淺談對電氣工程及其自動化的認識

吳驄羽

（長沙理工大學，湖南 長沙 410114）

電，看不見，摸不著，但卻蘊藏了無窮的力量，讓無數科學家、學者為它深深著迷。現在，電力系統遍布世界每一個角落，讓我們不得不感嘆電的發展如此之迅猛。在結束4 大節電氣工程導論課之后，筆者對電的興趣被大大加深了，下面淺談筆者對弱電、強電、計算機、絕緣、特高壓的認識。

1 弱電

弱電是一種信號電，指的是直流電路或音頻、視頻線路、網絡線路、電話線路，其交流電壓值一般在36V 以內，直流電壓值一般在24V 以內。

弱電的處理對象主要是信息，即信息的傳送和控制，其特點是電壓低、電流小、功率小、頻率高，主要考慮的是信息傳送的效果問題，如信息傳送的保真度、速度、廣度、可靠性。

弱電因電壓低，所以在日常生活中我們使用它時會更安全，更放心。[1]弱電系統主要針對的是建筑物，包括大廈、小區、機場、碼頭、鐵路、高速公路等，如家用電器中的電話、電腦、電視機的信號輸入（有線電視線路）、音響設備（輸出端線路）等家用電器均為弱電電氣設備。除此之外，弱電還可用于智能消防工程、擴聲與音響工程（如建筑物中的背景音樂）、綜合布線工程（主要用于計算機網絡）等。[2]常見的弱電系統包括：閉路電視監控系統、防盜報警系統、門禁系統、電子巡更系統、停車場管理系統、可視對講系統、家庭智能化系統及安防系統、背景音樂系統、LED 顯示系統、等離子拼接屏系統、DLP 大屏系統、三表抄送系統、樓宇自控系統、防雷與接地系統、尋呼對講及專業對講系統、弱電管道系統、UPS 不間斷電源系統、機房系統、綜合布線系統、計算機局域網系統、物業管理系統、多功能會議室系統、有線電視系統、衛星電視系統、衛星通訊系統、消防系統、電話通訊系統、酒店管理系統、視頻點播系統等，可見弱電對于我們的日常生活而言，是不可或缺的。

隨著計算機科學飛速的發展，弱電的重要性逐漸被放大，且由于弱電與強電相比，操作安全指數較高，因此與弱電相關的行業，在現在的社會中發展勢頭很猛。隨著弱電地位升高，國家也投入了更多的時間與精力在弱電上，相信在不久的將來，我國在弱電上會取得更大的突破，為全人類帶來福音。

2 強電

人們一般把電壓在36V 以上的電稱為強電，但又不完全這樣分，因為從概念上講，強電與弱電是相對的概念，主要區別是用途的不同，而不能單純地以電壓大小來界定兩者關系。強電主要處理對象為能源，即電力，其特點是電壓高、電流大、功率大、頻率低，主要考慮的問題是減少損耗、提高效率。一個令我詫異的事實是：大部分強電屬于低壓。因為1kV 以下的電壓稱為低壓，1kV 以上的電壓稱為高壓。而低壓又不都是強電，還有之前提到的弱電，并且弱電全都屬于低壓。

強電一般是指電力系統、照明系統等供配電系統,包括空調線、照明線、插座線、動力線、高壓線之類的，因此大部分電器都與強電緊密相關，如照明用具、電熱水器、電視機、空調、取暖器、冰箱、音響設備等用電器均為強電電氣設備。因為強電是所有電器的動力來源，所以不用懷疑，任何電器都離不開強電,比如LED 顯示系統，雖然需要使用弱電——網絡信號線，但絕對離不開強電——電源線。所以，盡管弱電正以飛快的速度向前邁進，但“強大”的強電依然如以前一樣，占據著電的“半壁江山”，不容小覷。正是因為在日常生活中我們常和強電打交道，而且使用強電的電壓較高，所以，我們在使用強電時，一定要按照正確的步驟操作，將安全牢記于心，切不可大意疏忽。

3 計算機

在二十世紀，計算機誕生了，在世人的努力下，計算機獲得了迅猛的發展，使之普及到生活中的各個領域，也包括電氣工程及其自動化，要著重突出自動化與計算機的關系，因為有了計算機，自動化才有了更好的發展；因為自動化技術的先進，電才更好地造福了人民，可謂環環相扣，每一環都不可或缺，因此自動化與計算機的關系是融會貫通，相輔相成的。

通過計算機，我們可以設計各種各樣的程序，使機器與相關設備按照制定程序有條不紊地運行。當它們開始自動工作時，我們就可以省掉大量的時間與精力，安心地將一些枯燥的工作交給機器完成。其次，由于機器是按照程序運行的，所以在程序正確的情況下，機器可以近乎完美地將事情完成，這大大便利了我們的生活。

再舉一些計算機對電氣工程及其自動化的幾大作用。如電氣故障診斷，眾所周知，隨著時間的推移，電器難免會發生故障，常見的電氣工程故障包括一些電氣工程系統的設備故障和系統故障。計算機系統能夠對故障進行相應的診斷，進行故障排查，然后制定相應的維修方案，提升設備的運行效率。還有高度集中監控，電力系統由許多個分支組成，要想對它們進行統一的管理和監控，對于電氣自動化控制系統來說是一件很困難的工作，然而，計算機能高效地解決這個問題。其他作用還包括電氣控制、優化設計、現場總線監控等。雖然計算機是一把雙刃劍，但只要我們好好地利用它，就一定可以使之與電力系統更好地交融，相互促進，相輔相成。

4 絕緣

假如沒有絕緣技術，那么成千上萬的電線、戶外的電氣設備，不可能經受得住風吹雨打，這也會對我們用電造成極大的不便。此外，這也不方便電氣工人對出故障的電氣設備進行維修，因為這實在是很危險，由此可見，絕緣技術對于電力系統有多么重要。什么是絕緣？絕緣指使用不導電的物質將帶電體隔離或包裹起來，以對觸電起保護作用的一種安全措施。高超的絕緣技術不僅有利于電器的正常運行，延長電氣設備的使用壽命，還有利于電氣工人對故障設備進行維修。絕緣通常可分為氣體絕緣、液體絕緣和固體絕緣三類。目前，固體絕緣是最常用的絕緣技術。[3]常用的氣體絕緣材料有空氣、氮氣、六氟化硫等。液體絕緣材料主要有礦物絕緣有、合成絕緣油（硅油、十二烷基苯、聚異丁烯、異丙基聯苯、二芳基乙烷等）兩類。固體絕緣材料可分為有機、無機兩類。有機固體絕緣材料包括絕緣漆、絕緣膠、絕緣紙、絕緣纖維制品、塑料、橡膠、漆布漆管及絕緣浸漬纖維制品、電工用薄膜、復合制品和黏帶、電工用層壓制品等。無機固體絕緣材料主要有云母、玻璃、陶瓷及其制品。相比之下，固體絕緣材料品種多樣，也最為重要。現在，我國十分重視絕緣技術，投入了大量的時間和精力在其中，而且，一些高校十分精通絕緣，如西安交通大學等。我們相信，青少年可以充分掌握絕緣技術，為世界創造更多有價值的絕緣知識。

5 特高壓

相信大家都可能對“特高壓”有所耳聞。在我國，特高壓是指±800kV 及以上的直流電和1000kV 及以上交流電的電壓等級。看到這么大的數字，我們可能會產生疑問，“特高壓有什么用”，現在最實用的便是特高壓輸電技術。中國第六次人口普查顯示，93.43%的人生活在胡煥庸線（一條貫穿中國版圖的假想線段，用以說明中國人口分布區域差異）以東地區，這里長期依賴煤炭為主的火力發電，這同時也給中國帶來嚴峻的環境問題，大部分都市上空都被霧霾覆蓋[4]。那么，有沒有可能不燒煤炭，換用更清潔的能源呢？當然可以。但是，高效清潔能源如太陽能、風能、水能等均分布在西部偏遠地區，要想把西部這些清潔能源輸送到中東部地區，需要跨越2000 多公里以上的距離，而要解決這么遠距離的能源輸送，就不得不提到一項全世界只有中國全面掌握并且開始大規模工程應用的技術——特高壓輸電技術。

輸電電壓一般分為高壓、超高壓和特高壓。其中，特高壓適合長距離輸電，因此，成為世界各國展開激烈競爭的新領域。

我國除了在特高壓輸電技術上處于世界領先的地位，還擁有世界上最先進的特高壓輸電設備，如換流閥、換流變壓器。而且其他特高壓輸電設備，如平波電抗器、直流濾波器和避雷器，也都具備了很強的國際競爭力。

現在，世界上的許多國家在特高壓技術上都在參考中國標準，我國也一直在大力研究特高壓技術，滿足人們對能源的需求，盡可能實現能源供需平衡，交上一份令世人滿意的答卷。

6 優化電氣工程及其自動化體系的思考

6.1 提升管理人員的自動化認知

信息化技術不僅改變著電氣行業，對于人類社會的發展也具有深遠性影響，從目前的發展來看是人類社會發展的必然趨勢，因此需注重提升管理人員的信息化認知，確保技術人員對于自動化技術有足夠的認識并能夠靈活運用。一方面，相關企業應定期組織技術人員進行自動化技術培訓，針對電氣工程自動化技能進行深入學習，與實踐相結合，分析針對可能發生的突發性問題進行合理推斷，運用技術靈活應對，以此提高管理效率。另一方面，為了有效地節約教育實踐成本，應充分利用互聯網技術打破時間與空間限制，通過視頻、公眾號等方式進行碎片化時間學習，不僅可以節約時間，也能針對主要問題進行網絡討論，打破空間學習障礙。

6.2 創新可視化電氣網絡信息技術

從電氣工程自動化網絡節點分布來看，網絡信息分類包含局域網信息、廣域網信息和城域網信息等；按網絡拓撲結構可分為星型網絡、樹型網絡、總線型網絡、環型網絡和網狀網絡等，未來社會以及人們對于網絡信息的需求更加多樣化，但是數量龐雜，單獨依靠傳統的信息技術進行分類，難以滿足社會發展需求，因此需從智能化角度滿足各類需求屬性。創新電氣工程可視化網絡技術分類科技，可以在信息處理的基礎上將決策機制模型化，并直接指揮執行單元，當執行單元接受命令后則可自動執行，降低了人工決策難度，可視化網絡信息分類技術可以將龐大且復雜的信息模型進行人工智能深度學習，傳統分類的基礎上進行最佳供需匹配調度，而且可視化網絡信息分類技術可以將分類過程通過數字化大數模型進行展示，讓相關人員能夠通過手動調整進一步優化，以符合差異化的特點要求。

6.3 推動自動化技術監管方式改革

自動化技術的發展與應用對于全社會行業都具有推動性，作用其未來必然朝著集成化、統一化方向發展，因此需建立以國家為主導的信息主體行為監督體系。一方面，要根據電氣工程質量安全監督機構管理方式進行技術規范的標準化要求，同時定期進行質量及安全抽查檢查，落實設計、勘查等各方責任主體行為，并將強制性標準執行情況進行信息錄入；另一方面，要將系統軟件編號與國家的現行法律法規、行業標準以及執行標準進行程序審查，通過分類統計以及計算分析獲得更加詳盡的資料，并建立相應的備案監督制度。應該由相關建設主管部門牽頭，改變傳統工作方式，利用自動化監督體系以及相應的信息資源建立健全數字化監測系統，確保各裁主體行為在監管范圍內。要對內部監督機構進行自動化工程體系規范化、科學化工作內容監督，由上至下設立專人負責區域。

6.4 搭建電氣工程智能化網絡平臺

電氣工程本來涉及內容較多，隨著當前綠色技術以及智能化技術的廣泛應用，還需針對行業發展趨勢進行項目管理優化，因此建議搭建智能化網絡平臺、根據不同的電氣工程內容、需求選擇相應的管理模式[5]。搭建智能化管理平臺及系統時應考慮多種元素的融合，既要對現場進行整體監控，也要對技術部位以及隱蔽工程節點進行數據化監控，要保證電氣工程的整體性，也可以根據不同建設節點建立基礎數據編碼，并全程錄音錄像，以確保后期對電氣工程質量審查時能夠作為重要依據，同時智能化管理平臺也能為建筑行業的后續發展提供有益的經驗數據。電氣工程領域的自動化網絡信息分類技術雖然已經較為普及，但是隨著當前文本信息的多樣化發展，自動分類技術還應進一步優化，尤其對于分類對象的識別方面需進一步深化。自動化網絡信息分類技術通常以檢索瀏覽以及關鍵詞為主要特征，強調族性信息的歸類模塊功能，應盡可能地將大數據和云計算等相關技術應用在自動化信息分類領域。

無論是過去，還是現在，自從電被富蘭克林“發現”之后，人們的生活都與電息息相關，雖然我們無法預知未來，但我們可以確定的是，在未來的幾十年，甚至幾百年，電仍然會是我們離不開的東西，所以，我們有必要更深入地去研究電，讓它變得更清潔、更高效。