電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用分析

曹大方++石毅

[摘 要]電氣自動(dòng)化技術(shù)作為從電氣工程技術(shù)發(fā)展出來(lái)的并與電子與信息技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái)的一門電氣工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)科。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，電氣自動(dòng)化技術(shù)在國(guó)民生產(chǎn)中各個(gè)部門和領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]電氣工程 ； 自動(dòng)化技術(shù)； 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM1-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）27-0023-01

引言

隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，如何進(jìn)一步提升電氣自動(dòng)化控制的安全與穩(wěn)定以及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，這是目前對(duì)于電氣自動(dòng)化技術(shù)研究的重點(diǎn)。

1.電氣自動(dòng)化以及電氣工程的相關(guān)概念

電氣工程是當(dāng)今高新技術(shù)領(lǐng)域舉足輕重的關(guān)鍵學(xué)科之一，更是目前科學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱門專業(yè)。其中電氣工程中最成功的莫過(guò)于計(jì)算機(jī)的發(fā)明，推動(dòng)了人類的文明進(jìn)入了信息時(shí)代。計(jì)算機(jī)不僅改變可時(shí)代發(fā)展模式，更改變了我們的生活模式。由此可見，電氣工程的發(fā)達(dá)程度某種程度上顯示出了一個(gè)國(guó)家的科技進(jìn)步水平。

電氣自動(dòng)化是電氣工程中的一個(gè)分支，全稱為電氣工程及其自動(dòng)化，其在各個(gè)行業(yè)都有著非常廣泛的應(yīng)用，小到家庭電路的設(shè)計(jì)，大至航天事業(yè)的發(fā)展，無(wú)處都有它的身影。電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展不但可以提高人們生活方式，更可以帶動(dòng)國(guó)家以及民族的振興，因此電氣工程應(yīng)予以足夠的重視，更是電力行業(yè)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的保障。

2.電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷史分析

2.1 全控型電力電子開關(guān)

晶閘管雖然是第一代電子電力器件，但仍沿用至今；隨后全控制式器件相繼出現(xiàn)在交流變頻技術(shù)之后，這是電力電子器件的第二代器件；復(fù)合型電力電子器件IGBT和MGT這一類可以稱為第三代器件；最后，第四代電力電子器件是功率集成電路，PIC。

2.2 低頻電路發(fā)展為高頻電路

電力電子器件的發(fā)展，導(dǎo)致變換器電路換代，但是用于普通晶閘管時(shí)，直流變換器主要是整流相互控制，交流變頻傳動(dòng)則是交流—直流—交流變頻器。當(dāng)PWM變換器發(fā)展到第二代電力電子器件時(shí)，采用也相應(yīng)增多。在其發(fā)展過(guò)程中，PWM存在很多缺陷，所以有了低頻向高頻發(fā)展的電路。

2.3 投入使用的通用變頻器

在經(jīng)歷了第一代功能型U/F控制類型、高功能型第二代U/F型和高動(dòng)態(tài)性能的變頻器之后，通用變頻器正式投入使用。

3.在電氣工程中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用

3.1 電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)化應(yīng)用

電氣工程中的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器等組成的自動(dòng)化系統(tǒng)。其主要功能有：對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)調(diào)度：針對(duì)電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)需求對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行情況及安全狀態(tài)進(jìn)行分析、監(jiān)控、實(shí)時(shí)采集電力生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)、自動(dòng)控制發(fā)電、對(duì)電力系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估、自動(dòng)合理調(diào)度、對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)；對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)以及安全事故的處理和分析：電網(wǎng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種發(fā)生迅速且因素復(fù)雜所導(dǎo)致的電力異常運(yùn)行或者故障，如果判斷檢測(cè)不及時(shí)或處理措施不當(dāng)，就可能會(huì)危相關(guān)的設(shè)備安全甚至人身安全。通過(guò)電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，并且及時(shí)找出事故發(fā)生源并且提出科學(xué)的處理對(duì)策和采取相應(yīng)的措施，從而防止事故的發(fā)生或擴(kuò)散，避免和降低事故的發(fā)生幾率。

3.2 發(fā)電廠分散測(cè)控系統(tǒng)的自動(dòng)化應(yīng)用

發(fā)電廠分散測(cè)控系統(tǒng)具體是由以太網(wǎng)、過(guò)程控制單元、運(yùn)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(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中一般采取分層分布結(jié)構(gòu)。這里所說(shuō)的過(guò)程控制單元即可以直接用于生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程的單元，并可以直接接受熱電阻、熱電偶、電氣量、現(xiàn)場(chǎng)變送器、開關(guān)量和脈沖量等信號(hào)，并在運(yùn)算處理完成以后，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的畫面顯示、信號(hào)輸出和打印任務(wù)，以此來(lái)直接監(jiān)控執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化在電氣工程中應(yīng)用的生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、聯(lián)鎖保護(hù)與控制等方面的功能。這樣能大大提高運(yùn)行人員的勞動(dòng)效率，并能準(zhǔn)確、及時(shí)將各個(gè)設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)及時(shí)反饋至后臺(tái)，更好的保證發(fā)電廠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 變電站電氣自動(dòng)化及配電自動(dòng)化應(yīng)用

變電站中自動(dòng)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(dòng)控制技術(shù)與傳輸技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，通過(guò)電氣自動(dòng)化裝置或者計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，代替人工進(jìn)行各種作業(yè)，提高變電站的運(yùn)行效率和管理水平的自動(dòng)化系統(tǒng)。從這方面來(lái)講，變電站中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用目的主要是為了多層次、全方位的來(lái)監(jiān)控變電站中各種電氣設(shè)備的運(yùn)行及安全狀況，來(lái)達(dá)到高效控制。其主要的特點(diǎn)有：以微機(jī)化的設(shè)備來(lái)替代之前使用的電磁式裝置，實(shí)現(xiàn)操作監(jiān)視的圖像化，智能化。伴隨著微機(jī)監(jiān)控技術(shù)變電站中，以及變電站中的繼電保護(hù)、自動(dòng)測(cè)量設(shè)備、開關(guān)操作的遠(yuǎn)動(dòng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備、事故和設(shè)備故障的自動(dòng)記錄設(shè)備等方面的設(shè)計(jì)應(yīng)用，變電站正逐漸向著綜合自動(dòng)化方向進(jìn)行發(fā)展，110kV及以下變電站已逐漸實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

4.電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)及其趨勢(shì)分析

4.1 電力一次設(shè)備的在線檢測(cè)

對(duì)汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、開關(guān)、斷路器、變壓器等電力一次設(shè)備的重要運(yùn)行參數(shù)實(shí)行不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不但能夠監(jiān)視設(shè)備在線運(yùn)行狀態(tài)，還可以分析相關(guān)重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，判斷是否存在發(fā)生故障的可能性，進(jìn)而延長(zhǎng)設(shè)備的保養(yǎng)周期，提高其利用率，也為該電力設(shè)備從定期檢修向狀態(tài)檢修過(guò)渡提供了充足的保障。

4.2 光電式電力互感器

按照一定的比例關(guān)系把輸電線上的大電流數(shù)值和高電壓降低到標(biāo)準(zhǔn)值是電力互感器的重要作用。但其缺點(diǎn)也不容忽視，即：電壓等級(jí)越高，絕緣難度越大，且設(shè)備的質(zhì)量和體積也越大；互感器輸出的信號(hào)不能與微機(jī)化計(jì)量及保護(hù)設(shè)備直接接口；其信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍較小，電流互感器達(dá)到飽和狀態(tài)甚至引起信號(hào)畸變的幾率越大。與此同時(shí)，新研制的光電式電力互感器也存在不少技術(shù)難題，其輸出的信號(hào)有限，電磁絕緣、兼容、耐環(huán)境程度以及電子電路的供電電源等是其面臨的主要技術(shù)難題，也是光電式電力互感器的未來(lái)主攻方向。

4.3 單片機(jī)、集成電路及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展

以MCS-51為代表白8位機(jī)雖然仍占主導(dǎo)地位，但功能簡(jiǎn)單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)及CMS97C系列單片機(jī)等正在推廣，而且單片機(jī)的應(yīng)用范圍已開始擴(kuò)展至智能儀器儀表或不太復(fù)雜的工業(yè)控制場(chǎng)合以充分發(fā)揮單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)另外，單片機(jī)的開發(fā)手段也更加豐富，除用匯編語(yǔ)言外，更多地是采用模塊化的C語(yǔ)言、PL/M語(yǔ)言。在集成電路方面，需要重點(diǎn)說(shuō)明的是集成模擬乘法器和集成鎖相環(huán)路及集成時(shí)基電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)中運(yùn)用很廣。在電機(jī)控制方面，還有專用于產(chǎn)生PWM控制信號(hào)的HEF4752、TL494、SLE4520和MA818等應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。

5.結(jié)語(yǔ)

在科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，重視電氣工程以及自動(dòng)化技術(shù)的研究是非常必要的。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣自動(dòng)化技術(shù)必將向著更為先進(jìn)的方向發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛，很大程度上促進(jìn)了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。我們要積極關(guān)注并吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，根據(jù)實(shí)際，開拓新理論、新技術(shù)的運(yùn)用思路，為我國(guó)的電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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