应用电子技术在电气运行与控制中的应用

李凌云

[摘           要]  人工智能和物联网的发展是发达国家争抢的经济发展战略制高点，是国家发展战略需要，在这一背景下，应用电子技术得到了广泛的运用。尤其是应用电子技术与电气工程技术的融合发展，使电气控制与运行呈现出网络化、集成化和智能化的特点，保障电气控制更为高效地运行，助推了电气工程技术的创新发展。

[关    键   词]  电气运行;控制系统;应用电子技术;智能化;数字化

[中图分类号]  G712                    [文献标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603（2022）36-0116-03

一、引言

今天的生活中处处可见电子产品的身影，5G时代已经来临，智能家居、智慧城市、智能工业正走入我们的生活，应用电子技术正是所有这些的基础。现今，应用电子技术的广泛普及，为电气工程技术的智慧化、智能化发展带来了新的契机和挑战。近几年，国家经济下行压力比较大，对于电气运行与控制而言，面对大环境，应用电子技术的深度融合，能使电气设备得到有效控制和实时监测，保障电气设备的正常运行，更为重要的是能提高电气控制与运行的工作效率，进一步推动电气工程技术的高速发展。

二、应用电子技术发展的历史背景

在我国很早就发现了“电”与“磁”的现象，在《韩非子》《梦溪笔谈》等书籍中都曾有关于“磁石召铁”和“琥珀拾芥”的记载。在18世纪末和19世纪初，基于生产发展的需要，電磁现象的研究工作取得了飞速发展，尤其是在奥特斯发现了电流对磁针有力的作用下，就拉开了电学理论研究的帷幕。随后，在安培、欧姆、法拉第、楞次、焦耳等著名物理学家的推动下，电动机、变压器及三相输电等设备的运用，促使电学理论研究向更高层次发展。随着半导体技术的发展及生产管理的需求，电子计算机应运而生，利用电子计算机进行集中控制的数控机床也相继出现。近年来，随着生产与科学技术发展的需求，电子技术得到了高度发展，使电子计算机在电气等相关领域得到了广泛运用。在互联网、人工智能等尖端技术高速发展的时代，电子技术早已深入人们生活的各个角落，为现代生活的便利性和全新生活方式的创造产生了极为深远的影响。

三、应用电子技术在电气运行与控制中的应用优势

随着我国由“制造大国”走向“制造强国”，应用电子技术在电气运行与控制中的广泛运用，不仅能有效突破当前电气工程技术中存在的瓶颈问题，还能提高电子设备的自动化、智能化及数字化控制，保证了电气系统的稳定运行。

（一）安全性

在20世纪80年代中期，电气运行与控制管理主要采取人工操作的形式，电子产品生产质量及生产力水平完全依赖于技术人员的技术水平，在加大企业人力资源支出成本的同时，也难以保障电气运行与控制管理的安全性。随着电子技术、互联网和人工智能等高新技术在电气运行与控制中的不断创新与发展，打破了传统依赖人工的尴尬局面，可以实现电气设备的远程操作及一体化设计，提高了电气运行与控制的智能化、自动化水平，极大地降低了人为因素对企业生产安全性的影响。

（二）时效性

在传统的电气运行体系中，由于电气设备在不同的生产环境下具有不同的使用要求，为便于设备管理，通常需要一套十分烦琐的流程对所有电气设备的状态进行监控，以确保电气设备能够正常运行。然而这种方式往往会随着生产规模的扩大及电气设备数量的增加而需要不断加大人力资源和时间成本的投入，将电子技术应用于电气运行与控制，可以实现对电气设备的自动化控制与实时监控，可以简化设备管理流程，能使电气设备运行、操作及使用得到统一化的管理。

（三）稳定性

电气设备具有很多特点，其中最为常见的是容易受到环境温度和湿度、设备磨损或操作不当等因素而发生设备故障。电气设备的日常维护与管理，无形中会增加企业的成本支出。合理运用电子技术，可以结合物联网、大数据等技术，对电气设备的运行数据进行汇总分析，包括设备运行时间、设备运行参数、设备功耗指数、设备能耗等，通过对数据的分析可以及时发现电气设备可能存在的故障隐患，并进行断电处理或报警提示，以便工作人员能够第一时间发现故障、解决故障，同时还能为后续阶段的电气设备维修提供一定的数据及技术参考，从而能高效地提升电气设备的故障诊断效率，有利于提高电气设备的运行稳定性。

（四）多元性

若想增强电气运行与控制系统的安全性和稳定性，一般需要完善相关电气设备设计。电气设备的设计除了需要满足行业需求和电气工程技术之外，还要符合企业、用户的实际需求，这也是电气运行与控制中耗费成本的关键之处。近年来，随着国民经济的快速发展和市场环境的激烈竞争，客户需求逐渐从单一化向个性化、多样化的方向发展，为了更好地服务于市场，以电子技术为载体，应用电气设备模块化设计，可以通过模块的选择和组合构成不同的生产平台，满足市场的不同需求，这也是提高电气运行与控制效率的一条有效途径。

四、电子技术在电气运行与控制中的应用途径

现代社会的科学技术发展非常快，大量的人工智能技术、物联网技术及大数据技术逐渐被应用到人们的现实生活中。电气运行与控制过程中电子技术的应用可以大大改善电气设备的运行环境及提升工作效率，还能积极促进电气工程技术的更快发展。

（一）在自动控制中的应用

1.信号回路系统

信号回路是用来指示一次设备运行状态的二次回路，也是各种电气设备能否实现自动控制的关键。在早期发展阶段，电气运行与控制中主要采用信号器外置的方案设计电气设备信号回路系统，现阶段，引入电子技术后，主要采用内置传感器和外置信号器的方式实现对电气设备信号回路的监控，工作人员只需要进行外部手动控制和干预即可。而且当系统或某个电气设备发生异常时，就能发出报警信号，并指出故障的性质和地点，工作人员则可以根据报警信号及时处理。相较于依靠人工操作的信号回路系统，该回路系统实现了自动化、智能化，能够实现对电气设备紧急事故的处理与管控。为了有效保障电气运行的安全性和稳定性，一般在电气控制线路中采取手工和自动回路相结合的方式，以便能在紧急事故处理中通过转换开关或组合开关等实现两种回路的切换。

2.制动停车回路系统

制动停车回路系统是电气控制线路中的重要组成部分之一，其主要功能是切断整个电路的供电电源，同时，通过采取一定措施，使电动机迅速停车，从而实现对电气元器件的保护。紧急制动在电气设备中使用较为常见，在传统的电气系统中，主要采用的是电气制动、机械制动等方法，这些制动方法虽然能够在一定程度上保护电气元器件，但由于容易产生制动延迟，从而难以高效保障准备制动停车的安全性。为了解决该问题，在电气设备制动停车回路系统中引入电子技术，既可以缩短制动的延迟时间，又能够极大程度地避免电气元器件受损的问题，更为重要的是能在不同的环境与条件下进行紧急制动操作。

3.自锁、闭锁回路系统

当两台或两台以上的电气设备同时运行时，为了确保电气运行与控制的可靠性、安全性，需要采取交叉电启动模式运行，即只有一台通电启动时，另一台不通电启动，这就是闭锁回路系统。但由于每台电气设备的使用环境存在显著差异，通过动合触点串联在线圈电路中，就能保持线路的通电和电气设备的持续工作，从而形成电气设备的自锁回路系统，这样能够更好地满足不同环境下对电气设备的使用要求。在自锁、闭锁回路系统中应用电子技术，可以将多台电子设备串联起来，有利于提高设备的使用效率和增强电气运行的穩定性。

（二）在安全保护中的应用

1.过电流保护

过电流往往是由于电动机不正确的启动和过大的负载引起的，由于速断保护不能保护线路全长，要靠过电流保护来作为后备保护。因此，需要增加过电流保护系统，其目的是当电流超过预定的最大值时，可以启动保护装置，防止电气设备元器件在短时内产生损毁或过度耗损。基于电子技术的过电流保护系统，主要采取电流继电器和接触器进行闭合设计，对电路电流进行控制，当电流超过额定值时，保护装置启动，并通过断路器跳闸、调整电流转换率或给出报警信号等方式，进行短路保护和过载保护，且最大限度保护线路全长。

2.短路保护

在电气设备运行过程中，经常会发生各种故障，其中短路故障是最为常见的一种故障，比如因电机绕组的绝缘损坏、静电弧、线路错误、电器的绝缘等因素而造成短路，产生短路电流。在发生短路时，如果流过故障点的短路电流较大，将会破坏整个电路系统的正常运行，严重者可能会对周边设备造成影响，并可能造成短路事故，为保障电气设备的安全性，需要及时切断电源。目前，增强短路保护系统，主要采用断路器或熔断器用作保护，其中，利用熔断器作为保护时，其额定电流和其他短路保护器件的整定电流要尽可能地小，不适用于微电路系统或电子系统的短路保护控制，而利用断路器能够在短路电流产生的热作用和机械作用对电气设备造成危害之前切断短路电流，具有短路、过载等保护功能，在保护电气设备时具有显著的优势。

3.过载保护

所谓过载是指电气设备在运行过程中的电流已经超过其额定电流，电气设备运行过载问题尤为常见，若电气设备长期过载运行，将会导致元器件温度升高而绝缘老化或损坏，机内绝缘材料就要变脆，从而使电气设备难以正常运行，同时也会造成集成电路板、供电设备等设施的损坏。因此，需要利用过载保护来提高电气设备运行的稳定性、可靠性及安全性。过载保护系统作为电气设备保护的一项重要措施，其主要原理是通过对电气设备的运行状况进行监控，一旦发现异常数据，便利用热继电器、电机保护断路器等保护器件，及时切断电源，保护电气设备短时过载冲击电流或短路电流的影响，缩短电气设备的过热时间，从而达到保护元器件的目的，这样可以极大程度地减少发热点和故障点，其中，值得注意的是，在使用热继电器作过载保护的同时，还必须有短路保护。

4.失电压保护

电力的供应稳定，是保障电气设备稳定运行的重要前提。但在电气设备的实际运行过程中，极为容易各种因素的影响导致电源电压消失或供电不稳定的现象。如果此时电气设备自行启动，将会损坏电气设备，甚至会造成事故的扩大和人身事故，进而造成不可挽回的损失。失电压是非正常状态，属于故障范畴，遇到这种情况需要及时保护和排除故障，这就是失电压保护。为了防止电源电压过低时，电气设备的电流过大，造成设备发热和瞬时电流的高压冲击，通常采用失电压继电器或零电压继电器来实现。

（三）在故障处理中的应用

电气设备是电气运行与控制系统的核心组成，主要包括发电机、变压器、断路器、电力线路等。电气设备在使用过程中常常会出现各种故障，如何能够迅速找到故障发生点、查明故障原因，并做好故障排除，对保障企业安全生产、减少经济损失和提高劳动生产率都具有重大意义。在传统部分半机械的设备管理模式中，主要采用人工干预的方式，实现对电气设备运行状态的管理与控制，但由于维修人员的技术经验存在显著差异，其诊断结果也会有所不同，如果维修人员没有过硬的检修技术，往往无法迅速使电气设备正常运行，从而会严重影响生产。因此，做好维修工作是减少停产损失的重要环节，绝不能忽视。在此过程中，依托电子技术，可以实现对电气设备的智能化诊断，通过前端识别系统识别与记录电气设备发生各种故障的原因，比如，天气原因、环境原因、设备损耗原因、人为原因等。诊断系统则采用在电气设备中进行数据搜集的办法，对存在波动较大的数据进行异常检测与分析，若电气设备发生故障，则进行故障诊断分析，并及时进行预警，不仅能实现电气设备故障的尽早发现，突破传统的电气设备故障检测方式，还减少了故障诊断所消耗的时间，而且工作人员通过显示器能够清晰、直观地观察到各个电气设备的运行状况，提高电气设备的监控与故障处理效率。

五、结语

总而言之，科技的日新月异，在满足人们需求的同时，也使社会进入了泛智能化时代，智能电网、智慧能源、透明电网等，任何行业都不能避免。国家的强盛终将离不开应用电子技术的发展，应用电子技术在电气运行与控制中的广泛运用，占据了不可替代的位置，能有效提高电气设备工作的安全性、稳定性和有效性，极大程度降低设备故障问题产生的可能性，性能达到最大化，为电气运行与控制提供了更为宽阔的发展前景。未来阶段，智能化、小型化、高安全性和可靠性成为电气工程发展的必然趋势，尤其是伴随着通信和数据存储技术、人工智能技术、5G物联网技术、信息传感技术、数据处理技术、计算机技术等在生产与制造领域中的普及，能够有效解决当前应用电子技术存在的技术瓶颈，使应用电子技术在电气设备运行和控制中的运用更加深入，将系统的保护、控制、监控、测量等集中起来，形成一个控制单元，具有通信、保护、诊断、报警、转换、保障功能，从根本上实现智能化、科技化的生产，顺应网络化的发展趋势，推动工业化和信息化融合发展、制造业数字化转型。

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◎编辑 马燕萍