自動(dòng)化控制技術(shù)在電氣試驗(yàn)中的應(yīng)用

［關(guān)鍵詞］自動(dòng)化控制；電氣試驗(yàn)；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

［中圖分類號(hào)］TM76 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）11–0006–03

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、復(fù)雜度的日益增加，傳統(tǒng)的手動(dòng)試驗(yàn)方式不僅消耗大量的人力物力，而且在精確度和安全性上存在顯著短板，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需求。因此，自動(dòng)化控制技術(shù)在電氣試驗(yàn)中的應(yīng)用顯得尤為迫切。當(dāng)前自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步，從最初的PLC 編程控制，到現(xiàn)在的高級(jí)人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用，自動(dòng)化控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電氣試驗(yàn)的智能化、無人化，提高試驗(yàn)的效率和精度。探討自動(dòng)化控制技術(shù)在電氣試驗(yàn)中的應(yīng)用，不僅可以推動(dòng)電力行業(yè)的技術(shù)革新，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全性，而且對(duì)于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)綠色能源的發(fā)展、實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。

1項(xiàng)目背景

1.1項(xiàng)目概況

文章以某供電公司電氣試驗(yàn)項(xiàng)目為例，該供電公司最初的電氣試驗(yàn)均為人工操作模式，試驗(yàn)難度較大，容易出現(xiàn)操作誤差問題，而且后期試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理工作量較大。隨著技術(shù)發(fā)展，該供電公司逐步進(jìn)行了電氣試驗(yàn)?zāi)Ｊ胶拖到y(tǒng)的更新。由于供電需求的不斷提高，對(duì)電氣試驗(yàn)的精準(zhǔn)性、效率及安全性等都提出了更高的要求，亟須對(duì)電氣試驗(yàn)展開進(jìn)一步更新，加強(qiáng)對(duì)于自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用。

1.2當(dāng)前試驗(yàn)?zāi)Ｊ奖锥?/p>

當(dāng)前該供電公司電氣試驗(yàn)?zāi)Ｊ酱嬖诘闹饕锥吮憩F(xiàn)在以下方面：①試驗(yàn)車缺少自動(dòng)報(bào)警裝置，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)于試驗(yàn)過程的有效監(jiān)控，而且內(nèi)部缺少環(huán)境控制裝置，高溫條件下，內(nèi)部元件、精密儀器容易出現(xiàn)損壞；②試驗(yàn)效率較低，儀器設(shè)備來回搬運(yùn)、拆線等操作繁雜，延長(zhǎng)了試驗(yàn)時(shí)間；③試驗(yàn)車中儀器設(shè)備較多，容易受到電磁干擾等的影響，影響試驗(yàn)結(jié)果的可靠性；④智能化水平不足，難以通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷問題等。

2自動(dòng)化控制技術(shù)在電氣試驗(yàn)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

2.1整體方案

基于上述項(xiàng)目情況，以及試驗(yàn)?zāi)Ｊ酱嬖诘谋锥藛栴}，需結(jié)合供電公司實(shí)際情況，運(yùn)用自動(dòng)化控制技術(shù)，進(jìn)行電氣試驗(yàn)車的重新設(shè)計(jì)。此次電氣試驗(yàn)車設(shè)計(jì)采用分布、集成的方式，分布式能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器的有效分離，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境合理進(jìn)行試驗(yàn)資源分配；集成則主要通過智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高試驗(yàn)車的自動(dòng)化水平，以便更好地適應(yīng)復(fù)雜的試驗(yàn)環(huán)境，保障試驗(yàn)過程的安全性及高效性。此次電氣試驗(yàn)車（即智能化綜合試驗(yàn)車）以集成控制器為核心，組織框架如圖1 所示。

2.2"硬件設(shè)計(jì)

2.2.1集成控制模塊

集成控制模塊作為智能化綜合試驗(yàn)車的重要組成部分，負(fù)責(zé)處理和解析來自各個(gè)傳感器和設(shè)備的數(shù)據(jù)。該模塊由高性能微處理器和復(fù)雜的嵌入式軟件組成，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控車輛的狀態(tài)，執(zhí)行復(fù)雜的控制算法，并與外部系統(tǒng)進(jìn)行通信。例如，通過精確的電機(jī)控制，可以實(shí)現(xiàn)車輛的精確加速、制動(dòng)及轉(zhuǎn)向，從而提高駕駛的安全性和效率。本項(xiàng)目中，集成控制模塊主要包括網(wǎng)絡(luò)接口、光纖口及無線收發(fā)裝置，并預(yù)留了RS232/485/USB 接口。試驗(yàn)檢測(cè)主要包括電流電壓監(jiān)測(cè)、電氣環(huán)境監(jiān)測(cè)兩個(gè)部分，其中電流電壓監(jiān)測(cè)用于監(jiān)測(cè)檢測(cè)單元的電流電壓狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常情況，可及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并啟動(dòng)斷電保護(hù)功能；電氣環(huán)境監(jiān)測(cè)則主要用于監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備接地情況等，確保試驗(yàn)環(huán)境安全。

2.2.2電源模塊

電源模塊是電氣試驗(yàn)車的核心模塊，為所有系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠的電力。這通常涉及高能量密度的電池技術(shù)，如鋰離子電池及先進(jìn)的能量管理系統(tǒng)。能量管理系統(tǒng)不僅能夠優(yōu)化電池的充放電過程，延長(zhǎng)其使用壽命，還能在車輛制動(dòng)時(shí)回收部分能量，實(shí)現(xiàn)能量的回收再利用，提高整體的能源效率。本項(xiàng)目中，電源模塊引入了PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制器，能夠精確控制電源的輸出，從而模擬各種工況，如負(fù)載變化、電壓波動(dòng)等。PWM 控制器還具有響應(yīng)速度快、效率高、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，使得電氣系統(tǒng)測(cè)試更加靈活和精確。

2.2.3檢測(cè)模塊

本項(xiàng)目中，檢測(cè)模塊通過集控儀器的形式進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，由1 臺(tái)工控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)于檢測(cè)軟件的集成控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、報(bào)告輸出等功能。本項(xiàng)目檢測(cè)模塊涉及的主要儀器包括直流高壓發(fā)生器、介損測(cè)試儀、串聯(lián)諧振試驗(yàn)設(shè)備及交流耐壓試驗(yàn)裝置（含控制箱）等。其中串聯(lián)諧振試驗(yàn)設(shè)備主要利用電抗器的電感和被試品電容的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)諧振，試驗(yàn)原理如圖2所示。實(shí)際檢測(cè)過程中，當(dāng)頻率達(dá)到式（1）時(shí)，電路即可達(dá)到諧振狀態(tài)。

式中，f 為頻率，L為電抗器，C為待測(cè)試品。

此外，為保障整體結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性，硬件設(shè)計(jì)過程中，在試驗(yàn)車內(nèi)部預(yù)留了一定空間，以便后續(xù)檢測(cè)設(shè)備儀器的更換調(diào)整和增加，使試驗(yàn)車能夠檢測(cè)更多項(xiàng)目，滿足更多試驗(yàn)任務(wù)需求。此外，為更好地滿足長(zhǎng)距離檢測(cè)要求，在進(jìn)行檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)時(shí)，采用了長(zhǎng)度為30 m的引線，對(duì)于檢測(cè)距離超過這一范圍的情況，可將檢測(cè)儀器與車體分離，單獨(dú)展開檢測(cè)工作。

2.3軟件設(shè)計(jì)

2.3.1用戶模塊

用戶模塊主要涵蓋了用戶登錄及一系列的用戶管理功能，旨在確保用戶能夠方便、安全地使用系統(tǒng)，同時(shí)也能方便管理員對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理。在用戶登錄功能上，需設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔明了的登錄窗口，用戶可以在其中輸入其用戶名和密碼。此外，考慮到可能的用戶或密碼輸入錯(cuò)誤，系統(tǒng)通常還會(huì)提供一定的錯(cuò)誤嘗試次數(shù)，超過這個(gè)次數(shù)后，用戶賬號(hào)可能會(huì)被鎖定，需要通過特定的解鎖流程才能繼續(xù)使用。在用戶管理方面，用戶模塊需要具備用戶信息的創(chuàng)建、編輯及刪除功能。同時(shí)，為了保護(hù)系統(tǒng)的安全性，管理員應(yīng)有權(quán)限刪除不再使用的用戶賬號(hào)。

2.3.2電氣試驗(yàn)?zāi)K

登錄系統(tǒng)后，可進(jìn)入電氣試驗(yàn)?zāi)K界面，根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)選擇相應(yīng)試驗(yàn)項(xiàng)目，工控機(jī)會(huì)自動(dòng)與相應(yīng)檢測(cè)儀器進(jìn)行聯(lián)機(jī)，然后進(jìn)入試驗(yàn)程序。試驗(yàn)過程中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行記錄，試驗(yàn)完成后，需點(diǎn)擊斷電按鈕。此外，電氣試驗(yàn)?zāi)K還具備設(shè)備管理功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于變電站設(shè)備、測(cè)量?jī)x器設(shè)備的編輯和管理。

2.3.3數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊是軟件的關(guān)鍵部分。除了基本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索，此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)還提供了數(shù)據(jù)備份、版本控制及權(quán)限管理等功能，以確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性。同時(shí)，該模塊還支持?jǐn)?shù)據(jù)的對(duì)比分析，用戶可以方便地對(duì)比不同試驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出差異，從而深入理解設(shè)備的性能變化。

3自動(dòng)化控制技術(shù)在電氣試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在此次試驗(yàn)中，選擇了上述供電公司內(nèi)某變電站1 號(hào)主變器作為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了全面檢測(cè)。檢測(cè)項(xiàng)目涵蓋了評(píng)估變壓器性能的關(guān)鍵指標(biāo)，包括繞組絕緣電阻及直流電阻、繞組及套管介損、鐵心及夾件對(duì)地絕緣電阻等。這些指標(biāo)的穩(wěn)定性直接關(guān)系到變壓器的安全運(yùn)行和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。檢測(cè)結(jié)果顯示，繞組絕緣電阻的吸收比（R60/R15）均達(dá)到了預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，高壓– 中壓低壓及地、中壓– 高壓及地，以及低壓–高壓中壓及地的吸收比分別為1.32、1.33 及1.32，這表明繞組的絕緣性能良好，能有效防止電流泄漏。繞組連同套管介損的檢測(cè)采用了反接法，試驗(yàn)電壓設(shè)定為10 kV，確保了測(cè)試的準(zhǔn)確性。鐵心對(duì)地絕緣電阻的檢測(cè)結(jié)果也顯示出極高的絕緣性能，鐵心－夾件及地、夾件－鐵心及地的絕緣電阻值均穩(wěn)定在10 GΩ，符合安全標(biāo)準(zhǔn)。在直流電阻的檢測(cè)環(huán)節(jié)，在5℃的環(huán)境溫度和10℃的油溫條件下，對(duì)高壓側(cè)、中壓側(cè)及低壓側(cè)進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示，各側(cè)電阻的互差均保持在1% 以下，低于標(biāo)準(zhǔn)要求的2%，表明變壓器各部分的性能穩(wěn)定，無明顯異常。

綜合以上各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論，這款電氣試驗(yàn)車在實(shí)際操作中表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，其自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠有效進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，大幅提高了檢測(cè)效率。220 kV 主變壓器的各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi)，運(yùn)行狀態(tài)良好，滿足投入運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。

為了更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)仳?yàn)證電力試驗(yàn)車的檢測(cè)結(jié)果可靠性，進(jìn)行了一次對(duì)比實(shí)驗(yàn)。這次實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是1號(hào)主變器高壓側(cè)的繞組直流電阻，在此過程中，選擇了傳統(tǒng)的檢測(cè)方法和設(shè)備作為參照，以確保在相同的環(huán)境條件下進(jìn)行?？紤]到氣溫和油溫可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，試驗(yàn)過程中嚴(yán)格控制了測(cè)試環(huán)境，使其與試驗(yàn)車檢測(cè)時(shí)的條件完全一致，以消除可能的誤差源。以A相繞組檢測(cè)為例，表1 詳細(xì)列出了兩次檢測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)比。

由表1可知，試驗(yàn)車的檢測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)方法的測(cè)量值幾乎一致，誤差范圍在可接受的范圍內(nèi)。這初步證實(shí)了采用自動(dòng)化控制技術(shù)設(shè)計(jì)的電力試驗(yàn)車，在檢測(cè)精度上具有較高的可靠性。

此外，還對(duì)比了兩種檢測(cè)方法在時(shí)間效率上的差異。在傳統(tǒng)檢測(cè)方式下，主變高壓側(cè)直流電阻測(cè)試時(shí)間為24 min，前期接線時(shí)長(zhǎng)為10 min，測(cè)試完成后收線時(shí)間為13 min，整個(gè)過程需要47 min。而使用電力試驗(yàn)車，前期接線時(shí)間為5 min，測(cè)試時(shí)間為20 min，測(cè)試完成后收線時(shí)間為4min，整個(gè)檢測(cè)過程被縮短至29 min，大幅節(jié)省了時(shí)間。尤其在接線和收線階段，試驗(yàn)車的自動(dòng)化功能顯著提高了效率，減少了人工操作的時(shí)間和潛在錯(cuò)誤。這一結(jié)果凸顯了電力試驗(yàn)車在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，不僅能夠提供準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)，還能顯著提高檢測(cè)效率，對(duì)于電力設(shè)備的維護(hù)和故障排查具有重要的實(shí)際意義。

4"結(jié)束語

文章基于自動(dòng)化控制技術(shù)在電氣試驗(yàn)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)問題，就自動(dòng)化控制技術(shù)在電氣試驗(yàn)中的應(yīng)用展開分析。通過集成控制模塊、電源模塊、檢測(cè)模塊等的應(yīng)用，證明了自動(dòng)化控制技術(shù)在電氣試驗(yàn)中的有效性和可靠性。最后通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了自動(dòng)化控制技術(shù)在電氣試驗(yàn)中的實(shí)用性和可靠性，為未來的電力設(shè)備檢測(cè)提供了更高效、更精確的解決方案。綜上所述，文章所述自動(dòng)化控制技術(shù)在電氣試驗(yàn)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)成果，具有重要的理論和實(shí)踐意義。