電氣自動(dòng)化在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

張恒睿

（濟(jì)寧學(xué)院，山東 濟(jì)寧 272000）

將智能技術(shù)、仿真技術(shù)、電網(wǎng)技術(shù)等電氣自動(dòng)化技術(shù)引入到供配電網(wǎng)中，極大地提高了供配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)成為今后電氣供應(yīng)與分配的必然趨勢(shì)，所以必須加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣供應(yīng)與分配中的應(yīng)用。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)和科技的不斷進(jìn)步，我國(guó)也在不斷地改革現(xiàn)行的能源供給體系。在供配電系統(tǒng)中，可充分利用其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，全面提升電網(wǎng)的自動(dòng)化水平，并最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化。

1 供配電系統(tǒng)中的電氣自動(dòng)化應(yīng)用概述

電氣供應(yīng)與分配是供配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在飛速發(fā)展的當(dāng)代社會(huì)，不管是在建筑上，還是在電氣系統(tǒng)中，電氣系統(tǒng)的供電和配電都不再是一臺(tái)或數(shù)臺(tái)變壓器，而是十幾臺(tái)變壓器串聯(lián)在一起。供配電系統(tǒng)操作的流程示意圖如圖1 所示。

圖1 供配電系統(tǒng)流程圖

電氣自動(dòng)化技術(shù)是電氣系統(tǒng)中最重要的控制與保護(hù)技術(shù)。過去，電氣供應(yīng)和分配系統(tǒng)中，沒有采用自動(dòng)化技術(shù)，而是完全由手工操作，電量不能及時(shí)、高效地進(jìn)行智能分配，只能通過手工控制來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)供電和分配。電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣供應(yīng)與分配中的應(yīng)用，其目的是通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的各種設(shè)備，從而達(dá)到科學(xué)的電氣分配。采用電氣自動(dòng)化技術(shù)，既能保障操作者的人身安全，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)的智能化優(yōu)化配置。電氣自動(dòng)化技術(shù)能對(duì)配電系統(tǒng)的故障及時(shí)進(jìn)行分析與修理。自動(dòng)化技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)各種復(fù)雜工況的自動(dòng)控制。一旦發(fā)現(xiàn)故障，需向有關(guān)部門報(bào)告，保證電網(wǎng)的正常運(yùn)行[1]。

2 供配電系統(tǒng)電氣自動(dòng)化應(yīng)用情況

供配電系統(tǒng)是電氣系統(tǒng)的重要組成部分，它包括若干高壓輸電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)及電氣設(shè)備。系統(tǒng)管理人員必須具備豐富的專業(yè)技能。在大型建筑或者長(zhǎng)距離的傳輸線上，一般都是10 kV，這就要求把高壓電網(wǎng)變成10 kV，再把電能分發(fā)給不同的終端設(shè)備。供配電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)220 V、380 V的自動(dòng)切換，以確保供電和其他設(shè)備的正常工作。電氣自動(dòng)化技術(shù)是一門集電氣、電子等技術(shù)于一身的技術(shù)，它可以全面控制電氣設(shè)備的控制過程，以確保供電和配電系統(tǒng)的安全。在傳統(tǒng)的電氣供應(yīng)與分配系統(tǒng)中，由于人為因素的存在，導(dǎo)致電氣供應(yīng)和分配系統(tǒng)無法完全發(fā)揮其功能。電氣自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)今電氣供應(yīng)與分配系統(tǒng)的重要組成部分，它能實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)中各類設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控與控制，為電氣系統(tǒng)的集成運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

供配電是電氣系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工作狀態(tài)直接影響著整個(gè)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，它主要包含電壓傳輸系統(tǒng)、高壓傳輸系統(tǒng)以及變壓器裝置。在城市，供電與分配系統(tǒng)的作用主要是為工業(yè)和居民的生產(chǎn)生活供電。在傳輸時(shí)，先由高壓電氣傳輸，再由變壓裝置把電壓轉(zhuǎn)變成高、低壓，然后送至終端系統(tǒng)。電氣供應(yīng)與分配是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必要基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)人民群眾的生產(chǎn)和生活起到了至關(guān)重要的作用。目前，在我國(guó)許多地區(qū)，電氣供應(yīng)與分配體系尚不健全，許多地方所需的配套設(shè)施也不健全，電氣供應(yīng)和分配系統(tǒng)效率低下。而且，斷電也是司空見慣的事情。此外，許多地區(qū)的管理工作還不完善，相關(guān)部門也未按相關(guān)法規(guī)進(jìn)行管理。這主要是因?yàn)楣┡潆娫O(shè)備的維修和保養(yǎng)出現(xiàn)了問題，一些機(jī)器設(shè)備經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用，已逐漸進(jìn)入淘汰時(shí)期，從而對(duì)供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響[2]。在控制供配電系統(tǒng)時(shí)，盲目地對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，也會(huì)對(duì)供配電系統(tǒng)的正常工作造成影響。

3 供配電系統(tǒng)電氣自動(dòng)化應(yīng)用意義

3.1 提高系統(tǒng)操控準(zhǔn)確性

電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，除了采用電腦技術(shù)外，還必須采用PLC技術(shù)。PLC技術(shù)是將微機(jī)技術(shù)和電控技術(shù)有機(jī)地融合在一起的一項(xiàng)技術(shù)，它能在電腦上編制運(yùn)行程序，并根據(jù)指令對(duì)供電和配電系統(tǒng)進(jìn)行控制。采用微機(jī)技術(shù)，能有效處理供、配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)、信息，并能精確地記錄和分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。利用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、匯總、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化和傳送，并由獨(dú)立的模塊對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行控制。采用連續(xù)控制的方法，可以達(dá)到精密的控制與運(yùn)行。在供配電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)PLC的控制要求采用一條總線與整個(gè)電氣系統(tǒng)通信，使得PID解調(diào)過程中，傳輸信道的數(shù)據(jù)量總是在一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)上，以保證系統(tǒng)的控制精度。

3.2 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化管理

在配電、發(fā)電、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)中，電氣自動(dòng)化的應(yīng)用可以通過智能電網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。通過這種技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)電網(wǎng)與區(qū)域間的小電網(wǎng)的互聯(lián)互通，并在小電網(wǎng)供電能力不足的情況下，充分利用大電網(wǎng)，從而提高了電網(wǎng)的資源利用率。如果發(fā)生故障，系統(tǒng)將會(huì)被破壞[3]。為了確保電氣供應(yīng)的可靠性，電氣分配要均衡。在供配電系統(tǒng)的管理中，必須采用自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)用電進(jìn)行實(shí)時(shí)的記錄，掌握地區(qū)的用電量，并通過智能分配，將電能傳輸?shù)礁鞯貐^(qū)，從而避免因盲目調(diào)度而導(dǎo)致的資源浪費(fèi)，從而有效地降低故障率。在傳輸過程中，電氣自動(dòng)化應(yīng)用能夠通過對(duì)供配電系統(tǒng)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和反饋，從而制定相應(yīng)的故障檢修方案，確保電氣系統(tǒng)的用電量滿足用電需求。

4 供配電系統(tǒng)應(yīng)用電氣自動(dòng)化的功能體現(xiàn)

4.1 檢測(cè)供配電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)

為了確保供配電系統(tǒng)在任何時(shí)候都能保持穩(wěn)定，目前國(guó)內(nèi)普遍采用的方法就是通過外部設(shè)備來確定其操作參數(shù)，負(fù)責(zé)控制狀況，防止發(fā)生意外。由于電氣自動(dòng)化在我國(guó)還沒有普遍推廣，大多數(shù)的供配電系統(tǒng)還在使用傳統(tǒng)的手工測(cè)試方法，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，也不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到供配電系統(tǒng)的檢測(cè)中，能很好地解決手工檢測(cè)不準(zhǔn)確、誤差大的問題。通過電氣自動(dòng)化裝置，實(shí)時(shí)地將供配電系統(tǒng)的電壓、電流數(shù)據(jù)與電腦上的參數(shù)范圍進(jìn)行對(duì)比。在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的真實(shí)參數(shù)與期望值偏差過大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，使系統(tǒng)管理者能夠在最短的時(shí)間內(nèi)趕到現(xiàn)場(chǎng)，并依據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)傳送的數(shù)據(jù)，制定相應(yīng)的處理措施，從而使維護(hù)工作更加精確和便捷。

4.2 對(duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程計(jì)量檢測(cè)

傳統(tǒng)的供配電系統(tǒng)都是以手工抄表為主，既浪費(fèi)人力，又加大了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，由于該模型中存在著諸如報(bào)表、抄寫等人為誤差，使原始資料的真實(shí)性下降，而且往往會(huì)造成二次修正。若將電氣自動(dòng)化應(yīng)用于供、配電網(wǎng)，則可通過電腦進(jìn)行遠(yuǎn)距離的測(cè)量與測(cè)試，可直接獲得原始資料，避免手工抄寫資料的差錯(cuò)，從而提高抄表的準(zhǔn)確度。

4.3 檢測(cè)供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量

電氣自動(dòng)化能夠?qū)⑴潆娋W(wǎng)在傳輸過程中的電氣品質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)的判定，并與電腦數(shù)據(jù)相結(jié)合，對(duì)其進(jìn)行故障分析。在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，由計(jì)算機(jī)對(duì)線路進(jìn)行檢測(cè)，并觸發(fā)報(bào)警，使線路自動(dòng)斷開，確保高質(zhì)量的電能傳輸，滿足人民群眾的正常生產(chǎn)生活需求。

5 供配電系統(tǒng)電氣自動(dòng)化應(yīng)用方法

5.1 系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

電氣自動(dòng)化的應(yīng)用使得配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。配電網(wǎng)一般由數(shù)十個(gè)變壓器組成，對(duì)其工作性能要求較高。采用波形變壓器、電壓互感器等方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)工作參數(shù)的自動(dòng)控制。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的電壓、電流、形狀、頻率等參數(shù)的監(jiān)控，并對(duì)日常數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，保證故障盡早解決。這種技術(shù)能夠監(jiān)測(cè)電源質(zhì)量、電源故障、系統(tǒng)電源功率，并能在預(yù)先設(shè)定的門限范圍內(nèi)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警[4]。在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)操作過程中，將采集到的數(shù)據(jù)與超過允許警報(bào)范圍的極限值相比較。通過將多種遙測(cè)技術(shù)結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的操作參數(shù)的遙控，減輕了工作強(qiáng)度，便于完成相應(yīng)的任務(wù)。隨著自動(dòng)化水平的提高，對(duì)線路的故障進(jìn)行了可視化處理。通過對(duì)電氣線路工作狀態(tài)的分析，可以對(duì)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將故障信息反饋給終端。通過報(bào)警信息，系統(tǒng)的維修人員可以在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障診斷。配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸，由工業(yè)控制電腦和智能控制裝置完成。供配電系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)如圖2所示。

圖2 供配電系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

5.2 系統(tǒng)自動(dòng)化控制

供配電系統(tǒng)是否能夠正常工作，是影響其安全運(yùn)行的重要因素。通過電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化，可以優(yōu)化電氣系統(tǒng)的工作狀態(tài)，確保電氣供應(yīng)的正常。在實(shí)際工作中，由于外界氣壓、溫度、濕度、電磁場(chǎng)等因素的影響，電氣供應(yīng)與分配系統(tǒng)在實(shí)際操作中會(huì)產(chǎn)生一定的變化。系統(tǒng)的特性和精確度都是很高的，如果受到外部因素的干擾，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰[5-6]。以前只能對(duì)周圍的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有操作不熟練等現(xiàn)象，很容易造成操作上的問題。電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，能有效地彌補(bǔ)以前的一些不足，通過遠(yuǎn)程控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)供配電系統(tǒng)的控制。此外，可以采用二層以太網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)﹄姎饨^緣、斷路器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)遙控。采用自控系統(tǒng)所具有的權(quán)限等級(jí)管理功能，通過用戶輸入相應(yīng)的監(jiān)測(cè)口令，就可以實(shí)現(xiàn)供、配電設(shè)備的自動(dòng)控制。為了防止操作失誤，系統(tǒng)必須對(duì)每個(gè)控制動(dòng)作作出合理的判斷，然后才能執(zhí)行。通過集中式的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視，能使管理者更好地理解系統(tǒng)的管理原則，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)[7]。

5.3 系統(tǒng)自動(dòng)化保護(hù)

在供配電系統(tǒng)中，必須對(duì)繼電器進(jìn)行配置，并強(qiáng)化對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，以防止由于設(shè)備的錯(cuò)誤或故障而導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性下降。傳統(tǒng)的繼電器保護(hù)是以人工方式進(jìn)行的，其操作過程中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理精度下降，從而影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。采用電氣自動(dòng)化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)的自動(dòng)控制，從而保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全性[8-9]。為了能夠及時(shí)地檢測(cè)到系統(tǒng)的故障，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用要求完成自動(dòng)保護(hù)裝置的安裝。采取目標(biāo)明確的行動(dòng)，以防止出現(xiàn)系統(tǒng)故障或通信故障。針對(duì)供、配電網(wǎng)中保護(hù)繼電器的自動(dòng)化要求，提出了一種基于單片機(jī)保護(hù)的測(cè)控系統(tǒng)，用于對(duì)系統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備、脫扣電流等進(jìn)行故障診斷和控制，并具有方向無功過載、熱過載、相電流的保護(hù)等功能。通過RS485接口，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)電流、電壓、頻率等參數(shù)的實(shí)時(shí)交換與處理，以及對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的控制。該系統(tǒng)采用了分布式的保護(hù)設(shè)備，可以按照不同的功能和分配方式，將其劃分為不同的功能模塊，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能，從而實(shí)現(xiàn)了分布式的供電和分配。該保護(hù)功能使系統(tǒng)的安全性、可靠性得到了明顯的改善[10]。

6 結(jié)語

將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于供配電系統(tǒng)中，能使電氣系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、有序地運(yùn)轉(zhuǎn)，為企業(yè)帶來新的經(jīng)濟(jì)效益。電氣自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用還不夠成熟，在實(shí)踐中也存在許多問題。必須重視經(jīng)驗(yàn)的積累和問題的解決，加大對(duì)電氣自動(dòng)化、智能供電等方面的投入力度。進(jìn)一步改進(jìn)和完善電氣系統(tǒng)，增強(qiáng)企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)能力，保證企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。