應用電子技術在電氣運行與控制中的應用

李凌云

[摘? ? ? ? ? ?要]? 人工智能和物聯網的發展是發達國家爭搶的經濟發展戰略制高點，是國家發展戰略需要，在這一背景下，應用電子技術得到了廣泛的運用。尤其是應用電子技術與電氣工程技術的融合發展，使電氣控制與運行呈現出網絡化、集成化和智能化的特點，保障電氣控制更為高效地運行，助推了電氣工程技術的創新發展。

[關? ? 鍵? ?詞]? 電氣運行;控制系統;應用電子技術;智能化;數字化

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2022）36-0116-03

一、引言

今天的生活中處處可見電子產品的身影，5G時代已經來臨，智能家居、智慧城市、智能工業正走入我們的生活，應用電子技術正是所有這些的基礎。現今，應用電子技術的廣泛普及，為電氣工程技術的智慧化、智能化發展帶來了新的契機和挑戰。近幾年，國家經濟下行壓力比較大，對于電氣運行與控制而言，面對大環境，應用電子技術的深度融合，能使電氣設備得到有效控制和實時監測，保障電氣設備的正常運行，更為重要的是能提高電氣控制與運行的工作效率，進一步推動電氣工程技術的高速發展。

二、應用電子技術發展的歷史背景

在我國很早就發現了“電”與“磁”的現象，在《韓非子》《夢溪筆談》等書籍中都曾有關于“磁石召鐵”和“琥珀拾芥”的記載。在18世紀末和19世紀初，基于生產發展的需要，電磁現象的研究工作取得了飛速發展，尤其是在奧特斯發現了電流對磁針有力的作用下，就拉開了電學理論研究的帷幕。隨后，在安培、歐姆、法拉第、楞次、焦耳等著名物理學家的推動下，電動機、變壓器及三相輸電等設備的運用，促使電學理論研究向更高層次發展。隨著半導體技術的發展及生產管理的需求，電子計算機應運而生，利用電子計算機進行集中控制的數控機床也相繼出現。近年來，隨著生產與科學技術發展的需求，電子技術得到了高度發展，使電子計算機在電氣等相關領域得到了廣泛運用。在互聯網、人工智能等尖端技術高速發展的時代，電子技術早已深入人們生活的各個角落，為現代生活的便利性和全新生活方式的創造產生了極為深遠的影響。

三、應用電子技術在電氣運行與控制中的應用優勢

隨著我國由“制造大國”走向“制造強國”，應用電子技術在電氣運行與控制中的廣泛運用，不僅能有效突破當前電氣工程技術中存在的瓶頸問題，還能提高電子設備的自動化、智能化及數字化控制，保證了電氣系統的穩定運行。

（一）安全性

在20世紀80年代中期，電氣運行與控制管理主要采取人工操作的形式，電子產品生產質量及生產力水平完全依賴于技術人員的技術水平，在加大企業人力資源支出成本的同時，也難以保障電氣運行與控制管理的安全性。隨著電子技術、互聯網和人工智能等高新技術在電氣運行與控制中的不斷創新與發展，打破了傳統依賴人工的尷尬局面，可以實現電氣設備的遠程操作及一體化設計，提高了電氣運行與控制的智能化、自動化水平，極大地降低了人為因素對企業生產安全性的影響。

（二）時效性

在傳統的電氣運行體系中，由于電氣設備在不同的生產環境下具有不同的使用要求，為便于設備管理，通常需要一套十分煩瑣的流程對所有電氣設備的狀態進行監控，以確保電氣設備能夠正常運行。然而這種方式往往會隨著生產規模的擴大及電氣設備數量的增加而需要不斷加大人力資源和時間成本的投入，將電子技術應用于電氣運行與控制，可以實現對電氣設備的自動化控制與實時監控，可以簡化設備管理流程，能使電氣設備運行、操作及使用得到統一化的管理。

（三）穩定性

電氣設備具有很多特點，其中最為常見的是容易受到環境溫度和濕度、設備磨損或操作不當等因素而發生設備故障。電氣設備的日常維護與管理，無形中會增加企業的成本支出。合理運用電子技術，可以結合物聯網、大數據等技術，對電氣設備的運行數據進行匯總分析，包括設備運行時間、設備運行參數、設備功耗指數、設備能耗等，通過對數據的分析可以及時發現電氣設備可能存在的故障隱患，并進行斷電處理或報警提示，以便工作人員能夠第一時間發現故障、解決故障，同時還能為后續階段的電氣設備維修提供一定的數據及技術參考，從而能高效地提升電氣設備的故障診斷效率，有利于提高電氣設備的運行穩定性。

（四）多元性

若想增強電氣運行與控制系統的安全性和穩定性，一般需要完善相關電氣設備設計。電氣設備的設計除了需要滿足行業需求和電氣工程技術之外，還要符合企業、用戶的實際需求，這也是電氣運行與控制中耗費成本的關鍵之處。近年來，隨著國民經濟的快速發展和市場環境的激烈競爭，客戶需求逐漸從單一化向個性化、多樣化的方向發展，為了更好地服務于市場，以電子技術為載體，應用電氣設備模塊化設計，可以通過模塊的選擇和組合構成不同的生產平臺，滿足市場的不同需求，這也是提高電氣運行與控制效率的一條有效途徑。

四、電子技術在電氣運行與控制中的應用途徑

現代社會的科學技術發展非常快，大量的人工智能技術、物聯網技術及大數據技術逐漸被應用到人們的現實生活中。電氣運行與控制過程中電子技術的應用可以大大改善電氣設備的運行環境及提升工作效率，還能積極促進電氣工程技術的更快發展。

（一）在自動控制中的應用

1.信號回路系統

信號回路是用來指示一次設備運行狀態的二次回路，也是各種電氣設備能否實現自動控制的關鍵。在早期發展階段，電氣運行與控制中主要采用信號器外置的方案設計電氣設備信號回路系統，現階段，引入電子技術后，主要采用內置傳感器和外置信號器的方式實現對電氣設備信號回路的監控，工作人員只需要進行外部手動控制和干預即可。而且當系統或某個電氣設備發生異常時，就能發出報警信號，并指出故障的性質和地點，工作人員則可以根據報警信號及時處理。相較于依靠人工操作的信號回路系統，該回路系統實現了自動化、智能化，能夠實現對電氣設備緊急事故的處理與管控。為了有效保障電氣運行的安全性和穩定性，一般在電氣控制線路中采取手工和自動回路相結合的方式，以便能在緊急事故處理中通過轉換開關或組合開關等實現兩種回路的切換。

2.制動停車回路系統

制動停車回路系統是電氣控制線路中的重要組成部分之一，其主要功能是切斷整個電路的供電電源，同時，通過采取一定措施，使電動機迅速停車，從而實現對電氣元器件的保護。緊急制動在電氣設備中使用較為常見，在傳統的電氣系統中，主要采用的是電氣制動、機械制動等方法，這些制動方法雖然能夠在一定程度上保護電氣元器件，但由于容易產生制動延遲，從而難以高效保障準備制動停車的安全性。為了解決該問題，在電氣設備制動停車回路系統中引入電子技術，既可以縮短制動的延遲時間，又能夠極大程度地避免電氣元器件受損的問題，更為重要的是能在不同的環境與條件下進行緊急制動操作。

3.自鎖、閉鎖回路系統

當兩臺或兩臺以上的電氣設備同時運行時，為了確保電氣運行與控制的可靠性、安全性，需要采取交叉電啟動模式運行，即只有一臺通電啟動時，另一臺不通電啟動，這就是閉鎖回路系統。但由于每臺電氣設備的使用環境存在顯著差異，通過動合觸點串聯在線圈電路中，就能保持線路的通電和電氣設備的持續工作，從而形成電氣設備的自鎖回路系統，這樣能夠更好地滿足不同環境下對電氣設備的使用要求。在自鎖、閉鎖回路系統中應用電子技術，可以將多臺電子設備串聯起來，有利于提高設備的使用效率和增強電氣運行的穩定性。

（二）在安全保護中的應用

1.過電流保護

過電流往往是由于電動機不正確的啟動和過大的負載引起的，由于速斷保護不能保護線路全長，要靠過電流保護來作為后備保護。因此，需要增加過電流保護系統，其目的是當電流超過預定的最大值時，可以啟動保護裝置，防止電氣設備元器件在短時內產生損毀或過度耗損。基于電子技術的過電流保護系統，主要采取電流繼電器和接觸器進行閉合設計，對電路電流進行控制，當電流超過額定值時，保護裝置啟動，并通過斷路器跳閘、調整電流轉換率或給出報警信號等方式，進行短路保護和過載保護，且最大限度保護線路全長。

2.短路保護

在電氣設備運行過程中，經常會發生各種故障，其中短路故障是最為常見的一種故障，比如因電機繞組的絕緣損壞、靜電弧、線路錯誤、電器的絕緣等因素而造成短路，產生短路電流。在發生短路時，如果流過故障點的短路電流較大，將會破壞整個電路系統的正常運行，嚴重者可能會對周邊設備造成影響，并可能造成短路事故，為保障電氣設備的安全性，需要及時切斷電源。目前，增強短路保護系統，主要采用斷路器或熔斷器用作保護，其中，利用熔斷器作為保護時，其額定電流和其他短路保護器件的整定電流要盡可能地小，不適用于微電路系統或電子系統的短路保護控制，而利用斷路器能夠在短路電流產生的熱作用和機械作用對電氣設備造成危害之前切斷短路電流，具有短路、過載等保護功能，在保護電氣設備時具有顯著的優勢。

3.過載保護

所謂過載是指電氣設備在運行過程中的電流已經超過其額定電流，電氣設備運行過載問題尤為常見，若電氣設備長期過載運行，將會導致元器件溫度升高而絕緣老化或損壞，機內絕緣材料就要變脆，從而使電氣設備難以正常運行，同時也會造成集成電路板、供電設備等設施的損壞。因此，需要利用過載保護來提高電氣設備運行的穩定性、可靠性及安全性。過載保護系統作為電氣設備保護的一項重要措施，其主要原理是通過對電氣設備的運行狀況進行監控，一旦發現異常數據，便利用熱繼電器、電機保護斷路器等保護器件，及時切斷電源，保護電氣設備短時過載沖擊電流或短路電流的影響，縮短電氣設備的過熱時間，從而達到保護元器件的目的，這樣可以極大程度地減少發熱點和故障點，其中，值得注意的是，在使用熱繼電器作過載保護的同時，還必須有短路保護。

4.失電壓保護

電力的供應穩定，是保障電氣設備穩定運行的重要前提。但在電氣設備的實際運行過程中，極為容易各種因素的影響導致電源電壓消失或供電不穩定的現象。如果此時電氣設備自行啟動，將會損壞電氣設備，甚至會造成事故的擴大和人身事故，進而造成不可挽回的損失。失電壓是非正常狀態，屬于故障范疇，遇到這種情況需要及時保護和排除故障，這就是失電壓保護。為了防止電源電壓過低時，電氣設備的電流過大，造成設備發熱和瞬時電流的高壓沖擊，通常采用失電壓繼電器或零電壓繼電器來實現。

（三）在故障處理中的應用

電氣設備是電氣運行與控制系統的核心組成，主要包括發電機、變壓器、斷路器、電力線路等。電氣設備在使用過程中常常會出現各種故障，如何能夠迅速找到故障發生點、查明故障原因，并做好故障排除，對保障企業安全生產、減少經濟損失和提高勞動生產率都具有重大意義。在傳統部分半機械的設備管理模式中，主要采用人工干預的方式，實現對電氣設備運行狀態的管理與控制，但由于維修人員的技術經驗存在顯著差異，其診斷結果也會有所不同，如果維修人員沒有過硬的檢修技術，往往無法迅速使電氣設備正常運行，從而會嚴重影響生產。因此，做好維修工作是減少停產損失的重要環節，絕不能忽視。在此過程中，依托電子技術，可以實現對電氣設備的智能化診斷，通過前端識別系統識別與記錄電氣設備發生各種故障的原因，比如，天氣原因、環境原因、設備損耗原因、人為原因等。診斷系統則采用在電氣設備中進行數據搜集的辦法，對存在波動較大的數據進行異常檢測與分析，若電氣設備發生故障，則進行故障診斷分析，并及時進行預警，不僅能實現電氣設備故障的盡早發現，突破傳統的電氣設備故障檢測方式，還減少了故障診斷所消耗的時間，而且工作人員通過顯示器能夠清晰、直觀地觀察到各個電氣設備的運行狀況，提高電氣設備的監控與故障處理效率。

五、結語

總而言之，科技的日新月異，在滿足人們需求的同時，也使社會進入了泛智能化時代，智能電網、智慧能源、透明電網等，任何行業都不能避免。國家的強盛終將離不開應用電子技術的發展，應用電子技術在電氣運行與控制中的廣泛運用，占據了不可替代的位置，能有效提高電氣設備工作的安全性、穩定性和有效性，極大程度降低設備故障問題產生的可能性，性能達到最大化，為電氣運行與控制提供了更為寬闊的發展前景。未來階段，智能化、小型化、高安全性和可靠性成為電氣工程發展的必然趨勢，尤其是伴隨著通信和數據存儲技術、人工智能技術、5G物聯網技術、信息傳感技術、數據處理技術、計算機技術等在生產與制造領域中的普及，能夠有效解決當前應用電子技術存在的技術瓶頸，使應用電子技術在電氣設備運行和控制中的運用更加深入，將系統的保護、控制、監控、測量等集中起來，形成一個控制單元，具有通信、保護、診斷、報警、轉換、保障功能，從根本上實現智能化、科技化的生產，順應網絡化的發展趨勢，推動工業化和信息化融合發展、制造業數字化轉型。

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◎編輯 馬燕萍