電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳海遠，顧雅青

(山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034)

我國很多行業(yè)向信息化、智能化方向發(fā)展。為滿足社會發(fā)展需要，電力行業(yè)也要與時俱進，提高信息化水平。從電力行業(yè)實際發(fā)展來看，其生產(chǎn)過程中對資源的消耗及污染物的排放對環(huán)境造成了不良影響。為實現(xiàn)節(jié)能減排，電力行業(yè)需提高系統(tǒng)運行效益，降低能源消耗，減少排放。電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用，可以較好地提高電力系統(tǒng)運行效益。為促進電力系統(tǒng)良好的運行，促進電能生產(chǎn)各項環(huán)節(jié)的優(yōu)化，我國電力系統(tǒng)逐漸探索運用電氣自動化技術(shù)，實現(xiàn)了對系統(tǒng)信息元的定向控制，利用其數(shù)據(jù)采集及分析功能，實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)實際運行情況的有效監(jiān)測與管理，通過各項技術(shù)的運用，實現(xiàn)了技術(shù)分析與控制，加強了對故障的及時診斷與處理，為電網(wǎng)安全運行提供了保障。

1 電氣自動化技術(shù)

自動化技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)形成了較為穩(wěn)定成熟的發(fā)展模式，在電力系統(tǒng)運行中發(fā)揮了重要作用，包括用電控制、用電監(jiān)測及安全管理等。自動化技術(shù)已被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，包括技術(shù)改造、產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)備安裝、調(diào)試、維護及技術(shù)管理等。電氣工程自動化技術(shù)是多項技術(shù)的集合，包括智能仿真技術(shù)、電子信息技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，符合我國電力工程智能化發(fā)展的要求，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)運行的自動化、智能化。電力系統(tǒng)的運行較為復(fù)雜，對各項工序的開展要求較高，要對電能生產(chǎn)的各項環(huán)節(jié)進行有效控制與管理，因此自動化技術(shù)在其中發(fā)揮著重要作用，推動了發(fā)電、輸電、變電、用電等各項環(huán)節(jié)的穩(wěn)步運行，促進了優(yōu)質(zhì)電能的生產(chǎn)與消費。

2 電氣自動化技術(shù)對電力系統(tǒng)的作用

2.1 優(yōu)化電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集與仿真工作

對電力系統(tǒng)的實際運行情況進行實時仿真分析，為系統(tǒng)的進一步運行提供數(shù)據(jù)支持，提升系統(tǒng)仿真分析效率。利用自動化數(shù)據(jù)收集與分析，保證系統(tǒng)處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，設(shè)計電力系統(tǒng)運行同步實驗，為系統(tǒng)運行提供精準數(shù)據(jù)分析模式，提升電力系統(tǒng)運行的準確性與精準性。通過電氣自動化技術(shù)對電力系統(tǒng)運行情況進行測試分析，提升了系統(tǒng)工作效率，促進了電力系統(tǒng)的運行優(yōu)化。

2.2 促進電力服務(wù)智能化發(fā)展

社會發(fā)展對電力資源的需求逐漸多元化，這對電力系統(tǒng)運行效率提出了更高的要求，要求電力系統(tǒng)作業(yè)過程中不斷構(gòu)建并優(yōu)化服務(wù)模式，更好地提升電力系統(tǒng)的安全性。將電力自動化技術(shù)運用到電力系統(tǒng)智能化管理模式中，能夠不斷優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，令設(shè)備實際運行情況與生產(chǎn)需求相結(jié)合，提升各項電力裝置運行的精準性，與傳統(tǒng)作業(yè)模式相比具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，可及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運行故障，并予以快速處理，提升電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、精準性與科學(xué)性，更好地滿足社會生產(chǎn)對電力資源的需求。

3 電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

將電氣自動化技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，可不斷改進原有工作方式，促進電力系統(tǒng)高效運行。

3.1 電力系統(tǒng)裝置速度控制

對電力系統(tǒng)裝置運行情況進行必要的管理控制，從加速、勻速、減速3個不同階段進行分析，考慮水平、垂直和左右3個不同方向上的運動情況，將運動控制重點放在水平方向控制方面。采用S型曲線調(diào)速方法，保證運行過程的平穩(wěn)性。采用變極調(diào)速、變頻調(diào)速兩種調(diào)速方式，具有傳統(tǒng)調(diào)速技術(shù)無可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢，在運用過程中將各項參數(shù)輸入其中，利用變頻器進行運行處理，其中各項參數(shù)數(shù)值設(shè)置如表1。

表1 電力系統(tǒng)裝置速度參數(shù)設(shè)置情況Tab.1 Speed parameter setting of power system device

3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計

優(yōu)化電氣系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計，采用西門子S7 1518-4 PN/DP作為電氣控制系統(tǒng)主控器件，具有百兆級背板總線，確保極端響應(yīng)時間，具備良好的通信溝通能力。CPU本體具有3個以太網(wǎng)網(wǎng)段，對運行數(shù)據(jù)具有125us PROFINET數(shù)據(jù)刷新時間，能夠?qū)崿F(xiàn)對大量信息數(shù)據(jù)的有效處理與應(yīng)用。系統(tǒng)運行過程中具備PROFIBUS-DP、PROFINE兩種不同的控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，顯著提升了數(shù)據(jù)運算能力與響應(yīng)速度。電力系統(tǒng)子站控制箱采用西門子ET200S系列產(chǎn)品，利用IM151-3PN網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)接入PROFINET網(wǎng)絡(luò)，包括條碼識別器、變頻器、操作員終端操作數(shù)據(jù)等。采用空開接觸器控制模式，完成升降臺及升降輸送機升降部作業(yè)，在控制箱內(nèi)安裝控制器件。對于其他部分則運用24V控制卡進行數(shù)據(jù)運行管理，通過以太網(wǎng)接口的運用，實現(xiàn)調(diào)度計算機與電控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信管理。

3.3 控制系統(tǒng)配置

對電力系統(tǒng)運行構(gòu)建相應(yīng)的配置方式，將自動化技術(shù)運用其中，優(yōu)化控制系統(tǒng)分布式I/O模塊、主控制柜、智能設(shè)備控制器、配電柜、控制接口組件布置與分析。對于現(xiàn)場電源采用三級供電管理方式，結(jié)合電力系統(tǒng)運行情況設(shè)置相應(yīng)的管理方式，分別為第一級到第三級。電力傳輸過程中進行必要的保護，設(shè)置獨立的接地保護線。作業(yè)過程中對此構(gòu)建重復(fù)使用方式，避免出現(xiàn)保護線斷線的現(xiàn)象。

3.3.1 配電柜

配電柜采用380 V AC動力電源配電的運行方式，在電力系統(tǒng)作業(yè)中采用50 Hz±1 Hz、380 VAC±38 VAC的用三相五線制作業(yè)方式。對系統(tǒng)運行標出相應(yīng)的電路電纜參數(shù)，保證各路開關(guān)狀態(tài)運行良好，設(shè)置不同的隔離開關(guān)，安裝電流表、電壓表，對電力系統(tǒng)的實際運行情況進行監(jiān)測分析，從而及時監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中可能出現(xiàn)的一些故障與問題，并及時予以處理。

3.3.2 主控制柜

設(shè)置單開門結(jié)構(gòu)的主控制柜，電源柜輸入380 V動力電，其中電路中輸出一路轉(zhuǎn)化為24 V直流電源，為電力系統(tǒng)中的其他設(shè)備提供電力支持。三相動力電源的運用能夠為電機、變頻器的運行提供發(fā)展助力，通過電動輥筒控制，將三相380 V電源通過三相開關(guān)電源轉(zhuǎn)變?yōu)?4 V直流，并采集系統(tǒng)運行中的各項數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制中心為控制柜內(nèi)PLC主控制器，能夠采集并分析系統(tǒng)運行中的各項數(shù)據(jù)，對各項數(shù)據(jù)進行有效管理與輸出。

將得到的各項數(shù)據(jù)與調(diào)度計算機、終端、子站模塊進行共享，分析系統(tǒng)運行中的信號是否正常，進行故障檢測、診斷與分析。對電源控制開關(guān)進行必要的保護，并設(shè)置電源指示、急停按鈕、故障指示等，構(gòu)建自動化運行管理與維護方式。加強對動力電路的編號管理，同時對系統(tǒng)運行情況進行擴展作業(yè)，對電壓等級進行排序管理。通過接線端子引出系統(tǒng)的外部設(shè)備接線，保證設(shè)備運行過程中接地。對PLC供電過程中，對電源運行設(shè)計獨立的變壓裝置，避免運行過程中受到電網(wǎng)波動干擾。

3.3.3 現(xiàn)場控制箱

加強電力系統(tǒng)現(xiàn)場控制箱的有效運行管理，在系統(tǒng)中適當(dāng)安放現(xiàn)場控制箱，對系統(tǒng)運行構(gòu)建自動化運行維護方式。在控制箱內(nèi)部設(shè)置ET200S系列I/O模塊，利用IM151-3PN網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)不同信號之間的有效接入與管理，包括主控制器與PROFINET總線數(shù)據(jù)。由此實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備實際運行情況的有效監(jiān)控與管理，促進系統(tǒng)設(shè)備的有效安裝與維護。對系統(tǒng)運行構(gòu)建分散控制管理方式，利用I/O模塊設(shè)置，加強對設(shè)備實際運行情況的有效檢測、分析與維護，如光電開關(guān)、接地開關(guān)等，實現(xiàn)對現(xiàn)場實際運行情況的自動監(jiān)測。

3.4 電力計算機系統(tǒng)設(shè)計

電力計算機系統(tǒng)運行過程中，設(shè)置自動化數(shù)據(jù)存儲與調(diào)度模式，加強上端與下端數(shù)據(jù)之間的有效聯(lián)合與溝通，上端數(shù)據(jù)與電力生產(chǎn)調(diào)度平臺進行數(shù)據(jù)互通，下端運行則與設(shè)備實時運行相連接。接收并管理系統(tǒng)運行中的各項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各種物料的集中統(tǒng)一管理與精準調(diào)度，更好地滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)的自動化運行需求。構(gòu)建自動化存儲和出入庫自動化設(shè)備，實現(xiàn)各項物料的統(tǒng)一搬運與有效調(diào)度，實現(xiàn)對倉庫信息的集中統(tǒng)一管理，包括各種表計的存儲、管理、周轉(zhuǎn)等，從而在系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)建統(tǒng)一的物流管理運行方式。將管理的各項數(shù)據(jù)與電力生產(chǎn)調(diào)度平臺進行數(shù)據(jù)對接，構(gòu)建計量資產(chǎn)倉儲與輸送過程的自動化運行方式，從而提升各項作業(yè)的運行效率。

3.5 電能生產(chǎn)倉庫管理模塊

電能生產(chǎn)倉庫管理模塊的構(gòu)建目的是對系統(tǒng)中的電能生產(chǎn)物料與倉庫構(gòu)建整體的信息化運行管理方式，實現(xiàn)物料與倉庫貨位之間的有效對接管理，實現(xiàn)貨物的自動化入庫，從而精準反映出貨物運行的各種狀態(tài)，包括出入庫情況、使用情況、庫存情況等。對物料的實際使用情況構(gòu)建自動化管理機制，及時監(jiān)測并反映物料使用情況，分析物料使用過程中是否出現(xiàn)擠壓或短缺現(xiàn)象，從而為企業(yè)生產(chǎn)運行提供精準的數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)管理模塊運行過程中，設(shè)置多種存取策略與接口管理方式，構(gòu)建針對物流體系的支持平臺。

對系統(tǒng)運行設(shè)置相應(yīng)的接口管理模塊，實現(xiàn)計算機系統(tǒng)與其他相關(guān)系統(tǒng)的有效集成，包括檢定系統(tǒng)、上位生產(chǎn)調(diào)度平臺等，對電力系統(tǒng)運行中的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)建相應(yīng)的管理方式，包括檢定計劃、出入庫單據(jù)管理、表計基礎(chǔ)信息管理等，為生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)運行提供相應(yīng)的反饋信息，實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行各項信息的自動流轉(zhuǎn)，對系統(tǒng)信息進行有效追蹤與管理。

3.6 調(diào)度控制模塊

對電力系統(tǒng)的實際運行情況構(gòu)建相應(yīng)的調(diào)度控制管理模塊，以此連接物流管理層與設(shè)備執(zhí)行層。對電力系統(tǒng)運行下達作業(yè)任務(wù)，并對具體的作業(yè)任務(wù)進行分解，構(gòu)建統(tǒng)一的調(diào)度管理流程，對各項物流環(huán)節(jié)進行有效監(jiān)控與管理，通過對象轉(zhuǎn)換插件的方法，對不同設(shè)備構(gòu)建相應(yīng)的管理方式，構(gòu)建集中控制運行管理模式，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的有效監(jiān)控與管理，包括設(shè)備運行情況的監(jiān)控、報警情況的顯示、日志信息內(nèi)容的記錄等。

調(diào)度控制系統(tǒng)結(jié)合收集到的各項信息進行集中分析，得出系統(tǒng)運行的接入庫指令，并對各項任務(wù)內(nèi)容進行集中管理與控制，包括出入庫指令的管理及設(shè)備執(zhí)行命令的下達等。實現(xiàn)對設(shè)備實際運行情況的監(jiān)測與分析，結(jié)合得到的各項數(shù)據(jù)分析任務(wù)執(zhí)行情況，對管理人員開通相應(yīng)的管理權(quán)限，優(yōu)化日志管理方式。調(diào)度監(jiān)控管理中，對設(shè)備運行中間區(qū)域的設(shè)備進行有效布局與分析，提升對錯誤信息的甄別能力、操作能力。對系統(tǒng)設(shè)備的實際執(zhí)行情況構(gòu)建相應(yīng)的管理與運行方式，鼠標移動至窗口位置即能夠自動顯示該模塊的運行情況，必要情況下可以一直顯示該項內(nèi)容，優(yōu)化系統(tǒng)調(diào)度管理。

4 結(jié)語

電氣自動化技術(shù)的運用能夠有效提升電力系統(tǒng)運行效果，為社會運行提供穩(wěn)定的電力資源，為電力行業(yè)的進一步發(fā)展創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。