自動化控制技術在電氣試驗中的應用

［關鍵詞］自動化控制；電氣試驗；硬件設計；軟件設計

［中圖分類號］TM76 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）11–0006–03

隨著電力系統規模的不斷擴大、復雜度的日益增加，傳統的手動試驗方式不僅消耗大量的人力物力，而且在精確度和安全性上存在顯著短板，已經無法滿足現代電力系統的需求。因此，自動化控制技術在電氣試驗中的應用顯得尤為迫切。當前自動化控制技術已經取得了顯著的進步，從最初的PLC 編程控制，到現在的高級人工智能和機器學習的應用，自動化控制技術能夠實現電氣試驗的智能化、無人化，提高試驗的效率和精度。探討自動化控制技術在電氣試驗中的應用，不僅可以推動電力行業的技術革新，提高電力系統的運行效率和安全性，而且對于優化能源結構、促進綠色能源的發展、實現電力行業的可持續發展具有重要的理論價值和實踐意義。

1項目背景

1.1項目概況

文章以某供電公司電氣試驗項目為例，該供電公司最初的電氣試驗均為人工操作模式，試驗難度較大，容易出現操作誤差問題，而且后期試驗數據處理工作量較大。隨著技術發展，該供電公司逐步進行了電氣試驗模式和系統的更新。由于供電需求的不斷提高，對電氣試驗的精準性、效率及安全性等都提出了更高的要求，亟須對電氣試驗展開進一步更新，加強對于自動化控制技術的應用。

1.2當前試驗模式弊端

當前該供電公司電氣試驗模式存在的主要弊端表現在以下方面：①試驗車缺少自動報警裝置，難以實現對于試驗過程的有效監控，而且內部缺少環境控制裝置，高溫條件下，內部元件、精密儀器容易出現損壞；②試驗效率較低，儀器設備來回搬運、拆線等操作繁雜，延長了試驗時間；③試驗車中儀器設備較多，容易受到電磁干擾等的影響，影響試驗結果的可靠性；④智能化水平不足，難以通過對試驗數據的分析，及時發現設備缺陷問題等。

2自動化控制技術在電氣試驗中的應用設計

2.1整體方案

基于上述項目情況，以及試驗模式存在的弊端問題，需結合供電公司實際情況，運用自動化控制技術，進行電氣試驗車的重新設計。此次電氣試驗車設計采用分布、集成的方式，分布式能夠實現實驗設備、儀器的有效分離，可根據現場試驗環境合理進行試驗資源分配；集成則主要通過智能化系統的設計，提高試驗車的自動化水平，以便更好地適應復雜的試驗環境，保障試驗過程的安全性及高效性。此次電氣試驗車（即智能化綜合試驗車）以集成控制器為核心，組織框架如圖1 所示。

2.2"硬件設計

2.2.1集成控制模塊

集成控制模塊作為智能化綜合試驗車的重要組成部分，負責處理和解析來自各個傳感器和設備的數據。該模塊由高性能微處理器和復雜的嵌入式軟件組成，能夠實時監控車輛的狀態，執行復雜的控制算法，并與外部系統進行通信。例如，通過精確的電機控制，可以實現車輛的精確加速、制動及轉向，從而提高駕駛的安全性和效率。本項目中，集成控制模塊主要包括網絡接口、光纖口及無線收發裝置，并預留了RS232/485/USB 接口。試驗檢測主要包括電流電壓監測、電氣環境監測兩個部分，其中電流電壓監測用于監測檢測單元的電流電壓狀態，一旦出現異常情況，可及時發出警報，并啟動斷電保護功能；電氣環境監測則主要用于監測儀器設備接地情況等，確保試驗環境安全。

2.2.2電源模塊

電源模塊是電氣試驗車的核心模塊，為所有系統提供穩定、可靠的電力。這通常涉及高能量密度的電池技術，如鋰離子電池及先進的能量管理系統。能量管理系統不僅能夠優化電池的充放電過程，延長其使用壽命，還能在車輛制動時回收部分能量，實現能量的回收再利用，提高整體的能源效率。本項目中，電源模塊引入了PWM（脈沖寬度調制）控制器，能夠精確控制電源的輸出，從而模擬各種工況，如負載變化、電壓波動等。PWM 控制器還具有響應速度快、效率高、控制精度高等優點，使得電氣系統測試更加靈活和精確。

2.2.3檢測模塊

本項目中，檢測模塊通過集控儀器的形式進行硬件設計，由1 臺工控計算機實現對于檢測軟件的集成控制，并能夠實現電氣試驗數據處理、報告輸出等功能。本項目檢測模塊涉及的主要儀器包括直流高壓發生器、介損測試儀、串聯諧振試驗設備及交流耐壓試驗裝置（含控制箱）等。其中串聯諧振試驗設備主要利用電抗器的電感和被試品電容的串聯實現諧振，試驗原理如圖2所示。實際檢測過程中，當頻率達到式（1）時，電路即可達到諧振狀態。

式中，f 為頻率，L為電抗器，C為待測試品。

此外，為保障整體結構的可擴展性，硬件設計過程中，在試驗車內部預留了一定空間，以便后續檢測設備儀器的更換調整和增加，使試驗車能夠檢測更多項目，滿足更多試驗任務需求。此外，為更好地滿足長距離檢測要求，在進行檢測模塊設計時，采用了長度為30 m的引線，對于檢測距離超過這一范圍的情況，可將檢測儀器與車體分離，單獨展開檢測工作。

2.3軟件設計

2.3.1用戶模塊

用戶模塊主要涵蓋了用戶登錄及一系列的用戶管理功能，旨在確保用戶能夠方便、安全地使用系統，同時也能方便管理員對用戶數據進行有效管理。在用戶登錄功能上，需設計簡潔明了的登錄窗口，用戶可以在其中輸入其用戶名和密碼。此外，考慮到可能的用戶或密碼輸入錯誤，系統通常還會提供一定的錯誤嘗試次數，超過這個次數后，用戶賬號可能會被鎖定，需要通過特定的解鎖流程才能繼續使用。在用戶管理方面，用戶模塊需要具備用戶信息的創建、編輯及刪除功能。同時，為了保護系統的安全性，管理員應有權限刪除不再使用的用戶賬號。

2.3.2電氣試驗模塊

登錄系統后，可進入電氣試驗模塊界面，根據試驗任務選擇相應試驗項目，工控機會自動與相應檢測儀器進行聯機，然后進入試驗程序。試驗過程中，系統會自動采集試驗數據，并進行記錄，試驗完成后，需點擊斷電按鈕。此外，電氣試驗模塊還具備設備管理功能，可實現對于變電站設備、測量儀器設備的編輯和管理。

2.3.3數據管理模塊

數據管理模塊是軟件的關鍵部分。除了基本的數據存儲和檢索，此次系統設計還提供了數據備份、版本控制及權限管理等功能，以確保數據的安全性和完整性。同時，該模塊還支持數據的對比分析，用戶可以方便地對比不同試驗數據，找出差異，從而深入理解設備的性能變化。

3自動化控制技術在電氣試驗的現場應用

在此次試驗中，選擇了上述供電公司內某變電站1 號主變器作為試驗對象，對其進行了全面檢測。檢測項目涵蓋了評估變壓器性能的關鍵指標，包括繞組絕緣電阻及直流電阻、繞組及套管介損、鐵心及夾件對地絕緣電阻等。這些指標的穩定性直接關系到變壓器的安全運行和電力系統的穩定性。檢測結果顯示，繞組絕緣電阻的吸收比（R60/R15）均達到了預期標準，高壓– 中壓低壓及地、中壓– 高壓及地，以及低壓–高壓中壓及地的吸收比分別為1.32、1.33 及1.32，這表明繞組的絕緣性能良好，能有效防止電流泄漏。繞組連同套管介損的檢測采用了反接法，試驗電壓設定為10 kV，確保了測試的準確性。鐵心對地絕緣電阻的檢測結果也顯示出極高的絕緣性能，鐵心－夾件及地、夾件－鐵心及地的絕緣電阻值均穩定在10 GΩ，符合安全標準。在直流電阻的檢測環節，在5℃的環境溫度和10℃的油溫條件下，對高壓側、中壓側及低壓側進行了檢測。檢測結果顯示，各側電阻的互差均保持在1% 以下，低于標準要求的2%，表明變壓器各部分的性能穩定，無明顯異常。

綜合以上各項檢測數據，可以得出結論，這款電氣試驗車在實際操作中表現出高度的穩定性和準確性，其自動化控制系統能夠有效進行數據采集和分析，大幅提高了檢測效率。220 kV 主變壓器的各項測試數據均在正常范圍內，運行狀態良好，滿足投入運行的標準。

為了更嚴謹地驗證電力試驗車的檢測結果可靠性，進行了一次對比實驗。這次實驗的目標是1號主變器高壓側的繞組直流電阻，在此過程中，選擇了傳統的檢測方法和設備作為參照，以確保在相同的環境條件下進行?？紤]到氣溫和油溫可能對檢測結果產生影響，試驗過程中嚴格控制了測試環境，使其與試驗車檢測時的條件完全一致，以消除可能的誤差源。以A相繞組檢測為例，表1 詳細列出了兩次檢測的數據對比。

由表1可知，試驗車的檢測結果與傳統方法的測量值幾乎一致，誤差范圍在可接受的范圍內。這初步證實了采用自動化控制技術設計的電力試驗車，在檢測精度上具有較高的可靠性。

此外，還對比了兩種檢測方法在時間效率上的差異。在傳統檢測方式下，主變高壓側直流電阻測試時間為24 min，前期接線時長為10 min，測試完成后收線時間為13 min，整個過程需要47 min。而使用電力試驗車，前期接線時間為5 min，測試時間為20 min，測試完成后收線時間為4min，整個檢測過程被縮短至29 min，大幅節省了時間。尤其在接線和收線階段，試驗車的自動化功能顯著提高了效率，減少了人工操作的時間和潛在錯誤。這一結果凸顯了電力試驗車在實際應用中的優勢，不僅能夠提供準確的檢測數據，還能顯著提高檢測效率，對于電力設備的維護和故障排查具有重要的實際意義。

4"結束語

文章基于自動化控制技術在電氣試驗中的應用設計問題，就自動化控制技術在電氣試驗中的應用展開分析。通過集成控制模塊、電源模塊、檢測模塊等的應用，證明了自動化控制技術在電氣試驗中的有效性和可靠性。最后通過現場試驗驗證了自動化控制技術在電氣試驗中的實用性和可靠性，為未來的電力設備檢測提供了更高效、更精確的解決方案。綜上所述，文章所述自動化控制技術在電氣試驗中的應用設計成果，具有重要的理論和實踐意義。