智能化電氣設備的應用設計研究

張達

（石家莊常豐環境工程有限公司，石家莊050000）

1 引言

電氣自動化過程中，最為復雜的工作是電氣化操作，它流程復雜，專業性強，且具有一定的危險性。因此需要具有足夠專業知識與經驗的技術人員才能執行，否則容易出現失誤，造成巨大影響與損失。智能化技術的出現能夠很好地解決這一問題，智能化操作精準，效率高，且代替了人工，減少了對人員生命的威脅，因此智能化電氣設備的設計研究是世界范圍內都十分重視的問題。

2 電氣設備智能化技術的優勢

2.1 大范圍實時監控

隨著電力行業的發展，電力系統中設備的種類、精密程度、數量都有了大幅度增加，這也為電力系統帶來了更多隱患。為了保證電力系統的正常運行，實時監控是必不可少的。智能化技術能夠通過網絡系統和智能檢測技術與設備，采用“信息收集—信息處理—反饋—調節”的流程，對電力系統各個環節的運行狀況進行監測，并及時反饋系統中的反常，做出合理的處理，防止出現故障。通過智能化技術能夠最大限度地監測到電力系統中的各個設備，并通過收集的信息判斷設備是否需要檢修，如果設備出現故障，也能在最短時間內做出應急處理，降低故障損失。

2.2 提高電氣設備效率

智能化技術應用的一大優勢就是高效運行，通過聯網系統，控制中心的指令能夠精確、快速地傳遞到設備終端并執行，這樣通過控制中心就能對電氣系統中的各個設備進行管理與控制，實現設備的高效運行。中心控制能夠對系統中大部分電氣設備進行分析了解，及時發現系統運行中的問題并進行處理，減少了故障的出現，提高了設備的使用效率。

2.3 增強聯動性能

智能化系統能夠實現對多設備的共同控制，通過系統，控制人員也能對各個設備的運行現狀進行綜合分析，進而下達綜合性的控制指令，加強設備之間的聯動。該能力針對安全防護、消防、照明等系統更能顯示優勢，控制中心可以將以上系統集成為綜合控制管理系統，在需要時用最短的時間控制各個系統依次執行命令。

2.4 提高安全性能

電氣系統對安全性的要求很高，一方面電氣設備穩定運行對環境的要求很高，高溫等環境變化對電氣設備的影響很大；另一方面，電氣設備本身就存在危險，出現故障時很容易對周邊造成嚴重破壞。智能化技術的應用能夠為電氣設備加上一道“防護墻”，也能在電氣設備周圍環境發生不良變化時及時做出反應，或者直接關閉其運行以免造成更嚴重的后果。此外，智能化技術的應用也能監測設備本身的運行狀態，及時對設備損耗、設備運行問題做出反應，以免設備超負荷運行導致設備報廢甚至引發災難。

3 智能化電氣設備的整體構思

3.1 集成性的支撐控制平臺

智能化電氣系統應當包含兩個部分：應用軟件和支撐平臺。應用軟件包括大量子系統，實現終端命令執行、操作、指令傳輸等功能。支撐平臺則包括各種數據庫、報表與分析計算系統、互聯網絡等。隨著集成電路技術的發展，在電氣設備智能化設計過程中可以將應用軟件與支撐平臺統一在一個系統當中，方便對電氣系統的整體管理。

3.2 數據共享系統

數據共享可以讓各個終端的控制人員對終端設備和相關鏈的設備進行整體了解，方便各個設備之間的聯動與相互配合。

3.3 實時更新數據庫

數據庫是智能化控制的基礎與支撐，因此其數據必須保持先進，可以為數據庫加入定時更新指令，不僅是本系統內的數據，其他區域電力系統的數據與案例也可以拿來作為參考，強大的數據庫才能為智能化控制提供更加合理、準確的判斷與指令建議[1]。

3.4 實時信息通信系統

智能化電氣系統的實時信息通信表現如下：第一，在終端設備上要能實時采集設備運行以及周圍環境的信息并傳達至控制中心；第二；其他相關設備的數據也能實時共享；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備能夠實現穩健、高效運行的必要條件。

4 智能化電氣設備的設計思路

4.1 操作系統設計

隨著微處理器（CPU）功能的不斷強大，絕大多數情況下，微處理器控制系統中接有多個子系統，即微處理器需要同時處理多個任務。CPU 在處理多個任務時，需要采用合適的任務調度方式。目前，任務調度方式主要包括占先式、時間片輪轉、搶占式以及非占先式。占先式的調度方式在操作系統中應用最為廣泛。此方式可以使芯片根據任務的優先等級調度任務，使多個任務能夠得到及時處理，從而保障系統數據傳輸的實時性。

4.2 任務的劃分和設計

系統在處理任務時需要根據優先級調度任務。同樣，在任務劃分和設計時，需要對任務的優先級進行設定。所有任務在CPU 中等待處理時，都處于等待狀態。當被其他任務中斷等喚醒后，它將會轉換成就緒狀態。就緒狀態是指任務已經準備就緒，隨時可以運行。由于進行了任務的優先級設計，任務從就緒狀態到運行狀態還需要經過系統的優先級審核，而任務將會依據優先級的高低依次進入運行狀態。

4.3 嵌入式實時操作系統設計

智能化電氣設備的實時性主要依靠系統采用占先式的優先級調度方式實現，而傳統的操作系統無法實現，這也是采用CPU 的嵌入式與傳統的操作系統的本質區別。雖然優先級高的任務具有較高的優先等級，但是優先級只有任務需要時才會被激活。因此，操作系統在處理任務時優先級任務所需要占用的時間非常少。嵌入式操作系統信息傳輸過程中無法對優先級任務進行識別，導致信息在操作系統傳輸中具有不確定性。因此，在嵌入式系統中將優先級較高的任務設計成優先通過，即與CPU 任務優先級設計一樣，這樣不但可以有效減少信息傳輸的不確定性，而且只有需要時才激活優先級傳輸[2]。優先級傳輸所占用的時間較少，可降低傳輸網絡中一些不必要的響應。

集中在嵌入式操作系統中的所有子系統與控制系統進行數據傳輸和交換時，都采用優先級設定時，當擁有優先級較高的任務需要進行傳輸交換時，無論此時是否在進行傳輸任務都會中斷，并立即激活優先級別最高的傳輸任務，從而降低信息傳輸過程中的不確定性，有效實現控制系統的實時性。

5 電氣設備智能化設計的注意事項

5.1 電氣設備負荷設計

區域供電負荷既要從專業角度和經濟性出發考慮，也要考慮到負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結構。在具體計算過程中，應采用假想性的連續電荷，按照可靠性能與影響程度進行分級再設計設備配置。日常工作中也應根據工作實際情況對電氣設備進行分組，計算出每組設備的用電負荷，進行合理的配置，以期達到最佳運行狀態[3]。此外，電氣設備配置還應考慮到設備的運行條件和質量要求，運行條件是指設備所處的環境與系統中的位置。質量要求則是指系統運行過程中對設備所產生的電壓、電流等負荷。

5.2 智能化設計

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