電氣自動化在電氣工程中的應用與創新

謝楠

（商洛學院 電子信息與電氣工程學院，陜西 商洛 726000 ）

0 引言

智能化和自動化成為現代社會運行和建設的關鍵詞，信息技術也應用于人類活動的各個層面，轉變了人們的工作方式和生活方式。在目前的電氣工程領域當中，可以讓工程更加節能化。例如智能技術開始應用在各類建筑物、生產建設當中并取得了良好的成果。電氣工程作為現代生產環節的主要功能支撐，要根據經濟性和技術條件的需求對系統展開綜合設計。

1 電氣自動化在電氣工程當中的應用

計算機技術和電子技術在世界范圍內得到了良好的發展和應用，我國的電力系統也是在這一過程當中實現了自動化設備的更新換代。PC技術引入之后，綜合自動化的設計、電力系統調度工作也給現代生產過程提供了關鍵的技術支持，各類軟件系統的開發和利用也讓電力系統進行了數據的采集和自動分類。綜合而言，電氣自動化在系統結構和通信協議方面雖然存在著一定的困難障礙，但新的連接方式和系統的聯系非常緊密，電氣自動化在電氣工程當中仍然具有良好的應用前景[1]。

1.1 發電廠測控監控系統

以當前國內外的大型火力發電廠爐火其它分散控制系統來說，電廠自動化需要以電氣自動化為技術支持。特別是運行自動化控制水平的提升，核心系統和分布式保護測控功能在系統內的應用也成為了測控、監控的關鍵點。

以發電廠電氣監控系統的方案設計，整個系統監測和控制對象包括發電器、變壓器、高壓廠用工作、備用電源等。其中不同的設備狀態信號、異常運行信號以及各種設備的電氣參數都可以成為監測的主要內容。在電網調度工作當中，中心服務器、顯示器、工作站與計算機網絡共同地組成了網絡系統，電力系統專屬的局域網會處于調度范圍內的發電廠和電網調度中心，用以實時地評估電力系統運行狀態，然后根據所獲得的數據來對電力負荷進行預測，完成經濟調度和電網控制自動化。對于生產環節涉及到的各類數據，也會進行監控以滿足運營要求[2-3]。

整個監控系統功能可以完成廠用電系統與其它相關設備的監控，以現場的測控來采集單元信息，從而檢測出不同的事件、故障和狀態信息，進行包括數據合理性檢驗在內的各種預處理措施，然后實時地更新數據庫，范圍包括模擬量、數字量等，其中模擬量包括電流、電壓、頻率、功率因數等。另外，對于無法實現交流采集的非電量參數可以采取直流采集方式，實現定時采集、報警、記錄功能，按照事件發生的順序做好整體規劃。用戶可以直接在工作站上完成編輯、修改和數據庫連接等功能。例如系統屏幕當中會顯示出電氣的接線圖，并且展示出設備的運行狀態、潮流方向、主要電氣量的實時數據等，包括與設備參數相關的各類歷史信息也會展示出來[4]。

1.2 繼電保護與自動化控制

變電站的自動化系統可以完成機電保護等控制工作，因為計算機監控自身也具有同步功能，系統可以與系統之間無縫連接，以通信的方式完成各項自動化操作。以當前的變電站工作為例，電氣自動化技術應用的目的是為了取代人工監視和管控方案，從而以全微機化的設備來實現全方位、多層次監視工作，操作監視過程能夠盡量地使用計算機電纜來替代電力信號電纜完成自動化的運行和統計記錄[5]。

以繼電保護為例，當前的網絡繼電室內包含了輸電線路保護、母線保護和某些在線監測測量裝置，這些裝置通過保護管理機單獨組網的形式來進行發電控制、電壓控制等。例如自動電壓控制就是在正常的運行狀態之下以實時監視電網無功電壓然后展開在線的優化計算，分層調節無功電源等，從而滿足安全電壓約束條件之下的無功潮流運行。在目前的自動化系統和現場裝置之間可以實現自動化閉環控制，這不僅可以讓全網電壓在額定值范圍內進行運行，并且可以讓電能質量和系統安全同時達到相對穩定的狀態。

1.3 建筑供配電系統

建筑供配電系統的設計主要包括幾個不同的煩惱干，包括變電配電、照明、防雷接地等，以電氣設計為主進行設計，需要對常見的技術參數和內容做好整體規劃。

以當前的高層建筑為例，整體的配電設計要先計算電力負荷然后進行分級，目的在于能夠提供相對穩定的供電需求，按照低壓配電設計規范等進行。目前的建筑高度一般比較高，人口眾多且供電需求較大，因此需要對負荷進行精確計算，利用系數法來計算單相電氣的數據，包括大量的電氣設備產生的電容量等。對于一些商業建筑而言，還要考慮到公共區域的照明、車庫供電、電梯供電等，這和某些公用電氣設備的計算方法是保持一致的，所得出的電流值將成為電力線路等主要的參考[6]。

在對負荷電流進行計算之后就需要對短路電流進行綜合計算。對目前的城市建筑電氣配電當中經常出現短路現象，一般劃分為單相、兩相和三相電路。建筑電氣設計環節當中需要對短路電流尤其是三相短路電流展開精確計算，具體方法包括短路容量法、對稱分量法等。

電氣工程設計環節還涉及到供配電設備的選擇，以變壓器為例，高層建筑的用電量相對較大，且安裝的變壓器會直接連入電網工作給變壓器帶來不同程度的損耗，因此要確定變壓器的基本參數、容量和工作模式等，根據現階段的用電狀況進行負荷的預判。

配電系統設計環節，考慮到現代建筑的供電區域比較集中，負荷具備規律性，所以要采取更加先進的供電配套（如箱式變電站等）。一般來說低壓電器的主接線包括單母線和雙母線兩種類型，前者操作和運維管理比較簡單，但穩定性存在缺陷，而后者穩定性更加突出，不過成本消耗更高。變配電系統的繼電保護設計工作當中，為了能夠實現電流速斷保護功能的實現，需要得出動作電流整定值和備用電源設計。即考慮主路電源供電的前提下設置備用電源，及時替代供電以提升供電可靠性。目前的供電障礙當中，斷電通常是區域性的，進行配電自動化和自動化配電結構設計至關重要，基本工作要求是實現配電所的自動化[7]。

1.4 消防系統設計

仍然以建筑設計為例，智能化設計當中的火災報警和消防聯動系統需要具備獨立性設計要求，且消防本身是不可或缺的，對于建筑電氣來說要構建相應的消防系統，通過溫度監測及時發現出現的火情，然后對火情精確定位。設備主要包括終端探測器、報警系統、顯示器等。前端設備主要是探測器以及對應的報警按鈕，并且在建筑的各個樓層直接安裝，具體位置會根據實際需求設計好溫感、煙感設備等。在布線方面，和普通家庭用電的電纜鋪設有所區別，火災管理系統的線纜要充分考慮到防火標準，確保在發生火情時能夠保持正常工作，且智能化的火災報警系統具備信號傳導功能，并且對其它線路產生的電磁干擾做好屏蔽保障系統運行模式。

1.5 電氣自動化的發展趨勢

當前的電力系統自動化大多建立在IT技術發展之上，且一次設備的智能化也是今后的主要發展趨勢，兩者之間的連接是通過大電流控制電纜和強信號電力電纜等來實現。例如在一次設備結構設計時，節約大量的控制電纜、電力信號電纜，在應用當中也具備保護、測量功能等。在在線監測方面，對于某些重要參數進行的不間斷監測和參數趨勢預測也可以為電力設備的定期檢修、狀態檢修提供技術支持。總而言之，電氣自動化技術措施會成為電氣工程的主體（光電式電力互感器等），已經研發出的相關技術將成為后續研究的主攻方向。

從產品結構來看，電氣自動化的產品會根據用戶和需求群體的規模和占比來對趨勢做出預測，實現智慧城市發展。流例如與城市核心關鍵信息相關的技術處理已經在某些發達的城市得到應用，城市化進程的加快讓智慧城市具有必然性，我國的電氣自動化水平也將得到穩步提高滿足發展需求，順應時代傾向。

2 結束語

電網建設、改造工作的快速發展會根據電氣自動化的發展水平來重新開展自動化和智能化的設計，在提升經濟效益和安全層次上的地位和作用非常突出。從當前的電氣自動化技術發展狀況來看，自動化技術能夠和其它有關技術相互協作、配合，一方面減少資源浪費，另一方面在追求先進行的同時節約成本。現代信息科技發展迅速，各類物聯網支持下的電氣自動化設備已經得到應用和推廣，電氣工程支持下的生產環節必然得到社會的廣泛重視。