1、題目：電氣自動化控制系統目 錄提要21電氣綜合自動化系統的功能211斷路器和隔離開關的控制及操作21.2電氣自動化21.2.1發變組保護21.2.2發電機勵磁系統21.2.3 220kV/500kV開關自動同期并網及手動同期并網21.2.4 6kV高壓廠21.2.5 380V低壓廠31.2.6高壓啟/備變壓器控制和操作31.2.7柴油發電機組和保安電源控制和操作31.3. 直流系統和LPS系統的監視32電氣自動化控制系統的設計思想32.1集中監控方式322遠程監控方式323現場總線監控方式43 探討電氣自動化控制系統的發展趨勢44 電機絕緣結構直流電機電樞絕緣結構441電樞繞組絕緣442匝間絕

2、緣55 電氣設備的“健康”狀況存在差異56 電力電子系統故障診斷方法淺析56.1故障診斷中的譜分析方法56.2參數模型與故障診斷66.2.1檢測濾波器方法66.2.2狀態估計法66.2.3參數辨識方法66.3模式識別在故障診斷中的應用76.4基于神經網絡的故障診斷方法76.5專家系統76.6小波變換的方法77 結束語88 參考文獻9提要電氣綜合自動化系統的功能，討論了目前電氣自動化控制系統的設計思想（以發電廠為例子），展望了將來電氣自動化控制系統的發展趨勢。設各智能化水平的提高使得對現場設備狀況的精確掌握成為可能，通訊技術的發展則為大容量的數據傳輸提供了平臺。在工業自動化領域，基于Pc的控制系

3、統以其靈活性和易于集成的特點正在被更多的采納。 1電氣綜合自動化系統的功能11斷路器和隔離開關的控制及操作發變組出口220kV/500kV斷路器、隔離開關的控制及操作。隔離開關：類似閘刀開關，沒有防止過流、短路功能，無滅弧裝置； 斷路器：具有過流、短路自動脫扣功能，帶有消磁滅弧裝置，可以用來接通、切斷大電流； 一般情況下，隔離開關不能用來接通或切斷電流，它僅僅是在斷路器斷開的情況下分斷，提供一個“明顯的斷開點”。1.2電氣自動化1.2.1發變組保護發變組保護、廠高變保護、勵磁變壓器保護控制。1.2.2發電機勵磁系統發電機勵磁系統。包括啟勵、滅磁操作，控制方式切換，增磁、減磁操作，PSS(電力系

4、統穩定器)的投退。1.2.3 220kV/500kV開關自動同期并網及手動同期并網220kV/500kV開關自動同期并網及手動同期并網。1.2.4 6kV高壓廠6kV高壓廠用電源監視、操作、廠用電壓快切裝置的狀態監視、投退、手動啟動等1.2.5 380V低壓廠380V低壓廠用電源監視、操作、低壓備自投裝置控制1.2.6高壓啟/備變壓器控制和操作高壓啟/備變壓器控制和操作1.2.7柴油發電機組和保安電源控制和操作柴油發電機組和保安電源控制和操作。1.3. 直流系統和LPS系統的監視對于發變組保護等主保護和安全自動裝置，因其設備已經很成熟而且要求全部在DCS中實現其功能尚有一定難度，可能增加相當大

5、的費用，故可以保留。但是它們與DCS間要口求接，控制采用硬接線，利用通訊方式傳輸自動裝置信息，并可以通過DCS進行事故追憶。2電氣自動化控制系統的設計思想2.1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。由于電氣設備全部進入監控，伴隨著監控對象的大量增加隨之而來的是主機冗余的下降、電纜數量增加，投資加大，長距離電纜引入的干擾也可能影響系統的可靠性。同時，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點經常不到位，造成設備無法操作。這種接

6、線的二次接線復雜，查線不方便，大大增加了維護量，還存在由于查線或傳動過程中由于接線復雜而造成誤操作的可能性。22遠程監控方式遠程監控方式具有節約大量電纜、節省安裝費用、，節約材料、可靠性高、組態靈活等優點。由于各種現場總線(如Lonworks總線，CAN總線等)的通訊速度不是很高，而電廠電氣部分通訊量相對又比較大，所有這種方式適合于小系統監控，而不適應于全廠的電氣自動化系統的構建。23現場總線監控方式目前，對于以太網(Ethernet)、現場總線等計算機網絡技術已經普遍應用于變電站綜合自動化系統中，且已經積累了豐富的運行經驗，智能化電氣設備也有了較快的發展，這些都為網絡控制系統應用于發電廠電氣

7、系統奠定了良好的基礎?，F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。3 探討電氣自動化控制系統的發展趨勢OPC(OI

8、JEforProcess Control)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。IEC61131已成為了一個國際化的標準，正被各大控制系統廠商廣泛采納。 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。InternetIntranet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

9、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。4 電機絕緣結構直流電機電樞絕緣結構41電樞繞組絕緣目測檢查。在拆開電機取出轉子之后，通過目測的方法檢查繞組的絕緣情況，這是最簡單的方法。絕緣電阻檢查。電樞繞組對地(鐵芯)的絕緣電阻包括體積電阻和表面電阻。其阻值的大小與絕緣材料性能、絕緣結構、表面狀態、制造工藝、環境條件及試驗檢測方法等許多因素有關。由于絕緣電阻并不正

10、比于絕緣介電強度，與擊穿電壓沒有單值比例關系，其阻值究竟要多大電機才可安全運行或阻值降低到何值才會發生事故，并沒有一個準確的標準。因此它只能作為估計繞組絕緣狀態的一個依據。在我國一般認為，絕緣電阻低于05M1)； 日本認為，絕緣電阻低于01Mn，電機就會進入危險區域，運行時繞組易發生燒損事故。耐壓試驗。將直流高壓直接加在繞組線圈的絕緣上，檢查其耐壓情況。所加電壓的大小視電的電壓等級、使用年限等隋況來決定。對于絕緣已老化或劣化的線圈，耐壓試驗時就會出現擊穿、表面放電、電暈、表面覆蓋物燒損等現象42匝間絕緣繞制變壓器的線圈時每一圈為一匝，匝之間的絕緣就是匝間絕緣。 影響匝間絕緣的主要因素是漆包線的

11、質量以及后期的浸漆、烘干等工藝。目前，國內關于干式空心電抗器匝間絕緣故障檢測設備的研究相對較少，國外已有成型產品，但是價格昂貴，達數十萬美元，國內絕大多數生產廠家沒有能力購買因此，研制一種性能優良，成本相對較低的空心電抗器匝間絕緣故障檢測設備，已成為迫切需要對變壓器作匝間絕緣故障橙測通常是采用感應電壓法，該法通過在一個變壓器繞組上施加較高頻率的電壓，在高壓(中壓)繞組上產生所要求的感應試驗電壓，從而達到檢驗匝間絕緣的目的 但空心電抗器只有一個繞組，而且一般情況下其磁路是開放式，這就決定了無法用感應電壓法對其匝間絕緣進行橙然利用一個分離的變壓器產生正弦電壓波可對電抗器做匝間絕緣檢測，但所需變壓器

12、的容量很大，費用很高，尤其是在電抗器電感值較低的情況下更是如此盡管在這種試騎方法中采用容性補償裝置可以降低電源的總容量，但由此所產生的總的試驗費用并沒有降低本文從介紹脈沖電壓法的基本原理人手，提出用脈沖電壓法檢測干式空心電抗器的匝間絕緣狀況并利用實際的電抗器電路模型和計算機輔助分析手段，對這種方法在實際的干式電抗器上應用的可行性進行了分析5 電氣設備的“健康”狀況存在差異首先是設備的先天條件不一樣，進口設備和國產設備的技術狀況不一樣；同樣是國產設備，不同廠商因技術與管理水平不一樣，使其產品質量也不一樣；即使是同一廠商，因技術、管理上的進步，不同時期、不同批次的產品，其質量也會不一樣。因此應當承

13、認設備投運的初始狀態是千差萬別的。其次，設備的使用環境不一樣，不同的環境將對設備運行狀況產生不同的影響，這種環境主要有兩種：一是設備所處的外部自然環境不一樣，尤其是供電設備，大部分暴露在室外自然環境中，因溫度、濕度、污染、紫外線、日照等有較大差異，對設備的影響有較大不同；二是設備在電力系統的位置不同，所承受系統運行電壓、短路電流和熱穩定時間等不盡相同，尤其是故障時系統短路容量差異較大。此外，新技術、新材料的使用，使得設備的技術水平、技術狀況有了較大的改善，尤其是20世紀90年代以后，我國電力設備制造引進不少國外先進的技術、裝備和管理，設備的改型換代較快，整體技術水平有了較大的提高，因此電力系統

14、的裝備水平得到較大的改善。6 電力電子系統故障診斷方法淺析6.1故障診斷中的譜分析方法電力電子電路的實際運行表明，大多數故障表現為功率開關器件的損壞，其中以功率開關器件的開路和直通最為常見。電力電子電路故障診斷與一般的模擬電路、數字電路的故障診斷存在較大差別，由于電力電子器件過載能力小，損壞速度快，其故障信息僅存在于發生故障到停電之前數十毫秒之內，因此，需要實時監視、在線診斷；另外電力電子電路的功率已達數千千瓦，模擬電路、數字電路診斷中采用的改變輸入看輸出的方法不再適用，只能以輸出波形來診斷電力電子電路是否有故障及有何種故障。 故障診斷的關鍵是提取故障的特征。故障特征是指反映故障征兆的信號經過

15、加工處理后所得的反映設備與系統的故障種類、部位與程度的綜合量。故障診斷方法按提取特征的方法的區別，可分為譜分析方法、基于動態系統數學模型的方法、采用模式識別的方法、基于神經網絡的方法、專家系統的方法、小波變換的方法和利用遺傳算法等。這些方法將在下文具體介紹。6.2參數模型與故障診斷如果系統的數學模型是已知的，就可以通過測量，估計系統的狀態和參數，確定狀態變量和系統參量是否變化。采用基于系統數學模型的故障診斷方法，可以從較少的測量點去估計系統的多個狀態量或系統參數，從而實現故障診斷。 進一步又可以分為檢測濾波器方法、狀態估計法和參數辨識方法三種.6.2.1檢測濾波器方法它將部件、執行機構和傳感器

16、的故障的輸出方向分別固定在特定的方向或平面上。6.2.2狀態估計法狀態估計法 通過監測系統的狀態變化，也能反映由系統參數變化引起的故障，并對故障進行診斷。與一般的狀態估計不同，在進行故障診斷時，并不是去估計未知的狀態信息，而是借助觀測器或卡爾曼濾波器去重構系統的輸出，以便取得系統輸出的估計值。這個估計值與實際輸出值之差就叫量測殘差。殘差中含有大量的系統內部變化的信息，因此可以作為故障診斷的依據。狀態估計法的優點是在線計算量小，診斷速度快。6.2.3參數辨識方法實時辨識出系統模型的參數，與正常時模型的參數比較，確定故障。常用的有最小二乘法。故障的模式識別就是從那些反映系統的信息中抽取出反映故障的

17、特征，并根據這些特征的不同屬性，對故障進行分類。用模式識別方法進行故障診斷，是根據樣本的數學特征來進行的，因此它不需要精確的數學模型。對于一些被診斷對象數學模型過于復雜、不易求解的問題，模式識別方法也是適用的。另外，在對工業系統的故障診斷中應盡量利用非數學（包括物理和結構）方面的特征，設計出各種各樣的特征提取器，這樣將有利于利用對已有系統的知識，有利于減少計算工作量。由于特征的選擇和提取與待識別的模式緊密相關，故很難有某種泛泛的規律可循。目前常用的方法有：最小距離分類法，Bayes分類法，Fisher判別法，從參數模型求特征，用K-L變換提取特征等6.3模式識別在故障診斷中的應用故障的模式識別

18、就是從那些反映系統的信息中抽取出反映故障的特征，并根據這些特征的不同屬性，對故障進行分類。用模式識別方法進行故障診斷，是根據樣本的數學特征來進行的，因此它不需要精確的數學模型。對于一些被診斷對象數學模型過于復雜、不易求解的問題，模式識別方法也是適用的。另外，在對工業系統的故障診斷中應盡量利用非數學（包括物理和結構）方面的特征，設計出各種各樣的特征提取器，這樣將有利于利用對已有系統的知識，有利于減少計算工作量。由于特征的選擇和提取與待識別的模式緊密相關，故很難有某種泛泛的規律可循。目前常用的方法有：最小距離分類法，Bayes分類法，Fisher判別法，從參數模型求特征，用K-L變換提取特征等6.

19、4基于神經網絡的故障診斷方法利用神經網絡的自學習、自歸納能力，經過一定的訓練，建立起故障信號與故障分類之間的映像關系。利用學習后的神經網絡，實現故障診斷。神經網絡是由大量的神經元廣泛互連而成的網絡，這里以BP網絡為例加以介紹。BP網絡是單向傳播的多層前向網絡，它由輸入層、中間層和輸出層組成，中間層可有若干層，每一層的神經元只接受前一層神經元的輸出。BP網絡中沒有反饋，同一層的節點之間沒有耦合，每一層的節點只影響下一層節點的輸入。 BP網絡一般采取的學習算法是：網絡的輸出和希望的輸出進行比較，然后根據兩者之間的差調整網絡的權值，最終使誤差變為最小。當電力電子電路發生故障時，如果能夠利用神經網絡的

20、學習能力，使故障波形與故障原因之間的關系通過神經網絡的學習后保存在其結構和權中，然后將學習好的神經網絡用于故障診斷，神經網絡就可以通過對當前電壓或電流波形的分析，得出故障原因，從而實現故障的在線自動診斷。6.5專家系統由于故障診斷是從被監測和診斷的對象表征去尋找故障的成因、部位，并確定故障的嚴重程度的，因此，如 果把由已知故障去分析系統或設備的運行特性與表征叫做正問題，那么故障診斷就是逆問題了。這種逆問題的求解明顯不同于正問題的求解，而人工智能AI（Artificial Intelligence）技術中的專家系統ES（Expert System）正是解這種逆問題的有利工具。專家系統是人工智能研

21、究的一個分支，它是通過模擬專家的經驗，實現故障診斷。專家系統的結構如下表所示：一個典型的診斷專家系統通過在線監測并進行數據采集、存貯，然后傳送到診斷運行中心，在這里由專家系統進行處理、分析和診斷，最后將診斷結果和處理建議自動地反饋回運行現場。因此，專家系統是診斷系統中最核心的部分。本文后面將介紹作者在實際中應用專家系統方法進行故障診斷的實例。6.6小波變換的方法在故障診斷中,突變信號往往對應著設備的某種故障，分析和識別系統中產生的各種波形信號，并判別其狀態，是進行電路故障診斷中的有效方法之一。設備正常運行時發出的信號較平穩，一旦設備出現故障，就將發出具有奇異性的動態非平穩信號。為了實現設備故障

22、的快速、準確檢測，必須有效地識別故障發生瞬間的非平穩信號。信號的處理與分析是故障預測和診斷的基礎，提高診斷的準確度需要信號處理和分析方法，小波變換以其對非平穩信號局部化分析，及良好的時頻定位功能的突出優點，為故障診斷提供了新的、強有力的分析手段，彌補了傳統故障診斷中因為專家的經驗知識很難精確描述，存在知識獲取的“瓶頸”問題。 七、遺傳算法 遺傳算法GA（Genetic Algorithm）是一種新發展起來的優化算法，目前它已經成為人們用來解決高度復雜問題的一個新思路和新方法。它依據適者生存、優勝劣汰的進化規則，對包含可能解的群體進行基于遺傳學的操作，不斷生產新的群體并使群體不斷進化，同時以全局并行搜索優化群