電氣工程自動化改造研究

溫博

【摘 要】經濟全球化發展以來，中國企業參與國際競爭成為了必不可少的趨勢，只有充分發揮本國經濟等方面的優勢，才能爭取創造更多的經濟收益。從社會主義科學發展觀角度思考，工業經濟改革也應朝著更加先進的方向邁進。實施電氣工程改造既可以提升電力行業的科技實力，也能為廣大用戶創造更加有力的條件。本文主要分析了電氣工程自動化改造的相關問題。

【關鍵詞】電氣工程；改造；自動化；趨勢研究

【Abstract】Since the development of economic globalization， it has become an indispensable trend for Chinese enterprises to participate in international competition. Only by giving full play to their advantages in the domestic economy can we strive to create more economic benefits. Thinking from the perspective of socialist scientific development， industrial economic reforms should also move in a more advanced direction. The implementation of electrical engineering transformation can not only enhance the scientific and technological strength of the power industry， but also create more powerful conditions for the majority of users. This article mainly analyzes the problems related to the automation of electrical engineering.

【Key words】Electrical Engineering；Transformation；Automation；Trend Research

發展是推動社會進步的根本要素，制定科學發展觀是促進我國國民經濟效益增收的最佳方式。工業經濟是三大產業的核心，決定了未來國民經濟的改革發展趨勢，搞好工業產業的內部結構模型是極為關鍵的。電氣工程是工業經濟的重點項目，對企業生產加工、系統供電、人機操作等均有較大的決定作用。經濟全球化發展以來，中國企業參與國際競爭成為了必不可少的趨勢，只有充分發揮本國經濟等方面的優勢，才能爭取創造更多的經濟收益。從社會主義科學發展觀角度思考，工業經濟改革也應朝著更加先進的方向邁進。實施電氣工程改造既可以提升電力行業的科技實力，也能為廣大用戶創造更加有力的條件。本文主要分析了電氣工程自動化改造的相關問題。

1. 電氣工程及其自動化

電氣工程是現代科技領域中的核心學科之一，更是當 今高新技術領域中不可或缺的關鍵學科。例如正是電子技術的巨大進步才推動了以計算機網絡為基礎的信息時代的到來，并將改變人類的生活工作模式等等。從某種意義上講，電氣工程的發達程度代表著國家的科技進步水平。正因為此，電氣工程的教育和科研一直在發達國家大學中占據十分重要的地位。今后若干年內對電氣工程發展影響最大的主要因素包括以下內容。

1.1 信息技術。

信息技術廣泛地定義為包括計算機、世界范圍高速寬帶計算機網絡及通訊系統，以及用來傳感、處理、存儲和顯示各種信息等相關支持技術的綜合。信息技術對電氣工程的發展具有特別大的支配性影響。信息技術持續以指數速度增長在很大程度上取決于電氣工程中眾多學科領域的持續技術創新。反過來，信息技術的進步又為電氣工程領域的技術創新提供了更新更先進的工具基礎。

1.2 操控系統。

由于三極管的發明和大規模集成電路制造技術的發展，固體電子學在20世紀的后50年對電氣工程的成長起到了巨大的推動作用。電氣工程與物理科學間的緊密聯系與交叉仍然是今后電氣工程學科的關鍵，并且將拓寬到生物系統、光子學、微機電系統（MEMS）。21世紀中的某些最重要的新裝置、新系統和新技術將來自上述領域。技術的飛速進步和分析方法、設計方法的日新月異，使得我們必須每隔幾年對工程問題的過去解決方案重新全面思考或審查。

2. 電氣工程的實際運用情況

電力是發展生產和提高人類生活水平的重要物質基礎，電力的應用在不斷深化和發展，電氣自動化是國民 經濟和人民生活現代化的重要標志。就目前國際水平而言，在今后相當長的時期內，電力的需求將不斷增長，社會對電氣工程及其自動化科技工作者的需求量呈上升態勢。電氣自動化用于工業控制系統，例如一條設備怎樣運行才能保證它能正常生產出合格的產品，現代工業不是全人工，靠人來操作，卻是由機器來制作，啟動機器，就會自己運行下去，機器之所以能自動運行，就是電氣自動化，所謂電氣自動化，就是利用繼電器、感應器等電氣元件實現順序控制、時間控制的過程。其他如一些儀表或伺服電機，能根據外界環境的變化反饋到內部，從而改變輸出量，達到穩定的目的。電氣工程的實際運用如下。

2.1 智能建筑。

智能化建筑的發展必然離不開電氣自動化，隨著我國國民經濟的飛速發展以及數字電子化科技發展，高檔智能化建筑無疑已經成為當今建筑界的主要發展方向。自然達到合理利用設備，在資源方面，人力的節省就有了建筑設備的自動化控制系統。智能化建筑內有大量的電子設備與布線系統。這些電子設備及布線系統一般都屬耐壓等級低，防干擾要求高，是最怕受到雷擊的部分。智能建筑多屬于一級負荷，應該設計為一級防雷建筑物，組成具有多層屏蔽的籠形防雷體系。

2.2 凈化系統。

凈化空調系統控制自動監控裝置，可以設計成單個系統的測量、控制系統，也可以設計成以數字計算機控制管理的系統。在溫度控制方面，凈化空調系統采用DDC控制。裝設在回風管的溫度傳感器所檢測的溫度送往DX一9100，與設定點比較，用比例加積分、微分運算進行控制，輸出相應電壓信號，控制加熱電動調節閥或冷水電動調節閥的動作，控制回風溫度應保持在18度～16度之間，從而使得潔凈室溫度符合GMP要求。

3. 電氣自動化控制系統的設計

最大限度滿足生產機械和工藝對電氣控制的要求。生產機械和工藝對電氣控制系統的要求是電氣設計的依據，這些要求常常以工作循環圖、執行原件動作節拍表、檢測元件狀態表等形式提供，對于有調速要求的場合，還應給出調速技術指標。其他如：啟動，轉向、制動、照明、保護等要求，應根據生產需要充分考慮；在滿足控制要求的前提下，設計方案應力求簡單，經濟；妥善處理機械與電氣的關系。很多生產機械是采用機電結合控制方式來實現控制要求的，要從工藝要求、制造成本、結構復雜性、使用維護方便等方面協調處理好二者的關系；正確合理地選用電器元件；確保使用安全、可靠；制造美觀、使用維護方便。

3.1 集中監控方式。

集中監控方式不但運行維護方便，控制站的防護要求也不高，而且系統設計也很容易。但由于這種方式是將系統的各個功能集中到一個處理器進行處理，所以處理器的任務相當繁重，處理速度也會受到一定的影響。由于電氣設備全部進入監控，致使主機冗余的下降、電纜數量增加，投資加大，長距離電纜引入的干擾也可能影響系統的可靠性。同時，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點經常不到位，這也會造成設備無法操作。這種接線的二次接線比較復雜，查線也不方便，而大大增加了維護量，還存在在查線或傳動過程中由于接線復雜而造成誤操作的可能性。

3.2 遠程監控方式。

遠程監控方式具有節約大量電纜、節省安裝費用、節約材料、可靠性高和組態靈活等優點。但由于各種現場總線的通訊速度不是很高，使得電廠電氣部分通訊量相對又比較大，所以這種方式大都用于小系統監控，而在全廠的電氣自動化系統的構建中卻不適用。

3.3 現場總線監控方式。

目前，對于以太網（Ethernet）、現場總線等計算機網絡技術已經普遍應用于變電站綜合自動化系統中，而且已經擁有了豐富的運行經驗，智能化電氣設備也有了較快的發展，這些都為網絡控制系統應用于發電廠電氣系統奠定了堅實的基礎。現場總線監控方式使系統設計更加具有針對性，對于不同的間隔可以有不同的功能，這樣就可根據間隔的情況進行設計。這種監控方式除了具有遠程監控方式的全部優點外，還可以減少大量的隔離設備、端子柜、模擬量變送器等，而且智能設備就地安裝，與監控系統通過通信線連接，節省了大量控制電纜，節約了很多投資和安裝維護工作量，從而降低成本。此外，各裝置的功能相對獨立，組態靈活，使整個系統具有可靠性而不會導致系統癱瘓。因此，現場總線監控方式是今后發電廠計算機監控系統的發展方向。

4. 電力系統自動化改造的趨勢

電力系統是由發電、輸電、變電、配電和用電等環節組成的電能生產與消費系統。電力系統可以的一次能源通過發電動力裝置轉化成電能，再經輸電、變電和配電將電能供應到各用戶。為了滿足城市現代化建設發展的需要，對電力系統實施自動化改造是必不可少的，其改造的主要趨勢包括以下內容。

4.1 功能多樣化。

傳統電力系統的重點功能集中于發電、輸電，在傳輸期間對電能值大小的轉換缺乏足夠的功能。電力系統自動化改造之后，系統功能日趨多樣化，電壓轉變、電能分配、用電調控等功能均會得到明顯的改善，系統自動化狀態，符合了系統高負荷運行狀態的操作要求。

4.2 結構簡單化。

結構問題是阻礙電力系統功能發揮的一大因素，多種設備連接于系統導致操作人員的調控質量下降，部分設備在系統運行時發揮不了作用。系統自動化改造后結構得到了充分的簡化，且功能也明顯優越于傳統模式，促進了電力行業的持續發展。

4.3 設備智能化。

電力設備是系統發揮作用的載體，電廠發電、輸電、變電等各個環節都要依賴于設備運行。早期人工操控設備的效率較低，自動化改造之后可利用計算機作為控制中心，利用程序代碼指導電力設備操作，智能化執行設備命令，以逐漸提升作業效率。

4.4 操控一體化。

當電力系統設備實現智能化之后，系統操控的一體化便成為現實。如：機械一體化、機電一體化、人機一體化等模式，都是電力系統自動化改造的發展趨勢。電力系統一體化操控“省力、省時、省錢”，也為后期繼電保護裝置的安裝運用創造了有利的條件。

5. 繼電保護運用于自動化改造

除了對原始電能進行調控處理外，電力系統在各個環節和不同層次還具有相應的信息與控制系統，對電能的生產過程進行測量、調節、控制、保護、通信和調度，以保證用戶獲得安全、經濟、優質的電能。為了保證電力系統在穩定可靠的環境下運行，添加繼電保護裝置是必不可少的，其對電力系統具有多方面功能。

5.1 針對性。

由于電力系統自動化改造屬于技術改造范疇，需要對系統潛在的故障問題檢測處理。繼電保護具有針對性的處理功能，可根據系統不同的故障形式采取針對性的處理方案。如：電力設備出現短路問題，繼電保護可立刻把設備從故障區域隔離；線路保護拒動作時，繼電保護可將線路故障切除，具有針對性的故障防御處理功能。

5.2 穩定性。

繼電保護對電力系統的穩定性作用顯著，特別是在故障發生之后可維持系統的穩定運行，以免故障對設備造成的損壞更大。良好的運行環境是設備功能發揮的前提條件，如：繼電保護裝置能快速地切除故障，減短了設備及用戶在高電流、低電壓運行的時間。通過模擬仿真，保證了系統在故障狀態下的穩定運行，防止系統中斷引起的

損壞。

5.3 可靠性。

對電力系統實施自動化改造的根本目的是滿足廣大用戶的用電需求，系統能否可靠地運行也決定了用戶或設備的用電質量。繼電保護裝置的運用為系統可靠性提供了多方面的保障，如：安全方面，強大的故障處理功能保障了人員、設備的安全；效率方面，多功能的監測方式可及時發現異常信號，提醒技術人員調整系統結構。

6. 自動化改造中的在線監測系統

“狀態維修”技術憑借其獨特的功能優勢，在電氣設備維修時得到了充分的運用，促進了電力系統運行水平的改善。在線監測系統是電氣設備狀態維修技術的關鍵系統，技術人員根據在線監測系統顯示的數據可及時發現異常問題，引導技術人員盡快實施故障維修方案。

6.1 絕緣監測。

電氣設備的絕緣性能關系著電力系統運行的安全性，對線路絕緣進行監測是狀態維修的重要內容。我國電網建設期間設計的絕緣監測系統多數是掛網運行的絕緣

子，如：瓷、玻璃、復合絕緣子等，這些絕緣裝置會受到外界因素的變化而減弱性能，對絕緣元件積極配備監測系統可保證電氣設備的穩定作業。

6.2 雷擊監測。

線路是向電氣設備傳輸電壓的載體，若輸電線路發生故障則會影響到電能的正常供應，不利于電氣設備的持續性運行。狀態維修方案中的在線監測系統需顧及到雷擊的危害，參照電氣設備的具體結構規劃雷擊監測系統。如：常用的雷擊監測方法是安裝避雷針或避雷器，電氣設備遭受雷擊前后可起到監測、保護的作用。

6.3 環境監測。

環境對電氣設備或連接線路也有很大的影響，若不采取有效的措施保護電氣設備，則會造成設備的故障發生率上升。環境監測系統的主要監測對象是大氣溫度、濕度、二氧化硫等，當這些因素對電氣設備的性能造成不利影響后，監測系統會把異常信號傳遞給監控中心，警告技術人員盡快采取維修措施保護系統及設備。

7. 設備狀態維修的輔助技術

電網改造工程的廣泛開展，使得國內電氣設備的功能日趨多樣，而相應的電氣設備的故障形式更加輔助，給設備維修人員的處理造成了很大的難度。隨著電力科技研究工作的深入進行，設備狀態維修引進了許多相關的輔助技術，降低了電氣設備故障維修的難度。

7.1 傳感技術。

傳感技術是狀態維修時獲取數據的主要手段，維修人員將傳感器安裝于電氣設備，可定期接收有關設備的狀態信號，為異常故障的判斷提供了可靠的依據。此外，傳感技術可以擴大電氣設備的監測范圍，其對電網工程建設范圍內的任何區域的信號都能精準地捕捉。

7.2 傳輸技術。

傳輸技術即“通信技術”，城市電網連接的設備數量、種類、型號等復雜多樣。狀態維修操作時需把電氣設備的異常信號快速傳輸給控制中心，以引導維修人員盡快制定出處理方案，如：采取GMS或CDMA系統或GPS全球定位系統進行數字傳輸。

7.3 處理技術。

利用傳感器捕捉信號后，維修人員應對信號實施加工處理，篩選出最優價值的電氣設備感應信號，保證后期故障維修操作具有針對性。一般信息處理技術要借助于計算機平臺，憑借計算機強大的數據處理功能完成數據的收集、處理、分析等工作。

8. 結論

總之，電氣工程是社會現代化發展的重點工程，關系著我國工業經濟及科學技術水平的進步情況。深入研究電氣工程改造及其自動化趨勢，是企業未來發展的必然要求。面對電氣工程自動化改造活動，企業應加強多方面的調控管理，確保改造工程達到預期的成效，提升電氣工程的運行水平。

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[文章編號]1619-2737（2018）03-01-700