自動化技術在電氣工程中的應用

劉英

關鍵詞：電氣工程；自動化技術；技術應用

1應用優(yōu)勢

自動化技術是以計算機為載體，通過多種傳感器向終端傳輸控制指令，實現(xiàn)終端自動運行和自動控制的綜合技術。（1）在電氣工程中應用自動化技術無須設置專用控制模塊，由終端平臺直接控制，大大降低了微機的計算量，提高了電力系統(tǒng)的流暢性。（2）對電網(wǎng)、設備的控制更加精確、快捷，自動化技術能夠利用現(xiàn)代信息技術對電氣工程的運行數(shù)據(jù)進行篩選、分類，提高數(shù)據(jù)的準確度，同時結合監(jiān)測系統(tǒng)，及時監(jiān)測電網(wǎng)、設備的運行狀況，向監(jiān)測中心發(fā)出預警，以保證電網(wǎng)安全。（3）自動化技術具有同步特性，能夠根據(jù)電網(wǎng)反饋信息自動調整電網(wǎng)，使不同調度技術能夠滿足不同需求。它能將不同存儲介質進行有機結合，實現(xiàn)智能控制，合理分配能量，降低電網(wǎng)運行時的功耗[1]。

1.1實現(xiàn)遠距離的電力傳輸

我國幅員遼闊，地理環(huán)境多樣，資源豐富，影響能源運輸。在實現(xiàn)能源輸送的同時，必須保證電網(wǎng)安全運行，提高輸電能力，有效打破地理、經(jīng)濟等方面的制約，提高電網(wǎng)整體運行水平[2]。要解決這個問題，就必須建立健全的輸電系統(tǒng)，以保證其在全國范圍內的推廣應用。另外，采用自動控制技術可以提高電能質量，增加電廠發(fā)電量，從而從根本上解決我國電力供應緊張、能源短缺等問題。

1.2擴大電力企業(yè)的規(guī)模

將自動化技術應用于電氣工程，具有較強的實用性和集約性。目前，電氣工程采用自動化技術，能夠保證電力系統(tǒng)的安全與整體控制。自動化技術是保障社會穩(wěn)定供電和滿足不同用電需求的重要技術。自動化技術在全面拓展電網(wǎng)應用領域方面發(fā)揮著積極作用，同時是我國電力工業(yè)發(fā)展的重要支撐。

1.3提高電氣設備的智能化水平

當前，我國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，科技創(chuàng)新極大地促進了人民生活和生產(chǎn)領域的發(fā)展。自動化技術的應用，為電力系統(tǒng)優(yōu)化提供了一條新途徑，通過對電力系統(tǒng)進行自動化維護與運行，可以保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠。此外，還應建立智能化電力系統(tǒng)，確保電力系統(tǒng)不斷注入新的活力，促進電力系統(tǒng)整體建設與發(fā)展，合理解決傳統(tǒng)電力設備運行中出現(xiàn)的各種問題，以提升電力系統(tǒng)的智能化水平和應用的安全性。

1.4遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)的適應能力強

遠程集中監(jiān)控是電力系統(tǒng)中的一個關鍵環(huán)節(jié)，采用自動控制技術能有效地提升電網(wǎng)的自適應能力，提高電網(wǎng)的綜合運行效率。將遠程集中監(jiān)控技術引入電網(wǎng)自動控制中，既可以突破地域局限，又可以對電力系統(tǒng)進行全方位監(jiān)測。此外，與傳統(tǒng)的集中監(jiān)控相比，采用現(xiàn)場總線技術可以大幅度減少系統(tǒng)應用成本，并且具有結構簡單、操作簡便、自適應能力強、維修費用低等特點。

2應用實現(xiàn)

2.1自動化技術在發(fā)電廠中的應用

目前，自動化技術已廣泛應用于水、火電廠，效果良好。其中，將自動化技術引入水力發(fā)電廠，可促使水力發(fā)電企業(yè)實現(xiàn)單機自動化，從而使水電設備實現(xiàn)自動化運行。而將該技術應用于火力發(fā)電廠，能有效地檢測出存在的安全隱患，既節(jié)約了維護費用，又保證了電廠運行質量。

2.2自動化技術在繼電保護器中的應用

繼電器是電力系統(tǒng)中常用的一種保護裝置，主要用于監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)異常，繼電器應立即發(fā)出警告，積極督促有關部門采取相應措施防止設備出現(xiàn)故障。在繼電器的使用中普遍存在的問題是拒絕動作和錯誤動作。其中，當電器發(fā)生短路或其他故障日寸，無法及時采取保護措施。但由于受多種人為因素影響，會導致各種失誤動作的發(fā)生，進而影響電氣裝置正常工作。將自動化技術應用于繼電保護裝置，可有效提高繼電器的響應速度及精確度，直接減少電網(wǎng)安全事故。而繼電器控制原理則是通過主動引入自動裝置，實時監(jiān)測電器運行狀態(tài)，通過全面分析監(jiān)測結果及具體運行參數(shù)，從而做出是否實施保護作業(yè)的決策[3]。

2.3自動化技術在電網(wǎng)調度中的應用

為了保證電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定，必須對電網(wǎng)進行精確、精細、全面的自動化控制。電氣工程自動化是電力系統(tǒng)調度的重要組成部分。目前，其主要應用于現(xiàn)代開放式、分布式、可擴展的自動化體系結構，以整體增強軟硬件的綜合性能：電力系統(tǒng)在運行的過程中經(jīng)常會發(fā)生故障，采用自動控制系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)并掌握系統(tǒng)存在的問題，從而有效消除安全隱患，提高供電質量，滿足整個系統(tǒng)的用電需求。

2.4PLC技術在變電站中的應用

傳統(tǒng)變電站的運行、監(jiān)測全靠相關人員完成，不僅造成大量人員資源浪費，而且會出現(xiàn)各類錯誤，這種錯誤的出現(xiàn)將會影響變電站整體運行的穩(wěn)定性和安全性。鑒于此，將PLC技術應用于電氣工程，可以降低工作人員的工作強度，同日寸有效緩解其工作壓力，打破24小時監(jiān)控的桎梏，提高電網(wǎng)監(jiān)控質量和效率，延長設備使用壽命。同時，利用自動化技術對變電站運行過程進行多角度的監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)設備在運行中存在的故障類型及故障點，并通過網(wǎng)絡技術進行故障反饋，避免了傳統(tǒng)電磁電纜數(shù)據(jù)傳輸錯誤，以增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩訹4]。

3PLC技術在電廠除灰系統(tǒng)中的應用

3.1三河電廠二期除灰系統(tǒng)概況

三河電廠二期工程應用的是正壓紊流濃相氣力輸送系統(tǒng)，它的作用是將飛灰送入灰?guī)?，該系統(tǒng)采用亞臨界參數(shù)、中間再熱、單爐型、均勻通風、固體排渣等工藝。本鍋爐的設計煤種是神華活雞兔煤，其校核煤種是準噶爾煤7：3。根據(jù)三河發(fā)電廠的實際運行數(shù)據(jù)進行試驗和計算，結果表明，粉煤灰在燃燒后的堆積密度為0. 75～1.0 t/m3，而實際濃度為2.1～2.4t/m3。根據(jù)設計的煤種，BMCR鍋爐在使用時，灰斗的排灰能力可達8.9t/h。在BMCR工況下，使用校核煤種的鍋爐灰斗可以達到13.5t/h的排放。每個電除塵器均設有2個電除塵器，每個電除塵器設有5個風電場、20個供電分區(qū)、2個電收站以及20個灰斗。煤倉與電收塵器的最大橫向輸送距離是750m。通過實地考察，發(fā)現(xiàn)三河電廠的排灰系統(tǒng)布局特征為：靜電收塵排灰裝置設在地面0m，氣力輸灰系統(tǒng)空壓機設在除灰、空壓室，主要的控制裝置和電器都在二層。

3.2除灰系統(tǒng)對PLC技術的要求

針對三河電廠除灰系統(tǒng)的運行工況、設備環(huán)境和有關技術人員的研究，選擇使用PLC系統(tǒng)，并對其進行如下設計。

（1）全部硬件采用廠商的標準或標準的選件，PLC的設備型號、技術規(guī)范是統(tǒng)一的。在5%～95%的相對濕度、0～50℃的環(huán)境下，PLC的全部硬件均能正常工作，不會發(fā)生結露。

（2） CPU必須是某個相關廠家的最新產(chǎn)品，具備較強的擴展性、通信能力、中／大規(guī)模程序存儲能力以及數(shù)據(jù)結構。

（3）當采用RAM內存時，要確保儲存的資料或程序可以在蓄電池里儲存超過6個月，更換電池時要確保儲存資料及程序不會遺失，并在系統(tǒng)內裝一盞指示燈，以檢測電池是否已耗盡，監(jiān)測工藝控制要求有故障診斷等。這些特性包括：移位寄存器、日歷、實時日寸鐘、邏輯函數(shù)、鎖定繼電器、變換接觸、算術運算、計時器等。整個系統(tǒng)的模件都應該是插頭式的，方便更換。在機柜里一定要有20%的I/O作為備用。另外，每個I/O模塊必須包含10%的備用端子和15%的輸入／輸出空間。

（4）所有開關量輸入輸出模塊必須包含一定的隔離設備。

（5）在振動、無線電波干擾和電器噪聲環(huán)境下，PLC系統(tǒng)能夠持續(xù)正常工作。電源必須配有浪涌保護裝置。

（6）編程時使用梯形圖或其他PLC語言；一定要將邏輯函數(shù)加入PLC中。

3.3三河電廠除灰控制系統(tǒng)

結合PLC和PC機的技術需求，選擇施耐德Quantum系列PLC作為三河電廠除灰系統(tǒng)的主控主機，在現(xiàn)場實現(xiàn)人工控制和運行，集控室由PLC與DCS通信，由上位機遠程控制和運行。當PLC設備的電源及線路未發(fā)生故障時，請確保電源柜及程控柜的電源開關全部打開，PLC設備能正常工作。整個除塵系統(tǒng)由三部分組成。

3.3.1壓力罐組裝料過程

在進料前，系統(tǒng)應在停機或運輸周期結束時，將全部啟動的執(zhí)行閥“關閉”。儀器氣體滿足輸送系統(tǒng)要求，氣壓大于0.55MPa?？諌簷C系統(tǒng)可實現(xiàn)由無負載向有負載、有負載向無負載過渡的轉變?；夜揲_關閥門對準選定灰?guī)?。開關閥僅在不排放灰渣的情況下切換?；?guī)煜到y(tǒng)滿足運輸系統(tǒng)運行需要，庫頂布袋除塵器仍在運行，灰?guī)焯幱跓o高料狀態(tài)。所有加熱系統(tǒng)均處于運行狀態(tài)，所有氣動執(zhí)行器均已“關閉”，所有人工操作／調節(jié)裝置均處于運行狀態(tài)。在加注過程中，如果壓力傳感器的壓力P小于50kPa，則壓力容器液位計開關處于“非高位”狀態(tài)時，排氣閥打開，進料閥打開，然后開始給料程序。當一個或多個液位計處于“高位”狀態(tài)或者ｔ=60秒后，所有壓力罐裝料閥門將關閉。關閉排氣閥，完成進料程序。設定進料時間，如果料位儀沒有報警，理論上可以設定粗灰2000s，細灰6000s。

3.3.2灰的輸送過程

輸送前，一定單位內的壓力槽在進料過程中結束，由控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)自動判斷是否進入輸灰。針對送灰程序，開啟灰道相應開關閥門。開啟小型旁通閥，使某單位的排灰閥門完全打開。進氣閥在一定單位內完全打開，使系統(tǒng)進入輸灰流程。輸灰控制采用壓力傳感器。

3.3.3輸灰結束

當輸送管線壓降至空管壓力以下時，裝置已完成預處理。關閉進氣閥，關閉輔助閥。當壓力傳送器壓力ｔ30 s，P小于50kPa日寸，關閉排氣閥，關閉灰管開關閥（細灰輸送時，當該裝置內細灰全部送出時，閥門將關閉）。如果所有壓力槽未發(fā)現(xiàn)堵塞，所有壓力槽均為空，則飛灰輸送系統(tǒng)將停止運行。同時，該裝置所有應急閥門全部打開，繼續(xù)向下一個裝置輸送。

3.4除灰控制系統(tǒng)異常處理

PLC設備均具有自檢功能，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，必須充分利用現(xiàn)有資源及自診斷能力進行故障分析。一般情況下，當PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，應先檢測電源電壓，然后檢查輸入輸出端、PLC插頭、螺絲等是否松動，最后檢查PLC裝置上LED顯示裝置是否正常，以及PLC本身是否有異常。

4結束語

自動化技術在電力系統(tǒng)中有著廣闊的應用前景，它能全面監(jiān)控電廠、電網(wǎng)、變電站的整個生產(chǎn)過程，大大縮短了整個系統(tǒng)的控制過程，實現(xiàn)自動調節(jié)和監(jiān)控，使整個系統(tǒng)的智能化和自動化程度進一步提高。本文針對三河電廠除灰系統(tǒng)的實際需要，選用施耐德昆騰系列PLC作為三河電廠除灰控制設備。目前，三河電廠運行良好，系統(tǒng)安全可靠。該控制系統(tǒng)的應用，使除灰機的維護費用大大降低，工人勞動強度降低，在保障工作安全的同時，可以有效提升經(jīng)濟效益。