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電力工程中電氣自動化技術(shù)
一、電力系統(tǒng)自動化技術(shù)
(一)變電站自動化。變電站自動化的目的是取代人工監(jiān)視和電話人工操作,提高工作效率,擴大對變電站的監(jiān)控功能,提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內(nèi)容就是對站內(nèi)運行的電氣設(shè)備進行全方位的監(jiān)視和有效控制,其特點是全微機化的裝置替代各種常規(guī)電磁式設(shè)備;二次設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化,盡量采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜;操作監(jiān)視實現(xiàn)計算機屏幕化;運行管理、記錄統(tǒng)計實現(xiàn)自動化。變電站自動化除了滿足變電站運行操作任務(wù)外還作為電網(wǎng)調(diào)度自動化不可分割的重要組成部分,是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個重要環(huán)節(jié)。
(二)電網(wǎng)調(diào)度自動化 。電網(wǎng)調(diào)度自動化主要組成部分,由電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工作站、服務(wù)器、大屏蔽顯示器、打印設(shè)備等,其主要是通過電力系統(tǒng)專用廣域網(wǎng)連結(jié)的,下級電網(wǎng)調(diào)度控制中心、調(diào)度范圍內(nèi)的發(fā)電廠、變電站終端設(shè)備(如測量控制等裝置)等構(gòu)成。電網(wǎng)調(diào)度自動化的主要功能是:電力生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控電網(wǎng)運行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計、電力負荷預測、自動發(fā)電控制(省級電網(wǎng)以上)、自動經(jīng)濟調(diào)度(省級電網(wǎng)以上)并適應電力市場運營的需求等。
(三)發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)(DCS ) 。過程控制單元(PCU)由可冗余配置的主控模件( MCU)和智能I /0模件組成。MCU模件通過冗余的I /0總線與智能FO模件通訊。PCU直接面向生產(chǎn)過程,接受現(xiàn)場變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關(guān)量、脈沖量等信號,經(jīng)運算處理后進行運行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的實時顯示和打印以及輸出信號直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu),完成生產(chǎn)過程的監(jiān)測、控制和聯(lián)鎖保護等功能。
運行員工作站(0S)和工程師工作站( ES)提供了人機接口。 運行員工作站接收PCU發(fā)來的信息和向PCU發(fā)出指令,為運,行操作人員提供監(jiān)視和控制機組運行的手段,工程師工作站為維護工程師提供系統(tǒng)組態(tài)設(shè)置和修改、系統(tǒng)診斷和維護等手段。
二、變換器電路從低頻向高頻方向發(fā)展
隨著電力電子器件的更新,由它組成的變換器電路也必然要換代。應用普通晶閘管時,直流傳功的變換器主要是相控整流,而交流變頻船動則是交一直一交變頻器。當電力電子器件進入第二代后,更多是采用PWM 變換器了。采用PWM方式后,提高了功率因數(shù),減少 了高次諧波對電岡的影響,解決了電動機在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動問題。
但是PWM 逆變器中的電壓、電流的諧波分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動作用在定轉(zhuǎn)子上,使電機繞組產(chǎn)生振動而發(fā)出噪聲。為了解決這個問題,一種方法是提高開關(guān)頻率,使之超過人耳能感受的范圍,但是電力電子器件在高電壓大電流的情況下導通或關(guān)斷,開關(guān)損耗很大。開關(guān)損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。
1986 年美國威斯康星大學 Divan 教授提出諧振式直流環(huán)逆變器。傳統(tǒng)的逆變器是掛在穩(wěn)定的直流母線上,電力電子器件是在高電壓下進行轉(zhuǎn)換的‘硬開關(guān)’,其開關(guān)損耗較大,限制了開關(guān)在頻率上的提高。而諧奪式直流環(huán)逆變器是把逆變器掛在高頻振蕩過零的諧振路上,使電力電子器件在零電壓或零電流下轉(zhuǎn)換,即工作在所謂的‘軟開關(guān)’狀態(tài)下,從而使開關(guān)損耗降低到零。這樣,可以使逆器尺寸減少,降低成本,還可能在較高功率上使逆變器集成化。因此,諧振式直流逆變器電路極有發(fā)展前途。
三、當前電力系統(tǒng)自動化依賴IT技術(shù)向前發(fā)展的重要熱點技術(shù)
(一)電力一次設(shè)備智能化 。常規(guī)電力一次設(shè)備和二次設(shè)備安裝地點一般相隔幾十至幾百米距離,互相間用強信號電力電纜和大電流控制電纜連接,而電力一次設(shè)備智能化是指一次設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮將常規(guī)二次設(shè)備的部分或全部功能就地實現(xiàn),省卻大量電力信號電纜和控制電纜,通常簡述為一次設(shè)備自帶測量和保護功能。如常見的“智能化開關(guān)”、 “智能化開關(guān)柜”、“智能化箱式變電站”等。
電力一次設(shè)備智能化主要問題是電子部件經(jīng)常受到現(xiàn)場大電流開斷而引起的高強度電磁場干擾,關(guān)鍵技術(shù)是電磁兼容、電子部件的供電電源以及與外部通信接口協(xié)議標準等技術(shù)問題。
(二)電力一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測 。對電力系統(tǒng)一次設(shè)備如發(fā)電機、汽輪機、變壓器、斷路器、開關(guān)等設(shè)備的重要運行參數(shù)進行長期連續(xù)的在線監(jiān)測,不僅可以監(jiān)視設(shè)備實時運行狀態(tài),而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢,判斷有無存在故障的先兆,從而延長設(shè)備的維修保養(yǎng)周期,提高設(shè)備的利用率,為電力設(shè)備由定期檢修向狀態(tài)檢修過度提供保障。近年來電力部門投入了很大力量與大學、科研單位合作或引進技術(shù),開展在線狀態(tài)檢測技術(shù)研究和實踐并取得了一些進展,但由于技術(shù)難度大,專業(yè)性強, 檢測環(huán)境條件惡劣,要開發(fā)出滿意的產(chǎn)品還需一定時日。
(三)光電式電力互感器。電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設(shè)備,其作用是按一定比例關(guān)系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表直接測量的標準數(shù)值,以便用儀表直接測量。其缺點是隨電壓等級的升高絕緣難度越大,設(shè)備體積和質(zhì)量也越大;信號動態(tài)范圍小,導致電流互感器會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象,或發(fā)生信號畸變;互感器的輸出信號不能直接與微機化計量及保護設(shè)備接口。因此不少發(fā)達國家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器,國際電工協(xié)會已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標準。國內(nèi)也有大專院校和科研單位正在加緊研發(fā)并取得了可喜成果。目前主要問題是材料隨溫度系數(shù)的影響而使穩(wěn)定性不夠理想。另一關(guān)鍵技術(shù)是,光電互感器輸出的信號比電磁式互感器輸出的信號要小得多,一般是毫安級水平,不能像電磁式互感器那樣可以通過較長的電纜線送給測控和保護裝置,需要在就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過光纖接口送出,模數(shù)轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等電子電路部分在結(jié)構(gòu)上需要與互感器進行一體化設(shè)計。在這里,電磁兼容、絕緣、耐環(huán)境條件、電子電路的供電電源同樣是技術(shù)難點之一。
四、結(jié)語
眾所周知,電氣自動化技術(shù)是當今世界最活躍、最充滿生機、最富有開發(fā)前景的綜合性學科與眾多高新技術(shù)的合成。其應用范圍十分廣泛,幾乎滲透到國民經(jīng)濟各個部門,隨著我國科技技術(shù)的發(fā)展,電氣自動化技術(shù)也隨之提高。
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