié)合，就能夠利用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且還能通過后臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程操控，這樣才能體現(xiàn)出繼電保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)作用。

3 分析電氣自動(dòng)化在電氣工程中體現(xiàn)的設(shè)計(jì)理念

首先是集中監(jiān)控式設(shè)計(jì)理念。一般情況下，電氣工程的運(yùn)行維護(hù)是尤為簡(jiǎn)潔的，對(duì)控制站并沒有提出過于嚴(yán)格的要求，所以系統(tǒng)的勾畫也并不復(fù)雜。再加上，電氣工程本身就是把功能集中在處理器內(nèi)，進(jìn)行合理的調(diào)度和分配，所以處理器承擔(dān)的任務(wù)是最為繁重的，速度也會(huì)受到明顯的干擾。當(dāng)電氣設(shè)備接受監(jiān)控的時(shí)候，如果監(jiān)控對(duì)象大幅度增加，那么主機(jī)的效率就會(huì)大幅度降低，這也會(huì)讓電纜的數(shù)量有所上漲，會(huì)明顯提高投資成本。除此之外，長(zhǎng)距離的電纜也有可能會(huì)破壞系統(tǒng)的可靠性和安全性。因此，集中化監(jiān)控式設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用是更為合理的。

其次是遠(yuǎn)程監(jiān)控式設(shè)計(jì)理念，這一理念具有明顯的靈活性和開放性特征。從上文的敘述中可以看出，電氣工程已經(jīng)減少了電纜的使用數(shù)量，由此來控制了成本和造價(jià)，但由于電氣工程的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊速度相對(duì)較慢，且信息量較大，所以遠(yuǎn)程監(jiān)控也僅僅適用于系統(tǒng)監(jiān)控量較小的電氣工程，并不符合電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需求。

最后是現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控設(shè)計(jì)理念。現(xiàn)階段，現(xiàn)場(chǎng)總線和以態(tài)網(wǎng)這些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在電氣工程自動(dòng)化發(fā)展中的應(yīng)用是最為廣泛的。運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控設(shè)計(jì)理念，能夠發(fā)揮出比遠(yuǎn)程監(jiān)控更加明顯的靈活優(yōu)勢(shì)，既可以減少設(shè)備的隔離，也可以保證通訊和信號(hào)傳輸?shù)乃俾?，是未來電器自?dòng)化發(fā)展的主流趨勢(shì)和方向。也就是說，總線監(jiān)控技術(shù)本身就具有一定的遠(yuǎn)程特點(diǎn)，當(dāng)安裝電氣設(shè)備的時(shí)候，電纜只需要對(duì)其進(jìn)行分別連接，就可以實(shí)現(xiàn)全天候的監(jiān)督和管理[1]。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控技術(shù)對(duì)設(shè)備的需求量大大減少，這也就降低了投資的成本。從運(yùn)行的角度來看，不同的設(shè)備彼此之間并沒有實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系，即便是一臺(tái)機(jī)器出現(xiàn)了故障，也不會(huì)影響到其他器材的運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 分析電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用前景

4.1 一次設(shè)備智能化發(fā)展

通常情況下，一次設(shè)備和二次設(shè)備的安裝距離有可能達(dá)到幾十米甚至是幾百米，兩者之間的對(duì)接通常會(huì)依靠電纜來完成，而且也對(duì)電流提出了尤為嚴(yán)格的要求。但電力一次設(shè)備的智能化發(fā)展，可以拉近設(shè)備與設(shè)備之間的距離，節(jié)約了控制電纜和電力信號(hào)的電纜量，有效的降低投資，拓展電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

4.2 一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)

發(fā)電機(jī)、斷路器和變壓器這些一次設(shè)備通常都需要接受參數(shù)上的無間斷檢測(cè)，這也就意味著，在對(duì)設(shè)備展開在線運(yùn)行監(jiān)控的時(shí)候，還要針對(duì)一些重要的參數(shù)做出評(píng)估和預(yù)測(cè)，由此來排查潛在的風(fēng)險(xiǎn)和隱患，對(duì)可能的故障做出一定的預(yù)判，由此來延長(zhǎng)保養(yǎng)周期，為后續(xù)的檢修奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.3 光電式電力互感器的應(yīng)用

電力互感器能夠在一定比例的引導(dǎo)下，將輸電線上的大電流和高壓電，降低到標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，但在這一調(diào)節(jié)過程中，電力互感器也存在一些亟待解決的問題。首先，當(dāng)電壓等級(jí)相對(duì)較高的時(shí)候，電力互感器難以實(shí)現(xiàn)完全的絕緣。其次，由于電力互感器自身的信號(hào)動(dòng)態(tài)變化范圍較小，所以一旦到達(dá)了飽和狀態(tài)，信號(hào)發(fā)生畸變的可能性就會(huì)大大提升。而且，光電式電力互感器的信號(hào)輸出也較為有限，還會(huì)受到電磁絕緣性差這一技術(shù)上的限制，所以也需要在未來得到進(jìn)一步的優(yōu)化和升級(jí)。

總之，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用是我國電氣工程未來主要的發(fā)展方向，并且還會(huì)呈現(xiàn)出分布式、信息化和開放化的特點(diǎn)。分布式的發(fā)展特點(diǎn)一般都會(huì)體現(xiàn)在電氣自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)構(gòu)上，分布式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)就是可以確保自動(dòng)化后臺(tái)系統(tǒng)中的各個(gè)模塊能夠獨(dú)立運(yùn)行，將可能存在的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分散，這樣就能提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。信息化的發(fā)展特點(diǎn)主要體現(xiàn)在將各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中處理，同時(shí)還可以在信息技術(shù)的輔助下對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行集成化的管理。開發(fā)式的主要特征體現(xiàn)在電力工程系統(tǒng)在設(shè)備的外部有連接口，這樣就可以通過外網(wǎng)進(jìn)行操控?，F(xiàn)如今，電力工程系統(tǒng)一般都是通過這三種方式實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化，這樣才能為電氣工程系統(tǒng)的正常運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

綜上所述，持續(xù)性推動(dòng)電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用是合理且必要的舉動(dòng)，這是保障我國資源輸出穩(wěn)定的應(yīng)有之策，也是塑造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的有效措施。本文從電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)化、變電站的自動(dòng)化、發(fā)電廠的自動(dòng)化、配電系統(tǒng)的自動(dòng)化等角度，論述了電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，充分結(jié)合了我國電氣工程的現(xiàn)狀，具有理論上的合理性與實(shí)踐上的可行性，能夠作為從業(yè)人員的參考依據(jù)。在未來，企業(yè)也需要加大人才的吸引力度。