電氣工程及其自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢(shì)

【摘 要】隨著電氣工程及其自動(dòng)化在現(xiàn)代化工業(yè)中的地位越來越重要，為我國(guó)近年來經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展以及科技進(jìn)步做出巨大貢獻(xiàn)，特別是電力作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。本文以電氣工程及其自動(dòng)化的發(fā)展為出發(fā)點(diǎn)，通過對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化的描述，分析電氣工程及其自動(dòng)化的發(fā)展，進(jìn)而探索電氣工程及其自動(dòng)在電力系統(tǒng)中的重要作用。

【關(guān)鍵詞】電氣工程；自動(dòng)化發(fā)展

電氣工程及其自動(dòng)化是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域，隨著科技的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，電氣工程及其自動(dòng)化的技術(shù)平臺(tái)逐漸形成。現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要高科技人才來推動(dòng)，我們必須站在時(shí)代和社會(huì)發(fā)展的前沿去迎接挑戰(zhàn)，加強(qiáng)電氣自動(dòng)化方面的人才培養(yǎng)，為我國(guó)塑造一批高科技人才，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重中之重。而電氣工程及其自動(dòng)化是現(xiàn)代電氣工程的支撐，應(yīng)積極創(chuàng)新使電氣工程中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用也得到了更好的發(fā)展。

一、電力系統(tǒng)自動(dòng)化

（一）變電站自動(dòng)化

變電站自動(dòng)化的目的是取代人工監(jiān)視和電話人工操作，提高工作效率，擴(kuò)大對(duì)變電站的監(jiān)控功能，提高變電站的安全運(yùn)行水平。變電站自動(dòng)化的內(nèi)容就是對(duì)站內(nèi)運(yùn)行的電氣設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)視和有效控制，其特點(diǎn)是全微機(jī)化的裝置替代各種常規(guī)電磁式設(shè)備；二次設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化，盡量采用計(jì)算機(jī)電纜或光纖代替電力信號(hào)電纜；操作監(jiān)視實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)屏幕化；運(yùn)行管理、記錄統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。變電站自動(dòng)化除了滿足變電站運(yùn)行操作任務(wù)外還作為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化不可分割的重要組成部分，是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

（二）電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化主要組成部分，由電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工作站、服務(wù)器、大屏蔽顯示器、打印設(shè)備等，其主要是通過電力系統(tǒng)專用廣域網(wǎng)連結(jié)的，下級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心、調(diào)度范圍內(nèi)的發(fā)電廠、變電站終端設(shè)備（如測(cè)量控制等裝置）等構(gòu)成。

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的主要功能是：電力生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)、電力負(fù)荷預(yù)測(cè)、自動(dòng)發(fā)電控制（省級(jí)電網(wǎng)以上）、自動(dòng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度（省級(jí)電網(wǎng)以上）并適應(yīng)電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的需求等。

（三）發(fā)電廠分散測(cè)控系統(tǒng)（DCS）

發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)田Cs）一般采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由過程控制單元甲CU）、運(yùn)行員工作站（0S）、工程師工作站（ES）和冗余的高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）組成。過程控制單元（PCU）由可冗余配置的主控模件阿CU）和智能1/0模件組成。Mcu模件通過冗余的I/0總線與智能I/O 模件通訊。PCU直接面向生產(chǎn)過程，接受現(xiàn)場(chǎng)變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關(guān)量、脈沖量等信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算處理后進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示和打印以及輸出信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成生產(chǎn)過程的監(jiān)測(cè)、控制和聯(lián)鎖保護(hù)等功能。運(yùn)行員工作站（os）和工程師工作站渾s）提供了人機(jī)接口。

二、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

隨著上世紀(jì)八十年代單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，我國(guó)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全面的更新?lián)Q代。國(guó)產(chǎn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)和引進(jìn)的PC機(jī)技術(shù)為電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化、電廠監(jiān)控系統(tǒng)、變電站綜合自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。開發(fā)的應(yīng)用軟件可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、匯總、分類、分析、存檔、顯示、打印、報(bào)警、完成操作控制等任務(wù)。這一時(shí)期自動(dòng)化存在的主要問題是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、通信協(xié)議等方面缺乏工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的設(shè)備不能互連；計(jì)算機(jī)與各設(shè)備的通信一般為星形點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連結(jié)，主要采用低速率的串/并行口通信方式，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性不太好，設(shè)備配置的靈活性也較差。

隨著上世紀(jì)九十年代高性能工作站、服務(wù)器及軟件技術(shù)、信息處理技術(shù)、特別是高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、電廠監(jiān)控、變電站自動(dòng)化、配電自動(dòng)化的技術(shù)水平上了一個(gè)新臺(tái)階，產(chǎn)品逐步發(fā)展成為一種開放式、分布式、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的新模式。與上一代產(chǎn)品相比可以大幅度減少電力電纜、通信電纜的用量，設(shè)備體積小還減少了占地面積等從而降低了建設(shè)成本，同時(shí)大幅度提高了系統(tǒng)的技術(shù)性能，增加了設(shè)備配置的靈活性、互換性和可維護(hù)性，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

三、電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展

當(dāng)前電力系統(tǒng)自動(dòng)化依賴于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展的主要特點(diǎn)有：

①電力一次設(shè)備智能化；

②電力一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測(cè)；

⑨光電式電力互感器；

④適應(yīng)光電互感器技術(shù)的新型繼電保護(hù)及測(cè)控裝置；

⑨特高壓電網(wǎng)中的二次設(shè)備開發(fā)。

1.電力一次設(shè)備智能化常規(guī)電力一次設(shè)備和二次設(shè)備安裝地點(diǎn)一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強(qiáng)信號(hào)電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設(shè)備智能化是指一次設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮將常規(guī)二次設(shè)備的部分或全部功能就地實(shí)現(xiàn)，省卻大量電力信號(hào)電纜和控制電纜，通常簡(jiǎn)述為一次設(shè)備自帶測(cè)量和保護(hù)功能。如常見的“智能化開關(guān)”、“智能化開關(guān)柜”、“智能化箱式變電站”等。電力一次設(shè)備智能化主要問題是電子部件經(jīng)常受到現(xiàn)場(chǎng)大電流開斷而引起的高強(qiáng)度電磁場(chǎng)干擾，關(guān)鍵技術(shù)是電磁兼容、電子部件的供電電源以及與外部通信接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)問題。

2.電力一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測(cè)對(duì)電力系統(tǒng)一次設(shè)備如發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、變壓器、斷路器、開關(guān)等設(shè)備的重要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的在線監(jiān)測(cè)，不僅可以監(jiān)視設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，而且還能分析各種重要數(shù)的變化趨勢(shì)，判斷有無存在故障的先兆，從而延長(zhǎng)設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，為電力設(shè)備由定期檢修向狀態(tài)檢修過度提供保障。近年來電力部門投人了很大力量與大學(xué)、科研單位合作或引進(jìn)技術(shù)，開展在線狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)研究和實(shí)踐并取得了一些進(jìn)展，但由于技術(shù)難度大，專業(yè)性強(qiáng)，檢測(cè)環(huán)境條件惡劣，要開發(fā)出滿意的產(chǎn)品還需一定時(shí)日。

3.光電式電力互感器器是輸電線路中不可缺少的重要設(shè)備，其作用是按一定比例關(guān)系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表直接測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，以便用儀表直接測(cè)量。其缺點(diǎn)是隨電壓等級(jí)的升高絕緣難度越大，設(shè)備體積和質(zhì)量也越大；信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍小，導(dǎo)致電流互感器會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，或發(fā)生信號(hào)畸變；互感器的輸出信號(hào)不能直接與微機(jī)化計(jì)量及保護(hù)設(shè)備接口。因此不少發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器，國(guó)際電工協(xié)會(huì)已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)也有大專院校和科研單位正在加緊研發(fā)并取得了可喜成果。

四、結(jié)束語

伴隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體的不斷提升，電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯，廣大的使用者和消費(fèi)者切實(shí)感受到了電氣自動(dòng)化技術(shù)的便利性和高效性，實(shí)踐的推廣更加促進(jìn)了電氣工程技術(shù)的向前發(fā)展。我國(guó)有大好的電力發(fā)展前景，這也使得電力自動(dòng)化技術(shù)在我們國(guó)家的電力系統(tǒng)中有更大的發(fā)展空間。