智能化電氣設(shè)備的應(yīng)用設(shè)計研究

張達

【摘 要】我國電氣設(shè)備與電力系統(tǒng)經(jīng)歷了長足發(fā)展，至今智能化理念也已經(jīng)滲透其中，電氣設(shè)備智能化也成為電力行業(yè)發(fā)展的一大趨勢。智能化技術(shù)的引入為電氣設(shè)備設(shè)計與應(yīng)用帶來了生機。

【Abstract】China's electrical equipment and power system has experienced considerable development， so far， the concept of intelligent has also infiltrated. Intelligent electrical equipment has become a major trend of the development of the power industry. The introduction of intelligent technology brings vitality to the design and application of electrical equipment.

【關(guān)鍵詞】智能化；電氣設(shè)備；應(yīng)用設(shè)計

【Keywords】 intelligent； electrical equipment； application and design

【中圖分類號】TU855 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）03-0137-02

1 引言

電氣自動化過程中，最為復(fù)雜的工作是電氣化操作，它流程復(fù)雜，專業(yè)性強，且具有一定的危險性。因此需要具有足夠?qū)I(yè)知識與經(jīng)驗的技術(shù)人員才能執(zhí)行，否則容易出現(xiàn)失誤，造成巨大影響與損失。智能化技術(shù)的出現(xiàn)能夠很好地解決這一問題，智能化操作精準(zhǔn)，效率高，且代替了人工，減少了對人員生命的威脅，因此智能化電氣設(shè)備的設(shè)計研究是世界范圍內(nèi)都十分重視的問題。

2 電氣設(shè)備智能化技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 大范圍實時監(jiān)控

隨著電力行業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中設(shè)備的種類、精密程度、數(shù)量都有了大幅度增加，這也為電力系統(tǒng)帶來了更多隱患。為了保證電力系統(tǒng)的正常運行，實時監(jiān)控是必不可少的。智能化技術(shù)能夠通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和智能檢測技術(shù)與設(shè)備，采用“信息收集—信息處理—反饋—調(diào)節(jié)”的流程，對電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的運行狀況進行監(jiān)測，并及時反饋系統(tǒng)中的反常，做出合理的處理，防止出現(xiàn)故障。通過智能化技術(shù)能夠最大限度地監(jiān)測到電力系統(tǒng)中的各個設(shè)備，并通過收集的信息判斷設(shè)備是否需要檢修，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，也能在最短時間內(nèi)做出應(yīng)急處理，降低故障損失。

2.2 提高電氣設(shè)備效率

智能化技術(shù)應(yīng)用的一大優(yōu)勢就是高效運行，通過聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，控制中心的指令能夠精確、快速地傳遞到設(shè)備終端并執(zhí)行，這樣通過控制中心就能對電氣系統(tǒng)中的各個設(shè)備進行管理與控制，實現(xiàn)設(shè)備的高效運行。中心控制能夠?qū)ο到y(tǒng)中大部分電氣設(shè)備進行分析了解，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行中的問題并進行處理，減少了故障的出現(xiàn)，提高了設(shè)備的使用效率。

2.3 增強聯(lián)動性能

智能化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對多設(shè)備的共同控制，通過系統(tǒng)，控制人員也能對各個設(shè)備的運行現(xiàn)狀進行綜合分析，進而下達綜合性的控制指令，加強設(shè)備之間的聯(lián)動。該能力針對安全防護、消防、照明等系統(tǒng)更能顯示優(yōu)勢，控制中心可以將以上系統(tǒng)集成為綜合控制管理系統(tǒng)，在需要時用最短的時間控制各個系統(tǒng)依次執(zhí)行命令。

2.4 提高安全性能

電氣系統(tǒng)對安全性的要求很高，一方面電氣設(shè)備穩(wěn)定運行對環(huán)境的要求很高，高溫等環(huán)境變化對電氣設(shè)備的影響很大；另一方面，電氣設(shè)備本身就存在危險，出現(xiàn)故障時很容易對周邊造成嚴(yán)重破壞。智能化技術(shù)的應(yīng)用能夠為電氣設(shè)備加上一道“防護墻”，也能在電氣設(shè)備周圍環(huán)境發(fā)生不良變化時及時做出反應(yīng)，或者直接關(guān)閉其運行以免造成更嚴(yán)重的后果。此外，智能化技術(shù)的應(yīng)用也能監(jiān)測設(shè)備本身的運行狀態(tài)，及時對設(shè)備損耗、設(shè)備運行問題做出反應(yīng)，以免設(shè)備超負(fù)荷運行導(dǎo)致設(shè)備報廢甚至引發(fā)災(zāi)難。

3 智能化電氣設(shè)備的整體構(gòu)思

3.1 集成性的支撐控制平臺

智能化電氣系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含兩個部分：應(yīng)用軟件和支撐平臺。應(yīng)用軟件包括大量子系統(tǒng)，實現(xiàn)終端命令執(zhí)行、操作、指令傳輸?shù)裙δ堋Ｖ纹脚_則包括各種數(shù)據(jù)庫、報表與分析計算系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，在電氣設(shè)備智能化設(shè)計過程中可以將應(yīng)用軟件與支撐平臺統(tǒng)一在一個系統(tǒng)當(dāng)中，方便對電氣系統(tǒng)的整體管理。

3.2 數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)

數(shù)據(jù)共享可以讓各個終端的控制人員對終端設(shè)備和相關(guān)鏈的設(shè)備進行整體了解，方便各個設(shè)備之間的聯(lián)動與相互配合。

3.3 實時更新數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是智能化控制的基礎(chǔ)與支撐，因此其數(shù)據(jù)必須保持先進，可以為數(shù)據(jù)庫加入定時更新指令，不僅是本系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)，其他區(qū)域電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與案例也可以拿來作為參考，強大的數(shù)據(jù)庫才能為智能化控制提供更加合理、準(zhǔn)確的判斷與指令建議[1]。

3.4 實時信息通信系統(tǒng)

智能化電氣系統(tǒng)的實時信息通信表現(xiàn)如下：第一，在終端設(shè)備上要能實時采集設(shè)備運行以及周圍環(huán)境的信息并傳達至控制中心；第二；其他相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)也能實時共享；第三，控制中心的命令與建議必須要實時傳遞到終端，且終端必須要實時反饋。實時信息通信時保證智能化電氣設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)健、高效運行的必要條件。

4 智能化電氣設(shè)備的設(shè)計思路

4.1 操作系統(tǒng)設(shè)計

隨著微處理器（CPU）功能的不斷強大，絕大多數(shù)情況下，微處理器控制系統(tǒng)中接有多個子系統(tǒng)，即微處理器需要同時處理多個任務(wù)。CPU在處理多個任務(wù)時，需要采用合適的任務(wù)調(diào)度方式。目前，任務(wù)調(diào)度方式主要包括占先式、時間片輪轉(zhuǎn)、搶占式以及非占先式。占先式的調(diào)度方式在操作系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。此方式可以使芯片根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先等級調(diào)度任務(wù)，使多個任務(wù)能夠得到及時處理，從而保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。

4.2 任務(wù)的劃分和設(shè)計

系統(tǒng)在處理任務(wù)時需要根據(jù)優(yōu)先級調(diào)度任務(wù)。同樣，在任務(wù)劃分和設(shè)計時，需要對任務(wù)的優(yōu)先級進行設(shè)定。所有任務(wù)在CPU中等待處理時，都處于等待狀態(tài)。當(dāng)被其他任務(wù)中斷等喚醒后，它將會轉(zhuǎn)換成就緒狀態(tài)。就緒狀態(tài)是指任務(wù)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，隨時可以運行。由于進行了任務(wù)的優(yōu)先級設(shè)計，任務(wù)從就緒狀態(tài)到運行狀態(tài)還需要經(jīng)過系統(tǒng)的優(yōu)先級審核，而任務(wù)將會依據(jù)優(yōu)先級的高低依次進入運行狀態(tài)。

4.3 嵌入式實時操作系統(tǒng)設(shè)計

智能化電氣設(shè)備的實時性主要依靠系統(tǒng)采用占先式的優(yōu)先級調(diào)度方式實現(xiàn)，而傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)無法實現(xiàn)，這也是采用CPU的嵌入式與傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。雖然優(yōu)先級高的任務(wù)具有較高的優(yōu)先等級，但是優(yōu)先級只有任務(wù)需要時才會被激活。因此，操作系統(tǒng)在處理任務(wù)時優(yōu)先級任務(wù)所需要占用的時間非常少。嵌入式操作系統(tǒng)信息傳輸過程中無法對優(yōu)先級任務(wù)進行識別，導(dǎo)致信息在操作系統(tǒng)傳輸中具有不確定性。因此，在嵌入式系統(tǒng)中將優(yōu)先級較高的任務(wù)設(shè)計成優(yōu)先通過，即與CPU任務(wù)優(yōu)先級設(shè)計一樣，這樣不但可以有效減少信息傳輸?shù)牟淮_定性，而且只有需要時才激活優(yōu)先級傳輸[2]。優(yōu)先級傳輸所占用的時間較少，可降低傳輸網(wǎng)絡(luò)中一些不必要的響應(yīng)。

集中在嵌入式操作系統(tǒng)中的所有子系統(tǒng)與控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸和交換時，都采用優(yōu)先級設(shè)定時，當(dāng)擁有優(yōu)先級較高的任務(wù)需要進行傳輸交換時，無論此時是否在進行傳輸任務(wù)都會中斷，并立即激活優(yōu)先級別最高的傳輸任務(wù)，從而降低信息傳輸過程中的不確定性，有效實現(xiàn)控制系統(tǒng)的實時性。

5 電氣設(shè)備智能化設(shè)計的注意事項

5.1 電氣設(shè)備負(fù)荷設(shè)計

區(qū)域供電負(fù)荷既要從專業(yè)角度和經(jīng)濟性出發(fā)考慮，也要考慮到負(fù)荷分配布局與降壓配變中心的位置，并通過計算找到最佳的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在具體計算過程中，應(yīng)采用假想性的連續(xù)電荷，按照可靠性能與影響程度進行分級再設(shè)計設(shè)備配置。日常工作中也應(yīng)根據(jù)工作實際情況對電氣設(shè)備進行分組，計算出每組設(shè)備的用電負(fù)荷，進行合理的配置，以期達到最佳運行狀態(tài)[3]。此外，電氣設(shè)備配置還應(yīng)考慮到設(shè)備的運行條件和質(zhì)量要求，運行條件是指設(shè)備所處的環(huán)境與系統(tǒng)中的位置。質(zhì)量要求則是指系統(tǒng)運行過程中對設(shè)備所產(chǎn)生的電壓、電流等負(fù)荷。

5.2 智能化設(shè)計

電氣設(shè)備智能化設(shè)計需要考慮電流波動、繼電保護、二次結(jié)線設(shè)計等因素，假設(shè)短路電流可以按照無限容量供電系統(tǒng)供電進行計算，進一步進行改善和優(yōu)化。要想保證配電設(shè)備供電數(shù)值的可靠性，就需要通過一系列技術(shù)消除影響因素，減少故障發(fā)生。一旦故障發(fā)生，智能化系統(tǒng)能夠迅速做出處理，將損失降到最低，保障設(shè)備未損壞部分仍能繼續(xù)運行，并對設(shè)備當(dāng)前的情況進行報告和預(yù)警，通知工作人員及早進行處理。智能化設(shè)計就是通過互聯(lián)網(wǎng)、新電氣技術(shù)、檢測技術(shù)等相結(jié)合，在設(shè)備出現(xiàn)問題時及時做出最合適的處理，將影響降至最小。

【參考文獻】

【1】車海洋.智能化電氣設(shè)備的設(shè)計與應(yīng)用[J].通信電源技術(shù)，2018，35（02）：167-168.

【2】冷斌，涂小華.淺談智能化電氣設(shè)備的應(yīng)用設(shè)計[J].江西化工，2018（05）：224-226.

【3】孫緒曉，張姍娜.電氣設(shè)備智能化設(shè)計存在問題及應(yīng)對措施[J].農(nóng)村電氣化，2017（02）：59.