電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用探索

王政

摘 要： 為了系統(tǒng)研究電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用，介紹了電氣自動(dòng)化技術(shù)的主要組成部分，并詳細(xì)描述了電氣自動(dòng)化技術(shù)在發(fā)電廠、輸電與配電以及能效管理與優(yōu)化等方面的應(yīng)用實(shí)踐，并通過(guò)案例分析，突出電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的技術(shù)要求。系統(tǒng)總結(jié)了電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的全面應(yīng)用，為電力系統(tǒng)的智能化與高效運(yùn)行提供了重要支持。

關(guān)鍵詞： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 電力工程 自動(dòng)化控制 技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)： F407文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）06-0022-03

Exploration of the Application of Electrical Automation Technology in Power Engineering

WANG Zheng

Qingdao Shaohai Development Group Co.， Ltd.， Qingdao， Shandong Province， 266300 China

Abstract： In order to systematically study the application of electrical automation technology in power engineer‐ing， this paper introduces its main components and provides a detailed description of its application practice in power plants，transmission and distribution， as well as energy efficiency management and optimization. Through case studies， the paper highlights its technical requirements in power engineering， and systematically summarizes its comprehensive application in power engineering， which provides significant support for the intelligent and efficient operation of the power system.

Key Words： Electrical automation technology； Electric power engineering； Automation control； Technology application

在當(dāng)今社會(huì)，電力工程作為支撐現(xiàn)代生活不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展至關(guān)重要。而電氣自動(dòng)化技術(shù)以其高效、精準(zhǔn)的特性，正在深刻改變電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，這一技術(shù)的發(fā)展不僅提高了電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)也推動(dòng)了電力行業(yè)的創(chuàng)新與升級(jí)。因此，對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行全面分析，了解其在電力工程中的應(yīng)用要點(diǎn)及方向，不僅有助于更好地理解電力系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制，還能為電力工程的發(fā)展提供有力的技術(shù)支持。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)的主要組成部分

1.1 傳感器與執(zhí)行器

在電氣自動(dòng)化技術(shù)的主要組成部分中，傳感器是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的感知器官，通過(guò)感知物理量的變化，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給系統(tǒng)；而執(zhí)行器則是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)控制信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的操作。傳感器的作用是實(shí)時(shí)感知電力系統(tǒng)中各種關(guān)鍵參數(shù)，例如：在發(fā)電廠中，溫度、壓力、電流等物理量的變化可以通過(guò)各類傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為系統(tǒng)提供全面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。執(zhí)行器作為傳感器的補(bǔ)充，負(fù)責(zé)將控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的物理動(dòng)作，在電力工程中，執(zhí)行器的典型例子包括電動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)開(kāi)關(guān)等，通過(guò)執(zhí)行器的精確控制，系統(tǒng)可以對(duì)傳感器感知到的信息做出及時(shí)而精準(zhǔn)的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的精細(xì)化控制[1]。

1.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)作為電氣自動(dòng)化技術(shù)的核心組成部分，其主要任務(wù)是收集、處理傳感器獲取的數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和邏輯進(jìn)行決策，通過(guò)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)控，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能直接影響到電力工程的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行。在電力工程中，涉及到的參數(shù)眾多，如電壓、電流、頻率等，控制系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，實(shí)時(shí)地獲取并整合這些數(shù)據(jù)，為后續(xù)的決策提供充分的信息基礎(chǔ)。控制系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的智能調(diào)控。例如：通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的負(fù)載情況，控制系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出，以確保系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

1.3 數(shù)據(jù)采集與處理單元

在電力工程中，電氣自動(dòng)化技術(shù)的數(shù)據(jù)采集與處理單元負(fù)責(zé)收集、整理和處理傳感器獲取的數(shù)據(jù)，為控制系統(tǒng)提供有價(jià)值的信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的智能監(jiān)控和調(diào)控。數(shù)據(jù)采集與處理單元通過(guò)各類傳感器獲取電力系統(tǒng)中涉及的多樣化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集的廣泛性使得系統(tǒng)能夠全面感知電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，為系統(tǒng)運(yùn)行提供了詳實(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)采集與處理單元負(fù)責(zé)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和清理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性，通過(guò)采用數(shù)據(jù)清洗、濾波等技術(shù)，消除傳感器可能存在的誤差和噪聲，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，這一過(guò)程為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和決策提供了可靠的基礎(chǔ)[2]。在數(shù)據(jù)采集與處理單元中，通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，通過(guò)識(shí)別數(shù)據(jù)中的模式、趨勢(shì)和異常，系統(tǒng)可以更準(zhǔn)確地判斷電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并提供決策支持。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用實(shí)踐

2.1 發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

發(fā)電廠的自動(dòng)化系統(tǒng)是電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，其涵蓋了從發(fā)電過(guò)程的監(jiān)控到運(yùn)行的多個(gè)方面，通過(guò)先進(jìn)的控制技術(shù)和智能化系統(tǒng)，提高了發(fā)電廠的效率、穩(wěn)定性和安全性。在發(fā)電廠中自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)各類傳感器監(jiān)測(cè)發(fā)電過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)，這些傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集與處理單元將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給控制系統(tǒng)，使運(yùn)營(yíng)人員能夠?qū)崟r(shí)了解發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行狀況[3]。并且自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電設(shè)備的智能化調(diào)控，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的算法和邏輯，自動(dòng)化系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出，以適應(yīng)電力系統(tǒng)負(fù)荷的變化，并降低能耗，實(shí)現(xiàn)更為經(jīng)濟(jì)高效的發(fā)電運(yùn)行。

以某現(xiàn)代化火電廠為例，該火電廠以燃煤發(fā)電為主要方式，面臨著提高能效、降低運(yùn)營(yíng)成本、確保設(shè)備安全運(yùn)行的挑戰(zhàn)。該火電廠采用了先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)，全面應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，以優(yōu)化發(fā)電過(guò)程。該火電廠引入了先進(jìn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵部位，包括鍋爐、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、壓力、濕度等，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集與處理單元將這些數(shù)據(jù)整合傳遞給控制系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)人員可以通過(guò)監(jiān)控中心實(shí)時(shí)了解發(fā)電過(guò)程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，從而迅速識(shí)別并應(yīng)對(duì)潛在問(wèn)題。該火電廠的自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電設(shè)備的智能調(diào)控，通過(guò)先進(jìn)的控制算法，系統(tǒng)能夠根據(jù)電力系統(tǒng)的負(fù)荷需求，自動(dòng)調(diào)整鍋爐的燃燒、蒸汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的發(fā)電效率。

2.2 在輸電與配電中的應(yīng)用

在電力工程輸電與配電中，通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，可以提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性、可靠性和運(yùn)行效率，適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的電力需求。自動(dòng)化技術(shù)在輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用加強(qiáng)了對(duì)電力流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控，以便迅速識(shí)別并處理潛在的故障或異常情況，這有助于提高輸電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，減少電力中斷的可能性。并且自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，提高了配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率和靈活性，配電系統(tǒng)中的智能設(shè)備，如智能開(kāi)關(guān)、遠(yuǎn)程斷路器等，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化操作。此外，自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中引入了智能配電網(wǎng)的概念，通過(guò)先進(jìn)的通信技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和控制策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)的更加智能化管理，智能配電網(wǎng)能夠通過(guò)優(yōu)化能源分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源的高效利用，減少能源浪費(fèi)，推動(dòng)電力系統(tǒng)向可持續(xù)和智能化方向發(fā)展[4]。

舉例來(lái)說(shuō)，某地區(qū)的發(fā)電廠為了適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的電力需求和提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，投資建設(shè)一套先進(jìn)的輸電與配電系統(tǒng)，充分應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化與高效運(yùn)行。在輸電系統(tǒng)中，該發(fā)電廠引入了先進(jìn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了電力線路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，包括變電站、電纜線路等，這些傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流、電壓、頻率等參數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與處理單元將數(shù)據(jù)傳遞給控制系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)能夠迅速識(shí)別并響應(yīng)電力線路的異常情況，實(shí)現(xiàn)電力流的智能調(diào)控，提高了輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在配電系統(tǒng)中，該發(fā)電廠引入了遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制技術(shù)，通過(guò)智能開(kāi)關(guān)、遠(yuǎn)程斷路器等設(shè)備，運(yùn)維人員可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心實(shí)時(shí)了解電網(wǎng)狀態(tài)，并進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，如遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)設(shè)備、調(diào)整電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，這降低了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的需求，提高了配電系統(tǒng)的靈活性和響應(yīng)速度。

2.3 在能效管理與優(yōu)化中的應(yīng)用

在電力工程中進(jìn)行能效管理與優(yōu)化是通過(guò)引入電氣自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源使用的監(jiān)測(cè)、分析和優(yōu)化，以提高電力系統(tǒng)的整體能效。能效管理通過(guò)廣泛應(yīng)用傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的能源使用情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)采集與處理單元，這一實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程提供了詳細(xì)的能源使用信息，為制定有效的能效管理策略提供了基礎(chǔ)。并通過(guò)數(shù)據(jù)分析和算法，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，識(shí)別電力系統(tǒng)中的能效潛在問(wèn)題和改進(jìn)空間。在智能控制技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)控，通過(guò)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、優(yōu)化負(fù)荷分配等方式，系統(tǒng)能夠最大限度地提高設(shè)備利用率，降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本[5]。

例如：某工業(yè)園區(qū)通過(guò)引入先進(jìn)的能效管理與優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)整合了傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析以及智能控制，為電力系統(tǒng)的優(yōu)化提供了全面支持。工業(yè)園區(qū)在電力系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署了傳感器，監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、電流、電壓等關(guān)鍵參數(shù)，這些傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集與處理單元將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給能效管理系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)提供了對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況的詳細(xì)了解，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。能效管理系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析算法，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，系統(tǒng)識(shí)別了一些潛在的能效問(wèn)題，如設(shè)備運(yùn)行效率不高、某些區(qū)域存在能源浪費(fèi)等?；谶@些分析結(jié)果，系統(tǒng)生成了優(yōu)化方案，包括調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、優(yōu)化負(fù)荷分配等，以提高整體能效。并且能效管理系統(tǒng)通過(guò)智能控制技術(shù)實(shí)施了負(fù)荷優(yōu)化。在低電力需求時(shí)，系統(tǒng)智能調(diào)整設(shè)備的輸出，以降低不必要的能耗，通過(guò)智能控制設(shè)備的運(yùn)行時(shí)段，系統(tǒng)避免了高峰時(shí)段的能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了更加平滑的負(fù)荷曲線。

2.4 在電力設(shè)備維護(hù)與故障診斷中的應(yīng)用

在電力工程中，傳統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)常常以固定周期為基礎(chǔ)，而電氣自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)引入傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集。這種實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)不僅能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的問(wèn)題，還能夠?yàn)轭A(yù)防性維護(hù)提供更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持?；诖髷?shù)據(jù)分析的方法使電力設(shè)備的故障預(yù)測(cè)變得更加精準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的深入分析，系統(tǒng)能夠識(shí)別出潛在的故障跡象，從而及時(shí)采取措施防范可能的事故?？焖俟收显\斷方面，智能診斷系統(tǒng)的運(yùn)用也為電力工程帶來(lái)了顯著的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)人工智能算法，系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別故障原因，并提供相應(yīng)的解決方案。

例如：某電力公司引入了智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)在變壓器內(nèi)部安裝溫度傳感器和液體氣體監(jiān)測(cè)傳感器，當(dāng)傳感器檢測(cè)到溫度異?；蛞后w中存在異常氣體時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。案例中，系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀況，還通過(guò)大數(shù)據(jù)分析對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，通過(guò)分析多次溫度升高與故障發(fā)生的關(guān)聯(lián)性，系統(tǒng)建立了溫度升高與潛在故障之間的模型，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到類似的溫度升高模式時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并推薦相應(yīng)的維護(hù)措施，從而提前預(yù)防潛在的設(shè)備故障。

3 結(jié)語(yǔ)

電氣自動(dòng)化技術(shù)以其高度智能化和自主性的特點(diǎn)，為電力工程注入了新的活力，通過(guò)傳感器、控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集處理等組成部分的協(xié)同作用，電力系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)更為智能化、高效化和可持續(xù)化的運(yùn)行。然而，對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用研究工作仍存在局限，如數(shù)據(jù)安全性、系統(tǒng)可靠性等方面還需進(jìn)一步研究和改進(jìn)。未來(lái)工作應(yīng)加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)安全性的研究，并進(jìn)一步拓展智能化技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用，以應(yīng)對(duì)不斷變化的電力需求和新技術(shù)的涌現(xiàn)。

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