尹潤翔

（平頂山一中新區(qū)學(xué)校，河南 平頂山 467000）

電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

尹潤翔

（平頂山一中新區(qū)學(xué)校，河南 平頂山 467000）

近年來隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)不斷的發(fā)展，其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域變得越來越廣。本文將從電氣自動(dòng)化技術(shù)的誕生和發(fā)展開始，對(duì)該技術(shù)在電力系統(tǒng)中的重要性和應(yīng)用方向進(jìn)行分析，詳細(xì)列出電氣自動(dòng)化技術(shù)在我國電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

電氣自動(dòng)化技術(shù)；電力系統(tǒng)；應(yīng)用領(lǐng)域

電氣工程及其自動(dòng)化作為一個(gè)涉及廣泛領(lǐng)域的專業(yè)，大量應(yīng)用于電力電子技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、電氣設(shè)備制造等。電氣工程自動(dòng)化主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)，分別是幾種相似學(xué)科或技術(shù)的結(jié)合，例如強(qiáng)電和弱電結(jié)合、機(jī)械與電力結(jié)合、軟件和硬件的結(jié)合，還有就是電工技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合。本文將對(duì)電氣工程的發(fā)展歷史進(jìn)行溯源和對(duì)其現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并著重闡述在我國電力系統(tǒng)中現(xiàn)代電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。

1 電氣工程自動(dòng)化的發(fā)展歷史

從廣義的定義來說，在公元前的古希臘，學(xué)者米利就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并且認(rèn)識(shí)了電。但是在17世紀(jì)英國醫(yī)生吉爾伯特把電寫進(jìn)書本之前，人類一直沒有科學(xué)系統(tǒng)的去研究電。之后的時(shí)間中，導(dǎo)體與絕緣體，靜電現(xiàn)象分別被英國人格雷和法國人杜菲所研究發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)時(shí)造成了轟動(dòng)。隨后在18世紀(jì)的美國，富蘭克林進(jìn)行了著名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，以證明了自然界中存在電這個(gè)理論是正確無誤的。電氣行業(yè)開始騰飛是起始于19世紀(jì)，例如科學(xué)家安培研究發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)，由法拉第所提出的電磁感應(yīng)定律，更有將電、磁、光歸為電磁場現(xiàn)象的麥克斯韋爾方程組，這個(gè)方程組是現(xiàn)代電氣學(xué)的理論基石。隨著電學(xué)的重要性和其巨大潛力被發(fā)現(xiàn)，西方以及我國便開始逐漸開設(shè)電氣工程專業(yè)，并且專門設(shè)立一大批工學(xué)院對(duì)其進(jìn)行專業(yè)的研究。電氣自動(dòng)化技術(shù)的誕生始于上世紀(jì)60～70年代，作為電氣信息行業(yè)的新興工程科學(xué)，電氣工程自動(dòng)化技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)了在電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及工業(yè)制造控制系統(tǒng)中的自動(dòng)化、無人化，并且可以自動(dòng)檢測及排除故障，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)力和效益，迅速成為了工業(yè)生產(chǎn)的核心技術(shù)力量。

2 電氣工程自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀

目前來說，隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到多種不同類型的行業(yè)，比如電力行業(yè)、建筑行業(yè)和機(jī)械制造業(yè)甚至小型家用。同時(shí)，電氣工程自動(dòng)化中程序的編程接口也伴隨著國家標(biāo)準(zhǔn)的頒布和制定而逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化。最重要的技術(shù)發(fā)展是其實(shí)現(xiàn)了分布式應(yīng)用，不僅為生產(chǎn)提供了便利，增強(qiáng)了效率，而且簡化了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的日常管理和維護(hù)。

在電力系統(tǒng)中，電氣自動(dòng)化主要集中在電網(wǎng)上級(jí)系統(tǒng)中，例如電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、發(fā)電廠系統(tǒng)的自動(dòng)化、變電站綜合系統(tǒng)的自動(dòng)化和配供電系統(tǒng)自動(dòng)化，而用在用戶側(cè)，主要是電氣自動(dòng)保護(hù)裝置等。各自動(dòng)化系統(tǒng)都包含數(shù)個(gè)子系統(tǒng)，例如數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)檢測，電能預(yù)估調(diào)節(jié)等等。通過計(jì)算機(jī)以及各處傳感器等自動(dòng)化裝置的運(yùn)作，經(jīng)?？梢源嫒肆θネ瓿筛黜?xiàng)任務(wù)，大大提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

在企業(yè)的生產(chǎn)中，電氣自動(dòng)化也大有用武之地，該技術(shù)普遍運(yùn)用在全自動(dòng)流水線的建立與控制，將電氣與機(jī)械技術(shù)精密的結(jié)合，以期對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行需求功能的配置，并且在傳感器和處理器的幫助下對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

3 電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化

3.1 電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的重要性

電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的重要性主要體現(xiàn)在以下三個(gè)不同方面。

第一是為促進(jìn)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。正如上文所述，電氣自動(dòng)化已在工業(yè)以及生活的許多方面有所應(yīng)用，而對(duì)于如今的電力系統(tǒng)，電氣自動(dòng)化更有用武之地。通過技術(shù)改造，對(duì)電氣自動(dòng)化運(yùn)行水平的進(jìn)行有效提升，從而可以提高并且改善整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和可靠性。另外，在總線模式下，變壓器、發(fā)電機(jī)等其他電力設(shè)備間的互相連通可以通過電氣自動(dòng)化控制來實(shí)現(xiàn)，從而提升電力系統(tǒng)的監(jiān)測水平。

第二是可以大幅度提升設(shè)備的運(yùn)行效率和降低其日常所需要的運(yùn)行成本。電力作為一個(gè)特殊的系統(tǒng)，除去高可靠性和高安全性，電氣設(shè)備的運(yùn)行效率也是十分重要的。電氣自動(dòng)化技術(shù)可以更好輔助各電力設(shè)備之間的協(xié)調(diào)，提升電氣設(shè)備的運(yùn)行效率，從而進(jìn)一步改善整個(gè)系統(tǒng)的日常工作效率，同時(shí)，可以減少資源的損耗，這對(duì)電力企業(yè)成本的控制和效益提升也是十分有幫助的。

第三是簡化電力系統(tǒng)的維護(hù)管理。在電氣自動(dòng)化技術(shù)在我國被廣泛的應(yīng)用之前，電力系統(tǒng)的維護(hù)檢修大部分都是依靠人力來進(jìn)行。在當(dāng)代隨著信息技術(shù)的快速進(jìn)步以及自動(dòng)化技術(shù)的普及，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息可以被快速的收集，并以此為基礎(chǔ)對(duì)收集數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的分析和處理，使得電力系統(tǒng)的管理控制更加靈活簡便。同時(shí)，故障信息的針對(duì)收集和記錄也顯著提高了電力系統(tǒng)維護(hù)的效率和降低了人力成本。

3.2 電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的方向分析

在電氣自動(dòng)化重要性不斷增強(qiáng)的同時(shí)，其在電力系統(tǒng)中相關(guān)的應(yīng)用范圍也是變得越來越廣。具體來說，電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用方向主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真。在電力系統(tǒng)中，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的實(shí)施，使得在電路中暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩種不同狀態(tài)下的同步實(shí)驗(yàn)可以得到實(shí)現(xiàn)。并且，實(shí)驗(yàn)的精確度也因系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的大量收集而得到提升，更多的新型電氣裝置可以在類似仿真環(huán)境下得到測試，從而推動(dòng)電力行業(yè)科技的發(fā)展。

（2）智能電力服務(wù)。當(dāng)今電力科技的高速發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性和其自動(dòng)化的程度也有了更高和更嚴(yán)格的要求，而電力智能技術(shù)的出現(xiàn)有效的推動(dòng)了以上幾個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的日常運(yùn)行中，智能電力系統(tǒng)的監(jiān)測端的功能便是自動(dòng)的收集所需要的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。而當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，該智能系統(tǒng)亦能對(duì)所獲取故障信息進(jìn)行即時(shí)的分析處理，迅速的做出決策判斷，并處理對(duì)應(yīng)的故障，從而將電氣故障控制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，這一功能可以有效的提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行工作效率和網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化程度。

（3）用于配電網(wǎng)工作。在我國目前的電力網(wǎng)絡(luò)中，調(diào)配電網(wǎng)系統(tǒng)是影響用戶供電側(cè)可靠和穩(wěn)定性的最主要短板，很容易造成停電等故障，因?yàn)榕潆娋W(wǎng)絡(luò)是電力系統(tǒng)和用戶之間產(chǎn)生相互關(guān)聯(lián)的部分。而配電網(wǎng)中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用，同時(shí)，通過數(shù)字信息化加強(qiáng)各級(jí)配電網(wǎng)之間的聯(lián)系，降低線路損耗，提高電能的質(zhì)量，從而提升配電網(wǎng)的可靠性。

3.3 電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化的具體應(yīng)用領(lǐng)域

在當(dāng)今我國的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，電氣自動(dòng)化技術(shù)所應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域十分廣泛，大到整個(gè)配電網(wǎng)，小到一座發(fā)電廠，綜合來說該技術(shù)主要應(yīng)用于以下幾個(gè)領(lǐng)域。

（1）發(fā)電廠中電氣自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用。由于發(fā)電廠中生產(chǎn)的電能是整個(gè)電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)保障，它的穩(wěn)定性和可靠性會(huì)影響到電力的供應(yīng)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。發(fā)電廠系統(tǒng)中設(shè)備的數(shù)量和其分散特點(diǎn)決定了其管理維護(hù)的難度，同時(shí)，電廠自身的用電系統(tǒng)也是一個(gè)配電系統(tǒng)，且與外界的輸電系統(tǒng)相連，這些特點(diǎn)造就了發(fā)電廠電力系統(tǒng)的高度復(fù)雜性，也對(duì)電氣保護(hù)設(shè)備的配置和運(yùn)行產(chǎn)生了比較嚴(yán)格的要求。在這種情況下，電氣自動(dòng)化裝置的高可靠性和可以快速動(dòng)作的特性就發(fā)揮了其不可替代的作用，能夠確保故障及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和切除，從而提升整個(gè)發(fā)電廠電力系統(tǒng)乃至電力網(wǎng)絡(luò)的安全和穩(wěn)定性。

發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)包括了三個(gè)組成部分，分別是安裝在遠(yuǎn)程的監(jiān)測保護(hù)終端，用于傳輸收集到信息的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及操作室的監(jiān)控中心，這幾個(gè)部分起到了不同的作用。遠(yuǎn)程監(jiān)測保護(hù)終端包含了安全在電力系統(tǒng)中的監(jiān)測裝置，比如傳感器和斷電保護(hù)裝置，其主要作用是監(jiān)測電路系統(tǒng)的運(yùn)行并執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)則是將監(jiān)測終端獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的線路網(wǎng)絡(luò)，為了減小高電壓電磁波對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的干擾，一般采用現(xiàn)場總線和光纖進(jìn)行傳輸。電氣自動(dòng)化操作系統(tǒng)和電廠工作人員交互的平臺(tái)則是監(jiān)控中心，主要用于監(jiān)控人員對(duì)電氣網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的監(jiān)測、操控和管理。

（2）變電站系統(tǒng)的自動(dòng)化。變電站是電能傳輸中兩個(gè)以上不同電壓等級(jí)的轉(zhuǎn)換樞紐，和電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行穩(wěn)定性息息相關(guān)。變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)和發(fā)電廠中電力系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)比較類似，主要包括了在系統(tǒng)正常工作下對(duì)運(yùn)行設(shè)備的監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集，以及對(duì)發(fā)生運(yùn)行故障的設(shè)備進(jìn)行快速的切除和隔離，以確保變電站變壓系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。另一方面，對(duì)故障信息的處理分析可以幫助維護(hù)人員更容易的檢修設(shè)備。

（3）電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的自動(dòng)化。電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)化，亦是利用電氣自動(dòng)化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控采集、輸送、和調(diào)度中心處理調(diào)控于一體的系統(tǒng)。大體來說，此系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包含了控制中心主站、廠站端和信息通道三部分，分別對(duì)應(yīng)了處理、采集和傳輸。電力系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)是由信息采集末端所收集，經(jīng)過信息通道將采集信息傳輸?shù)秸{(diào)度中心，為調(diào)度人員提供完整精確的實(shí)時(shí)電網(wǎng)信息，再由調(diào)度中心根據(jù)電力系統(tǒng)的負(fù)荷分配來自動(dòng)實(shí)現(xiàn)各發(fā)電廠的電力分配，可以有效的優(yōu)化電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

（4）供配電系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化?，F(xiàn)今的供配電系統(tǒng)中已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了電氣自動(dòng)化的控制，特別是在高、中電壓供配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，電子控制系統(tǒng)已經(jīng)完全代替了人工的操作。電氣自動(dòng)化主要應(yīng)用在對(duì)繼電器、斷路器等設(shè)備的智能控制上，一旦電路中的參數(shù)超過了允許的額定數(shù)值，自動(dòng)化系統(tǒng)就會(huì)瞬時(shí)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行動(dòng)作，供配電系統(tǒng)就能做到實(shí)時(shí)斷路，從而避免了設(shè)備的損壞和故障的擴(kuò)大。供配電系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集主要包括了電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓、電流、系統(tǒng)頻率等等，這些數(shù)據(jù)的參數(shù)主要用于監(jiān)測供配電系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，監(jiān)控系統(tǒng)便需要發(fā)出警報(bào)以便工作人員處理。

4 結(jié)語

正如上文所述，電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與整個(gè)電力系統(tǒng)的科技進(jìn)步緊密相連。在電力系統(tǒng)各個(gè)不同的領(lǐng)域中，電氣自動(dòng)化有著其舉足輕重的地位和不可替代性。同時(shí)，電氣自動(dòng)化作為一個(gè)很有潛力的高新技術(shù)，隨著信息科技的不斷普及，其未來也能得到長足的發(fā)展，為我國的電力事業(yè)提供更多的助力。

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