电力电气自动化的电力系统、元件技术探究

摘要：随着科技的飞速发展，电力电气自动化在电力系统中的应用日益广泛，为提高电力系统的运行效率、可靠性与稳定性做出了巨大贡献。本文深入探讨电力电气自动化背景下电力系统的架构、运行特性以及关键元件技术，包括发电机、变压器、断路器等元件的自动化控制与监测技术，旨在为电力行业的持续发展提供坚实的技术支撑。

关键词：电力电气自动化；的电力系统；元件技术

1绪论

电力作为现代社会的基石，其供应的稳定性与可靠性直接关系到经济发展、社会秩序及人民生活。电力电气自动化技术的兴起，使得电力系统从传统的人工操控逐步迈向智能化、自动化管控，极大地提升了系统应对复杂工况的能力[1]。深入研究电力系统及其元件在自动化进程中的技术细节，对于保障电力持续高效供应、推动能源产业升级具有不可估量的意义。

2电力系统自动化概述

2.1内涵

电力系统自动化是指利用计算机技术、自动控制技术、通信技术等，对电力系统的发电、输电、变电、配电及用电等环节进行监测、控制与管理，实现电力系统运行状态的自动感知、自动调节与自动优化，以达到提高供电可靠性、电能质量、运行效率以及降低运行成本的目的。

2.2关键技术

2.2.1智能监测技术

借助各类传感器，如电流互感器、电压互感器、温度传感器等，对电力系统设备的运行参数进行全方位、实时采集。这些传感器精度高、响应速度快，能够精确捕捉设备的电流、电压、温度、压力等细微变化，并将模拟信号转换为数字信号，通过通信网络传输至监控中心。

2.2.2自动控制技术

包括经典控制理论与现代控制理论的应用，如PID（比例-积分-微分）控制、模糊控制、神经网络控制等。在电力系统频率调节中，PID控制通过对频率偏差的比例、积分、微分运算，输出控制信号调节发电机组的出力，维持系统频率稳定；模糊控制则依据操作人员的经验制定模糊规则，对一些难以建立精确数学模型的复杂电力系统工况进行有效控制，提高系统的适应性与鲁棒性[2]。

2.2.3通信技术

通信技术是实现电力系统自动化信息交互的桥梁。从早期的电力载波通信、微波通信，到如今的光纤通信、无线通信（如4G、5G技术应用于电力配网自动化），通信带宽不断拓展，传输速率大幅提升，可靠性日益增强。光纤通信以其低损耗、高带宽、抗干扰能力强的优势，成为电力主干网络通信的首选，保障了大量监测数据与控制指令的高速、准确传输。

2.3优势

自动化系统能够实时监测电力系统故障，并迅速启动保护装置切除故障，同时通过备用电源自动投入、故障自愈等功能，最大限度缩短停电时间。通过实时监测电压、频率、谐波等电能质量指标，自动调节无功补偿装置、滤波器等设备，将电能质量参数控制在标准范围内。根据电力系统负荷需求，自动化系统合理安排发电机组发电计划，优化输电线路潮流分布，降低系统损耗。

3电力电气自动化下的电力系统架构

3.1发电系统自动化

在大型火力发电厂，自动化控制系统贯穿于燃料输送、锅炉燃烧、汽轮机发电等各个环节。通过传感器实时采集煤质、风量、蒸汽压力、发电机转速等参数，传输至集散控制系统（DCS）或可编程逻辑控制器（PLC），经内置算法运算后自动调控给煤机、送风机、调速汽门等执行机构，实现发电功率稳定输出，优化燃烧效率，降低煤耗与污染物排放，提升电厂经济效益与环保性能。

3.2输电系统自动化

特高压输电线路配备先进的监控与数据采集（SCADA）系统，沿线间隔一定距离设置智能传感器，监测线路电流、电压、温度、微风振动等状态信息，借助电力通信专网将数据汇聚至调度中心。一旦检测到故障隐患，如导线过热、绝缘子劣化，系统迅速预警并启动自动重合闸、故障隔离等应急机制，同时利用柔性输电技术（FACTS）设备，像静止无功补偿器（SVC）动态调节无功功率，保障输电线路安全稳定运行，提高输电容量与电能质量。

3.3配电系统自动化

城市配电网引入配电自动化系统（DAS），以馈线终端单元（FTU）、开闭所终端单元（DTU）、配电变压器终端单元（TTU）为基础，采集配电线缆、开关、变压器等实时运行数据，结合地理信息系统（GIS）实现配电网可视化管控。发生故障时，系统快速定位故障点，通过遥控操作开关实现故障隔离与非故障区域恢复供电，缩短停电时间，还能依据负荷变化自动调整配变分接头、投切无功补偿电容，优化配电网络运行，满足城市多样化用电需求。

4电力电气自动化关键元件技术

4.1发电机自动化技术

4.1.1自动励磁调节

发电机励磁系统采用微机励磁调节器，实时监测发电机端电压、电流、无功功率等，依据设定的电压调节目标，运用比例-积分-微分（PID）算法精确控制励磁电流，维持机端电压稳定，增强电力系统静态与动态稳定性，防止电压崩溃，保障发电机在不同工况下正常运行。

4.1.2温度监测与保护

在发电机定子绕组、转子、轴承等关键部位埋置铂电阻、热电偶等温度传感器，持续监测温度变化。一旦温度超阈值，如定子绕组热点温度超130℃，立即启动报警并联动跳闸保护，防止绕组绝缘过热损坏，延长发电机使用寿命，确保发电过程安全可靠。

4.2变压器自动化技术

4.2.1油色谱分析自动化

对于油浸式变压器，通过在线油色谱监测装置定期抽取油样分析氢气、甲烷、乙烯等特征气体含量，利用气体色谱分析法判断变压器内部绝缘状况。若出现局部放电、过热故障，特征气体含量会按特定规律变化，系统依据分析结果提前预警，安排检修维护，避免故障恶化，保障变压器可靠运行。

4.2.2有载调压自动化

采用有载调压分接开关与自动控制器配合，实时跟踪电网电压波动。当电压偏离额定值一定范围，如10kV变压器输出电压偏差超±7%，控制器驱动分接开关自动切换分接头，精准调节输出电压，维持负荷端电压稳定，提高电能质量，满足不同用电设备需求。

4.3断路器自动化技术

4.3.1智能操作

断路器配备智能操作机构，集成电流、电压传感器与微处理器，能感知系统故障电流大小、相位，依据预设策略自动优化分合闸操作时间与速度。在短路故障发生瞬间，快速切断电流，减少故障冲击；合闸时平稳控制，降低操作过电压，延长断路器使用寿命，提升电力系统暂态稳定性。

4.3.2状态监测

利用光纤光栅、超声波等技术监测断路器触头磨损、机械特性、绝缘性能。通过长期积累数据，构建断路器健康状态评估模型，实时掌握设备运行状况，预测潜在故障，为检修决策提供科学依据，实现从故障检修向状态检修转变，降低运维成本[3]。

参考文献

电力电气自动化在电力系统及元件技术层面展现出巨大潜力，从优化电力系统架构实现全方位自动化管控，到提升发电机、变压器、断路器等关键元件自动化水平，有效提升运行效率、可靠性与稳定性，进而推动电力行业迈向更高智能化阶段，满足社会日益增长的电力需求，确保能源供应持续、优质、高效，为可持续发展注入强劲动力。

参考文献

[1]胡港国.电气自动化技术在电力系统运行中的应用[J].自动化应用，2023，64（S2）：125-127.

[2]牟洵.电力系统运行中电气自动化技术的应用路径分析[J].家电维修，2023，（12）：44-46+57.

[3]孙术杰.电气自动化技术在电力系统中的应用研究[J].农业工程与装备，2023，50（04）：29-30.