孫青江

國電和風(fēng)風(fēng)電開發(fā)有限公司 遼寧 沈陽 110179

引言

從最初的簡單控制電路到現(xiàn)代的智能化系統(tǒng)，電氣自動化經(jīng)歷了長足發(fā)展，將其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中可提高效率，實現(xiàn)自動化控制和監(jiān)測，加快工業(yè)革命的進(jìn)程?，F(xiàn)階段，該技術(shù)引入了計算機(jī)控制、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)了高度集成和智能化，為電氣工程的發(fā)展提供了極大的支撐作用。

1 電氣自動化在電氣工程中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 實現(xiàn)自動化控制

電氣自動化技術(shù)能夠?qū)鹘y(tǒng)的手動控制轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊刂?，顯著提高生產(chǎn)效率、降低人力成本，利用傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備，實時監(jiān)測和控制電壓、電流和溫度等電氣參數(shù)，借助自動化控制系統(tǒng)，做出智能化的決策和系統(tǒng)操作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象時，及時采取措施進(jìn)行修復(fù)或切換備用設(shè)備，避免或減少生產(chǎn)中斷和設(shè)備損壞，實現(xiàn)對電力運營過程的精確控制和優(yōu)化，讓設(shè)備能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和作業(yè)，無須人員親自到現(xiàn)場，進(jìn)一步降低人力成本。

1.2 提升運行效率

引入自動化控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對電力設(shè)備和系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，減少人工干預(yù)的需求，降低了操作風(fēng)險和人為錯誤的可能性，能自動調(diào)節(jié)和優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行參數(shù)，快速響應(yīng)系統(tǒng)變化，并進(jìn)行及時的調(diào)整，提高了電氣設(shè)備的運行效率和可靠性，還可以實現(xiàn)電力設(shè)備之間的通信和協(xié)調(diào)，通過數(shù)據(jù)的實時共享和分析，優(yōu)化整個電氣系統(tǒng)的運行狀態(tài)和能源利用效率[1]。

1.3 提高維檢質(zhì)量

日常維檢是讓電力系統(tǒng)能夠正常運行的重要工作內(nèi)容之一，能保障設(shè)備的工作狀態(tài)、防止故障發(fā)生，并提前發(fā)現(xiàn)潛在問題。由于電氣工程中的主要部件如電線桿、電纜以及輸電線路等有一部分會裸露在外界環(huán)境中，容易被周邊的不良因素所影響，使用自動化技術(shù)，可以實時探查電力系統(tǒng)的工作狀態(tài)，協(xié)助維保人員找到風(fēng)險點并給出對應(yīng)的處理方案。

2 電氣工程中常見的電氣自動化技術(shù)

2.1 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)能大量分析電氣設(shè)備的運行數(shù)據(jù)并建模，從中提取出有價值的信息，以此來讓相關(guān)工作人員更好地理解設(shè)備的運行狀態(tài)、性能特征以及潛在的故障風(fēng)險，并基于這些數(shù)據(jù)模型開發(fā)智能的故障診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)對設(shè)備故障的早期預(yù)警和快速定位，以此來提高維護(hù)響應(yīng)速度，避免設(shè)備故障對電力網(wǎng)絡(luò)造成困擾。結(jié)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法和傳感器數(shù)據(jù)的實時反饋，實現(xiàn)對電氣設(shè)備參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整，提高設(shè)備的能效和性能，提供智能維護(hù)和管理解決方案。通過對設(shè)備運行數(shù)據(jù)的綜合分析，制定出更合理的維護(hù)策略和工作計劃。

2.2 集成技術(shù)

集成技術(shù)是將不同的電氣設(shè)備、系統(tǒng)和組件進(jìn)行整合和統(tǒng)一控制的一種技術(shù)手段，實現(xiàn)設(shè)備之間的協(xié)同工作和信息共享，提高電氣系統(tǒng)的整體性能。在該技術(shù)運行前，要先將各個設(shè)備連接到一個統(tǒng)一的控制中心，對設(shè)備進(jìn)行集中控制和監(jiān)測，讓維護(hù)人員通過一個界面進(jìn)行設(shè)備的操作，并利用網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)總線技術(shù)，讓各個設(shè)備實時共享運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)和參數(shù)信息，實現(xiàn)信息的無縫傳輸和交換，為系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整和故障診斷提供了更全面的數(shù)據(jù)支持。

2.3 監(jiān)控技術(shù)

利用各類監(jiān)控裝置采集和處理電氣工程中的各種參數(shù)和信號，對電氣系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測和管理，讓工程師能夠及時獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，以便實現(xiàn)對電氣設(shè)備和系統(tǒng)的有效監(jiān)控和控制。需要安裝傳感器和監(jiān)測裝置，并對這些獲取的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和分析，幫助電力企業(yè)合理利用能源，當(dāng)出現(xiàn)運行危險如火災(zāi)、網(wǎng)絡(luò)入侵等情況時，結(jié)合火災(zāi)報警系統(tǒng)、入侵檢測系統(tǒng)等進(jìn)行實時監(jiān)測和報警，保護(hù)電氣設(shè)備的正常運行和人員的人身安全[2]。

2.4 繼電保護(hù)技術(shù)

繼電保護(hù)是指通過繼電器及相關(guān)裝置對電力系統(tǒng)中的故障進(jìn)行檢測、判斷和隔離，以保護(hù)電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全運行，廣泛應(yīng)用于輸電線路、發(fā)電機(jī)、變壓器等電力設(shè)備，其核心是繼電器，能夠感知電力系統(tǒng)中的異常情況并迅速做出響應(yīng)，通過邏輯控制和電氣信號傳輸，實現(xiàn)對設(shè)備的保護(hù)。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)已經(jīng)逐漸演變?yōu)閿?shù)字繼電保護(hù)技術(shù)，能使用數(shù)字信號處理和通信技術(shù)，實現(xiàn)更高精度的故障檢測和定位，具備自動診斷和自適應(yīng)調(diào)節(jié)等先進(jìn)特性。

3 電氣自動化技術(shù)在電力工程中的實踐應(yīng)用

3.1 在電氣工程設(shè)計中的應(yīng)用

電氣自動化技術(shù)和控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，可以在電力工程中實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控、運行控制和故障保護(hù)等功能，為了更好地應(yīng)用這些技術(shù)，要對電路系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的相關(guān)理論進(jìn)行創(chuàng)新性整合，以實現(xiàn)更高效、可靠和安全的電力系統(tǒng)設(shè)計。有關(guān)人員要在正式展開電氣工程設(shè)計工作前，使用相關(guān)輔助工具對電氣自動化技術(shù)的各類有效資源進(jìn)行統(tǒng)計和歸納，這樣能夠極大減少設(shè)計時限，并重點挖掘和分析出不同設(shè)計方案能達(dá)成的功能。在電氣工程設(shè)計的實踐中，必須精確對各種功能系統(tǒng)中的電氣設(shè)備進(jìn)行細(xì)致分類，嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)定電氣線路的具體敷設(shè)方向和安全隔離措施，在眾多電氣工程項目中，設(shè)計資源通常較為受限，設(shè)計師必須綜合實際的需要，動態(tài)調(diào)配不同時間段內(nèi)電氣系統(tǒng)設(shè)備和控制儀器儀表裝置的實際功率運行和能源損耗比例，深入分析電氣工程設(shè)計的功能結(jié)構(gòu)和安全架構(gòu)體系，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題和常見風(fēng)險，并基于實際情況提出更合理的處理意見[3]。

3.2 在電力系統(tǒng)運行及電力調(diào)度中的應(yīng)用

電力調(diào)度是根據(jù)需求預(yù)測和實時需求，合理安排發(fā)電、輸送和消費電力的過程，自動化技術(shù)通過智能化的調(diào)度系統(tǒng)，能夠收集、分析和處理大量的電力數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對電力的精確調(diào)度，基于實時的電力需求和市場情況，自動優(yōu)化發(fā)電機(jī)組的運行狀態(tài)，并合理安排輸電線路的負(fù)荷分配，極大地提高了電力系統(tǒng)的供應(yīng)效率，還能夠降低能源消耗和減少碳排放。通過自動化設(shè)備和傳感器的應(yīng)用，電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)可以實時監(jiān)測和記錄，將各種監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂剖?，使運營人員能夠?qū)崟r了解電力系統(tǒng)的狀態(tài)，并及時做出調(diào)整，并通過遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)對電力設(shè)備的開關(guān)、切換等操作，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或異常情況時，自動化技術(shù)還能快速響應(yīng)并實施保護(hù)措施，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

3.3 在智能化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

該技術(shù)利用先進(jìn)的電氣設(shè)備和自動化控制系統(tǒng)，通過傳感器和監(jiān)測裝置采集各種參數(shù)，并集成了先進(jìn)的控制算法和智能化的決策模型，根據(jù)實時數(shù)據(jù)對電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度和運行控制。例如，在負(fù)荷調(diào)節(jié)方面，自動化控制系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)荷變化情況自動調(diào)整發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)運行模式，以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定運行。還支持電力智能化監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和決策支持功能，通過數(shù)據(jù)采集和存儲，系統(tǒng)可以積累大量歷史數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)提取有價值的信息。

3.4 在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

智能電網(wǎng)是一種基于先進(jìn)傳感器、通信和控制技術(shù)的現(xiàn)代化電力系統(tǒng)，電氣自動化技術(shù)通過自動化控制、監(jiān)測和管理電力系統(tǒng)的各個方面，為智能電網(wǎng)的運行和管理提供了強(qiáng)大的支持，實現(xiàn)了智能配電和能量管理，通過集成智能電表、智能開關(guān)和智能電力負(fù)荷管理系統(tǒng)，智能電網(wǎng)可以實現(xiàn)對電力負(fù)荷的精確測量、監(jiān)控和控制，使電力系統(tǒng)能夠?qū)崟r調(diào)整和優(yōu)化電力分配，以滿足不同負(fù)荷需求和能源供應(yīng)的變化，還可以通過能量管理系統(tǒng)對能源消耗進(jìn)行監(jiān)測和分析，幫助用戶實現(xiàn)能源節(jié)約和效率提升的目的。還可以實時檢測電力系統(tǒng)中的故障和異常情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題，自動化系統(tǒng)可以快速響應(yīng)，自動切換電源、隔離故障區(qū)域，以最大限度地減少停電時間并降低維修成本。

3.5 在變電站中的應(yīng)用

變電站是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，用于將高壓電能轉(zhuǎn)換成適用于輸電、配電和使用的低壓電能，起著電能傳輸、分配和控制的關(guān)鍵作用，通常由變壓器、開關(guān)設(shè)備、保護(hù)設(shè)備、計量設(shè)備等組成，通過各種電氣設(shè)備實現(xiàn)對電能的接受、轉(zhuǎn)換、分配和控制。將傳感器和檢測設(shè)備安裝在變電站的關(guān)鍵設(shè)備上，用于實時監(jiān)測電氣參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)，將所獲取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶詣踊到y(tǒng)中，還需要設(shè)計直觀易用的人機(jī)界面和報警系統(tǒng)，讓運維人員能夠?qū)崟r監(jiān)視變電站運行狀態(tài)并快速響應(yīng)報警信息。

3.6 在輸電最優(yōu)控制中的應(yīng)用

電氣自動化技術(shù)通過實時監(jiān)測、控制和優(yōu)化輸電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，能夠提供最佳的操作策略和參數(shù)配置，從而實現(xiàn)輸電最優(yōu)控制，使用電氣自動化技術(shù)可以通過智能監(jiān)測系統(tǒng)實時采集和分析輸電系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對輸電設(shè)備和線路的精確控制，對輸電設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)、容量調(diào)節(jié)等進(jìn)行自動控制，以實現(xiàn)能量的高效傳輸和分配。并建立輸電系統(tǒng)的模型，對系統(tǒng)的運行情況進(jìn)行預(yù)測和仿真，評估不同操作策略的效果，從而找到最優(yōu)的操作方案。

3.7 在電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提升中的應(yīng)用

由于電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和現(xiàn)代化要求逐步提高，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足日益增長的電力需求和系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求。電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用有效地解決了這一問題，通過智能化的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制，使得運行人員能夠快速準(zhǔn)確地獲取系統(tǒng)狀態(tài)信息，并及時采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。其次，電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中引入了先進(jìn)的通信和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)各個設(shè)備之間的信息交互和協(xié)調(diào)，提高了系統(tǒng)的整體運行效率和穩(wěn)定性，還能夠?qū)崿F(xiàn)對電力系統(tǒng)的自愈能力提升，通過智能化的設(shè)備和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對故障的快速定位和隔離，以及系統(tǒng)的自動恢復(fù)和重構(gòu)，從而大大降低了故障問題對電力系統(tǒng)的影響。

3.8 在電力負(fù)荷管理中的應(yīng)用

基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動化控制系統(tǒng)可以對電力負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測和分析，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果制定相應(yīng)的負(fù)荷調(diào)控策略，當(dāng)電力負(fù)荷達(dá)到峰值時，自動化控制系統(tǒng)可以自動啟動備用發(fā)電機(jī)，以平衡供需關(guān)系；當(dāng)負(fù)荷過大或過小時，系統(tǒng)可以自動調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出功率或啟動停用相應(yīng)的電力設(shè)備，以滿足負(fù)荷需求。借助現(xiàn)代通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，運營人員可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控中心或移動終端實時地對電力負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)控，這種遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制的方式讓負(fù)荷管理變得更加便捷和高效，能夠及時響應(yīng)負(fù)荷變化和應(yīng)急情況，提高企業(yè)對電力系統(tǒng)的控制能力。

3.9 在電力系統(tǒng)安全運行中的應(yīng)用

現(xiàn)代社會對電力的需求日益增長，各行各業(yè)都離不開電力供應(yīng)，如果電力系統(tǒng)無法正常運行，將給工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)運營、醫(yī)療衛(wèi)生等各個領(lǐng)域帶來嚴(yán)重的影響，甚至?xí)o國家造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。電氣自動化系統(tǒng)可以根據(jù)電力系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)和需求，自動調(diào)整電力系統(tǒng)中各個設(shè)備的運行參數(shù)，以降低能耗、提高效率，同時保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在運行風(fēng)險時，會第一時間發(fā)出報警信號，并迅速采取自動隔離措施，避免故障區(qū)域擴(kuò)大對整個電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

4 結(jié)束語

通過對電氣自動化在電氣工程中的應(yīng)用探索，相關(guān)人員深入理解了其在提高生產(chǎn)效率、降低能耗和優(yōu)化系統(tǒng)性能方面的巨大潛力，然而，現(xiàn)階段仍存在技術(shù)集成、安全性和可靠性等方面的挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步研究和解決，后續(xù)要聚焦于完善電氣自動化技術(shù)，開發(fā)更智能化、靈活性更高的系統(tǒng)，并探索與其他領(lǐng)域的融合，以實現(xiàn)更全面、高效的電氣工程解決方案。