電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用研究

周小祥，倪 飛

（1江蘇省揚(yáng)州技師學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225003）

（2江蘇省鹽城技師學(xué)院 江蘇 鹽城 224002）

0 引言

電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠在眾多工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域之中廣泛應(yīng)用，不僅能夠顯著提升電氣數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)度，還能夠?yàn)橄嚓P(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)部門帶來更多經(jīng)濟(jì)效益。因此在集中建設(shè)不同規(guī)模的電氣工程項(xiàng)目過程中，相關(guān)單位需要合理運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)資源和系統(tǒng)裝備，并對(duì)各項(xiàng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件功能和性能指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和量化統(tǒng)計(jì)分析[1]。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 信息集成速度快

在不同的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景中，電氣自動(dòng)化技術(shù)的信息集成速度相對(duì)較快，能夠高效運(yùn)用計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)中的相關(guān)功能，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算以及統(tǒng)計(jì)分析，還能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)指定工業(yè)系統(tǒng)中相關(guān)儀器設(shè)備的狀態(tài)量數(shù)據(jù)參數(shù)，確保儀器設(shè)備處于正常安全的運(yùn)行狀態(tài)之中[2]。尤其在電氣工程以及電力工程項(xiàng)目中，如圖1所示。電氣自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，能夠進(jìn)一步凸顯各類硬件設(shè)施和軟件資源之間的協(xié)同性，還能夠有效節(jié)省自然資源以及不可再生能源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的工程建設(shè)目標(biāo)。與此同時(shí)，電氣自動(dòng)化技術(shù)以及相關(guān)系統(tǒng)也能夠與眾多生產(chǎn)生活應(yīng)用場(chǎng)景相銜接，并對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息資源的采集和通信傳輸過程進(jìn)行安全監(jiān)控和量化統(tǒng)計(jì)分析，能夠快速界定超出預(yù)警范圍的計(jì)量參數(shù)指標(biāo)。尤其在構(gòu)建電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的過程中，電氣自動(dòng)化技術(shù)的信息集成速度更快，還能夠精準(zhǔn)適配不同工業(yè)生產(chǎn)以及加工制造管理模式的實(shí)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，為我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

圖1 電氣自動(dòng)化技術(shù)的廣泛性

1.2 自動(dòng)化控制操作精度較高

在眾多工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，電氣自動(dòng)化技術(shù)的自動(dòng)化控制操作精度相對(duì)較高，因此能夠間接推進(jìn)相關(guān)工程項(xiàng)目以及工業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新變革，但是對(duì)相關(guān)企業(yè)單位以及專業(yè)機(jī)構(gòu)的工作人員提出了更高的要求。尤其在現(xiàn)場(chǎng)部署和應(yīng)用總線系統(tǒng)的過程中，很多工業(yè)企業(yè)的電氣自動(dòng)化控制操作系統(tǒng)普遍存在較多技術(shù)難題和安全隱患因素，因此需要合理運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)資源和儀器儀表系統(tǒng)，才能快速界定各項(xiàng)自動(dòng)化控制操作模式的具體應(yīng)用流程和產(chǎn)品操作精度。電氣自動(dòng)化技術(shù)的整體控制操作精度相對(duì)較高，與其信息管理水平直接相關(guān)，還會(huì)間接受限于工業(yè)企業(yè)內(nèi)部橫向以及縱向管理模式的精確度[4]。因此在集中部署和應(yīng)用電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)裝備的過程中，相關(guān)生產(chǎn)管理部門的工作人員需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的通信數(shù)據(jù)接口以及語言規(guī)范內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格界定，才能充分凸顯電氣自動(dòng)化技術(shù)與電氣工程之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，還能夠顯著提升各項(xiàng)自動(dòng)化儀器設(shè)備的控制操作精度級(jí)別。

1.3 信息共享與交換機(jī)制較為完善

在電氣電力工程相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，信息共享以及數(shù)據(jù)交換機(jī)制能夠直接影響到不同生產(chǎn)管理部門之間的業(yè)務(wù)共享水平，因此也會(huì)間接限制工業(yè)企業(yè)內(nèi)部管理部門的各項(xiàng)業(yè)務(wù)工作流程完整性。因此相關(guān)企業(yè)和單位機(jī)構(gòu)需要合理運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)資源科學(xué)籌劃以及設(shè)計(jì)各項(xiàng)業(yè)務(wù)操作流程，才能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排以及低碳環(huán)保的生產(chǎn)管理目標(biāo)。電氣自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，能夠進(jìn)一步完善相關(guān)工業(yè)企業(yè)的信息共享與數(shù)據(jù)交換機(jī)制，還能夠及時(shí)構(gòu)建更加科學(xué)合理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，但是會(huì)直接受限于企業(yè)自身信息化建設(shè)管理水平以及信息素養(yǎng)能力水平，還會(huì)對(duì)電氣工程的各項(xiàng)實(shí)施目標(biāo)產(chǎn)生一定影響。信息共享與數(shù)據(jù)交換機(jī)制更加完善的電氣自動(dòng)化技術(shù)和管理系統(tǒng)，能夠呈現(xiàn)更加安全穩(wěn)定以及協(xié)同化的信息集成管理模式，能夠根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理需求，合理劃分各項(xiàng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息資源，確保企業(yè)各項(xiàng)業(yè)務(wù)流程以及數(shù)據(jù)集成結(jié)果的安全穩(wěn)定性。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 在發(fā)電廠中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用相對(duì)比較廣泛，其中在發(fā)電廠中的應(yīng)用，普遍集中在數(shù)據(jù)監(jiān)控、生產(chǎn)資源管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析以及過程監(jiān)督等相關(guān)系統(tǒng)單元之中，能夠協(xié)助相關(guān)單位機(jī)構(gòu)對(duì)發(fā)電廠中的生產(chǎn)物料以及能源轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和量化統(tǒng)計(jì)分析。如圖2所示，發(fā)電廠需要及時(shí)部署和應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)和自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置，對(duì)生產(chǎn)管理功能模塊以及運(yùn)行監(jiān)控功能模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，并確保電力生產(chǎn)狀況的穩(wěn)定性和安全性，還能夠快速收集相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息資源，對(duì)電氣工程建設(shè)指標(biāo)的完成情況進(jìn)行客觀評(píng)測(cè)和量化統(tǒng)計(jì)分析。發(fā)電廠的相關(guān)工作人員可以根據(jù)各項(xiàng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息了解到控制單元的運(yùn)行和動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，還能夠及時(shí)整合生產(chǎn)物料的庫存管理狀態(tài)，最大限度提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息資源的綜合利用率。在電氣工程相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，發(fā)電廠中的各項(xiàng)電氣自動(dòng)化技術(shù)資源能夠呈現(xiàn)分布式控制操作模式，也能夠間接限定生產(chǎn)操作空間內(nèi)的電力資源以及能源損耗比例，并呈現(xiàn)更加安全穩(wěn)定以及節(jié)能高效的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 輸配電自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 在變電站中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠在眾多電氣工程項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用，其中變電站是相對(duì)比較典型的代表，能夠直接限定系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行監(jiān)控參數(shù)以及人工操作控制模式的協(xié)同性，還需要最大限度提升變電站全微機(jī)化儀器設(shè)備的自動(dòng)操作控制精度[5]，如圖3所示。但是在不同建設(shè)規(guī)模的變電站工程項(xiàng)目中，電氣自動(dòng)化技術(shù)資源和自動(dòng)控制系統(tǒng)需要呈現(xiàn)不同功能和性能需求指標(biāo)，也需要對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行控制參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)定，還需要對(duì)分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System, DCS）技術(shù)平臺(tái)中的信息資源進(jìn)行監(jiān)控分析和運(yùn)行分析。在眾多變電站工程項(xiàng)目中，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制操作功能相對(duì)比較強(qiáng)大，還能夠適用于不同工業(yè)生產(chǎn)和加工制造場(chǎng)景之中，但是需要對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入形式進(jìn)行規(guī)范化處理，才能夠最大限度提升電力自動(dòng)化技術(shù)資源的綜合利用效率和安全質(zhì)量等級(jí)，還需要定期開展環(huán)境影響評(píng)價(jià)等相關(guān)質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作。在眾多變電站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程項(xiàng)目中，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的響應(yīng)靈敏度級(jí)別相對(duì)較高，因此能夠?qū)χ苓呍O(shè)備運(yùn)行操作環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)信息采集操作，但是需要對(duì)各項(xiàng)冗余數(shù)據(jù)信息資源進(jìn)行集中處理和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)分析。

圖3 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

2.3 在電氣工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)和控制系統(tǒng)也能夠在電氣工程設(shè)計(jì)工作過程中進(jìn)行廣泛應(yīng)用，但是需要對(duì)電路系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)中的相關(guān)理論基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)新整合，才能夠最大限度提升電氣系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行效率和安全性。相關(guān)工作人員在開展電氣工程設(shè)計(jì)工作的過程中，需要合理運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件和電氣自動(dòng)化技術(shù)資源，有效縮短整體電氣工程的設(shè)計(jì)周期，還能夠?qū)Ω黜?xiàng)設(shè)計(jì)元素的功能性能需求指標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)評(píng)測(cè)和量化統(tǒng)計(jì)分析。相關(guān)專業(yè)人員在進(jìn)行電氣工程設(shè)計(jì)工作的過程中，需要詳細(xì)分類不同功能系統(tǒng)中的電氣系統(tǒng)設(shè)備，并對(duì)電氣線路的具體敷設(shè)方向和安全隔離措施進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)定，避免影響到相關(guān)控制儀器儀表的安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。很多電氣工程項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)資源相對(duì)比較有限，因此設(shè)計(jì)師需要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，對(duì)不同時(shí)間段內(nèi)電氣系統(tǒng)設(shè)備和控制儀器儀表裝置的實(shí)際運(yùn)行功率以及能源損耗比例進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，才能進(jìn)一步提升電氣工程的整體生產(chǎn)管理質(zhì)量，還需要進(jìn)一步凸顯電氣工程設(shè)計(jì)中的功能結(jié)構(gòu)和安全架構(gòu)體系是否存在一系列弊病和通病問題，并需要根據(jù)實(shí)際情況給出更加科學(xué)合理的解決方案。

2.4 在電網(wǎng)調(diào)度中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)和控制系統(tǒng)也能夠在電網(wǎng)調(diào)度層面進(jìn)行廣泛應(yīng)用，其中繼電保護(hù)裝置以及運(yùn)行監(jiān)控裝置，都能夠呈現(xiàn)自動(dòng)化以及智能化的運(yùn)行控制操作模式，但是需要根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)應(yīng)用軟件基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)格以及技術(shù)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)配置，才能夠?qū)崿F(xiàn)更加節(jié)能高效的運(yùn)行目標(biāo)。如圖4所示，在進(jìn)行電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃以及資源調(diào)度工作的過程中，電力企業(yè)以及管理部門工作人員，需要充分重視電氣自動(dòng)化技術(shù)的核心軟件系統(tǒng)工具，是否能夠呈現(xiàn)安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，并需要?jiǎng)討B(tài)協(xié)調(diào)不同電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的資源沖突問題。很多電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的區(qū)域差異特征相對(duì)比較明顯，因此相關(guān)工作人員需要在執(zhí)行電網(wǎng)資源調(diào)度和運(yùn)行監(jiān)控分析工作的過程中，對(duì)不同網(wǎng)格地理區(qū)域之間三相電壓運(yùn)行不穩(wěn)定的安全風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行集中解決，還需要結(jié)合當(dāng)前天氣氣候條件和地理地質(zhì)條件因素的影響，對(duì)本區(qū)域內(nèi)的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行科學(xué)合理以及綜合性的電網(wǎng)資源調(diào)度操作。

圖4 企業(yè)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.5 在能源設(shè)備自動(dòng)化中的應(yīng)用

在電氣工程項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，能源設(shè)備的自動(dòng)化控制操作模式非常關(guān)鍵，也能夠直接影響到各類清潔能源設(shè)備以及生產(chǎn)原料的實(shí)際應(yīng)用效率，還需要對(duì)全自動(dòng)化的控制操作系統(tǒng)裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，才能夠高效率運(yùn)用太陽能工程、風(fēng)能工程等相關(guān)新能源系統(tǒng)。相關(guān)單位機(jī)構(gòu)需要進(jìn)一步提高各類新能源設(shè)備的綜合利用率，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)各類電器系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控力度，實(shí)現(xiàn)更加智能化的操作控制目標(biāo)。如圖5所示，尤其在引進(jìn)太陽能工程以及光伏發(fā)電技術(shù)的過程中，相關(guān)電力企業(yè)需要及時(shí)調(diào)整發(fā)電裝置和輸變電裝置之間的穩(wěn)定連接形式，避免影響到儲(chǔ)能設(shè)備以及充換電設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行操作狀態(tài)，若系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)異常的通信數(shù)據(jù)信號(hào)，則需要精準(zhǔn)定位到存在故障問題的通信鏈路之中，并對(duì)能源設(shè)備的自動(dòng)化告警和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)。充分提升電氣自動(dòng)化技術(shù)資源的綜合利用效率。

圖5 太陽能工程以及光伏發(fā)電技術(shù)原理圖

2.6 在管控一體化中的應(yīng)用

在電氣工程相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，管控一體化平臺(tái)是電氣自動(dòng)化技術(shù)資源的主要應(yīng)用方向之一，因此能夠直接影響到繼電保護(hù)裝置以及運(yùn)行監(jiān)控裝置的整體運(yùn)行效率，還會(huì)對(duì)電氣系統(tǒng)設(shè)備的故障檢修模式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。相關(guān)電力企業(yè)和單位機(jī)構(gòu)，在構(gòu)建管控一體化技術(shù)平臺(tái)的過程中，需要根據(jù)自身實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理需求，對(duì)各項(xiàng)電氣自動(dòng)化技術(shù)資源和儀器設(shè)備裝置進(jìn)行精細(xì)化管理和資源調(diào)度管理，還需要集中部署和應(yīng)用綜合遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)和在線檢修技術(shù)，才能充分保障管控一體化平臺(tái)中各項(xiàng)信息資源的真實(shí)性和有效性。相關(guān)企業(yè)單位需要進(jìn)一步優(yōu)化管控一體化信息平臺(tái)中的傳輸控制和通信鏈路，并需要對(duì)通信傳輸渠道進(jìn)行精細(xì)化管理，確保電氣系統(tǒng)設(shè)備以及控制單元能夠及時(shí)響應(yīng)管控一體化平臺(tái)中的請(qǐng)求和命令。在統(tǒng)一部署和應(yīng)用管控一體化平臺(tái)的過程中，相關(guān)電力企業(yè)和機(jī)構(gòu)部門需要保障各項(xiàng)電氣自動(dòng)化技術(shù)資源的完整性和真實(shí)有效性，避免影響到電氣工程建設(shè)指標(biāo)的可追溯性以及科學(xué)性。

2.7 在電廠分散測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

很多發(fā)電廠普遍選用分散式的測(cè)控系統(tǒng)，因此能夠直接影響到高速數(shù)據(jù)通信傳輸過程的安全性和穩(wěn)定性，還需要單獨(dú)配置以太網(wǎng)以及實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控工作站等基礎(chǔ)設(shè)施。相關(guān)單位機(jī)構(gòu)在部署和應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)資源的過程中，需要對(duì)分散式測(cè)控系統(tǒng)中的過程控制單元模塊進(jìn)行精細(xì)化管理，因此還需要對(duì)主控模塊以及輸入輸出模塊的邏輯控制規(guī)則進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)定。發(fā)電廠中的分散式測(cè)控系統(tǒng)裝置，需要呈現(xiàn)更加安全穩(wěn)定的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，因此需要對(duì)通信連接強(qiáng)度以及安全性進(jìn)行重點(diǎn)評(píng)測(cè)，還需要對(duì)過程控制單元的數(shù)字信號(hào)接收以及發(fā)送頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。除此之外，電氣自動(dòng)化技術(shù)在電廠分散測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，更偏向于運(yùn)行監(jiān)控，因此相關(guān)企業(yè)單位和技術(shù)管理人員，還需要重點(diǎn)整合生產(chǎn)管理體系中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息資源。

3 結(jié)語

綜上所述，為了滿足經(jīng)濟(jì)的發(fā)展就需要提高對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)和運(yùn)行模式的創(chuàng)新。而電力工程中電力電氣自動(dòng)化技術(shù)屬于一種獨(dú)特的技術(shù)，它對(duì)于整個(gè)電力工程的穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。在電力工程中電力電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可以保證整個(gè)企業(yè)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全。