謝楠

（商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院，陜西 商洛 726000 ）

0 引言

智能化和自動化成為現(xiàn)代社會運行和建設(shè)的關(guān)鍵詞，信息技術(shù)也應(yīng)用于人類活動的各個層面，轉(zhuǎn)變了人們的工作方式和生活方式。在目前的電氣工程領(lǐng)域當(dāng)中，可以讓工程更加節(jié)能化。例如智能技術(shù)開始應(yīng)用在各類建筑物、生產(chǎn)建設(shè)當(dāng)中并取得了良好的成果。電氣工程作為現(xiàn)代生產(chǎn)環(huán)節(jié)的主要功能支撐，要根據(jù)經(jīng)濟性和技術(shù)條件的需求對系統(tǒng)展開綜合設(shè)計。

1 電氣自動化在電氣工程當(dāng)中的應(yīng)用

計算機技術(shù)和電子技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了良好的發(fā)展和應(yīng)用，我國的電力系統(tǒng)也是在這一過程當(dāng)中實現(xiàn)了自動化設(shè)備的更新?lián)Q代。PC技術(shù)引入之后，綜合自動化的設(shè)計、電力系統(tǒng)調(diào)度工作也給現(xiàn)代生產(chǎn)過程提供了關(guān)鍵的技術(shù)支持，各類軟件系統(tǒng)的開發(fā)和利用也讓電力系統(tǒng)進行了數(shù)據(jù)的采集和自動分類。綜合而言，電氣自動化在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議方面雖然存在著一定的困難障礙，但新的連接方式和系統(tǒng)的聯(lián)系非常緊密，電氣自動化在電氣工程當(dāng)中仍然具有良好的應(yīng)用前景[1]。

1.1 發(fā)電廠測控監(jiān)控系統(tǒng)

以當(dāng)前國內(nèi)外的大型火力發(fā)電廠爐火其它分散控制系統(tǒng)來說，電廠自動化需要以電氣自動化為技術(shù)支持。特別是運行自動化控制水平的提升，核心系統(tǒng)和分布式保護測控功能在系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用也成為了測控、監(jiān)控的關(guān)鍵點。

以發(fā)電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計，整個系統(tǒng)監(jiān)測和控制對象包括發(fā)電器、變壓器、高壓廠用工作、備用電源等。其中不同的設(shè)備狀態(tài)信號、異常運行信號以及各種設(shè)備的電氣參數(shù)都可以成為監(jiān)測的主要內(nèi)容。在電網(wǎng)調(diào)度工作當(dāng)中，中心服務(wù)器、顯示器、工作站與計算機網(wǎng)絡(luò)共同地組成了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，電力系統(tǒng)專屬的局域網(wǎng)會處于調(diào)度范圍內(nèi)的發(fā)電廠和電網(wǎng)調(diào)度中心，用以實時地評估電力系統(tǒng)運行狀態(tài)，然后根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)來對電力負荷進行預(yù)測，完成經(jīng)濟調(diào)度和電網(wǎng)控制自動化。對于生產(chǎn)環(huán)節(jié)涉及到的各類數(shù)據(jù)，也會進行監(jiān)控以滿足運營要求[2-3]。

整個監(jiān)控系統(tǒng)功能可以完成廠用電系統(tǒng)與其它相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控，以現(xiàn)場的測控來采集單元信息，從而檢測出不同的事件、故障和狀態(tài)信息，進行包括數(shù)據(jù)合理性檢驗在內(nèi)的各種預(yù)處理措施，然后實時地更新數(shù)據(jù)庫，范圍包括模擬量、數(shù)字量等，其中模擬量包括電流、電壓、頻率、功率因數(shù)等。另外，對于無法實現(xiàn)交流采集的非電量參數(shù)可以采取直流采集方式，實現(xiàn)定時采集、報警、記錄功能，按照事件發(fā)生的順序做好整體規(guī)劃。用戶可以直接在工作站上完成編輯、修改和數(shù)據(jù)庫連接等功能。例如系統(tǒng)屏幕當(dāng)中會顯示出電氣的接線圖，并且展示出設(shè)備的運行狀態(tài)、潮流方向、主要電氣量的實時數(shù)據(jù)等，包括與設(shè)備參數(shù)相關(guān)的各類歷史信息也會展示出來[4]。

1.2 繼電保護與自動化控制

變電站的自動化系統(tǒng)可以完成機電保護等控制工作，因為計算機監(jiān)控自身也具有同步功能，系統(tǒng)可以與系統(tǒng)之間無縫連接，以通信的方式完成各項自動化操作。以當(dāng)前的變電站工作為例，電氣自動化技術(shù)應(yīng)用的目的是為了取代人工監(jiān)視和管控方案，從而以全微機化的設(shè)備來實現(xiàn)全方位、多層次監(jiān)視工作，操作監(jiān)視過程能夠盡量地使用計算機電纜來替代電力信號電纜完成自動化的運行和統(tǒng)計記錄[5]。

以繼電保護為例，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)繼電室內(nèi)包含了輸電線路保護、母線保護和某些在線監(jiān)測測量裝置，這些裝置通過保護管理機單獨組網(wǎng)的形式來進行發(fā)電控制、電壓控制等。例如自動電壓控制就是在正常的運行狀態(tài)之下以實時監(jiān)視電網(wǎng)無功電壓然后展開在線的優(yōu)化計算，分層調(diào)節(jié)無功電源等，從而滿足安全電壓約束條件之下的無功潮流運行。在目前的自動化系統(tǒng)和現(xiàn)場裝置之間可以實現(xiàn)自動化閉環(huán)控制，這不僅可以讓全網(wǎng)電壓在額定值范圍內(nèi)進行運行，并且可以讓電能質(zhì)量和系統(tǒng)安全同時達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

1.3 建筑供配電系統(tǒng)

建筑供配電系統(tǒng)的設(shè)計主要包括幾個不同的煩惱干，包括變電配電、照明、防雷接地等，以電氣設(shè)計為主進行設(shè)計，需要對常見的技術(shù)參數(shù)和內(nèi)容做好整體規(guī)劃。

以當(dāng)前的高層建筑為例，整體的配電設(shè)計要先計算電力負荷然后進行分級，目的在于能夠提供相對穩(wěn)定的供電需求，按照低壓配電設(shè)計規(guī)范等進行。目前的建筑高度一般比較高，人口眾多且供電需求較大，因此需要對負荷進行精確計算，利用系數(shù)法來計算單相電氣的數(shù)據(jù)，包括大量的電氣設(shè)備產(chǎn)生的電容量等。對于一些商業(yè)建筑而言，還要考慮到公共區(qū)域的照明、車庫供電、電梯供電等，這和某些公用電氣設(shè)備的計算方法是保持一致的，所得出的電流值將成為電力線路等主要的參考[6]。

在對負荷電流進行計算之后就需要對短路電流進行綜合計算。對目前的城市建筑電氣配電當(dāng)中經(jīng)常出現(xiàn)短路現(xiàn)象，一般劃分為單相、兩相和三相電路。建筑電氣設(shè)計環(huán)節(jié)當(dāng)中需要對短路電流尤其是三相短路電流展開精確計算，具體方法包括短路容量法、對稱分量法等。

電氣工程設(shè)計環(huán)節(jié)還涉及到供配電設(shè)備的選擇，以變壓器為例，高層建筑的用電量相對較大，且安裝的變壓器會直接連入電網(wǎng)工作給變壓器帶來不同程度的損耗，因此要確定變壓器的基本參數(shù)、容量和工作模式等，根據(jù)現(xiàn)階段的用電狀況進行負荷的預(yù)判。

配電系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)，考慮到現(xiàn)代建筑的供電區(qū)域比較集中，負荷具備規(guī)律性，所以要采取更加先進的供電配套（如箱式變電站等）。一般來說低壓電器的主接線包括單母線和雙母線兩種類型，前者操作和運維管理比較簡單，但穩(wěn)定性存在缺陷，而后者穩(wěn)定性更加突出，不過成本消耗更高。變配電系統(tǒng)的繼電保護設(shè)計工作當(dāng)中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)電流速斷保護功能的實現(xiàn)，需要得出動作電流整定值和備用電源設(shè)計。即考慮主路電源供電的前提下設(shè)置備用電源，及時替代供電以提升供電可靠性。目前的供電障礙當(dāng)中，斷電通常是區(qū)域性的，進行配電自動化和自動化配電結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要，基本工作要求是實現(xiàn)配電所的自動化[7]。

1.4 消防系統(tǒng)設(shè)計

仍然以建筑設(shè)計為例，智能化設(shè)計當(dāng)中的火災(zāi)報警和消防聯(lián)動系統(tǒng)需要具備獨立性設(shè)計要求，且消防本身是不可或缺的，對于建筑電氣來說要構(gòu)建相應(yīng)的消防系統(tǒng)，通過溫度監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的火情，然后對火情精確定位。設(shè)備主要包括終端探測器、報警系統(tǒng)、顯示器等。前端設(shè)備主要是探測器以及對應(yīng)的報警按鈕，并且在建筑的各個樓層直接安裝，具體位置會根據(jù)實際需求設(shè)計好溫感、煙感設(shè)備等。在布線方面，和普通家庭用電的電纜鋪設(shè)有所區(qū)別，火災(zāi)管理系統(tǒng)的線纜要充分考慮到防火標(biāo)準，確保在發(fā)生火情時能夠保持正常工作，且智能化的火災(zāi)報警系統(tǒng)具備信號傳導(dǎo)功能，并且對其它線路產(chǎn)生的電磁干擾做好屏蔽保障系統(tǒng)運行模式。

1.5 電氣自動化的發(fā)展趨勢

當(dāng)前的電力系統(tǒng)自動化大多建立在IT技術(shù)發(fā)展之上，且一次設(shè)備的智能化也是今后的主要發(fā)展趨勢，兩者之間的連接是通過大電流控制電纜和強信號電力電纜等來實現(xiàn)。例如在一次設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計時，節(jié)約大量的控制電纜、電力信號電纜，在應(yīng)用當(dāng)中也具備保護、測量功能等。在在線監(jiān)測方面，對于某些重要參數(shù)進行的不間斷監(jiān)測和參數(shù)趨勢預(yù)測也可以為電力設(shè)備的定期檢修、狀態(tài)檢修提供技術(shù)支持。總而言之，電氣自動化技術(shù)措施會成為電氣工程的主體（光電式電力互感器等），已經(jīng)研發(fā)出的相關(guān)技術(shù)將成為后續(xù)研究的主攻方向。

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，電氣自動化的產(chǎn)品會根據(jù)用戶和需求群體的規(guī)模和占比來對趨勢做出預(yù)測，實現(xiàn)智慧城市發(fā)展。流例如與城市核心關(guān)鍵信息相關(guān)的技術(shù)處理已經(jīng)在某些發(fā)達的城市得到應(yīng)用，城市化進程的加快讓智慧城市具有必然性，我國的電氣自動化水平也將得到穩(wěn)步提高滿足發(fā)展需求，順應(yīng)時代傾向。

2 結(jié)束語

電網(wǎng)建設(shè)、改造工作的快速發(fā)展會根據(jù)電氣自動化的發(fā)展水平來重新開展自動化和智能化的設(shè)計，在提升經(jīng)濟效益和安全層次上的地位和作用非常突出。從當(dāng)前的電氣自動化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r來看，自動化技術(shù)能夠和其它有關(guān)技術(shù)相互協(xié)作、配合，一方面減少資源浪費，另一方面在追求先進行的同時節(jié)約成本?，F(xiàn)代信息科技發(fā)展迅速，各類物聯(lián)網(wǎng)支持下的電氣自動化設(shè)備已經(jīng)得到應(yīng)用和推廣，電氣工程支持下的生產(chǎn)環(huán)節(jié)必然得到社會的廣泛重視。