電氣自動化技術在電力系統中的應用

陳海遠，顧雅青

(山東華宇工學院，山東 德州 253034)

我國很多行業向信息化、智能化方向發展。為滿足社會發展需要，電力行業也要與時俱進，提高信息化水平。從電力行業實際發展來看，其生產過程中對資源的消耗及污染物的排放對環境造成了不良影響。為實現節能減排，電力行業需提高系統運行效益，降低能源消耗，減少排放。電氣自動化技術的應用，可以較好地提高電力系統運行效益。為促進電力系統良好的運行，促進電能生產各項環節的優化，我國電力系統逐漸探索運用電氣自動化技術，實現了對系統信息元的定向控制，利用其數據采集及分析功能，實現了對電力系統實際運行情況的有效監測與管理，通過各項技術的運用，實現了技術分析與控制，加強了對故障的及時診斷與處理，為電網安全運行提供了保障。

1 電氣自動化技術

自動化技術不斷發展，已經形成了較為穩定成熟的發展模式，在電力系統運行中發揮了重要作用，包括用電控制、用電監測及安全管理等。自動化技術已被應用于電力系統中，包括技術改造、產品開發、設備安裝、調試、維護及技術管理等。電氣工程自動化技術是多項技術的集合，包括智能仿真技術、電子信息技術、計算機網絡技術等，符合我國電力工程智能化發展的要求，實現了電力系統運行的自動化、智能化。電力系統的運行較為復雜，對各項工序的開展要求較高，要對電能生產的各項環節進行有效控制與管理，因此自動化技術在其中發揮著重要作用，推動了發電、輸電、變電、用電等各項環節的穩步運行，促進了優質電能的生產與消費。

2 電氣自動化技術對電力系統的作用

2.1 優化電力系統數據收集與仿真工作

對電力系統的實際運行情況進行實時仿真分析，為系統的進一步運行提供數據支持，提升系統仿真分析效率。利用自動化數據收集與分析，保證系統處于穩定的運行狀態，設計電力系統運行同步實驗，為系統運行提供精準數據分析模式，提升電力系統運行的準確性與精準性。通過電氣自動化技術對電力系統運行情況進行測試分析，提升了系統工作效率，促進了電力系統的運行優化。

2.2 促進電力服務智能化發展

社會發展對電力資源的需求逐漸多元化，這對電力系統運行效率提出了更高的要求，要求電力系統作業過程中不斷構建并優化服務模式，更好地提升電力系統的安全性。將電力自動化技術運用到電力系統智能化管理模式中，能夠不斷優化系統設計，令設備實際運行情況與生產需求相結合，提升各項電力裝置運行的精準性，與傳統作業模式相比具有顯著的應用優勢，可及時發現電力系統運行故障，并予以快速處理，提升電力系統運行的穩定性、精準性與科學性，更好地滿足社會生產對電力資源的需求。

3 電氣自動化技術在電力系統中的應用

將電氣自動化技術應用于電力系統中，可不斷改進原有工作方式，促進電力系統高效運行。

3.1 電力系統裝置速度控制

對電力系統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型曲線調速方法，保證運行過程的平穩性。采用變極調速、變頻調速兩種調速方式，具有傳統調速技術無可比擬的應用優勢，在運用過程中將各項參數輸入其中，利用變頻器進行運行處理，其中各項參數數值設置如表1。

表1 電力系統裝置速度參數設置情況Tab.1 Speed parameter setting of power system device

3.2 控制系統設計

優化電氣系統設備設計，采用西門子S7 1518-4 PN/DP作為電氣控制系統主控器件，具有百兆級背板總線，確保極端響應時間，具備良好的通信溝通能力。CPU本體具有3個以太網網段，對運行數據具有125us PROFINET數據刷新時間，能夠實現對大量信息數據的有效處理與應用。系統運行過程中具備PROFIBUS-DP、PROFINE兩種不同的控制網絡架構，顯著提升了數據運算能力與響應速度。電力系統子站控制箱采用西門子ET200S系列產品，利用IM151-3PN網關將數據接入PROFINET網絡，包括條碼識別器、變頻器、操作員終端操作數據等。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，在控制箱內安裝控制器件。對于其他部分則運用24V控制卡進行數據運行管理，通過以太網接口的運用，實現調度計算機與電控系統之間的數據通信管理。

3.3 控制系統配置

對電力系統運行構建相應的配置方式，將自動化技術運用其中，優化控制系統分布式I/O模塊、主控制柜、智能設備控制器、配電柜、控制接口組件布置與分析。對于現場電源采用三級供電管理方式，結合電力系統運行情況設置相應的管理方式，分別為第一級到第三級。電力傳輸過程中進行必要的保護，設置獨立的接地保護線。作業過程中對此構建重復使用方式，避免出現保護線斷線的現象。

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，在電力系統作業中采用50 Hz±1 Hz、380 VAC±38 VAC的用三相五線制作業方式。對系統運行標出相應的電路電纜參數，保證各路開關狀態運行良好，設置不同的隔離開關，安裝電流表、電壓表，對電力系統的實際運行情況進行監測分析，從而及時監測系統運行過程中可能出現的一些故障與問題，并及時予以處理。

3.3.2 主控制柜

設置單開門結構的主控制柜，電源柜輸入380 V動力電，其中電路中輸出一路轉化為24 V直流電源，為電力系統中的其他設備提供電力支持。三相動力電源的運用能夠為電機、變頻器的運行提供發展助力，通過電動輥筒控制，將三相380 V電源通過三相開關電源轉變為24 V直流，并采集系統運行中的各項數據。系統控制中心為控制柜內PLC主控制器，能夠采集并分析系統運行中的各項數據，對各項數據進行有效管理與輸出。

將得到的各項數據與調度計算機、終端、子站模塊進行共享，分析系統運行中的信號是否正常，進行故障檢測、診斷與分析。對電源控制開關進行必要的保護，并設置電源指示、急停按鈕、故障指示等，構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，同時對系統運行情況進行擴展作業，對電壓等級進行排序管理。通過接線端子引出系統的外部設備接線，保證設備運行過程中接地。對PLC供電過程中，對電源運行設計獨立的變壓裝置，避免運行過程中受到電網波動干擾。

3.3.3 現場控制箱

加強電力系統現場控制箱的有效運行管理，在系統中適當安放現場控制箱，對系統運行構建自動化運行維護方式。在控制箱內部設置ET200S系列I/O模塊，利用IM151-3PN網關實現不同信號之間的有效接入與管理，包括主控制器與PROFINET總線數據。由此實現對現場設備實際運行情況的有效監控與管理，促進系統設備的有效安裝與維護。對系統運行構建分散控制管理方式，利用I/O模塊設置，加強對設備實際運行情況的有效檢測、分析與維護，如光電開關、接地開關等，實現對現場實際運行情況的自動監測。

3.4 電力計算機系統設計

電力計算機系統運行過程中，設置自動化數據存儲與調度模式，加強上端與下端數據之間的有效聯合與溝通，上端數據與電力生產調度平臺進行數據互通，下端運行則與設備實時運行相連接。接收并管理系統運行中的各項數據，實現各種物料的集中統一管理與精準調度，更好地滿足當前電力系統的自動化運行需求。構建自動化存儲和出入庫自動化設備，實現各項物料的統一搬運與有效調度，實現對倉庫信息的集中統一管理，包括各種表計的存儲、管理、周轉等，從而在系統內部構建統一的物流管理運行方式。將管理的各項數據與電力生產調度平臺進行數據對接，構建計量資產倉儲與輸送過程的自動化運行方式，從而提升各項作業的運行效率。

3.5 電能生產倉庫管理模塊

電能生產倉庫管理模塊的構建目的是對系統中的電能生產物料與倉庫構建整體的信息化運行管理方式，實現物料與倉庫貨位之間的有效對接管理，實現貨物的自動化入庫，從而精準反映出貨物運行的各種狀態，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建自動化管理機制，及時監測并反映物料使用情況，分析物料使用過程中是否出現擠壓或短缺現象，從而為企業生產運行提供精準的數據支持。數據管理模塊運行過程中，設置多種存取策略與接口管理方式，構建針對物流體系的支持平臺。

對系統運行設置相應的接口管理模塊，實現計算機系統與其他相關系統的有效集成，包括檢定系統、上位生產調度平臺等，對電力系統運行中的生產調度系統構建相應的管理方式，包括檢定計劃、出入庫單據管理、表計基礎信息管理等，為生產調度系統運行提供相應的反饋信息，實現電力系統運行各項信息的自動流轉，對系統信息進行有效追蹤與管理。

3.6 調度控制模塊

對電力系統的實際運行情況構建相應的調度控制管理模塊，以此連接物流管理層與設備執行層。對電力系統運行下達作業任務，并對具體的作業任務進行分解，構建統一的調度管理流程，對各項物流環節進行有效監控與管理，通過對象轉換插件的方法，對不同設備構建相應的管理方式，構建集中控制運行管理模式，實現對電力系統運行狀態的有效監控與管理，包括設備運行情況的監控、報警情況的顯示、日志信息內容的記錄等。

調度控制系統結合收集到的各項信息進行集中分析，得出系統運行的接入庫指令，并對各項任務內容進行集中管理與控制，包括出入庫指令的管理及設備執行命令的下達等。實現對設備實際運行情況的監測與分析，結合得到的各項數據分析任務執行情況，對管理人員開通相應的管理權限，優化日志管理方式。調度監控管理中，對設備運行中間區域的設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。對系統設備的實際執行情況構建相應的管理與運行方式，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容，優化系統調度管理。

4 結語

電氣自動化技術的運用能夠有效提升電力系統運行效果，為社會運行提供穩定的電力資源，為電力行業的進一步發展創造良好的經濟效益。