電氣自動(dòng)化在電氣工程中融合運(yùn)用的分析

李鵬飛

（東營市人民醫(yī)院，山東東營 257091）

1 引言

在電力領(lǐng)域當(dāng)中，面向智能化、自動(dòng)化的電氣工程已經(jīng)成了主要的發(fā)展方向，我國現(xiàn)代電力企業(yè)應(yīng)當(dāng)緊跟社會(huì)時(shí)代發(fā)展的步伐，在電力工程當(dāng)中合理運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，利用電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電力工程的自動(dòng)化管理、集中化管理，這對于保證整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性是尤為重要的。

2 電氣工程與電氣自動(dòng)化技術(shù)概述

2.1 電氣工程概述

電氣工程與電能生產(chǎn)之間存在著密切的聯(lián)系，電氣工程主要應(yīng)用于電能的生產(chǎn)、傳輸及管理，如電力系統(tǒng)運(yùn)行、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備設(shè)計(jì)與運(yùn)行等。在電力領(lǐng)域當(dāng)中，電氣工程是尤為重要的組成部分。同時(shí)，伴隨著現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對電力能源的需求不斷擴(kuò)增，電力系統(tǒng)的運(yùn)行壓力不斷提升，而若想保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定地運(yùn)行，就必須對電氣工程提出更為嚴(yán)格的要求。現(xiàn)如今，電氣設(shè)備的容量大幅度提升，這就使得現(xiàn)代社會(huì)居民的用電需求能夠得到進(jìn)一步滿足，但容量的擴(kuò)增將會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性受到影響，故而為了保證電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，就必須加強(qiáng)對電氣工程的管理，促使電力企業(yè)能夠在保證供電質(zhì)量的同時(shí)，能夠正常使用電氣設(shè)備[1]。

2.2 電氣自動(dòng)化技術(shù)概述

電氣自動(dòng)化技術(shù)是一門綜合技術(shù)，其融合了電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及電氣工程專業(yè)相關(guān)知識，在電氣工程領(lǐng)域當(dāng)中應(yīng)用極為廣泛。在電氣工程領(lǐng)域當(dāng)中，電氣自動(dòng)化技術(shù)主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)的運(yùn)維當(dāng)中，其能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供良好的監(jiān)控、維護(hù)與管理能力，從而保證電力系統(tǒng)安全、高效、穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于電氣工程的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集、分析與整理方面，促使電力企業(yè)能夠直觀、全面、實(shí)時(shí)地掌握電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，同時(shí)將整理好的數(shù)據(jù)信息反饋給相關(guān)工作人員，相關(guān)工作人員便可根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)判斷電力系統(tǒng)中是否存在運(yùn)行故障問題，并根據(jù)對數(shù)據(jù)信息的分析判斷故障原因及故障點(diǎn)，從而及時(shí)制訂針對性的解決方案。由此可見，電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用特點(diǎn)主要體現(xiàn)在電氣工程運(yùn)行及生產(chǎn)中的信息處理方面[2]。

2.3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用優(yōu)勢

首先，在電氣工程中融入電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)能夠合理地調(diào)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，避免在電力運(yùn)輸過程中存在電力能源浪費(fèi)的現(xiàn)象，以實(shí)際的電力需求為基準(zhǔn)，以保證電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。其次，電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠提高電力工程的維護(hù)與檢修的質(zhì)量，能夠快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)當(dāng)中存在的運(yùn)行故障，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)散而導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到影響，從而保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全。最后，電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠幫助電力工程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，利用自動(dòng)化技術(shù)代替部分人力勞動(dòng)，減少人力控制過程中存在的工作失誤現(xiàn)象，這對提升電氣工程的管理效率與質(zhì)量是尤為重要的。

3 電氣自動(dòng)化在電氣工程中的融合運(yùn)用

3.1 在繼電保護(hù)裝置上的融合運(yùn)用

繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，其能夠?qū)崿F(xiàn)在電力能源生產(chǎn)、傳輸?shù)倪^程中對電力系統(tǒng)提供保護(hù)。實(shí)際上，在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，主要的工作設(shè)備包括一次設(shè)備和二次設(shè)備。一次設(shè)備主要提供監(jiān)控功能，是保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要設(shè)備，而二次設(shè)備的主要功能則是為電力系統(tǒng)提供保護(hù)功能的設(shè)備，而繼電保護(hù)裝置則屬于電力系統(tǒng)的二次設(shè)備[3]。繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)“三大防線”中的第一大防線，在其中融入電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能包括以下3 個(gè)方面：第一，故障元件切除功能。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置能夠快速識別故障問題、故障原因及故障點(diǎn)，并鎖定故障元件，將其從電力系統(tǒng)當(dāng)中切除，避免故障元件損害相鄰元件，從而避免故障進(jìn)一步擴(kuò)散，同時(shí)也能夠保證故障元件不會(huì)受到進(jìn)一步的損害。第二，能夠有效縮短停電時(shí)間。采用智能通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)對通信系統(tǒng)的創(chuàng)新與優(yōu)化，促使通信系統(tǒng)更快速、更高效、更便捷地傳遞信息，而在此基礎(chǔ)下融入繼電保護(hù)裝置能夠快速傳遞故障信息，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致停電時(shí)，繼電保護(hù)裝置能夠快速對電力系統(tǒng)故障點(diǎn)進(jìn)行分析與處理，且在處理完成之后，采取預(yù)定措施快速恢復(fù)供電，大幅度縮短停電時(shí)間。第三，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)聯(lián)合進(jìn)行故障檢測。實(shí)際上，雖然在繼電保護(hù)裝置中融入了電氣自動(dòng)化技術(shù)，但并不是所有的檢測與故障分析問題均需要依靠電氣自動(dòng)化技術(shù)來完成，當(dāng)存在一些電氣自動(dòng)化技術(shù)無法處理的故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置將會(huì)發(fā)出預(yù)警信號，提醒相關(guān)工作人員電力系統(tǒng)中存在故障問題，而此時(shí)，繼電保護(hù)裝置會(huì)結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況及元件的危害程度對電力系統(tǒng)進(jìn)行延時(shí)控制，避免繼電裝置出現(xiàn)誤動(dòng)的問題而影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

在繼電保護(hù)裝置上融合運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)主要從以下幾方面進(jìn)行：

首先，可增設(shè)瓦斯保護(hù)裝置。若電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，短路電流將會(huì)產(chǎn)生熱量，而此時(shí)熱量將會(huì)傳遞到電力系統(tǒng)的變壓器當(dāng)中，變壓器的油箱將會(huì)產(chǎn)生熱化學(xué)反應(yīng)，在熱化學(xué)反應(yīng)的過程中將會(huì)產(chǎn)生氣體，在內(nèi)外壓差的作用下氣體將會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，瓦斯保護(hù)裝置則是利用氣體的運(yùn)用對電力設(shè)備提供保護(hù)。圖1 為瓦斯保護(hù)原理圖。

圖1 瓦斯保護(hù)原理圖

當(dāng)內(nèi)部氣體為250~300 cm3時(shí)，輕瓦斯動(dòng)作于發(fā)生信號；當(dāng)內(nèi)部氣體為0.7~1.2 m/s 時(shí)，動(dòng)作于跳閘。

其次，可增設(shè)變壓器的過電流保護(hù)。電流保護(hù)裝置主要安裝于電源側(cè)，當(dāng)電力系統(tǒng)存在過電流問題時(shí)，將會(huì)觸發(fā)變壓器兩端的斷路器，而此時(shí)，斷路器將會(huì)跳閘，將變壓器從電力系統(tǒng)當(dāng)中脫離。變壓器的過電流保護(hù)能夠及時(shí)探測出電力系統(tǒng)中的短路電流，并自發(fā)地對變壓器提供保護(hù)。圖2 為過電流保護(hù)裝置原理圖。

圖2 電流保護(hù)裝置原理圖

3.2 在監(jiān)控設(shè)計(jì)中的融合運(yùn)用

在電氣監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中融入電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠進(jìn)一步擴(kuò)增監(jiān)控的范圍及功能，能夠更好地掌握電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，這對于保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全是十分重要的。總體而言，在電氣監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中融入電氣自動(dòng)化技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)的是對發(fā)電機(jī)-變壓器組、高壓廠用工作及備用電源、主廠房內(nèi)低壓廠用變壓器、輔助車間低壓廠用變壓器、PC 至MCC 電源設(shè)備、單元程控電動(dòng)機(jī)、保安電源、直流系統(tǒng)及交流不停電電源等的控制，通過電氣自動(dòng)化技術(shù)與DCS 控制系統(tǒng)的融合應(yīng)用進(jìn)一步提升電氣監(jiān)控系統(tǒng)的管理能力。DCS 控制系統(tǒng)是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的集散控制系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)分散控制、集中管理，能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣設(shè)備的自動(dòng)控制。對于發(fā)電機(jī)-變壓器組而言，主要是將DCS 控制系統(tǒng)與電氣自動(dòng)化技術(shù)向融合，從而實(shí)現(xiàn)對斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備的管理；對于高壓廠用工作及備用電源而言，主要是對變壓器及變壓器自動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行監(jiān)督，且能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)信息的采集；對于主廠房內(nèi)低壓廠用變壓器而言，主要是對保護(hù)裝置、設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行信號進(jìn)行管理，同時(shí)對設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，并對6 kV 和380 V 側(cè)斷路器進(jìn)行控制。

電氣監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控功能主要包括數(shù)據(jù)采集與處理、監(jiān)控與報(bào)警、控制和操作、控制切換及人機(jī)接口管理。數(shù)據(jù)采集主要是對電力系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行那個(gè)收集，通過I/O 測控單元進(jìn)行事件、故障、狀態(tài)信息的采集，通過電氣自動(dòng)化技術(shù)的融合，能夠幫助電氣監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定時(shí)采集、越線報(bào)警、追憶記錄等功能，通過分析收集到的數(shù)據(jù)，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的有功電度和無功電度進(jìn)行分析，根據(jù)PT 好CT 二次變比脈沖分析電度脈沖量。監(jiān)控與報(bào)警功能主要是根據(jù)對電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的收集，分析電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并將電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)利用LCD 液晶顯示器呈現(xiàn)給相關(guān)工作人員，相關(guān)工作人員可在LCD 顯示器上對指定設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤監(jiān)控。操作和控制包括單元控制室控制和后備手動(dòng)控制，單元控制室操作人員利用DCS 控制系統(tǒng)給電氣監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)操作指令，包括斷路器的啟閉、接觸器的啟閉、電源切換等，而DCS 控制系統(tǒng)板根據(jù)指令對斷路器、接觸器及電源進(jìn)行操作。后備手動(dòng)控制的功能主要包括狀態(tài)顯示、操作權(quán)限限制、標(biāo)牌功能、信息提示功能、數(shù)據(jù)輸入功能及操作記錄功能等。

此外，電氣監(jiān)控系統(tǒng)的通信主要是利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，利用一臺通信網(wǎng)關(guān)將電氣控制系統(tǒng)以太網(wǎng)與DCS 控制系統(tǒng)以太網(wǎng)連接在一起，實(shí)現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)與DCS 控制系統(tǒng)的信息傳遞，圖3 為電氣控制系統(tǒng)與DCS 控制系統(tǒng)的連接示意圖。

圖3 電氣控制系統(tǒng)與DCS 控制系統(tǒng)的連接示意圖

4 結(jié)語

綜上所述，電力企業(yè)若想保證自身的可持續(xù)發(fā)展，就必須在電氣工程當(dāng)中合理地融入電氣自動(dòng)化技術(shù)，利用電氣自動(dòng)化技術(shù)對數(shù)據(jù)信息自動(dòng)收集、分析與處理的功能加強(qiáng)對電力系統(tǒng)的保護(hù)與監(jiān)控，從而保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程當(dāng)中主要應(yīng)用于繼電保護(hù)裝置與電氣監(jiān)控系統(tǒng)，在繼電保護(hù)裝置中，可利用瓦斯保護(hù)裝置、過電流保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)對整個(gè)電力系統(tǒng)的保護(hù)；在電氣監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與DCS 控制系統(tǒng)的連接，從而實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控與管理。