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高压电气设备自动化控制及调试要点分析

2024-11-01 56 上传者：管理员

摘要：自动化控制与调试是高压电气设备运行稳定与安全的重要保证，但现行技术在实际应用中效果并不理想，高压电气设备运行电压与基准值偏离较大，无法达到预期的自动化控制与调试效果，为此提出高压电气设备自动化控制及调试要点。利用无线传感技术对高压电气设备电流、电压和温度状态信号感知，并对其标准化处理，利用模糊数学理论对高压电气设备运行偏差模糊化，通过反模糊化得到高压电气设备控制量对其进行调控。对于设备调试工作提出重点调试继电保护装置、严控安全距离两个调试要点。经试验证明，在所提技术应用下，高压电气设备电压标幺值接近1pu，自动化控制及调试效果良好。

关键词：
现代工业
电气设备
自动化
高压
高压电气设备
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随着现代工业技术的飞速发展，高压电气设备在电力、能源、化工、冶金等诸多领域的应用日益广泛。高压电气设备作为电力系统的核心组成部分，承担着电能传输、转换和分配的关键任务。随着科技的不断进步，高压电气设备的自动化水平不断提高，其控制精度和响应速度也得到显著提升。然而，高压电气设备的运行环境复杂多变，对设备的稳定性和可靠性提出极高的要求。因此，如何有效地进行高压电气设备的自动化控制和调试，确保其安全、稳定运行，成为电力行业亟待解决的问题。在高压电气设备自动化控制方面，近年来国内外学者进行大量的研究和实践。通过引入先进的控制算法、优化控制策略、提高控制精度等方式，不断提升高压电气设备的自动化水平[1]。同时，随着物联网、大数据、云计算等新一代信息技术的快速发展，高压电气设备的智能化水平也得到显著提升。这些技术的应用使得高压电气设备的运行状态可以实时监测、预警和诊断，为设备的维护和管理提供极大的便利。然而，尽管高压电气设备自动化控制技术取得了显著的进步，但在实际应用中仍然存在一些问题。例如，控制算法的适应性不强、控制精度不够高、调试过程复杂繁琐等。这些问题不仅影响高压电气设备的运行效率，还可能对设备的安全造成潜在威胁，为此提出高压电气设备自动化控制及调试要点。

1、高压电气设备自动化控制技术

1.1高压电气设备运行参数获取

高压电气设备运行状态包括电流、电压、温度等参量，该三个参量的变化可以直接反映出高压电气设备运行状态，因此采用无线传感技术对高压电气设备运行参数进行感知。根据设备自动化控制对采样精度需求，此次选择型号为IHFAAT-4A5FG4电流传感器、IYHFA-A4F7电压传感器和IYFAS-G4S7温度传感器对以上三个状态参量进行采集。将无线传感器采用串并联的方式接入到高压电气设备总线上，根据实际情况对无线传感器采样周期、频率以及范围等技术参数设定，利用无线网络对采集的信号传输，考虑到无线传感器采集的信号为模拟量形式，无法被计算机识别和用于计算，因此利用PYFA-A4F7模数转换器将感知的信号进行转换为数字量信号[2]。采集的高压电气设备运行信号来源不同，原始数据之间存在量纲差异化，为了保证高压电气设备自动化控制精度，采用最小值最大值法对原始信号进行标准化处理，其用公式表示为：

式中，e为标准化处理后的高压电气设备运行参数；e为原始参数；mine、maxe分别为高压电气设备原始参数的最小值和最大值[3]。

通过以上对原始数据标准化，使数据值规范在0～1区域，以此消除数据间量纲。

1.2高压电气设备运行偏差模糊化及自动化控制

利用模糊数学理论对获取的电气设备运行参数偏差进行分析，得到高压电气设备自动化控制量。每一个参数都有一个最大允许限值，当超出限值时说明设备在该参数方面存在偏差，因此将采集的各项参数与限值作差，求出各项状态向量的偏差，其用公式表示为：

式中，EI、Ev、EW分别表示高压电气设备电流、电压、温度偏差；I、v、W分别表示设备电流、电压、温度实测值；max I、maxv、max W分别表示设备电流、电压、温度最大限值[4]。

将以上三个状态向量偏差融合，得到设备偏差，用公式表示为：

式中，E为高压电气设备运行偏差[5]。以模糊数学理论为依据，对其进行模糊化处理，设定设备运行偏差模糊量论域为{-0.1,0.1}，分为3个模糊子集，其表示为：

式中，K为高压电气设备运行偏差模糊子集；L为负；Z为零；N为正[6]。

利用模糊规则确定高压电气设备运行偏差模糊量，将其输入到模糊控制器中，对输入的模糊量进行反模糊化处理，得到高压电气设备自动化控制量，其表示为：

式中，u(t)为高压电气设备自动化控制量，及模糊控制器输入向量；Kp为自动化控制比例因子；K(E)为电气设备运行偏差模糊量；Kd为自动化控制微分因子；T为高压电气设备自动化控制周期；Ki为自动化控制积分因子[7]。

将模糊控制器与电气设备连接，根据计算到的控制量对电气设备参数进行调控，以此消除电气设备运行偏差，实现自动化控制。

2、高压电气设备调试要点

2.1重点调试继电保护装置

在对继电保护装置进行调试之前，需要对设备连接片、启动失灵保护连接片、执行回路连接片和联跳连接片等进行检查，保证高压电气设备和空气开关的连接都是打开的，确认所有的连接件都已经打开，然后对继电保护装置进行调试。编制定值和正式的定值清单，并做好相应的记录，对各插件回路和次级回路进行仔细的检查，如有问题要立即处理。在实际应用中，经常会碰到继电保护设备的闭锁功能，当出现过载时，把解决方法写在调试单上，然后再做进一步的调试[8]。同时还要对电流互感器的一次极性接法和二次极性接法进行检查，保证它们的接线和方位都满足有关规定[9]。其次对三相对称的额定电压和最大负载电流进行调节，以保证系统的正常运行。在对继电保护装置进行调试之后，需要将跳闸开关置于关断状态，利用多功能表对高压电气设备进行精确测量。注意不能直接测定接线端的电位，以免产生误动作。

2.2严控安全距离

在对高压电气设备进行调试的过程中，一项重要的环节就是对设备进行直流或交流增压。这一步骤虽然关键，但也可能带来潜在的风险。因为增压操作往往会导致试验点的电压显著上升，这使得调试区域的环境变得尤为危险。在这样的工作环境下，任何小小的疏忽都可能引发严重的安全事故。因此，对于安全间距的控制显得尤为重要。

在进行高压电气设备的增压试验之前，必须严格按照试验的具体要求，对试验的安全距离进行精确的计算和规定，根据额定电压和额定频率计算，其计算为：

式中，H为高压电气设备调试时安全距离；V为高压电气设备额定电压；P为设备的额定频率；η为高压电气设备分类系数。

额定电压和额定频率在设备的电气图纸或用户手册中有明确标注，而设备分类系数则根据设备的不同类型及其所处环境的不同情况而有所不同，具体数值可以查阅相关国家标准，这是保障调试工作安全的基础。同时，为了防止无关人员误入调试区域，还需设置明显的警示标志，并使用围栏进行隔离。这些措施能够确保调试区域的封闭性和安全性，避免任何可能的意外发生。当设备调试工作完成后，还需要进行一系列的后续操作，以确保设备的完全安全[10]。首先，必须对设备进行放电处理，将电压降至零位。这一步骤至关重要，因为残留的电压可能会对人员和设备造成潜在威胁。在放电完成后，进行各项试验的收尾工作，如切断电源、关闭放电口等。最后，将各接线和地线拆除，并对现场进行清理和整理。

3、试验分析

3.1试验设计

为了验证本文研究内容的可行性与可靠性，以某高压电气设备为试验对象，利用IYFA仿真平台对设备自动化控制与调试仿真，具体仿真参数如表1所示。

表1 高压电气设备仿真参数表

利用上文提出的控制技术及调试要点，对设备运行进行自动化控制和调试。

3.2试验结果分析

在高压电气设备运行过程中，随机选择一个异常波动点，其自动化控制前后设备电压波形变化如图1所示。

图1 高压电气设备控制及调试前后电压波形图

从图1可以看出，该高压电气设备在0.017s时出现异常，电压突然升高，在经过自动化控制下高压电气设备在0.025s时恢复到稳定状态，说明本文提出的自动化控制技术能够及时调控高压电气设备运行误差，确保设备稳定运行。为了使试验结果具有一定的说明性，选择平面光波导（Power Line Communication,PLC）技术和误差的比例、积分和微分进行控制的（Proportional Integral Derivative,PID）技术与本文所提技术对比，以电压标幺值作为评价指标，标幺值可以衡量出电压与额定电压的偏离程度，标幺值越接近1，则说明设备电压与基准值越接近，其计算为：

式中，ε为高压电气设备电压标幺值；Ver为运行过程中设备电压实测值；Vey为高压电气设备电压基准值。

表2给出三种技术应用下高压电气设备电压标幺值。

表2 高压电气设备电压标幺值（pu)

从表2中数据可以看出，在设计技术应用下高压电气设备电压标幺值接近1pu，说明实际电压非常贴近电压基准值，并且在该方面远远优于两种现行技术，因此试验证明在设备自动化控制与调试方面，设计技术具有绝对的优势，可以有效保证高压电气设备运行的稳定性。

4、结束语

在本文中，对高压电气设备自动化控制及调试的要点进行深入探讨和研究。通过对高压电气设备自动化控制原理、控制策略、控制算法以及调试方法等方面的分析，发现高压电气设备的自动化控制及调试是一个复杂而精细的过程，需要综合运用多种技术手段和专业知识。此次提出一个新的自动化控制思路，有效提高了高压电气设备运行的稳定性和安全性，同时也有效提升了高压电气设备管控的自动化水平。未来，随着人工智能、物联网、大数据等新一代信息技术的广泛应用，高压电气设备的自动化水平和调试效率将得到进一步提升。同时，随着电力系统的智能化和网络化程度的提高，高压电气设备自动化控制及调试技术也将面临更多的挑战和机遇。

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文章来源:厉复新.高压电气设备自动化控制及调试要点分析[J].电器工业,2024,(11):37-41.