鄧 紅

（羅定市引水工程管理服務(wù)中心，廣東羅定 527200）

如今是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算的時代，電氣自動化技術(shù)同樣突飛猛進，智能化技術(shù)的應(yīng)用不但提高了電氣設(shè)備的可靠性，還可以替代人工完成高風險工作，避免人員傷亡。自動化技術(shù)是一項綜合技術(shù)，綜合了計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)等多種技術(shù)，不僅推動了工農(nóng)業(yè)發(fā)展，也提升了電氣工程的成熟度。

1 自動化與智能化解析

1.1 自動化

自動化是指無人參與情況下，電氣設(shè)備自動完成預期的操作或過程。傳統(tǒng)電氣工程是通過大量繼電器實現(xiàn)自動化目標的，但這種自動化技術(shù)在現(xiàn)代社會逐步暴露出各種不足，例如系統(tǒng)復雜、調(diào)試維護不便、可靠性差、占用空間大等，已很難滿足現(xiàn)代電氣工程的需要。

1.2 智能化

智能化是指電氣設(shè)備模仿人腦來識別判斷問題，進而實現(xiàn)自主操作控制。智能化技術(shù)在傳統(tǒng)技術(shù)條件下是很難實現(xiàn)的，隨著計算機技術(shù)、精密傳感技術(shù)乃至衛(wèi)星定位技術(shù)的應(yīng)用，智能化技術(shù)成為可能。目前，電氣工程應(yīng)用智能化技術(shù)，已能夠自動探測、分析、判斷故障風險，在故障發(fā)生前就能采取措施，使故障在早期即被扼殺，從而保障設(shè)備安全運行。

2 電氣工程自動化的智能化技術(shù)作用分析

2.1 實現(xiàn)高效控制

電氣工程高效運行的關(guān)鍵是準確、正確的控制，為實現(xiàn)這一目標，自動化的智能化技術(shù)發(fā)揮著極其重要的作用。傳統(tǒng)電氣技術(shù)要實現(xiàn)準確控制難度極大，尤其是控制效率無法滿足要求。采用自動化的智能化技術(shù)能脫離傳統(tǒng)控制技術(shù)的局限，實現(xiàn)電氣控制效率的飛躍。

2.2 降低控制成本

傳統(tǒng)電氣控制難以充分發(fā)揮設(shè)備效能，為了保證設(shè)備運行穩(wěn)定，需要投入大量人力、物力和財力，大量資金的投入無疑將大幅度提升電氣設(shè)備運行成本。然而資源的高投入并不能保證高效利用，進而導致電氣工程經(jīng)濟效益差。傳統(tǒng)技術(shù)難以改變高投入、低效益的不利局面，并且用電安全性并未因此提升，而自動化的智能化技術(shù)能為用戶提供優(yōu)質(zhì)個性化服務(wù)，控制效率高，用戶用得稱心如意，人力投入少，穩(wěn)定性佳，資源利用率高，經(jīng)濟效益好，因而能有效控制電氣工程運行成本。

2.3 維護保養(yǎng)便利

電氣工程是一個極為復雜的系統(tǒng)，內(nèi)部運行問題、人為操作失誤乃至環(huán)境因素都會影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，進而出現(xiàn)故障，而常規(guī)維護方法幾乎難以做到快速的故障定位，掌握的信息也不全面，如此很難快速、及時排除故障。應(yīng)用自動化的智能化技術(shù)以后，系統(tǒng)能隨時監(jiān)控運行狀態(tài)，并及時提供故障信息，同時還能即時做出有效的反應(yīng)，使得電氣設(shè)備維護人員能做出科學合理判斷和維護。

3 電氣工程自動化的智能化技術(shù)應(yīng)用

3.1 電氣設(shè)備故障在線監(jiān)測與智能診斷

電氣設(shè)備在長期運行過程中絕緣會逐漸劣化，當缺陷發(fā)展到一定階段就會演化為故障，這個過程中電氣量和非電氣量都會產(chǎn)生變化的“跡象”，通過對變化“跡象”的綜合分析，能夠預測電氣設(shè)備的可靠性乃至剩余壽命。以電力變壓器為例，主要故障以有載調(diào)壓開關(guān)、繞組和套管為主，在線監(jiān)測有載調(diào)壓開關(guān)、變壓器油、繞組絕緣老化、套管絕緣是必須的，且這些故障發(fā)生顯然與變壓器運行負荷及狀態(tài)有關(guān)，所以也必須監(jiān)測，還要監(jiān)測局部放電等參數(shù)。

故障診斷要能判別是否是故障，是故障的話要分析故障的類型、原因乃至嚴重程度，另外還要對故障進行定位。智能診斷原理有閾值診斷、模糊診斷、時域波形診斷、頻率特性診斷、指紋診斷、專家診斷等。閾值診斷就是電氣量和非電氣量達到設(shè)定閾值后判斷故障，例如變壓器負荷溫度到達乃至超過閾值即可判斷為過熱故障。

由于很多故障“跡象”并非清晰可辨或非此即彼，在此情況下可以進行模糊診斷，即根據(jù)以往經(jīng)驗和故障統(tǒng)計規(guī)律設(shè)定一些規(guī)則，這些規(guī)則并非建立在確切數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，而是包含一定的不確定性和模糊性，由此推斷故障。例如繞組振動的監(jiān)測可以推斷繞組故障，或鐵芯故障，又或者過載故障。時域波形診斷是基于電氣量或非電氣量隨時間而變化的規(guī)律，根據(jù)時域標準曲線特征分辨故障，例如開關(guān)操作電流在不同工作階段有著明顯變化，通過識別這種變化能夠判斷故障以及發(fā)生故障的階段。

有頻率特性的電氣設(shè)備故障可采用頻率特性診斷，例如變壓器繞組發(fā)生變形后，其繞組頻率因為電感、電容的變化而致頻率特性發(fā)生改變，利用這一原理可以判斷發(fā)生了繞組變形故障。監(jiān)測電氣設(shè)備的一些特征量，由這些特征量形成的譜圖有特定特征，異常狀態(tài)的譜圖特征與正常狀態(tài)的譜圖特征顯然不同，兩相對照即可判斷故障，這種推斷故障的方法稱為指紋診斷。例如變壓器局部放電監(jiān)測中，由放電次數(shù)、放電量、放電相位角等參數(shù)形成的譜圖指紋信息，可以作為判斷局部放電故障的依據(jù)。專家診斷是依據(jù)專家經(jīng)驗、學識判斷故障，這種情況需要建立專家?guī)?，將專家?jīng)驗進行綜合，利用人工智能技術(shù)進行推理。

3.2 智能開關(guān)設(shè)備的應(yīng)用

開關(guān)設(shè)備用于電氣工程中設(shè)備或線路的控制、保護、投退，屬于電氣工程中極其重要的設(shè)備。智能開關(guān)設(shè)備是開關(guān)設(shè)備的智能化，將傳統(tǒng)人工操控或繼電器控制的開關(guān)設(shè)備變成有一定智能的開關(guān)設(shè)備。最典型的智能開關(guān)設(shè)備應(yīng)該是智能斷路器了，這種設(shè)備設(shè)有數(shù)字通信接口，內(nèi)部有電子設(shè)備進行控制，監(jiān)測開關(guān)狀態(tài)的有傳感器，使開關(guān)自動操作的有執(zhí)行器。

智能斷路器不但能根據(jù)相關(guān)指令或監(jiān)測狀態(tài)自動分合閘，還能根據(jù)設(shè)備運行狀態(tài)提供智能診斷功能，為設(shè)備檢修、維護保養(yǎng)提供依據(jù)。在智能斷路器面板上有可供操控、觀察運行狀態(tài)的人機界面，內(nèi)部監(jiān)測開關(guān)機構(gòu)的位移傳感器，能監(jiān)測開關(guān)分合閘位移，信號處理單元能將傳感器探測的數(shù)據(jù)進行處理，形成分合閘速度、時間、開距、超程等信息。霍爾傳感器能探測斷路器分合閘電磁鐵、儲能電機的電流，處理單元處理形成分合閘電流波形。

智能斷路器上的通信接口支持多種通信協(xié)議，能將監(jiān)測的數(shù)據(jù)上傳和下載，便于操控和掌握斷路器運行狀態(tài)。還有一種被稱作“智能軟開關(guān)”的智能開關(guān)類設(shè)備，這種設(shè)備用于取代常規(guī)常開聯(lián)絡(luò)開關(guān)，在開與關(guān)之間柔性化，實現(xiàn)精細的功率控制，能使配電網(wǎng)消納更多的分布式電源，降低電網(wǎng)損耗和不穩(wěn)定性，提升線路負載平衡性和自愈性。

3.3 電氣設(shè)備的智能控制

傳統(tǒng)上，電氣設(shè)備采用人工控制方式，需要大量人力資源，另一方面受人的注意力和精力影響，控制精度和穩(wěn)定性相對粗糙，這對于需要精細控制和長時間穩(wěn)定控制的工作而言較為困難，智能控制的應(yīng)用可以將人從這類工作中解放出來，控制更精細穩(wěn)定，也能節(jié)省人力資源。以泵站控制為例，智能控制取代人工控制，減少了人工疏失，降低事故率，精細調(diào)節(jié)泵組流量，經(jīng)濟性顯著提升，并且自動記錄水泵運行狀態(tài)，維護管理也更加方便高效。

泵組由水泵和電機組成，此外還有閘門、輔機、變壓器等設(shè)備。泵站智能控制內(nèi)容包括水泵啟停、保護控制以及閘門升降控制等，為了提高泵站經(jīng)濟性，還要對泵站運行方式進行優(yōu)化。泵站現(xiàn)地控制可采用PLC（可編程控制器）進行控制，數(shù)據(jù)采自水位傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等，PLC 負責數(shù)據(jù)的處理和泵組控制，通過以太網(wǎng)與上位機進行通信。上位機或操作員工作站負責采集泵站數(shù)據(jù)和監(jiān)控泵站運行。

泵站運行控制采用模糊控制方式，這種控制方式與前述模糊診斷同出一理，基于不確定性和人工經(jīng)驗。模糊控制原理如下：首先，將精確數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模糊集合，例如水位分為最低水位和最高水位（精確數(shù)據(jù)），模糊化后轉(zhuǎn)變?yōu)楹艿退?、偏低水位、中水位、偏高水位、較高水位、很高水位。

建立模糊規(guī)則和進行模糊推理。模糊規(guī)則類似這樣：取水水位很低且不漲，泵組全停；取水水位很低但穩(wěn)定上漲，開1臺水泵；取水水位偏低且穩(wěn)定上漲，開2臺水泵……水位很高且穩(wěn)定，開4臺水泵。模糊推理通過模仿人的推理方法實現(xiàn)，例如滿足條件1和條件2，那么采取程序A。最后，去模糊化。經(jīng)過模糊推理得到的仍然是模糊集，無法執(zhí)行，必須轉(zhuǎn)化為精確的控制量才能執(zhí)行，這個過程稱為去模糊化或解模糊。利用PLC 可以實現(xiàn)模糊控制。

3.4 智能保護系統(tǒng)的應(yīng)用

保護系統(tǒng)是避免電氣設(shè)備因故障損壞、損失的有效手段，例如電動機發(fā)生短路、過載、過壓時必須及時處理，否則電動機可能燒毀，進而造成直接經(jīng)濟損失，如果是重要的電動機損壞可能引起生產(chǎn)停頓，所造成的損失還會更大，為此電氣設(shè)備一般要設(shè)置保護裝置。

傳統(tǒng)保護裝置主要采用熔斷器、熱繼電器、有保護功能的斷路器，這些保護裝置體積較大，反應(yīng)不夠靈敏，參數(shù)整定也不方便。后來發(fā)展出電子型保護裝置，體積有所減小，反應(yīng)速度加快，但也存在易受干擾影響、電子線路復雜、維護要求高等問題。

后來出現(xiàn)的微機保護裝置，反應(yīng)速度、準確度有明顯改善，加上可以聯(lián)網(wǎng)，遠程監(jiān)控、遠程診斷成為可能。在智能保護系統(tǒng)中，硬件是智能化的基礎(chǔ)，軟件是智能化的關(guān)鍵。智能保護裝置硬件由電源模塊、CPU 模塊、開關(guān)量I/O 模塊、信號檢測模塊、控制回路模塊、通信模塊等組成，承擔著采樣、測量、信息采集、邏輯計算、出口控制等功能。能否準確、穩(wěn)定地實現(xiàn)智能保護功能取決于軟件性能。

以電動機智能保護軟件為例，軟件由主程序和定時器中斷處理模塊構(gòu)成。主程序用來調(diào)用各功能模塊，進行分析和判斷，實現(xiàn)所需的保護功能。設(shè)備上電后先要自檢，通過自檢再對系統(tǒng)初始化。電動機送電前，保護裝置要先檢測電動機絕緣性能，判斷電動機是否存在漏電問題。如果電動機絕緣性能良好，再為其送電，否則啟動回路閉鎖，電動機無法啟動，同時顯示屏上顯示故障代碼。

電動機送電后，啟動定時器中斷，顯示屏上顯示電動機運行時的電壓、電流等數(shù)據(jù)。保護功能包括短路保護、過熱保護、過電壓保護、低電壓保護、堵轉(zhuǎn)保護、零序電流保護、負序電流保護、頻繁啟動保護等多種功能。定時器中斷處理模塊用于在線監(jiān)測電動機運行情況，并完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、故障診斷、執(zhí)行保護動作等功能。例如判斷短路故障、斷相啟動速斷保護，判斷接地故障啟動零序電流保護，判斷堵轉(zhuǎn)故障、過熱故障啟動定時限保護，判斷過電壓故障啟動過電壓保護，等等。軟件進行處理時，可以采用均方根值算法計算電壓、電流有效值及正/負序、零序電流有效值。

由于電動機工作環(huán)境可能比較差，存在多種干擾而影響系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)除配置各種硬件抗干擾措施，還設(shè)置軟件抗干擾措施，例如開關(guān)量I/O 抗干擾、“軟件陷阱”抗干擾、人工復位、自動復位、運行監(jiān)視等。

3.5 智能化系統(tǒng)的綜合應(yīng)用

在智能建筑、智能化生產(chǎn)企業(yè)、智能化水電廠等場合，各種電氣設(shè)備的智能化實現(xiàn)了綜合應(yīng)用。例如智能建筑中，智能化系統(tǒng)包含綜合布線系統(tǒng)、樓宇自動控制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)、信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、通風空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。綜合布線系統(tǒng)將建筑內(nèi)話音及數(shù)據(jù)通信設(shè)備、交換設(shè)備等各種信息化設(shè)備連成一個系統(tǒng)，保證系統(tǒng)通信的暢通。該系統(tǒng)主干采用阻燃型光纜，子系統(tǒng)為UTP，終端為RJ45。系統(tǒng)布線通道采用光電纜橋架、金屬線槽和金屬管。系統(tǒng)滿足語音、數(shù)據(jù)、多媒體等多種信息傳輸，配線之間相互兼容，并可擴充、可發(fā)展。

樓宇自動控制系統(tǒng)對建筑內(nèi)各類機電設(shè)備進行監(jiān)控管理，采用分布式控制結(jié)構(gòu)集中管理?？刂凭W(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)，與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)相連，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。通過對各類機電設(shè)備信息的測量、采集、監(jiān)控，可確保這些設(shè)備安全、穩(wěn)定的運行。各類信息上傳至中央控制室或物業(yè)管理中心，在良好的人機交互界面上進行監(jiān)視、管理和操作。監(jiān)控中心與現(xiàn)控點之間可以實現(xiàn)點對點的雙向通信和控制。系統(tǒng)分為若干子系統(tǒng)，如熱源系統(tǒng)、冷源系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、送排風系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)等。

各類系統(tǒng)通過集成網(wǎng)關(guān)開放的網(wǎng)關(guān)接口集成起來，各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以存儲到中央數(shù)據(jù)庫中，并映射到虛擬控制器內(nèi)，以實現(xiàn)圖形繪制、PID 控制、數(shù)字控制、邏輯順序控制等各種控制功能。為適應(yīng)節(jié)能減排要求，系統(tǒng)以優(yōu)化策略運行，滿足各季節(jié)節(jié)能需要。

4 結(jié)語

電氣設(shè)備猶如驅(qū)動現(xiàn)代社會運行的“神經(jīng)系統(tǒng)”和“循環(huán)系統(tǒng)”，其運行效率關(guān)系到社會發(fā)展和安定，電氣工程自動化的智能化技術(shù)能保障電氣設(shè)備更加高效、可靠地運行，因此電氣專業(yè)人員應(yīng)加強這方面的研究和交流，以促進智能化技術(shù)的應(yīng)用，推動電氣工程又好又快地發(fā)展。