電氣自動化技術

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　　電氣自動化技術【1】

　　【摘要】隨著國民經濟的快速增長，電力系統中電氣綜合自動化技術在變電領域已得到了普遍應用和發展，功能技術水平也已日臻完善。

　　本文介紹了電氣自動化控制系統的監控方式和應用，以及闡述了綜合自動化技術的發展趨勢。

　　【關鍵詞】電力系統;電氣自動化;監控

　　1、電氣自動化控制系統

　　1.1 集中監控方式

　　這種監控方式優點是運行維護方便，控制站的防護要求不高，系統設計容易。

　　但由于集中式的主要特點是將系統的各個功能集中到一個處理器進行處理，處理器的任務相當繁重，處理速度受到影響。

　　1.2 遠程監控方式

　　最早研發的自動化系統主要是遠程控制裝置，主要采用模擬電路，由電話繼電器、電子管等分立元件組成。

　　這一階段的自動控制系統不涉及軟件。

　　主要由硬件來完成數據收集和判斷，無法完成自動控制和遠程調解。

　　它們對提高變電站的自動化水平，保證系統安全運行，發揮了一定的作用，但是由于這些裝置，相互之間獨立運行，沒有故障診斷能力，在運行中若自身出現故障，不能提供告警信息，有的甚至會影響電網安全。

　　1.3 現場總線監控方式

　　現場總線監控方式使系統設計更加有針對性，對于不同的間隔可以有不同的功能，這樣可以根據間隔的情況進行設計。

　　采用這種監控方式除了具有遠程監控方式的全部優點外，還可以減少大量的隔離設備、端子柜、I/0卡件、模擬量變送器等，而且智能設備就地安裝，與監控系統通過通信線連接，可以節省大量控制電纜，節約很多投資和安裝維護工作量，從而降低成本。

　　另外，各裝置的功能相對獨立，裝置之間僅通過網絡連接，網絡組態靈活，使整個系統的可靠性大大提高，任一裝置故障僅影響相應的元件，不會導致系統癱瘓。

　　因此現場總線監控方式是今后發電廠計算機監控系統的發展方向。

　　2、綜合自動化監控系統應用

　　2.1 集中模式

　　集中模式也就是傳統的硬接線方式，將強電信號轉變為弱電信號，采用空接點方式和 4mA～20mA 標準直流信號，通過電纜硬接線將電氣模擬量和開關量信號一對一接至DCS 的 I/O 模件柜，進入 DCS 進行組態，實現對電氣設備的監控。

　　這種模式又分為直接 I/O接入方式和遠程 I/0 接入方式兩種，前者是將電纜接至電子間集中組屏，后者是在數據較集中且離主控室較遠的電氣設備現場設立遠程 I/0 采集柜，然后通過通信方式與 DCS 控制主機相連，兩者具有相同的實現技術，本質上沒有區別。

　　電氣量的采集集中組屏，便于管理，設備運行環境好;硬接線方式成熟，響應速度快。

　　缺點主要有：電纜數量大，電纜安裝工程量大，長距離電纜引進的干擾也可能影響DCS的可靠性;DCS 系統按“點”收費，不僅投資大，而且只有重要的電氣量才能進入 DCS，系統監測的電氣信息不完整;所有信息量均要集中匯總至 DCS 系統，風險集中，影響系統可靠性;由于 DCS 調試一般是最后進行，采用集中模式通常難以滿足倒送廠用電的要求;沒有獨立的電氣監控主站系統，無法完成較復雜的電氣運行管理工作(如防誤、事故追憶、繼電保護運行與故障信息自動化管理、錄波分析等高級應用功能)，不能實現電氣的“綜合自動化”。

　　2.2 分層分布式模式

　　分層分布式模式從邏輯上將 ECS 劃分為三層，即站級監控層、通信層和間隔層(間隔單元)。

　　間隔層由終端保護測控單元組成，利用面向電氣一次回路或電氣間隔的方法進行設計，將測控單元和保護單元就地分布安裝在各個開關柜或其他一次設備附近。

　　網絡層由通信管理機、光纖或電纜網絡構成，利用現場總線技術，實現數據匯總、規約轉換、轉送數據和傳控制命令的功能。

　　站級監控層通過通信網絡，對間隔層進行管理和交換信息。

　　間隔層測控終端就地安裝，減少占用面積，各裝置功能獨立，組態靈活，可靠性高。

　　模擬量采用交流采樣，節省二次電纜，降低了成本，抗干擾能力增強，系統采集的數據精度大大提高。

　　系統采集的數據量提高，監控信息完整，能實現在遠方對保護定值的修改及信號復歸，運行維護方便。

　　分布式結構方便系統擴展和維護，局部故障不影響其他模塊(部件)正常運行。

　　設置獨立的電氣監控主站，便于分步調試和投運，滿足倒送電的要求。

　　同時有利于廠用電系統的運行、維護和檢修。

　　3、綜合自動化技術發展趨勢

　　由于我國電力系統綜合自動化技術起步較晚，在很多方面與國外技術水平還有很大差距，所以需要我們在學習和借鑒國外先進技術的同時，結合我國的實際情況，研究和開發更加符合我國國情的綜合自動化系統。

　　3.1 保護、控制、測量一體化

　　鑒于目前的運行體制、人員配備、專業分工，我國的自動化系統主要采用站內監控采集數據而保護相對獨立的模式，以提供較清晰的事故分析和處理的界面。

　　但是從技術合理性、減少設備重復配置、簡化維護工作量以及發展趨勢等方面考慮，將保護與控制、測量結合在一起會更有優勢。

　　3.2 國際標準的應用

　　近年來，IED 電力自動化方面有了廣泛應用。

　　為了實現不同廠家 IED 設備的信息共享和互操作性，使廠站電氣綜合自動化系統成為開發系統，國際電工委員會制定了IEC61850 國際標準。

　　為了與國際接軌，國內已經開始了基于 IEC61850 標準的電氣綜合自動化系統的產品研發，相信這將是未來自動化系統的一個發展方向。

　　3.3 以太網技術的興起

　　隨著電力系統的發展，綜合自動化系統需要傳輸的數據越來越多，對通訊的實時性要求越來越高，以速度快、傳輸數據量大為特點的以太網滿足了這一要求。

　　以太網最典型的應用形式是 Ethernet+TCP/IP。

　　未來的發展應該是在繼承了以太網技術的基礎上，結合工業過程應用，產生新一代以以太網為核心的現場總線技術。

　　4、結語

　　自動化技術在電力系統中的應用越來越廣泛而深入，這也使電網管理方式產生翻天覆地的變化。

　　新技術、新理論的應用使一些概念不斷被更新和修正，傳統的技術界線逐漸模糊，各種原來看似不相關聯的技術會彼此融合和滲透，這些推動著電力自動化系統的不斷發展和變化。

　　參考文獻

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　　電氣工程與自動化控制【2】

　　[摘要]電氣工程的綜合管理能力已經成為當今限制城市進步發展以及提升城市生活質量的主要因素之一，城市電氣工程在運行管理、應急預案、信息搜集處理與反饋、中央控制能力、集成配網管理等方面亟待提高，該文就將對自動控制技術在電氣工程中的運用進行分析。

　　[關鍵詞]電氣工程;自動控制技術;環境監控

　　1.電氣自動化的系統處理

　　系統在電氣方面主要通過設備接地信號處理、傳輸信號屏蔽、選擇合適的抗干擾措施實現。

　　為了確保系統運行可靠，故障少，操作維護方便，在設備選擇時，選擇經過長期檢驗證明性能穩定可靠的設備來適應工業現場惡劣環境，保證系統的可靠運行。

　　系統組態采用軟件2次開發功能，除動態顯示工作流程外，包括趨勢圖、棒圖、歷史數據等數據顯示、報表、打印等功能。

　　易于擴充系統保留必要的接口，為廠級管理、全部過程實現自動控制設計必要的接口與界面。

　　實用性強系統具有自動、儀表室內手動、現場手動三類控制方法。

　　為了保證一次設備運行的可靠與安全，需要有許多輔助電氣設備為之服務，能夠實現某項控制功能的若干個電器組件的組合，稱為控制回路或二次回路。

　　2.自動控制技術優勢

　　2.1快速高效自動控制技術

　　通過數字信息對相應的設備發出操作指令，指令即時到達且因為不同的設備有不同的地址代碼，因而十分精準，發生誤操作的概率極低(遠遠低于傳統人工操作)。

　　而自動控制技術還具有良好的交互性能，可以與控制中心進行信息數據的反饋，進一步保障控制的高速和精確。

　　2.2便于實現全過程全時段監控

　　城市電氣工程24小時全天運行，根據以往的經驗來看，電氣故障的多發時段和多發地點恰好是管理疏忽或難以到達的深夜和管理的盲區，而這些時段或區域，傳統管理模式難以實現有效監控。

　　數字化自動控制技術通過精密的“采集―處理―反饋”系統，對系統的運行進行實時監控，同時將控制中心的指令及時地傳遞到系統，并將系統信息及時反饋給控制中心。

　　自動控制技術通過監控系統和指令系統，實現了對整個系統的實時高效調配和控制。

　　2.3安全性大大提高

　　電氣工程自身具有一定的危險性，其自身的機械故障、外部環境以及操作人員的誤操作等諸多情況都可能引發電氣系統的故障、癱瘓乃至發生重大事故導致人員傷亡。

　　而自動控制技術憑借良好的遠程控制功能，可以隨時對整個電氣系統進行監控，對于異常情況即時反應，指揮控制中心便可做出反應，而在高壓、強電流或變電場所等危險區域，自動控制技術可以大大降低傳統控制模式對人員的傷害及潛在威脅。

　　3.電氣自動化控制系統的發展現狀

　　3.1電氣自動化工程DCS系統

　　DCS，即分布式控制系統，它是(Total Distrbuted Micropro-cessor Contral System)的縮寫，是相對于集中式控制系統而言的一種新型計算機控制系統，它是在集中式控制系統的基礎上發展、演變而來的，具有實時性、可靠性和擴充性等優良特點，在生產、生活自動控制領域得到廣泛運用。

　　但隨著DCS逐漸的運用，我們也越來越感受到分布式控制系統所存在的缺點。

　　比如受DCS系統模擬混合體系所限制，其仍然采用的是模擬的傳統型儀表，因此，大大地降低了系統的可靠性能，維修起來也顯得比較困難;分布式控制系統的生產廠家之間缺乏一種統一的標準，降低了維修的互換性;此外，就是價格非常的昂貴。

　　因此，在現代科技革命之下，必須進行技術上的創新。

　　3.2集中監控方式下的自動控制系統

　　集中控制下的自動控制系統有一個缺點，就是處理速度非常的緩慢，因為其控制方式是要把所有的功能都集中在一個處理器中，這也導致了整機運行速度的緩慢。

　　另一個方面，把系統的所有設備都放入監控之中，就會導致監控數量過于龐大，主機空間的不斷下降，從而大大的增加了電纜的數量，造成了費用的增加，同樣因為過長的傳輸距離降低了控制系統的可靠性能。

　　因為集中進行監控的聯鎖與隔離器件中的閉鎖使用的都是硬接線，因此導致設備很難進行功能擴容操作。

　　另外，因為系統接線的反復，增加了故障查找工作的困難度，也會增加由此而產生的錯誤指令，使得整個電氣自動化工程控制系統可靠性降低。

　　3.3信息集成化的電氣自動化控制系統

　　電氣自動化控制系統所包含的主要信息技術主要體現在如下的方面：①管理層面上縱深方向的延伸。

　　企業當中的人力資源、財務核算等數據信息的存取需要使用特定的瀏覽器進行操作，而且對于生產過程中的動態形式畫面能夠進行有效的監督控制，對于企業生產活動當中的第一手信息資料能夠進行及時的掌握。

　　②信息技術會在電氣自動化設施、系統和機器中進行橫向的擴展比較。

　　而且隨著微電子技術的不斷投入應用，對于原來明確規定的設備也慢慢的變得模糊了，而結構軟件、通訊的能力和統一，運用在組態環境之下逐漸的顯得越來越重要。

　　4.電氣系統自動化控制的發展趨勢

　　OPC技術的出現，IEC61131的頒布，以及Microsoft的Windows平臺的廣泛應用，使得未來的電氣技術的結合，計算機日益發揮著不可替代的作用。

　　Pc客戶機/服務器體系結構、以太網和Internet技術引發了電氣自動化的一次又一次革命。

　　正是市場的需求驅動著自動化和IT平臺的融和，電子商務的普及將加速著這一過程。

　　Internet/Intranet技術和多媒體技術在自動化領域有著廣泛的應用前景。

　　企業的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業的財務、人事等管理數據，也可以對當前生產過程的動態畫面進行監控，在第一時間了解最全面和準確的生產信息。

　　虛擬現實技術和視頻處理技術的應用，將對未來的自動化產品，如人機界面和設備維護系統的設計產生直接的影響。

　　相對應的軟件結構、通訊能力及易于使用和統一的組態環境變得重要了。

　　軟件的重要性在不斷提高。

　　這種趨勢正從單一的設備轉向集成的系統。

　　5.結語

　　電氣工程系統自動化控制是一個國家工業發展水平的重要標志。

　　電氣自動化類是現代工業的支撐，是所有工業的基礎與原動力，可以說沒有電氣自動化的支持，就沒有現代工業。

　　現代電力系統是一個巨大的統一的整體，系統中的裝置以及所接的用電設備都是開放性設備，受到周圍環境的影響，因此實現電氣工程的系統自動化控制是必要的。

　　參考文獻

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