電氣自動化在電氣工程中的應(yīng)用

摘要：電氣工程中自動化應(yīng)用技術(shù)是指采用各種具有自動檢測和控制功能的裝置，對電力系統(tǒng)進行實時或遠程的自動調(diào)節(jié)、控制、管理和監(jiān)視，從而起到保證電力系統(tǒng)的供電的質(zhì)量和安全、經(jīng)濟運行的作用。隨著我們國家近些年來在經(jīng)濟上的迅猛發(fā)展和在技術(shù)上的不斷突破以及高新技術(shù)的引進，我國電氣工程自動化程度得到大幅度提升，這對工作在第一線的技術(shù)人員也提出了更高更多的要求；隨著電氣工程自動化技術(shù)在電力行業(yè)中的重要性與日俱增，我們應(yīng)該關(guān)注的就是如何根據(jù)電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計原則和發(fā)展趨勢，提高電氣工程中的自動化水平，進一步將電氣自動化應(yīng)用到電氣工程中。

關(guān)鍵詞：電氣工程；電氣自動化；微型計算機；電力系統(tǒng)；電網(wǎng)調(diào)度；分散測控系統(tǒng)

中圖分類號：TG502 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）05-0040-03

1 電氣工程以及電氣自動化的概念

電氣工程（Electrical Engineering，簡稱EE）是當今高新技術(shù)領(lǐng)域中舉足輕重的關(guān)鍵學(xué)科之一，更是現(xiàn)代科學(xué)研究領(lǐng)域中的熱門學(xué)科。最成功的例子就是電子通信技術(shù)的巨大進步推動了以計算機網(wǎng)絡(luò)為中心的信息時代的蓬勃發(fā)展，并且在根本上改變了人們的工作和生活模式。從某些層次上來講，電氣工程的發(fā)達程度甚至可以代表一個國家的科技進步水平。

電氣自動化（Electrical Automation）的專業(yè)全稱一般為電氣工程及其自動化，其應(yīng)用范圍涉及各行各業(yè)，小到電氣開關(guān)的設(shè)計，大到科技航天的研究，到處都有它的身影。電力的發(fā)展是促進生產(chǎn)和提高人們生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著電力應(yīng)用的不斷發(fā)展和深化，新時代背景下的電氣自動化進程成了國民經(jīng)濟和人民生活現(xiàn)代化的重要標志。

2 關(guān)于電氣工程與電氣自動化的設(shè)計原則及設(shè)計基礎(chǔ)特點

2.1 電氣工程中電氣自動化應(yīng)用的設(shè)計原則

電氣工程中電氣自動化應(yīng)用的設(shè)計原則，首先要最大限度滿足生產(chǎn)產(chǎn)品和工藝對電氣自動化的要求；在滿足自動化應(yīng)用的前提下，電氣自動化應(yīng)用的設(shè)計方案應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟；電氣自動化應(yīng)用的設(shè)計要妥善處理機械與電氣的關(guān)系。目前許多民用乃至高科技產(chǎn)品都是采用電氣自動化來實現(xiàn)具體應(yīng)用要求的，電氣自動化設(shè)計要從工藝要求、制造成本、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、使用維護便攜性等方面協(xié)調(diào)處理好相關(guān)的問題；在電氣自動化設(shè)計中要正確合理地選用電器元件，才能確保使用安全、可靠，使利用電氣自動化制造出來的產(chǎn)品除外觀造型美觀大方外，同時質(zhì)量可靠、操作智能安全、維護簡單

人性。

2.2 電氣工程設(shè)計中電氣自動化的設(shè)計思想基礎(chǔ)及其特點

首先，我們來看一下傳統(tǒng)的電氣工程中，傳統(tǒng)的電氣設(shè)備制造方法當中的計量、控制以及保護都是由一些完全獨立的配件來完成的，用戶需要的一些配電產(chǎn)品只是通過各個配件之間的連接以及功能配合來形成的。由于電氣自動化中微型計算機的引入，就形成了與微型計算機所對應(yīng)的自動化的控制系統(tǒng)，微型計算機通過硬件和軟件的組合使系統(tǒng)的控制和管理更加智能化和人性化，從而達到用戶的要求。最初的電氣設(shè)備電氣和自動化都是獨立的，也就是說是沒有任何的關(guān)聯(lián)，所以施工時就必須要求各個設(shè)備的專門工作人員到工作現(xiàn)場，然后根據(jù)規(guī)定的標準信號、管理原則將互相關(guān)聯(lián)的界面來劃分清楚，再進行有效地協(xié)調(diào)連接。

3 電氣自動化應(yīng)用的范圍及構(gòu)成形式

3.1 電氣工程中電氣自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)處理

電氣工程中電氣自動化系統(tǒng)的處理系統(tǒng)在電氣工程設(shè)施方面主要通過傳輸信號屏蔽、設(shè)備接地信號處理、選擇合適的抗干擾措施來實現(xiàn)。為了確保系統(tǒng)故障少、運行可靠、操作維護方便等，在電氣自動化設(shè)備選擇時，需要選擇相應(yīng)的經(jīng)過長期檢驗證明其性能穩(wěn)定可靠的設(shè)備來適應(yīng)電氣工程中現(xiàn)場的不同環(huán)境，保證系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行。

3.2 電氣工程中電氣自動化導(dǎo)入微型計算機應(yīng)用

由于電氣自動化中微型計算機的引入，使系統(tǒng)能夠完成自動記錄并分析電氣設(shè)施實際運轉(zhuǎn)情況的反饋，還可根據(jù)當前設(shè)施運行趨勢判定其誤差以及發(fā)展情況，收集運行過程中的數(shù)據(jù)并分析以及判斷誤差。增強軟件的循環(huán)查找和不同時間及環(huán)境狀況的統(tǒng)計分析，直接進行統(tǒng)計數(shù)據(jù)的波形分析。為方便管理、電氣工程中的電氣自動化應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)全程自動控制，還根據(jù)需要添加了必要的接口與界面，增強了系統(tǒng)的實用性。

3.3 電氣工程中電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.3.1 監(jiān)控方式的設(shè)計。電氣自動化中運用的這種集中監(jiān)控方式設(shè)計，具有運行穩(wěn)定、維護方便、控制系統(tǒng)的技術(shù)要求不高、系統(tǒng)容易設(shè)計等優(yōu)點。但由于這種方式是將系統(tǒng)的各個功能都集中到一個處理器進行優(yōu)化處理的設(shè)計特點，往往造成處理器所承擔(dān)的任務(wù)十分繁重，導(dǎo)致處理的效率受到影響。由于伴隨著監(jiān)控信息的大量增加以及電氣設(shè)備監(jiān)控的全面性要求，隨之而來的是系統(tǒng)冗余下降、電纜數(shù)量增加，設(shè)施處理信息能力嚴重滯后，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.3.2 電氣工程中現(xiàn)場總線監(jiān)控方式的設(shè)計。目前，有關(guān)于以太網(wǎng)（Ethernet）、現(xiàn)場總線等計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站工業(yè)自動化等綜合自動化系統(tǒng)中，智能化電氣設(shè)備的自動化進程進入了較快的發(fā)展時期?，F(xiàn)場總線監(jiān)控的設(shè)計形式使系統(tǒng)的應(yīng)用更加有針對性，可以根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的具體情況進行調(diào)節(jié)和配置。由于各個裝置設(shè)計的功能都是彼此獨立的，并且都通過網(wǎng)絡(luò)來進行連接控制，即使其中任何的一個裝置發(fā)生故障，影響的僅僅是相應(yīng)的元件，而不會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓。因此現(xiàn)場總線監(jiān)控的控制設(shè)計在電氣自動化中應(yīng)用最多，同時也是最優(yōu)的選擇。

3.3.3 電氣自動化中運用遠程監(jiān)控方式的設(shè)計。電氣自動化的應(yīng)用具有遠程監(jiān)控的作用，通過圖形化的自動化控制管理界面我們能夠及時、準確地保障電氣工程中各個設(shè)施的正確運行狀態(tài)，及時找出故障來源，同時這種控制應(yīng)用具有大量節(jié)約電纜、節(jié)省安裝費用、節(jié)約材料、穩(wěn)定性好、可靠性高、組態(tài)靈活的優(yōu)點，可大量節(jié)省需要投入的人力、物力和財力。

4 電氣自動化在電氣工程中的應(yīng)用

4.1 電網(wǎng)調(diào)度的自動化應(yīng)用

電氣工程中的電網(wǎng)調(diào)度自動化是指由電網(wǎng)調(diào)度中心的大屏幕顯示器、打印設(shè)備、工作站、計算機網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器等組成的自動化系統(tǒng)。其主要功能有：對電網(wǎng)運行的經(jīng)濟調(diào)度：針對電力市場的運營需求對電網(wǎng)運行情況及安全狀態(tài)進行分析、監(jiān)控、實時采集電力生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)、自動控制發(fā)電、對電力系統(tǒng)狀態(tài)進行實時評估、自動合理調(diào)度、對電力負荷進行預(yù)測；對電網(wǎng)運行狀態(tài)以及安全事故的處理和分析：電網(wǎng)中經(jīng)常會出現(xiàn)各種發(fā)生迅速且因素復(fù)雜的電力異常運行或者故障，如果判斷檢測不及時或處理措施不當，就可能會危及相關(guān)的設(shè)備安全甚至人身安全。通過電氣自動化在電氣工程中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)的安全運行實時監(jiān)測和分析，及時找出事故發(fā)生源并且提出科學(xué)的處理對策和采取相應(yīng)的措施，從而防止事故的發(fā)生或擴散，避免和降低事故的發(fā)生幾率。

4.2 發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)的自動化應(yīng)用

發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)具體是由以太網(wǎng)、過程控制單元、運行人員工作站、工程師工作站和高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)等組成，在實際的應(yīng)用過程中一般采取分層分布結(jié)構(gòu)。這里所說的過程控制單元既可以直接用于生產(chǎn)運行過程的單元，又可以直接接受熱電阻、熱電偶、電氣量、現(xiàn)場變送器、開關(guān)量和脈沖量等信號，并在運算處理完成以后，對設(shè)備的運行狀態(tài)和運行參數(shù)進行實時的畫面顯示、信號輸出和打印任務(wù)，以此來直接監(jiān)控執(zhí)行機構(gòu)，最終實現(xiàn)電氣自動化在電氣工程中應(yīng)用的生產(chǎn)過程的檢測、聯(lián)鎖保護與控制等方面的功能。

4.3 變電站電氣自動化及配電自動化應(yīng)用

變電站中自動化技術(shù)的應(yīng)用是指在變電站應(yīng)用信息處理技術(shù)和自動控制技術(shù)與傳輸技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，通過電氣自動化裝置或者計算機硬件系統(tǒng)，代替人工進行各種作業(yè)，提高變電站的運行效率和管理水平的自動化系統(tǒng)。從這方面來講，變電站中自動化技術(shù)的應(yīng)用目的主要是為了多層次、全方位地監(jiān)控變電站中各種電氣設(shè)備的運行及安全狀況來達到高效控制。其主要的特點有：以微機化的設(shè)備來替代之前使用的電磁式裝置，實現(xiàn)操作監(jiān)視的圖像化、智能化。伴隨著微機監(jiān)控技術(shù)變電站以及變電站中的繼電保護、自動測量設(shè)備、開關(guān)操作的遠動、遠程監(jiān)控設(shè)備、事故和設(shè)備故障的自動記錄設(shè)備等方面的設(shè)計應(yīng)用，變電站正逐漸向著綜合自動化方向發(fā)展。

5 電氣工程中電氣自動化應(yīng)用的優(yōu)勢

5.1 電氣工程中電力設(shè)備的在線監(jiān)測優(yōu)勢

隨著變壓器、短路器以及發(fā)電機等這些一次設(shè)備的應(yīng)用，往往需要對其中關(guān)鍵的參數(shù)進行不間斷的實時監(jiān)測，這就要求監(jiān)視設(shè)備不但能夠反饋在線運行狀態(tài)，同時也能夠?qū)υO(shè)備的一些重要的參數(shù)變化趨勢進行分析和預(yù)測，并判斷設(shè)備中發(fā)生故障的原因，以縮短設(shè)備的保養(yǎng)周期，延長設(shè)備的實際使用期限，同時也為電力設(shè)備的實時狀態(tài)檢修提供了必要的保障。

5.2 電氣自動化應(yīng)用下電氣工程中電力設(shè)備的智能化

一般情況下，電力系統(tǒng)中的一次設(shè)備與二次設(shè)備的安裝地點之間都要有一定的間隔，一般要求相隔幾十米，有的甚至是要求幾百米遠，兩者之間使用強信號電力電纜與大電流控制電纜來連接。在進行一次設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，往往要先考慮實現(xiàn)常規(guī)的二次設(shè)備的功能，這樣做顯然能夠節(jié)約大量的電力信號電纜和控制電纜。

6 結(jié)語

總而言之，電氣工程中電氣自動化的應(yīng)用是一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志。電氣自動化是現(xiàn)代電氣工程的支撐，也是所有工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)與原動力，隨著現(xiàn)代化、國際化和全球化的科學(xué)技術(shù)發(fā)展，電氣工程中電氣自動化的應(yīng)用也得到了十分迅速的發(fā)展，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各個學(xué)科和領(lǐng)域當中。所以我們應(yīng)該結(jié)合實際情況積極創(chuàng)新、廣開思路，為我國的電氣自動化在電氣工程中的應(yīng)用和發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻。

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作者簡介：胡克強（1974-），男（蒙古族），內(nèi)蒙古赤峰人，中冶天工上海十三冶建設(shè)有限公司寶鋼工程分公司高級工

程師。

（責(zé)任編輯：周 瓊）