關于電氣自動化在電氣工程中的應用分析

【摘 要】電力是滿足人類生活及生產(chǎn)的物質(zhì)基礎，在電力已經(jīng)得到廣泛應用且需求量不斷增長的現(xiàn)代社會，電氣工程研究也在持續(xù)深入中。電氣自動化技術屬于一種高新技術，已經(jīng)在國防、農(nóng)業(yè)及工業(yè)領域中得到廣泛應用，我國開始應用電氣自動化技術的時間為20世紀中葉，經(jīng)過多年的發(fā)展該技術已經(jīng)有了很大的突破。本文分析了電氣自動化技術的發(fā)展現(xiàn)狀，同時探討了電氣自動化在電氣工程中的應用情況，包括分散控制系統(tǒng)在發(fā)電廠中的應用，微機保護系統(tǒng)在變電站中的應用，中間件技術在電網(wǎng)調(diào)度中的應用。

【關鍵詞】電氣工程；電氣自動化；應用

電氣自動化是電氣工程領域的研究熱點，其 研究范圍包括網(wǎng)絡自動化控制技術、電機電器信息控制技術、計算機科技技術及電子技術等，因此電氣自動化具有較強的綜合性，在電氣工程中應用電氣自動化技術時應考慮多種因素[1]。本文結合實踐經(jīng)驗對電氣工程當中應用電氣自動化技術的相關問題進行了探討，旨在加快電氣工程的發(fā)展。

1.電氣自動化技術的發(fā)展現(xiàn)狀

從目前的情況來看，電氣自動化已經(jīng)與人工智能及IT技術實現(xiàn)融合，且可以應用于開放式信息平臺中。（1）電氣工程中應用的多種儀器儀表，包括控制器、傳感器、執(zhí)行器等均有效融合了IT技術與自動化控制技術，隨著多媒體及網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展， 電氣自動化領域中所使用的IT技術也將會變得更多，發(fā)展前景非常廣闊。（2）將人工智能技術與電氣自動化技術融合在一起，能夠有效提高電氣自動控制的智能化水平。近年來電氣工程中應用的CAD技術等均實現(xiàn)了人工智能化與電氣自動化之間的結合，此類技術不但能夠?qū)崿F(xiàn)電氣設備故障的自動化監(jiān)測及診斷，有效保護電氣產(chǎn)品及實現(xiàn)序列化控制，同時還可以采用人工化智能技術優(yōu)化電氣控制系統(tǒng)，包括設計電機系統(tǒng)及電流系統(tǒng)等[2]。（3）在應用開放式信息平臺方面，電氣自動化控制系統(tǒng)可采用IEC61131標準平臺或Window標準平臺，應用標準平臺可以縮短系統(tǒng)升級的周期，提高自動化控制效率并實現(xiàn)電氣工程控制編程的統(tǒng)一化，對于電氣自動化技術與電氣工程的發(fā)展均具有重要意義。

2.電氣自動化在電氣工程中的應用

2.1分散控制系統(tǒng)在發(fā)電廠中的應用

分散控制系統(tǒng)（DCS）充分融合了自動控制技術、通信技術、計算機科技技術及顯示技術，具有可靠性高、監(jiān)視及擴展性能好及編程容易等優(yōu)點，是一種常見的電氣自動化技術，目前該技術在發(fā)電廠中得到了廣泛應用。某發(fā)電廠在設計自動化管理系統(tǒng)時將電廠網(wǎng)孔及機組部分納入了DCS設計中，同時取消了原有的網(wǎng)控室，利用中心控制室實現(xiàn)全過程控制，同時利用NCS控制及檢測電氣系統(tǒng)及升壓站。具體應用情況如下：（1）DCS的系統(tǒng)構成。該系統(tǒng)由操作員站、端子柜、擴展式繼電器柜、控制站組成，數(shù)量分別為2個、1個、1個、1個。在連接系統(tǒng)中的A網(wǎng)及B網(wǎng)時主要采用總線連接的方式，連接后保證系統(tǒng)中的各個部分能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一運作且具有一定的獨立性，系統(tǒng)中的C網(wǎng)為信息網(wǎng)，通過C網(wǎng)可以有效連接IP通信協(xié)議及DCS控制下的單元機組，并保證NCS的OPU端與NCS的OPU端實現(xiàn)連接，連接后可使發(fā)電廠中的整個DCS系統(tǒng)能夠共享各類通信數(shù)據(jù)。（2）DCS自動化控制的實現(xiàn)方式[3]。該發(fā)電廠中的DCS系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制的核心為基礎通信網(wǎng)絡，通信網(wǎng)絡能夠?qū)v史數(shù)據(jù)庫（HSU）、實時控制單元（DPU）、共層師站（ENG）及操作員站（OPU）連接在一起，上述子單元的節(jié)點被連接在一起后能夠保證順利實現(xiàn)高速傳遞實時數(shù)據(jù)、組態(tài)信息及各類控制指令。傳輸信息的介質(zhì)為同軸電纜，管理信息傳遞的方式為以太網(wǎng)，利用以太網(wǎng)結構傳輸數(shù)據(jù)時采用CSMA/CD方式，經(jīng)試運行后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的通信傳輸速率可達到10Mb/s。

2.2微機保護系統(tǒng)在變電站中的應用

在建設變電站自動化系統(tǒng)時可采用微機保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)控制基礎為微機保護，在應用該自動化系統(tǒng)時可以有效結合自動化測量、控制及保護。以110kV變電站為例，在應用微機保護系統(tǒng)時需要做好以下工作：（1）監(jiān)控系統(tǒng)。為了滿足變電站的無人值班管理需求，通常需要采用設備層、間隔層、站控層、集控中心分層操作的設計方式，其中設備層、間隔層及站控層僅具有檢修操作及后備操作功能，在實際應用時可以根據(jù)需要調(diào)整監(jiān)控范圍及自動化控制方式。監(jiān)控系統(tǒng)中的站控層由網(wǎng)絡系統(tǒng)、打印機、運動主站、公用接口、操作員站及主機構成。此外，監(jiān)控系統(tǒng)主網(wǎng)絡結構為分布式結構，站控層為以太網(wǎng)結構。（2）直流系統(tǒng)。110kV變電站直流系統(tǒng)的額定電壓均設置為110V及220V，單母線的接線形式為分段接線，微機型自動檢測裝置為直流接地，蓄電池組為閥控式電池組，設置一組即可。如為半地下式或大型110kV變電站，則需要設置兩組或兩組以上的電池組，電池組的容量為100Ah～200Ah，在出現(xiàn)突發(fā)事故時，應能夠滿足2h以上的臨時放電需要。（3）二次設備。集中布置二次設備，可分開布置監(jiān)控設備與繼電器室；注意統(tǒng)一二次設備外形、顏色及柜體結構，并合理選擇測控設備組屏方案。在繼電器室中集中布置主變壓器直流柜、測控柜及保護柜，同時在繼電器室中預留備用屏位，備用屏位在總屏位中所占的比例應控制在10%左右[4]。此外，在預警系統(tǒng)方面，通常將攝像頭安裝于主控制樓入口處，同時在變電站圍墻上安裝遠紅外線探測儀，確保監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出預警信號后調(diào)度室及集控中心可以及時響應。

2.3中間件技術在電網(wǎng)調(diào)度中的應用

中間件指的是連接操作系統(tǒng)與硬件的電氣自動化通用服務，中間件具有標準協(xié)議及程序接口，可以根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)硬件平臺與操作系統(tǒng)的需要調(diào)整協(xié)議規(guī)范及程序接口。目前在電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中使用的中間件類型包括交易管理型、面向消息型、對象型及web型。以SCADA電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)為例，應用中間件技術的具體情況如下：（1）數(shù)據(jù)服務模式。利用SCADA系統(tǒng)進行電網(wǎng)調(diào)度的過程中可產(chǎn)生多種事件記錄，包括裝置報告、事故追憶、保替與日志、歷史數(shù)據(jù)及實時數(shù)據(jù)。針對上述事件記錄，中間件可提供以下三種遠程傳輸服務模式，即通知事件變化服務模式、數(shù)據(jù)訂閱服務模式、請求應答同步服務模式。在中間件提供服務時接收方通常為HMI，服務提供方始終為服務任務，服務內(nèi)容主要為屏蔽掉部分無用數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)來源的單一化。一臺服務器只能對應于一個中間件，但一個中間件可以同時服務于多個HMI應用任務[5]。（2）數(shù)據(jù)訪問服務實現(xiàn)模式。SCADA電力調(diào)度系統(tǒng)的中間件由COM組件（5個～10個）構成，中間件中的包容器主要有事件信息組件、歷史數(shù)據(jù)組件、實時數(shù)據(jù)組件，以上組件均具有遠程服務功能且同時可以支持DCOM組件、連接SOCKET網(wǎng)絡，因此能夠為采集站與處理站之間的數(shù)據(jù)通訊提供保障。此外，中間件中各個包容器處于相互獨立狀態(tài)，可以保證各類服務類型不受干擾。

3.結束語

綜上所述，電氣工程的發(fā)展依賴于電氣自動化技術的不斷推廣應用。目前電氣自動化已經(jīng)成為電氣工程領域發(fā)展的主流趨勢，為了保證在電氣工程中充分應用自動化技術，則應明確電氣自動化發(fā)展現(xiàn)狀及應用情況，以便在建設電氣工程時合理選用自動化技術。

參考文獻：

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