电力系统中电气自动化技术的应用

2017-01-19尹润翔

中国设备工程 2017年24期

关键词：发电厂电气工程电气

尹润翔

（平顶山一中新区学校，河南平顶山 467000）

电力系统中电气自动化技术的应用

尹润翔

（平顶山一中新区学校，河南平顶山 467000）

近年来随着电气自动化技术不断的发展，其在电力系统中的应用范围和领域变得越来越广。本文将从电气自动化技术的诞生和发展开始，对该技术在电力系统中的重要性和应用方向进行分析，详细列出电气自动化技术在我国电力系统中的应用。

电气自动化技术；电力系统；应用领域

电气工程及其自动化作为一个涉及广泛领域的专业，大量应用于电力电子技术、自动化控制技术、电气设备制造等。电气工程自动化主要有以下几个特点，分别是几种相似学科或技术的结合，例如强电和弱电结合、机械与电力结合、软件和硬件的结合，还有就是电工技术与电子技术的结合。本文将对电气工程的发展历史进行溯源和对其现状进行分析，并着重阐述在我国电力系统中现代电气自动化技术的应用。

1 电气工程自动化的发展历史

从广义的定义来说，在公元前的古希腊，学者米利就已经发现并且认识了电。但是在17世纪英国医生吉尔伯特把电写进书本之前，人类一直没有科学系统的去研究电。之后的时间中，导体与绝缘体，静电现象分别被英国人格雷和法国人杜菲所研究发现，在当时造成了轰动。随后在18世纪的美国，富兰克林进行了著名的风筝实验，以证明了自然界中存在电这个理论是正确无误的。电气行业开始腾飞是起始于19世纪，例如科学家安培研究发现的电流磁效应，由法拉第所提出的电磁感应定律，更有将电、磁、光归为电磁场现象的麦克斯韦尔方程组，这个方程组是现代电气学的理论基石。随着电学的重要性和其巨大潜力被发现，西方以及我国便开始逐渐开设电气工程专业，并且专门设立一大批工学院对其进行专业的研究。电气自动化技术的诞生始于上世纪60～70年代，作为电气信息行业的新兴工程科学，电气工程自动化技术逐步实现了在电力网络系统以及工业制造控制系统中的自动化、无人化，并且可以自动检测及排除故障，大大提高了企业的生产力和效益，迅速成为了工业生产的核心技术力量。

2 电气工程自动化的发展现状

目前来说，随着电气自动化技术被广泛的应用到多种不同类型的行业，比如电力行业、建筑行业和机械制造业甚至小型家用。同时，电气工程自动化中程序的编程接口也伴随着国家标准的颁布和制定而逐步走向标准化。最重要的技术发展是其实现了分布式应用，不仅为生产提供了便利，增强了效率，而且简化了电气自动化系统的日常管理和维护。

在电力系统中，电气自动化主要集中在电网上级系统中，例如电网调度自动化、发电厂系统的自动化、变电站综合系统的自动化和配供电系统自动化，而用在用户侧，主要是电气自动保护装置等。各自动化系统都包含数个子系统，例如数据采集，自动检测，电能预估调节等等。通过计算机以及各处传感器等自动化装置的运作，经常可以代替人力去完成各项任务，大大提高了电力系统运行的稳定性和可靠性。

在企业的生产中，电气自动化也大有用武之地，该技术普遍运用在全自动流水线的建立与控制，将电气与机械技术精密的结合，以期对机械设备进行需求功能的配置，并且在传感器和处理器的帮助下对生产数据进行记录。

3 电力系统电气自动化

3.1 电力系统中电气自动化技术的重要性

电气自动化技术在电力系统中的重要性主要体现在以下三个不同方面。

第一是为促进实现控制目标。正如上文所述，电气自动化已在工业以及生活的许多方面有所应用，而对于如今的电力系统，电气自动化更有用武之地。通过技术改造，对电气自动化运行水平的进行有效提升，从而可以提高并且改善整个电力网络系统的运行质量和可靠性。另外，在总线模式下，变压器、发电机等其他电力设备间的互相连通可以通过电气自动化控制来实现，从而提升电力系统的监测水平。

第二是可以大幅度提升设备的运行效率和降低其日常所需要的运行成本。电力作为一个特殊的系统，除去高可靠性和高安全性，电气设备的运行效率也是十分重要的。电气自动化技术可以更好辅助各电力设备之间的协调，提升电气设备的运行效率，从而进一步改善整个系统的日常工作效率，同时，可以减少资源的损耗，这对电力企业成本的控制和效益提升也是十分有帮助的。

第三是简化电力系统的维护管理。在电气自动化技术在我国被广泛的应用之前，电力系统的维护检修大部分都是依靠人力来进行。在当代随着信息技术的快速进步以及自动化技术的普及，系统的运行状态和故障信息可以被快速的收集，并以此为基础对收集数据进行快速的分析和处理，使得电力系统的管理控制更加灵活简便。同时，故障信息的针对收集和记录也显著提高了电力系统维护的效率和降低了人力成本。

3.2 电力系统电气自动化技术应用的方向分析

在电气自动化重要性不断增强的同时，其在电力系统中相关的应用范围也是变得越来越广。具体来说，电力网络系统中电气自动化技术的应用方向主要表现在以下几个方面。

（1）系统的实时仿真。在电力系统中，电气自动化技术的应用促进了系统实时仿真技术的实施，使得在电路中暂态和稳态两种不同状态下的同步实验可以得到实现。并且，实验的精确度也因系统运行数据的大量收集而得到提升，更多的新型电气装置可以在类似仿真环境下得到测试，从而推动电力行业科技的发展。

（2）智能电力服务。当今电力科技的高速发展对电力系统的稳定性、安全性、可靠性和其自动化的程度也有了更高和更严格的要求，而电力智能技术的出现有效的推动了以上几个目标的实现。在电力网络系统的日常运行中，智能电力系统的监测端的功能便是自动的收集所需要的系统运行数据。而当电力系统发生故障时，该智能系统亦能对所获取故障信息进行即时的分析处理，迅速的做出决策判断，并处理对应的故障，从而将电气故障控制在一个很小的范围内，这一功能可以有效的提升电力系统的运行工作效率和网络自动化程度。

（3）用于配电网工作。在我国目前的电力网络中，调配电网系统是影响用户供电侧可靠和稳定性的最主要短板，很容易造成停电等故障，因为配电网络是电力系统和用户之间产生相互关联的部分。而配电网中电气自动化的应用，同时，通过数字信息化加强各级配电网之间的联系，降低线路损耗，提高电能的质量，从而提升配电网的可靠性。

3.3 电力系统中电气自动化的具体应用领域

在当今我国的电力网络系统中，电气自动化技术所应用的范围和领域十分广泛，大到整个配电网，小到一座发电厂，综合来说该技术主要应用于以下几个领域。

（1）发电厂中电气自动化监控技术的应用。由于发电厂中生产的电能是整个电力系统的基础保障，它的稳定性和可靠性会影响到电力的供应系统能否正常运行。发电厂系统中设备的数量和其分散特点决定了其管理维护的难度，同时，电厂自身的用电系统也是一个配电系统，且与外界的输电系统相连，这些特点造就了发电厂电力系统的高度复杂性，也对电气保护设备的配置和运行产生了比较严格的要求。在这种情况下，电气自动化装置的高可靠性和可以快速动作的特性就发挥了其不可替代的作用，能够确保故障及时的发现和切除，从而提升整个发电厂电力系统乃至电力网络的安全和稳定性。

发电厂的电气自动化监控系统包括了三个组成部分，分别是安装在远程的监测保护终端，用于传输收集到信息的数据传输系统以及操作室的监控中心，这几个部分起到了不同的作用。远程监测保护终端包含了安全在电力系统中的监测装置，比如传感器和断电保护装置，其主要作用是监测电路系统的运行并执行保护动作。数据传输系统则是将监测终端获得的实时数据传输到监控中心的线路网络，为了减小高电压电磁波对数据网络的干扰，一般采用现场总线和光纤进行传输。电气自动化操作系统和电厂工作人员交互的平台则是监控中心，主要用于监控人员对电气网络中设备的监测、操控和管理。

（2）变电站系统的自动化。变电站是电能传输中两个以上不同电压等级的转换枢纽，和电力网络的运行稳定性息息相关。变电站的自动化系统和发电厂中电力系统的电气自动化系统比较类似，主要包括了在系统正常工作下对运行设备的监控和数据收集，以及对发生运行故障的设备进行快速的切除和隔离，以确保变电站变压系统可以正常运行。另一方面，对故障信息的处理分析可以帮助维护人员更容易的检修设备。

（3）电网调度系统的自动化。电网调度系统自动化，亦是利用电气自动化技术来实现的集实时数据监控采集、输送、和调度中心处理调控于一体的系统。大体来说，此系统的结构主要包含了控制中心主站、厂站端和信息通道三部分，分别对应了处理、采集和传输。电力系统运行的数据是由信息采集末端所收集，经过信息通道将采集信息传输到调度中心，为调度人员提供完整精确的实时电网信息，再由调度中心根据电力系统的负荷分配来自动实现各发电厂的电力分配，可以有效的优化电力系统的结构。

（4）供配电系统的电气自动化。现今的供配电系统中已经完全实现了电气自动化的控制，特别是在高、中电压供配电网络系统中，电子控制系统已经完全代替了人工的操作。电气自动化主要应用在对继电器、断路器等设备的智能控制上，一旦电路中的参数超过了允许的额定数值，自动化系统就会瞬时对电气设备进行动作，供配电系统就能做到实时断路，从而避免了设备的损坏和故障的扩大。供配电系统中数据的采集主要包括了电网节点电压、电流、系统频率等等，这些数据的参数主要用于监测供配电系统是否正常运行，一旦发现参数异常，监控系统便需要发出警报以便工作人员处理。