电气自动化技术在电力系统中的应用

2022-10-07陈海远顾雅青

黑龙江科学 2022年18期

陈海远，顾雅青

(山东华宇工学院，山东德州 253034)

我国很多行业向信息化、智能化方向发展。为满足社会发展需要，电力行业也要与时俱进，提高信息化水平。从电力行业实际发展来看，其生产过程中对资源的消耗及污染物的排放对环境造成了不良影响。为实现节能减排，电力行业需提高系统运行效益，降低能源消耗，减少排放。电气自动化技术的应用，可以较好地提高电力系统运行效益。为促进电力系统良好的运行，促进电能生产各项环节的优化，我国电力系统逐渐探索运用电气自动化技术，实现了对系统信息元的定向控制，利用其数据采集及分析功能，实现了对电力系统实际运行情况的有效监测与管理，通过各项技术的运用，实现了技术分析与控制，加强了对故障的及时诊断与处理，为电网安全运行提供了保障。

1 电气自动化技术

自动化技术不断发展，已经形成了较为稳定成熟的发展模式，在电力系统运行中发挥了重要作用，包括用电控制、用电监测及安全管理等。自动化技术已被应用于电力系统中，包括技术改造、产品开发、设备安装、调试、维护及技术管理等。电气工程自动化技术是多项技术的集合，包括智能仿真技术、电子信息技术、计算机网络技术等，符合我国电力工程智能化发展的要求，实现了电力系统运行的自动化、智能化。电力系统的运行较为复杂，对各项工序的开展要求较高，要对电能生产的各项环节进行有效控制与管理，因此自动化技术在其中发挥着重要作用，推动了发电、输电、变电、用电等各项环节的稳步运行，促进了优质电能的生产与消费。

2 电气自动化技术对电力系统的作用

2.1 优化电力系统数据收集与仿真工作

对电力系统的实际运行情况进行实时仿真分析，为系统的进一步运行提供数据支持，提升系统仿真分析效率。利用自动化数据收集与分析，保证系统处于稳定的运行状态，设计电力系统运行同步实验，为系统运行提供精准数据分析模式，提升电力系统运行的准确性与精准性。通过电气自动化技术对电力系统运行情况进行测试分析，提升了系统工作效率，促进了电力系统的运行优化。

2.2 促进电力服务智能化发展

社会发展对电力资源的需求逐渐多元化，这对电力系统运行效率提出了更高的要求，要求电力系统作业过程中不断构建并优化服务模式，更好地提升电力系统的安全性。将电力自动化技术运用到电力系统智能化管理模式中，能够不断优化系统设计，令设备实际运行情况与生产需求相结合，提升各项电力装置运行的精准性，与传统作业模式相比具有显著的应用优势，可及时发现电力系统运行故障，并予以快速处理，提升电力系统运行的稳定性、精准性与科学性，更好地满足社会生产对电力资源的需求。

3 电气自动化技术在电力系统中的应用

将电气自动化技术应用于电力系统中，可不断改进原有工作方式，促进电力系统高效运行。

3.1 电力系统装置速度控制

对电力系统装置运行情况进行必要的管理控制，从加速、匀速、减速3个不同阶段进行分析，考虑水平、垂直和左右3个不同方向上的运动情况，将运动控制重点放在水平方向控制方面。采用S型曲线调速方法，保证运行过程的平稳性。采用变极调速、变频调速两种调速方式，具有传统调速技术无可比拟的应用优势，在运用过程中将各项参数输入其中，利用变频器进行运行处理，其中各项参数数值设置如表1。

表1 电力系统装置速度参数设置情况Tab.1 Speed parameter setting of power system device

3.2 控制系统设计

优化电气系统设备设计，采用西门子S7 1518-4 PN/DP作为电气控制系统主控器件，具有百兆级背板总线，确保极端响应时间，具备良好的通信沟通能力。CPU本体具有3个以太网网段，对运行数据具有125us PROFINET数据刷新时间，能够实现对大量信息数据的有效处理与应用。系统运行过程中具备PROFIBUS-DP、PROFINE两种不同的控制网络架构，显著提升了数据运算能力与响应速度。电力系统子站控制箱采用西门子ET200S系列产品，利用IM151-3PN网关将数据接入PROFINET网络，包括条码识别器、变频器、操作员终端操作数据等。采用空开接触器控制模式，完成升降台及升降输送机升降部作业，在控制箱内安装控制器件。对于其他部分则运用24V控制卡进行数据运行管理，通过以太网接口的运用，实现调度计算机与电控系统之间的数据通信管理。

3.3 控制系统配置

对电力系统运行构建相应的配置方式，将自动化技术运用其中，优化控制系统分布式I/O模块、主控制柜、智能设备控制器、配电柜、控制接口组件布置与分析。对于现场电源采用三级供电管理方式，结合电力系统运行情况设置相应的管理方式，分别为第一级到第三级。电力传输过程中进行必要的保护，设置独立的接地保护线。作业过程中对此构建重复使用方式，避免出现保护线断线的现象。

3.3.1 配电柜

配电柜采用380 V AC动力电源配电的运行方式，在电力系统作业中采用50 Hz±1 Hz、380 VAC±38 VAC的用三相五线制作业方式。对系统运行标出相应的电路电缆参数，保证各路开关状态运行良好，设置不同的隔离开关，安装电流表、电压表，对电力系统的实际运行情况进行监测分析，从而及时监测系统运行过程中可能出现的一些故障与问题，并及时予以处理。

3.3.2 主控制柜

设置单开门结构的主控制柜，电源柜输入380 V动力电，其中电路中输出一路转化为24 V直流电源，为电力系统中的其他设备提供电力支持。三相动力电源的运用能够为电机、变频器的运行提供发展助力，通过电动辊筒控制，将三相380 V电源通过三相开关电源转变为24 V直流，并采集系统运行中的各项数据。系统控制中心为控制柜内PLC主控制器，能够采集并分析系统运行中的各项数据，对各项数据进行有效管理与输出。

将得到的各项数据与调度计算机、终端、子站模块进行共享，分析系统运行中的信号是否正常，进行故障检测、诊断与分析。对电源控制开关进行必要的保护，并设置电源指示、急停按钮、故障指示等，构建自动化运行管理与维护方式。加强对动力电路的编号管理，同时对系统运行情况进行扩展作业，对电压等级进行排序管理。通过接线端子引出系统的外部设备接线，保证设备运行过程中接地。对PLC供电过程中，对电源运行设计独立的变压装置，避免运行过程中受到电网波动干扰。

3.3.3 现场控制箱

加强电力系统现场控制箱的有效运行管理，在系统中适当安放现场控制箱，对系统运行构建自动化运行维护方式。在控制箱内部设置ET200S系列I/O模块，利用IM151-3PN网关实现不同信号之间的有效接入与管理，包括主控制器与PROFINET总线数据。由此实现对现场设备实际运行情况的有效监控与管理，促进系统设备的有效安装与维护。对系统运行构建分散控制管理方式，利用I/O模块设置，加强对设备实际运行情况的有效检测、分析与维护，如光电开关、接地开关等，实现对现场实际运行情况的自动监测。

3.4 电力计算机系统设计

电力计算机系统运行过程中，设置自动化数据存储与调度模式，加强上端与下端数据之间的有效联合与沟通，上端数据与电力生产调度平台进行数据互通，下端运行则与设备实时运行相连接。接收并管理系统运行中的各项数据，实现各种物料的集中统一管理与精准调度，更好地满足当前电力系统的自动化运行需求。构建自动化存储和出入库自动化设备，实现各项物料的统一搬运与有效调度，实现对仓库信息的集中统一管理，包括各种表计的存储、管理、周转等，从而在系统内部构建统一的物流管理运行方式。将管理的各项数据与电力生产调度平台进行数据对接，构建计量资产仓储与输送过程的自动化运行方式，从而提升各项作业的运行效率。

3.5 电能生产仓库管理模块

电能生产仓库管理模块的构建目的是对系统中的电能生产物料与仓库构建整体的信息化运行管理方式，实现物料与仓库货位之间的有效对接管理，实现货物的自动化入库，从而精准反映出货物运行的各种状态，包括出入库情况、使用情况、库存情况等。对物料的实际使用情况构建自动化管理机制，及时监测并反映物料使用情况，分析物料使用过程中是否出现挤压或短缺现象，从而为企业生产运行提供精准的数据支持。数据管理模块运行过程中，设置多种存取策略与接口管理方式，构建针对物流体系的支持平台。

对系统运行设置相应的接口管理模块，实现计算机系统与其他相关系统的有效集成，包括检定系统、上位生产调度平台等，对电力系统运行中的生产调度系统构建相应的管理方式，包括检定计划、出入库单据管理、表计基础信息管理等，为生产调度系统运行提供相应的反馈信息，实现电力系统运行各项信息的自动流转，对系统信息进行有效追踪与管理。

3.6 调度控制模块

对电力系统的实际运行情况构建相应的调度控制管理模块，以此连接物流管理层与设备执行层。对电力系统运行下达作业任务，并对具体的作业任务进行分解，构建统一的调度管理流程，对各项物流环节进行有效监控与管理，通过对象转换插件的方法，对不同设备构建相应的管理方式，构建集中控制运行管理模式，实现对电力系统运行状态的有效监控与管理，包括设备运行情况的监控、报警情况的显示、日志信息内容的记录等。

调度控制系统结合收集到的各项信息进行集中分析，得出系统运行的接入库指令，并对各项任务内容进行集中管理与控制，包括出入库指令的管理及设备执行命令的下达等。实现对设备实际运行情况的监测与分析，结合得到的各项数据分析任务执行情况，对管理人员开通相应的管理权限，优化日志管理方式。调度监控管理中，对设备运行中间区域的设备进行有效布局与分析，提升对错误信息的甄别能力、操作能力。对系统设备的实际执行情况构建相应的管理与运行方式，鼠标移动至窗口位置即能够自动显示该模块的运行情况，必要情况下可以一直显示该项内容，优化系统调度管理。