自动化技术在电气工程中的应用

刘英

关键词：电气工程；自动化技术；技术应用

1应用优势

自动化技术是以计算机为载体，通过多种传感器向终端传输控制指令，实现终端自动运行和自动控制的综合技术。（1）在电气工程中应用自动化技术无须设置专用控制模块，由终端平台直接控制，大大降低了微机的计算量，提高了电力系统的流畅性。（2）对电网、设备的控制更加精确、快捷，自动化技术能够利用现代信息技术对电气工程的运行数据进行筛选、分类，提高数据的准确度，同时结合监测系统，及时监测电网、设备的运行状况，向监测中心发出预警，以保证电网安全。（3）自动化技术具有同步特性，能够根据电网反馈信息自动调整电网，使不同调度技术能够满足不同需求。它能将不同存储介质进行有机结合，实现智能控制，合理分配能量，降低电网运行时的功耗[1]。

1.1实现远距离的电力传输

我国幅员辽阔，地理环境多样，资源丰富，影响能源运输。在实现能源输送的同时，必须保证电网安全运行，提高输电能力，有效打破地理、经济等方面的制约，提高电网整体运行水平[2]。要解决这个问题，就必须建立健全的输电系统，以保证其在全国范围内的推广应用。另外，采用自动控制技术可以提高电能质量，增加电厂发电量，从而从根本上解决我国电力供应紧张、能源短缺等问题。

1.2扩大电力企业的规模

将自动化技术应用于电气工程，具有较强的实用性和集约性。目前，电气工程采用自动化技术，能够保证电力系统的安全与整体控制。自动化技术是保障社会稳定供电和满足不同用电需求的重要技术。自动化技术在全面拓展电网应用领域方面发挥着积极作用，同时是我国电力工业发展的重要支撑。

1.3提高电气设备的智能化水平

当前，我国经济持续稳定发展，科技创新极大地促进了人民生活和生产领域的发展。自动化技术的应用，为电力系统优化提供了一条新途径，通过对电力系统进行自动化维护与运行，可以保证电力系统安全、稳定和可靠。此外，还应建立智能化电力系统，确保电力系统不断注入新的活力，促进电力系统整体建设与发展，合理解决传统电力设备运行中出现的各种问题，以提升电力系统的智能化水平和应用的安全性。

1.4远程集中监控系统的适应能力强

远程集中监控是电力系统中的一个关键环节，采用自动控制技术能有效地提升电网的自适应能力，提高电网的综合运行效率。将远程集中监控技术引入电网自动控制中，既可以突破地域局限，又可以对电力系统进行全方位监测。此外，与传统的集中监控相比，采用现场总线技术可以大幅度减少系统应用成本，并且具有结构简单、操作简便、自适应能力强、维修费用低等特点。

2应用实现

2.1自动化技术在发电厂中的应用

目前，自动化技术已广泛应用于水、火电厂，效果良好。其中，将自动化技术引入水力发电厂，可促使水力发电企业实现单机自动化，从而使水电设备实现自动化运行。而将该技术应用于火力发电厂，能有效地检测出存在的安全隐患，既节约了维护费用，又保证了电厂运行质量。

2.2自动化技术在继电保护器中的应用

继电器是电力系统中常用的一种保护装置，主要用于监测电力系统的运行状态。一旦发现电力系统异常，继电器应立即发出警告，积极督促有关部门采取相应措施防止设备出现故障。在继电器的使用中普遍存在的问题是拒绝动作和错误动作。其中，当电器发生短路或其他故障日寸，无法及时采取保护措施。但由于受多种人为因素影响，会导致各种失误动作的发生，进而影响电气装置正常工作。将自动化技术应用于继电保护装置，可有效提高继电器的响应速度及精确度，直接减少电网安全事故。而继电器控制原理则是通过主动引入自动装置，实时监测电器运行状态，通过全面分析监测结果及具体运行参数，从而做出是否实施保护作业的决策[3]。

2.3自动化技术在电网调度中的应用

为了保证电网的安全与稳定，必须对电网进行精确、精细、全面的自动化控制。电气工程自动化是电力系统调度的重要组成部分。目前，其主要应用于现代开放式、分布式、可扩展的自动化体系结构，以整体增强软硬件的综合性能：电力系统在运行的过程中经常会发生故障，采用自动控制系统能够及时发现并掌握系统存在的问题，从而有效消除安全隐患，提高供电质量，满足整个系统的用电需求。

2.4PLC技术在变电站中的应用

传统变电站的运行、监测全靠相关人员完成，不仅造成大量人员资源浪费，而且会出现各类错误，这种错误的出现将会影响变电站整体运行的稳定性和安全性。鉴于此，将PLC技术应用于电气工程，可以降低工作人员的工作强度，同日寸有效缓解其工作压力，打破24小时监控的桎梏，提高电网监控质量和效率，延长设备使用寿命。同时，利用自动化技术对变电站运行过程进行多角度的监测，可以及时发现设备在运行中存在的故障类型及故障点，并通过网络技术进行故障反馈，避免了傳统电磁电缆数据传输错误，以增强数据传输的安全性[4]。

3PLC技术在电厂除灰系统中的应用

3.1三河电厂二期除灰系统概况

三河电厂二期工程应用的是正压紊流浓相气力输送系统，它的作用是将飞灰送入灰库，该系统采用亚临界参数、中间再热、单炉型、均匀通风、固体排渣等工艺。本锅炉的设计煤种是神华活鸡兔煤，其校核煤种是准噶尔煤7：3。根据三河发电厂的实际运行数据进行试验和计算，结果表明，粉煤灰在燃烧后的堆积密度为0. 75～1.0 t/m3，而实际浓度为2.1～2.4t/m3。根据设计的煤种，BMCR锅炉在使用时，灰斗的排灰能力可达8.9t/h。在BMCR工况下，使用校核煤种的锅炉灰斗可以达到13.5t/h的排放。每个电除尘器均设有2个电除尘器，每个电除尘器设有5个风电场、20个供电分区、2个电收站以及20个灰斗。煤仓与电收尘器的最大横向输送距离是750m。通过实地考察，发现三河电厂的排灰系统布局特征为：静电收尘排灰装置设在地面0m，气力输灰系统空压机设在除灰、空压室，主要的控制装置和电器都在二层。

3.2除灰系统对PLC技术的要求

针对三河电厂除灰系统的运行工况、设备环境和有关技术人员的研究，选择使用PLC系统，并对其进行如下设计。

（1）全部硬件采用厂商的标准或标准的选件，PLC的设备型号、技术规范是统一的。在5%～95%的相对湿度、0～50℃的环境下，PLC的全部硬件均能正常工作，不会发生结露。

（2） CPU必须是某个相关厂家的最新产品，具备较强的扩展性、通信能力、中／大规模程序存储能力以及数据结构。

（3）当采用RAM内存时，要确保储存的资料或程序可以在蓄电池里储存超过6个月，更换电池时要确保储存资料及程序不会遗失，并在系统内装一盏指示灯，以检测电池是否已耗尽，监測工艺控制要求有故障诊断等。这些特性包括：移位寄存器、日历、实时日寸钟、逻辑函数、锁定继电器、变换接触、算术运算、计时器等。整个系统的模件都应该是插头式的，方便更换。在机柜里一定要有20%的I/O作为备用。另外，每个I/O模块必须包含10%的备用端子和15%的输入／输出空间。

（4）所有开关量输入输出模块必须包含一定的隔离设备。

（5）在振动、无线电波干扰和电器噪声环境下，PLC系统能够持续正常工作。电源必须配有浪涌保护装置。

（6）编程时使用梯形图或其他PLC语言；一定要将逻辑函数加入PLC中。

3.3三河电厂除灰控制系统

结合PLC和PC机的技术需求，选择施耐德Quantum系列PLC作为三河电厂除灰系统的主控主机，在现场实现人工控制和运行，集控室由PLC与DCS通信，由上位机远程控制和运行。当PLC设备的电源及线路未发生故障时，请确保电源柜及程控柜的电源开关全部打开，PLC设备能正常工作。整个除尘系统由三部分组成。

3.3.1压力罐组装料过程

在进料前，系统应在停机或运输周期结束时，将全部启动的执行阀“关闭”。仪器气体满足输送系统要求，气压大于0.55MPa。空压机系统可实现由无负载向有负载、有负载向无负载过渡的转变。灰罐开关阀门对准选定灰库。开关阀仅在不排放灰渣的情况下切换。灰库系统满足运输系统运行需要，库顶布袋除尘器仍在运行，灰库处于无高料状态。所有加热系统均处于运行状态，所有气动执行器均已“关闭”，所有人工操作／调节装置均处于运行状态。在加注过程中，如果压力传感器的压力P小于50kPa，则压力容器液位计开关处于“非高位”状态时，排气阀打开，进料阀打开，然后开始给料程序。当一个或多个液位计处于“高位”状态或者ｔ=60秒后，所有压力罐装料阀门将关闭。关闭排气阀，完成进料程序。设定进料时间，如果料位仪没有报警，理论上可以设定粗灰2000s，细灰6000s。

3.3.2灰的输送过程

输送前，一定单位内的压力槽在进料过程中结束，由控制系统根据系统状态自动判断是否进入输灰。针对送灰程序，开启灰道相应开关阀门。开启小型旁通阀，使某单位的排灰阀门完全打开。进气阀在一定单位内完全打开，使系统进入输灰流程。输灰控制采用压力传感器。

3.3.3输灰结束

当输送管线压降至空管压力以下时，装置已完成预处理。关闭进气阀，关闭辅助阀。当压力传送器压力ｔ30 s，P小于50kPa日寸，关闭排气阀，关闭灰管开关阀（细灰输送时，当该装置内细灰全部送出时，阀门将关闭）。如果所有压力槽未发现堵塞，所有压力槽均为空，则飞灰输送系统将停止运行。同时，该装置所有应急阀门全部打开，继续向下一个装置输送。

3.4除灰控制系统异常处理

PLC设备均具有自检功能，当系统出现故障时，必须充分利用现有资源及自诊断能力进行故障分析。一般情况下，当PLC系统出现故障时，应先检测电源电压，然后检查输入输出端、PLC插头、螺丝等是否松动，最后检查PLC装置上LED显示装置是否正常，以及PLC本身是否有异常。

4结束语

自动化技术在电力系统中有着广阔的应用前景，它能全面监控电厂、电网、变电站的整个生产过程，大大缩短了整个系统的控制过程，实现自动调节和监控，使整个系统的智能化和自动化程度进一步提高。本文针对三河电厂除灰系统的实际需要，选用施耐德昆腾系列PLC作为三河电厂除灰控制设备。目前，三河电厂运行良好，系统安全可靠。该控制系统的应用，使除灰机的维护费用大大降低，工人劳动强度降低，在保障工作安全的同时，可以有效提升经济效益。