自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用

劉英

關(guān)鍵詞：電氣工程；自動(dòng)化技術(shù)；技術(shù)應(yīng)用

1應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

自動(dòng)化技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為載體，通過多種傳感器向終端傳輸控制指令，實(shí)現(xiàn)終端自動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)控制的綜合技術(shù)。（1）在電氣工程中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)無須設(shè)置專用控制模塊，由終端平臺(tái)直接控制，大大降低了微機(jī)的計(jì)算量，提高了電力系統(tǒng)的流暢性。（2）對(duì)電網(wǎng)、設(shè)備的控制更加精確、快捷，自動(dòng)化技術(shù)能夠利用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)電氣工程的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、分類，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，同時(shí)結(jié)合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)、設(shè)備的運(yùn)行狀況，向監(jiān)測(cè)中心發(fā)出預(yù)警，以保證電網(wǎng)安全。（3）自動(dòng)化技術(shù)具有同步特性，能夠根據(jù)電網(wǎng)反饋信息自動(dòng)調(diào)整電網(wǎng)，使不同調(diào)度技術(shù)能夠滿足不同需求。它能將不同存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能控制，合理分配能量，降低電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的功耗[1]。

1.1實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的電力傳輸

我國(guó)幅員遼闊，地理環(huán)境多樣，資源豐富，影響能源運(yùn)輸。在實(shí)現(xiàn)能源輸送的同時(shí)，必須保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，提高輸電能力，有效打破地理、經(jīng)濟(jì)等方面的制約，提高電網(wǎng)整體運(yùn)行水平[2]。要解決這個(gè)問題，就必須建立健全的輸電系統(tǒng)，以保證其在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用。另外，采用自動(dòng)控制技術(shù)可以提高電能質(zhì)量，增加電廠發(fā)電量，從而從根本上解決我國(guó)電力供應(yīng)緊張、能源短缺等問題。

1.2擴(kuò)大電力企業(yè)的規(guī)模

將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于電氣工程，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和集約性。目前，電氣工程采用自動(dòng)化技術(shù)，能夠保證電力系統(tǒng)的安全與整體控制。自動(dòng)化技術(shù)是保障社會(huì)穩(wěn)定供電和滿足不同用電需求的重要技術(shù)。自動(dòng)化技術(shù)在全面拓展電網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域方面發(fā)揮著積極作用，同時(shí)是我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的重要支撐。

1.3提高電氣設(shè)備的智能化水平

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，科技創(chuàng)新極大地促進(jìn)了人民生活和生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，為電力系統(tǒng)優(yōu)化提供了一條新途徑，通過對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化維護(hù)與運(yùn)行，可以保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠。此外，還應(yīng)建立智能化電力系統(tǒng)，確保電力系統(tǒng)不斷注入新的活力，促進(jìn)電力系統(tǒng)整體建設(shè)與發(fā)展，合理解決傳統(tǒng)電力設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問題，以提升電力系統(tǒng)的智能化水平和應(yīng)用的安全性。

1.4遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)的適應(yīng)能力強(qiáng)

遠(yuǎn)程集中監(jiān)控是電力系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用自動(dòng)控制技術(shù)能有效地提升電網(wǎng)的自適應(yīng)能力，提高電網(wǎng)的綜合運(yùn)行效率。將遠(yuǎn)程集中監(jiān)控技術(shù)引入電網(wǎng)自動(dòng)控制中，既可以突破地域局限，又可以對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)。此外，與傳統(tǒng)的集中監(jiān)控相比，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以大幅度減少系統(tǒng)應(yīng)用成本，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、自適應(yīng)能力強(qiáng)、維修費(fèi)用低等特點(diǎn)。

2應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

2.1自動(dòng)化技術(shù)在發(fā)電廠中的應(yīng)用

目前，自動(dòng)化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水、火電廠，效果良好。其中，將自動(dòng)化技術(shù)引入水力發(fā)電廠，可促使水力發(fā)電企業(yè)實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化，從而使水電設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。而將該技術(shù)應(yīng)用于火力發(fā)電廠，能有效地檢測(cè)出存在的安全隱患，既節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用，又保證了電廠運(yùn)行質(zhì)量。

2.2自動(dòng)化技術(shù)在繼電保護(hù)器中的應(yīng)用

繼電器是電力系統(tǒng)中常用的一種保護(hù)裝置，主要用于監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)異常，繼電器應(yīng)立即發(fā)出警告，積極督促有關(guān)部門采取相應(yīng)措施防止設(shè)備出現(xiàn)故障。在繼電器的使用中普遍存在的問題是拒絕動(dòng)作和錯(cuò)誤動(dòng)作。其中，當(dāng)電器發(fā)生短路或其他故障日寸，無法及時(shí)采取保護(hù)措施。但由于受多種人為因素影響，會(huì)導(dǎo)致各種失誤動(dòng)作的發(fā)生，進(jìn)而影響電氣裝置正常工作。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于繼電保護(hù)裝置，可有效提高繼電器的響應(yīng)速度及精確度，直接減少電網(wǎng)安全事故。而繼電器控制原理則是通過主動(dòng)引入自動(dòng)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電器運(yùn)行狀態(tài)，通過全面分析監(jiān)測(cè)結(jié)果及具體運(yùn)行參數(shù)，從而做出是否實(shí)施保護(hù)作業(yè)的決策[3]。

2.3自動(dòng)化技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)度中的應(yīng)用

為了保證電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定，必須對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行精確、精細(xì)、全面的自動(dòng)化控制。電氣工程自動(dòng)化是電力系統(tǒng)調(diào)度的重要組成部分。目前，其主要應(yīng)用于現(xiàn)代開放式、分布式、可擴(kuò)展的自動(dòng)化體系結(jié)構(gòu)，以整體增強(qiáng)軟硬件的綜合性能：電力系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生故障，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并掌握系統(tǒng)存在的問題，從而有效消除安全隱患，提高供電質(zhì)量，滿足整個(gè)系統(tǒng)的用電需求。

2.4PLC技術(shù)在變電站中的應(yīng)用

傳統(tǒng)變電站的運(yùn)行、監(jiān)測(cè)全靠相關(guān)人員完成，不僅造成大量人員資源浪費(fèi)，而且會(huì)出現(xiàn)各類錯(cuò)誤，這種錯(cuò)誤的出現(xiàn)將會(huì)影響變電站整體運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。鑒于此，將PLC技術(shù)應(yīng)用于電氣工程，可以降低工作人員的工作強(qiáng)度，同日寸有效緩解其工作壓力，打破24小時(shí)監(jiān)控的桎梏，提高電網(wǎng)監(jiān)控質(zhì)量和效率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。同時(shí)，利用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)變電站運(yùn)行過程進(jìn)行多角度的監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)行中存在的故障類型及故障點(diǎn)，并通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行故障反饋，避免了傳統(tǒng)電磁電纜數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩訹4]。

3PLC技術(shù)在電廠除灰系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1三河電廠二期除灰系統(tǒng)概況

三河電廠二期工程應(yīng)用的是正壓紊流濃相氣力輸送系統(tǒng)，它的作用是將飛灰送入灰?guī)欤撓到y(tǒng)采用亞臨界參數(shù)、中間再熱、單爐型、均勻通風(fēng)、固體排渣等工藝。本鍋爐的設(shè)計(jì)煤種是神華活雞兔煤，其校核煤種是準(zhǔn)噶爾煤7：3。根據(jù)三河發(fā)電廠的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)和計(jì)算，結(jié)果表明，粉煤灰在燃燒后的堆積密度為0. 75～1.0 t/m3，而實(shí)際濃度為2.1～2.4t/m3。根據(jù)設(shè)計(jì)的煤種，BMCR鍋爐在使用時(shí)，灰斗的排灰能力可達(dá)8.9t/h。在BMCR工況下，使用校核煤種的鍋爐灰斗可以達(dá)到13.5t/h的排放。每個(gè)電除塵器均設(shè)有2個(gè)電除塵器，每個(gè)電除塵器設(shè)有5個(gè)風(fēng)電場(chǎng)、20個(gè)供電分區(qū)、2個(gè)電收站以及20個(gè)灰斗。煤倉(cāng)與電收塵器的最大橫向輸送距離是750m。通過實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)三河電廠的排灰系統(tǒng)布局特征為：靜電收塵排灰裝置設(shè)在地面0m，氣力輸灰系統(tǒng)空壓機(jī)設(shè)在除灰、空壓室，主要的控制裝置和電器都在二層。

3.2除灰系統(tǒng)對(duì)PLC技術(shù)的要求

針對(duì)三河電廠除灰系統(tǒng)的運(yùn)行工況、設(shè)備環(huán)境和有關(guān)技術(shù)人員的研究，選擇使用PLC系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行如下設(shè)計(jì)。

（1）全部硬件采用廠商的標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)的選件，PLC的設(shè)備型號(hào)、技術(shù)規(guī)范是統(tǒng)一的。在5%～95%的相對(duì)濕度、0～50℃的環(huán)境下，PLC的全部硬件均能正常工作，不會(huì)發(fā)生結(jié)露。

（2） CPU必須是某個(gè)相關(guān)廠家的最新產(chǎn)品，具備較強(qiáng)的擴(kuò)展性、通信能力、中／大規(guī)模程序存儲(chǔ)能力以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

（3）當(dāng)采用RAM內(nèi)存時(shí)，要確保儲(chǔ)存的資料或程序可以在蓄電池里儲(chǔ)存超過6個(gè)月，更換電池時(shí)要確保儲(chǔ)存資料及程序不會(huì)遺失，并在系統(tǒng)內(nèi)裝一盞指示燈，以檢測(cè)電池是否已耗盡，監(jiān)測(cè)工藝控制要求有故障診斷等。這些特性包括：移位寄存器、日歷、實(shí)時(shí)日寸鐘、邏輯函數(shù)、鎖定繼電器、變換接觸、算術(shù)運(yùn)算、計(jì)時(shí)器等。整個(gè)系統(tǒng)的模件都應(yīng)該是插頭式的，方便更換。在機(jī)柜里一定要有20%的I/O作為備用。另外，每個(gè)I/O模塊必須包含10%的備用端子和15%的輸入／輸出空間。

（4）所有開關(guān)量輸入輸出模塊必須包含一定的隔離設(shè)備。

（5）在振動(dòng)、無線電波干擾和電器噪聲環(huán)境下，PLC系統(tǒng)能夠持續(xù)正常工作。電源必須配有浪涌保護(hù)裝置。

（6）編程時(shí)使用梯形圖或其他PLC語言；一定要將邏輯函數(shù)加入PLC中。

3.3三河電廠除灰控制系統(tǒng)

結(jié)合PLC和PC機(jī)的技術(shù)需求，選擇施耐德Quantum系列PLC作為三河電廠除灰系統(tǒng)的主控主機(jī)，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)人工控制和運(yùn)行，集控室由PLC與DCS通信，由上位機(jī)遠(yuǎn)程控制和運(yùn)行。當(dāng)PLC設(shè)備的電源及線路未發(fā)生故障時(shí)，請(qǐng)確保電源柜及程控柜的電源開關(guān)全部打開，PLC設(shè)備能正常工作。整個(gè)除塵系統(tǒng)由三部分組成。

3.3.1壓力罐組裝料過程

在進(jìn)料前，系統(tǒng)應(yīng)在停機(jī)或運(yùn)輸周期結(jié)束時(shí)，將全部啟動(dòng)的執(zhí)行閥“關(guān)閉”。儀器氣體滿足輸送系統(tǒng)要求，氣壓大于0.55MPa。空壓機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)由無負(fù)載向有負(fù)載、有負(fù)載向無負(fù)載過渡的轉(zhuǎn)變。灰罐開關(guān)閥門對(duì)準(zhǔn)選定灰?guī)臁ｉ_關(guān)閥僅在不排放灰渣的情況下切換。灰?guī)煜到y(tǒng)滿足運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行需要，庫(kù)頂布袋除塵器仍在運(yùn)行，灰?guī)焯幱跓o高料狀態(tài)。所有加熱系統(tǒng)均處于運(yùn)行狀態(tài)，所有氣動(dòng)執(zhí)行器均已“關(guān)閉”，所有人工操作／調(diào)節(jié)裝置均處于運(yùn)行狀態(tài)。在加注過程中，如果壓力傳感器的壓力P小于50kPa，則壓力容器液位計(jì)開關(guān)處于“非高位”狀態(tài)時(shí)，排氣閥打開，進(jìn)料閥打開，然后開始給料程序。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)液位計(jì)處于“高位”狀態(tài)或者ｔ=60秒后，所有壓力罐裝料閥門將關(guān)閉。關(guān)閉排氣閥，完成進(jìn)料程序。設(shè)定進(jìn)料時(shí)間，如果料位儀沒有報(bào)警，理論上可以設(shè)定粗灰2000s，細(xì)灰6000s。

3.3.2灰的輸送過程

輸送前，一定單位內(nèi)的壓力槽在進(jìn)料過程中結(jié)束，由控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)自動(dòng)判斷是否進(jìn)入輸灰。針對(duì)送灰程序，開啟灰道相應(yīng)開關(guān)閥門。開啟小型旁通閥，使某單位的排灰閥門完全打開。進(jìn)氣閥在一定單位內(nèi)完全打開，使系統(tǒng)進(jìn)入輸灰流程。輸灰控制采用壓力傳感器。

3.3.3輸灰結(jié)束

當(dāng)輸送管線壓降至空管壓力以下時(shí)，裝置已完成預(yù)處理。關(guān)閉進(jìn)氣閥，關(guān)閉輔助閥。當(dāng)壓力傳送器壓力ｔ30 s，P小于50kPa日寸，關(guān)閉排氣閥，關(guān)閉灰管開關(guān)閥（細(xì)灰輸送時(shí)，當(dāng)該裝置內(nèi)細(xì)灰全部送出時(shí)，閥門將關(guān)閉）。如果所有壓力槽未發(fā)現(xiàn)堵塞，所有壓力槽均為空，則飛灰輸送系統(tǒng)將停止運(yùn)行。同時(shí)，該裝置所有應(yīng)急閥門全部打開，繼續(xù)向下一個(gè)裝置輸送。

3.4除灰控制系統(tǒng)異常處理

PLC設(shè)備均具有自檢功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，必須充分利用現(xiàn)有資源及自診斷能力進(jìn)行故障分析。一般情況下，當(dāng)PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)先檢測(cè)電源電壓，然后檢查輸入輸出端、PLC插頭、螺絲等是否松動(dòng)，最后檢查PLC裝置上LED顯示裝置是否正常，以及PLC本身是否有異常。

4結(jié)束語

自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景，它能全面監(jiān)控電廠、電網(wǎng)、變電站的整個(gè)生產(chǎn)過程，大大縮短了整個(gè)系統(tǒng)的控制過程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和監(jiān)控，使整個(gè)系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。本文針對(duì)三河電廠除灰系統(tǒng)的實(shí)際需要，選用施耐德昆騰系列PLC作為三河電廠除灰控制設(shè)備。目前，三河電廠運(yùn)行良好，系統(tǒng)安全可靠。該控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使除灰機(jī)的維護(hù)費(fèi)用大大降低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低，在保障工作安全的同時(shí)，可以有效提升經(jīng)濟(jì)效益。