农业电气化及其自动化专业的论文37488.docx

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1、题目：电气自动化控制系统目 录提要21电气综合自动动化系统的功功能211断路器和和隔离开关的的控制及操作作21.2电气自动动化21.2.1发变变组保护21.2.2发电电机励磁系统统21.2.3 2220kV/500kVV开关自动同同期并网及手手动同期并网网21.2.4 66kV高压厂厂21.2.5 3380V低压压厂31.2.6高压压启/备变压器控控制和操作31.2.7柴油油发电机组和和保安电源控控制和操作31.3. 直流流系统和LPPS系统的监监视32电气自动化控控制系统的设设计思想32.1集中监控控方式322远程监控控方式323现场总线线监控方式43 探讨电气自自动化控制系系统的发展趋趋势

2、44 电机绝缘结结构直流电机机电枢绝缘结结构441电枢绕组组绝缘442匝间绝缘缘55 电气设备的的“健康”状况存在差差异56 电力电子系系统故障诊断断方法浅析56.1故障诊断断中的谱分析析方法56.2参数模型型与故障诊断断66.2.1检测测滤波器方法法66.2.2状态态估计法66.2.3参数数辨识方法66.3模式识别别在故障诊断断中的应用76.4基于神经经网络的故障障诊断方法76.5专家系统统76.6小波变换换的方法77 结束语888 参考文献9提要电气综合自动化化系统的功能能，讨论了目目前电气自动动化控制系统统的设计思想想（以发电厂厂为例子），展展望了将来电电气自动化控控制系统的发发展趋势。

3、设设各智能化水水平的提高使使得对现场设设备状况的精精确掌握成为为可能，通讯讯技术的发展展则为大容量量的数据传输输提供了平台台。在工业自自动化领域，基基于Pc的控控制系统以其其灵活性和易易于集成的特特点正在被更更多的采纳。 1电气综合自动动化系统的功功能11断路器和和隔离开关的的控制及操作作发变组出口2220kV/5500kV断断路器、隔离离开关的控制制及操作。隔离开关：类似似闸刀开关，没没有防止过流流、短路功能能，无灭弧装装置； 断路器：具有过过流、短路自自动脱扣功能能，带有消磁磁灭弧装置，可可以用来接通通、切断大电电流； 一般情况下，隔隔离开关不能能用来接通或或切断电流，它它仅仅是在断断路器

4、断开的的情况下分断断，提供一个个“明显的断断开点”。1.2电气自动动化1.2.1发变变组保护发变组保护、厂厂高变保护、励励磁变压器保保护控制。1.2.2发电电机励磁系统统发电机励磁系统统。包括启励励、灭磁操作作，控制方式式切换，增磁磁、减磁操作作，PSS(电力系统稳稳定器)的投投退。1.2.3 2220kV/500kVV开关自动同同期并网及手手动同期并网网220kV/5500kV开开关自动同期期并网及手动动同期并网。1.2.4 66kV高压厂厂6kV高压厂用用电源监视、操操作、厂用电电压快切装置置的状态监视视、投退、手手动启动等1.2.5 3380V低压压厂380V低压厂厂用电源监视视、操作、

5、低低压备自投装装置控制1.2.6高压压启/备变压压器控制和操操作高压启/备变压压器控制和操操作1.2.7柴油油发电机组和和保安电源控控制和操作柴油发电机组和和保安电源控控制和操作。1.3. 直流流系统和LPPS系统的监监视对于发变组保护护等主保护和和安全自动装装置，因其设设备已经很成成熟而且要求求全部在DCCS中实现其其功能尚有一一定难度，可可能增加相当当大的费用，故故可以保留。但但是它们与DDCS间要口口求接，控制制采用硬接线线，利用通讯讯方式传输自自动装置信息息，并可以通通过DCS进进行事故追忆忆。2电气自动化控控制系统的设设计思想2.1集中监控控方式这种监控方式优优点是运行维维护方便，控

6、控制站的防护护要求不高，系系统设计容易易。但由于集集中式的主要要特点是将系系统的各个功功能集中到一一个处理器进进行处理，处处理器的任务务相当繁重，处处理速度受到到影响。由于于电气设备全全部进入监控控，伴随着监监控对象的大大量增加随之之而来的是主主机冗余的下下降、电缆数数量增加，投投资加大，长长距离电缆引引入的干扰也也可能影响系系统的可靠性性。同时，隔隔离刀闸的操操作闭锁和断断路器的联锁锁采用硬接线线，由于隔离离刀闸的辅助助接点经常不不到位，造成成设备无法操操作。这种接接线的二次接接线复杂，查查线不方便，大大大增加了维维护量，还存存在由于查线线或传动过程程中由于接线线复杂而造成成误操作的可可能性

7、。22远程监控控方式远程监控方式具具有节约大量量电缆、节省省安装费用、，节节约材料、可可靠性高、组组态灵活等优优点。由于各各种现场总线线(如Lonnworkss总线，CAAN总线等)的通讯速度度不是很高，而而电厂电气部部分通讯量相相对又比较大大，所有这种种方式适合于于小系统监控控，而不适应应于全厂的电电气自动化系系统的构建。23现场总线线监控方式目前，对于以太太网(Ethhernett)、现场总总线等计算机机网络技术已已经普遍应用用于变电站综综合自动化系系统中，且已已经积累了丰丰富的运行经经验，智能化化电气设备也也有了较快的的发展，这些些都为网络控控制系统应用用于发电厂电电气系统奠定定了良好的

8、基基础。现场总总线监控方式式使系统设计计更加有针对对性，对于不不同的间隔可可以有不同的的功能，这样样可以根据间间隔的情况进进行设计。采采用这种监控控方式除了具具有远程监控控方式的全部部优点外，还还可以减少大大量的隔离设设备、端子柜柜、I/0卡卡件、模拟量量变送器等，而而且智能设备备就地安装，与与监控系统通通过通信线连连接，可以节节省大量控制制电缆，节约约很多投资和和安装维护工工作量，从而而降低成本。另另外，各装置置的功能相对对独立，装置置之间仅通过过网络连接，网网络组态灵活活，使整个系系统的可靠性性大大提高，任任一装置故障障仅影响相应应的元件，不不会导致系统统瘫痪。因此此现场总线监监控方式是今

9、今后发电厂计计算机监控系系统的发展方方向。3 探讨电气自自动化控制系系统的发展趋趋势OPC(OIJJEforPProcesss Conntrol)技术的出现现，IEC661131的的颁布，以及及Microosoft的的Windoows平台的的广泛应用，使使得未来的电电气技术的结结合，计算机机日益发挥着着不可替代的的作用。IEEC611331已成为了了一个国际化化的标准，正正被各大控制制系统厂商广广泛采纳。 Pcc 客户机服务器体系系结构、以太太网和Intternett技术引发了了电气自动化化的一次又一一次革命。正正是市场的需需求驱动着自自动化和ITT平台的融和和，电子商务务的普及将加加速着这一

10、过过程。IntternettIntrranet技技术和多媒体体技术在自动动化领域有着着广泛的应用用前景。企业业的管理层利利用标准的浏浏览器可以存存取企业的财财务、人事等等管理数据，也也可以对当前前生产过程的的动态画面进进行监控，在在第一时间了了解最全面和和准确的生产产信息。虚拟拟现实技术和和视频处理技技术的应用，将将对未来的自自动化产品，如如人机界面和和设备维护系系统的设计产产生直接的影影响。相对应应的软件结构构、通讯能力力及易于使用用和统一的组组态环境变得得重要了。软软件的重要性性在不断提高高。这种趋势势正从单一的的设备转向集集成的系统。4 电机绝缘结结构直流电机机电枢绝缘结结构41电枢绕组

11、组绝缘目测检查。在拆拆开电机取出出转子之后，通过目测的的方法检查绕绕组的绝缘情情况，这是最最简单的方法法。绝缘电阻检检查。电枢绕绕组对地(铁芯)的绝缘电阻阻包括体积电电阻和表面电电阻。其阻值值的大小与绝绝缘材料性能能、绝缘结构构、表面状态态、制造工艺艺、环境条件件及试验检测测方法等许多多因素有关。由由于绝缘电阻阻并不正比于于绝缘介电强强度，与击穿穿电压没有单单值比例关系系，其阻值究究竟要多大电电机才可安全全运行或阻值值降低到何值值才会发生事事故，并没有有一个准确的的标准。因此此它只能作为为估计绕组绝绝缘状态的一一个依据。在在我国一般认认为，绝缘电电阻低于05M1)； 日本认为，绝缘电阻低低于0

12、1Mn，电机机就会进入危危险区域，运运行时绕组易易发生烧损事事故。耐压试验。将将直流高压直直接加在绕组组线圈的绝缘缘上，检查其耐压压情况。所加加电压的大小小视电的电压压等级、使用年限等等隋况来决定定。对于绝缘已已老化或劣化化的线圈，耐耐压试验时就就会出现击穿穿、表面放电电、电晕、表面面覆盖物烧损损等现象42匝间绝缘缘绕制变压器的线线圈时每一圈圈为一匝，匝匝之间的绝缘缘就是匝间绝绝缘。 影响匝间间绝缘的主要要因素是漆包包线的质量以以及后期的浸浸漆、烘干等等工艺。目前前，国内关于于干式空心电电抗器匝间绝绝缘故障检测测设备的研究究相对较少，国国外已有成型型产品，但是是价格昂贵，达达数十万美元元，国内

13、绝大大多数生产厂厂家没有能力力购买因此此，研制一种种性能优良，成成本相对较低低的空心电抗抗器匝间绝缘缘故障检测设设备，已成为为迫切需要对变压器作作匝间绝缘故故障橙测通常常是采用感应应电压法，该该法通过在一一个变压器绕绕组上施加较较高频率的电电压，在高压压(中压)绕组上产生生所要求的感感应试验电压压，从而达到检检验匝间绝缘缘的目的但但空心电抗器器只有一个绕绕组，而且一一般情况下其其磁路是开放放式，这就决决定了无法用用感应电压法法对其匝间绝绝缘进行橙然然利用一个分分离的变压器器产生正弦电电压波可对电电抗器做匝间间绝缘检测，但但所需变压器器的容量很大大，费用很高高，尤其是在在电抗器电感感值较低的情情

14、况下更是如如此尽管在在这种试骑方方法中采用容容性补偿装置置可以降低电电源的总容量量，但由此所所产生的总的的试验费用并并没有降低本文从介绍绍脉冲电压法法的基本原理理人手，提出出用脉冲电压压法检测干式式空心电抗器器的匝间绝缘缘状况并利利用实际的电电抗器电路模模型和计算机机辅助分析手手段，对这种种方法在实际际的干式电抗抗器上应用的的可行性进行行了分析5 电气设备的的“健康”状状况存在差异异首先是设备的先先天条件不一一样，进口设设备和国产设设备的技术状状况不一样；同样是国产产设备，不同同厂商因技术术与管理水平平不一样，使使其产品质量量也不一样；即使是同一一厂商，因技技术、管理上上的进步，不不同时期、不

15、不同批次的产产品，其质量量也会不一样样。因此应当当承认设备投投运的初始状状态是千差万万别的。其次次，设备的使使用环境不一一样，不同的的环境将对设设备运行状况况产生不同的的影响，这种种环境主要有有两种：一是是设备所处的的外部自然环环境不一样，尤尤其是供电设设备，大部分分暴露在室外外自然环境中中，因温度、湿湿度、污染、紫紫外线、日照照等有较大差差异，对设备备的影响有较较大不同；二二是设备在电电力系统的位位置不同，所所承受系统运运行电压、短短路电流和热热稳定时间等等不尽相同，尤尤其是故障时时系统短路容容量差异较大大。此外，新新技术、新材材料的使用，使使得设备的技技术水平、技技术状况有了了较大的改善善

16、，尤其是220世纪900年代以后，我我国电力设备备制造引进不不少国外先进进的技术、装装备和管理，设设备的改型换换代较快，整整体技术水平平有了较大的的提高，因此此电力系统的的装备水平得得到较大的改改善。6 电力电子系系统故障诊断断方法浅析6.1故障诊断断中的谱分析析方法电力电子电路的的实际运行表表明，大多数数故障表现为为功率开关器器件的损坏，其其中以功率开开关器件的开开路和直通最最为常见。电电力电子电路路故障诊断与与一般的模拟拟电路、数字字电路的故障障诊断存在较较大差别，由由于电力电子子器件过载能能力小，损坏坏速度快，其其故障信息仅仅存在于发生生故障到停电电之前数十毫毫秒之内，因因此，需要实实时

17、监视、在在线诊断；另另外电力电子子电路的功率率已达数千千千瓦，模拟电电路、数字电电路诊断中采采用的改变输输入看输出的的方法不再适适用，只能以以输出波形来来诊断电力电电子电路是否否有故障及有有何种故障。 故障诊断的的关键是提取取故障的特征征。故障特征征是指反映故故障征兆的信信号经过加工工处理后所得得的反映设备备与系统的故故障种类、部部位与程度的的综合量。故故障诊断方法法按提取特征征的方法的区区别，可分为为谱分析方法法、基于动态态系统数学模模型的方法、采采用模式识别别的方法、基基于神经网络络的方法、专专家系统的方方法、小波变变换的方法和和利用遗传算算法等。这些些方法将在下下文具体介绍绍。6.2参数

18、模型型与故障诊断断如果系统的数学学模型是已知知的，就可以以通过测量，估估计系统的状状态和参数，确确定状态变量量和系统参量量是否变化。采采用基于系统统数学模型的的故障诊断方方法，可以从从较少的测量量点去估计系系统的多个状状态量或系统统参数，从而而实现故障诊诊断。 进一一步又可以分分为检测滤波波器方法、状状态估计法和和参数辨识方方法三种.6.2.1检测测滤波器方法法它将部件、执行行机构和传感感器的故障的的输出方向分分别固定在特特定的方向或或平面上。6.2.2状态态估计法状态估计法 通通过监测系统统的状态变化化，也能反映映由系统参数数变化引起的的故障，并对对故障进行诊诊断。与一般般的状态估计计不同，

19、在进进行故障诊断断时，并不是是去估计未知知的状态信息息，而是借助助观测器或卡卡尔曼滤波器器去重构系统统的输出，以以便取得系统统输出的估计计值。这个估估计值与实际际输出值之差差就叫量测残残差。残差中中含有大量的的系统内部变变化的信息，因因此可以作为为故障诊断的的依据。状态态估计法的优优点是在线计计算量小，诊诊断速度快。6.2.3参数数辨识方法实时辨识出系统统模型的参数数，与正常时时模型的参数数比较，确定定故障。常用用的有最小二二乘法。故障障的模式识别别就是从那些些反映系统的的信息中抽取取出反映故障障的特征，并并根据这些特特征的不同属属性，对故障障进行分类。用用模式识别方方法进行故障障诊断，是根根

20、据样本的数数学特征来进进行的，因此此它不需要精精确的数学模模型。对于一一些被诊断对对象数学模型型过于复杂、不不易求解的问问题，模式识识别方法也是是适用的。另另外，在对工工业系统的故故障诊断中应应尽量利用非非数学（包括括物理和结构构）方面的特特征，设计出出各种各样的的特征提取器器，这样将有有利于利用对对已有系统的的知识，有利利于减少计算算工作量。由由于特征的选选择和提取与与待识别的模模式紧密相关关，故很难有有某种泛泛的的规律可循。目目前常用的方方法有：最小小距离分类法法，Bayees分类法，FFisherr判别法，从从参数模型求求特征，用KK-L变换提提取特征等6.3模式识别别在故障诊断断中的应

21、用故障的模式识别别就是从那些些反映系统的的信息中抽取取出反映故障障的特征，并并根据这些特特征的不同属属性，对故障障进行分类。用用模式识别方方法进行故障障诊断，是根根据样本的数数学特征来进进行的，因此此它不需要精精确的数学模模型。对于一一些被诊断对对象数学模型型过于复杂、不不易求解的问问题，模式识识别方法也是是适用的。另另外，在对工工业系统的故故障诊断中应应尽量利用非非数学（包括括物理和结构构）方面的特特征，设计出出各种各样的的特征提取器器，这样将有有利于利用对对已有系统的的知识，有利利于减少计算算工作量。由由于特征的选选择和提取与与待识别的模模式紧密相关关，故很难有有某种泛泛的的规律可循。目目

22、前常用的方方法有：最小小距离分类法法，Bayees分类法，FFisherr判别法，从从参数模型求求特征，用KK-L变换提提取特征等6.4基于神经经网络的故障障诊断方法利用神经网络的的自学习、自自归纳能力，经经过一定的训训练，建立起起故障信号与与故障分类之之间的映像关关系。利用学学习后的神经经网络，实现现故障诊断。神神经网络是由由大量的神经经元广泛互连连而成的网络络，这里以BBP网络为例例加以介绍。BBP网络是单单向传播的多多层前向网络络，它由输入入层、中间层层和输出层组组成，中间层层可有若干层层，每一层的的神经元只接接受前一层神神经元的输出出。BP网络络中没有反馈馈，同一层的的节点之间没没有耦

23、合，每每一层的节点点只影响下一一层节点的输输入。 BPP网络一般采采取的学习算算法是：网络络的输出和希希望的输出进进行比较，然然后根据两者者之间的差调调整网络的权权值，最终使使误差变为最最小。当电力力电子电路发发生故障时，如如果能够利用用神经网络的的学习能力，使使故障波形与与故障原因之之间的关系通通过神经网络络的学习后保保存在其结构构和权中，然然后将学习好好的神经网络络用于故障诊诊断，神经网网络就可以通通过对当前电电压或电流波波形的分析，得得出故障原因因，从而实现现故障的在线线自动诊断。6.5专家系统统由于故障诊断是是从被监测和和诊断的对象象表征去寻找找故障的成因因、部位，并并确定故障的的严重

24、程度的的，因此，如如 果把由已知知故障去分析析系统或设备备的运行特性性与表征叫做做正问题，那那么故障诊断断就是逆问题题了。这种逆逆问题的求解解明显不同于于正问题的求求解，而人工工智能AI（AArtifiicial Intellligennce）技术术中的专家系系统ES（EExpertt Systtem）正是是解这种逆问问题的有利工工具。专家系系统是人工智智能研究的一一个分支，它它是通过模拟拟专家的经验验，实现故障障诊断。专家家系统的结构构如下表所示示：一个典型型的诊断专家家系统通过在在线监测并进进行数据采集集、存贮，然然后传送到诊诊断运行中心心，在这里由由专家系统进进行处理、分分析和诊断，最最

25、后将诊断结结果和处理建建议自动地反反馈回运行现现场。因此，专专家系统是诊诊断系统中最最核心的部分分。本文后面面将介绍作者者在实际中应应用专家系统统方法进行故故障诊断的实实例。6.6小波变换换的方法在故障诊断中,突变信号往往往对应着设设备的某种故故障，分析和和识别系统中中产生的各种种波形信号，并并判别其状态态，是进行电电路故障诊断断中的有效方方法之一。设设备正常运行行时发出的信信号较平稳，一一旦设备出现现故障，就将将发出具有奇奇异性的动态态非平稳信号号。为了实现现设备故障的的快速、准确确检测，必须须有效地识别别故障发生瞬瞬间的非平稳稳信号。信号号的处理与分分析是故障预预测和诊断的的基础，提高高诊

26、断的准确确度需要信号号处理和分析析方法，小波波变换以其对对非平稳信号号局部化分析析，及良好的的时频定位位功能的突出出优点，为故故障诊断提供供了新的、强强有力的分析析手段，弥补补了传统故障障诊断中因为为专家的经验验知识很难精精确描述，存存在知识获取取的“瓶颈”问问题。 七、遗遗传算法 遗遗传算法GAA（Geneetic AAlgoriithm）是是一种新发展展起来的优化化算法，目前前它已经成为为人们用来解解决高度复杂杂问题的一个个新思路和新新方法。它依依据适者生存存、优胜劣汰汰的进化规则则，对包含可可能解的群体体进行基于遗遗传学的操作作，不断生产产新的群体并并使群体不断断进化，同时时以全局并行行

27、搜索优化群群体中的最优优个体以求得得满足要求的的最优解。GGA以其能以以较大概率求求得全局最优优解、计算时时间较少、具具有较强鲁棒棒性等特点在在电力电子故故障诊断系统统中也得到了了应用。合理理利用采集信信息（即把采采集信息分为为三层），运运用遗传算法法进行分层信信息故障诊断断；将遗传算算法应用在故故障诊断专家家系统的推理理和自学习中中，可以克服服专家系统存存在的推理速速度慢和在先先验知识很少少的情况下知知识获取困难难的障碍，提提高了专家系系统的适应性性。7 结束语农业电气化与自自动化学科是是研究农村电电力系统及自自动化技术、农农业装备和产产业技术改造造的自动化技技术、农业信信息与网络技技术的综

28、合性性应用学科，是是推进农业与与农村经济可可持续发展的的重要途径，是是我国全面实实施农村电气气化的重要保保障。8 参考文献1 贺家李李、沈从炬，电电力系统继电电保护原理，北北京: 中国国电力出版社社，19944. 2 范范辉、陆学谦谦，电气监控控系统纳入DDCS的几点点体会，电力力自动化设备备，20011, 21(3): 3 薛葵，发电电厂电气监控控系统, 电电力系统装备备，20022 (1): 72-773. 4 蒙宁海，火火电厂厂用电电系统监控方方案的探讨，广广西电力，22003, 26 (22): 444-47. 55 林跃、秦秦岭，纳雍发发电总厂ECCS方案解决决方法的探讨讨, 贵州电电力技术，22003, 6(7):3-5. 66 曲兆卫卫、刘耀志，等等. ECSS系统在蒙华华海电的应用用, 内蒙古古电力技术，22003, 21(5):51. 77 陈良根根、田兰、张张进，ECSS在巴蜀江油油电厂的应用用, 四川电电力技术，22003, 26 (33):9110. 8 张军、李楠楠，浅谈电气气控制系统(RCS)的的应用和发展展, 自动化化博览，20004, 221(6):66-699. 9 朱朱建梁，电气气控制系统(ECS)进进入DCS系系统力式的探探讨, 湖南南电力，20004.成 绩论文评阅组签字字16