电气自动化设备可靠性的提升措施

电气自动化设备可靠性的提升措施

摘要：在工业生产领域，电气自动化作为工业生产的神经中枢，电气自动化不

仅减少了人工劳动力投入，同时也提高了电气设备运行效率。但我国电气自动化

技术发展还不够成熟，电气自动化设备可靠性有待进一步研究。基于此，本文首

先提出电气自动化含义，阐述电气自动化设备可靠性分析方法，最后探究提高电

气自动化设备可靠性的措施。

关键词：电气自动化；设备；可靠性；措施

引言

电气自动化设备可靠性会直接影响工业生产安全，随着计算机技术不断发展，电气自动化系统也变得更加复杂。目前的自动化系统已经逐渐完善，具有自动检

测功能、减少了仪表数量，无需过多人员的进行管理，降低了人工费用。但随着

自动化系统不断扩大，系统自动运营也需要有更高性能、安全的电气设备作为支撑，特别是在提高电气设备可靠性方面，必须要深度研究和讨论。目前，电气自

动化系统主要采用Windows系统，在安全级、非安全级方面可以实现功能拓展，然而考虑到部分自动化系统内部结构十分复杂、精密度要求高，在一定程度上增

加了运营风险，增加了电气设备可靠性评估难度。

1.电气自动化控制系统形式

电气自动化系统包括变压器、发电机、传感器、PLC、现场总线等，是指借助

计算机软件技术实现电气设备自动化操作的系统形式。在过去，电气自动化控制

主要是采用IEC，但随着体系规模增加，该模式已经无法适应大规模自动化生产

体系[1]。因此，当今电气自动化控制系统演变成为了质量保证与设备管理、软件

开发、软件验证三个方面。每项标准都要严格遵守可靠性原则，从而在电气设备

生命周期内保证其运行的可靠性。

2.电气自动化设备可靠性评估方法

电气自动化可靠性评估是一项复杂的工程，需要在现有可靠性评估标准前提下，对电气设备运行状态、运行情况进行分析。大体上可以分为阶段性分析和综

合性分析。

2.1阶段性分析

电气设备可靠性分析有8个阶段，包括系统计划、需求分析、设计方案、方

案实施、系统集成、验证确认、系统运行、系统维护。每个阶段都会对可靠性分

析造成影响。其中，软件项目管理计划与设备可靠性有直接关系，需要对电气自

动化模型、组织结构进行分析，找出“非可靠”因素，从而得出量化的可靠性数值。当然，电气自动化设备可靠性分析不仅仅局限于一级分析，想要得到更加精准的

分析数据，还要深入到二级甚至是三级分析。

2.2综合性分析

电气自动化系统运行中，电气设备的运行状态实时更新，因此必须要保证可

靠性测试的动态性。在阶段性评估模型中，每个阶段之间均带有一定的关联性，

也是知识范围重叠性，因此可以根据某个数据变化动态，反应出所有的数据变化

情况，这就是综合性分析的理念。电气设备综合性可靠性分析，可以采用Bayes （贝叶斯定理）模型网络平台建设可靠性评估模型，Bayes平台包含了概率分布、网络结构两个层面，网络结构是父节点之间的子节点，概率分布可以判定“非可靠”因素的分布规律。针对阶段性的不同测试对象，对所有对象提出可靠性判定标准，结合Bayes网络节点数据，如果一个节点达标则可靠性概率为1/n（n表示节点数

据数量），全没有达标则可靠性率为0[2]。在综合分析当中，还需要考虑不同指

标的权重，进行权重衡量，给予不同节点数据赋予不同权重值。权重值赋予是否

合理会影响可靠性判定精度。要根据电气自动化设备实际运行情况确定权重指标，最科学的方法是通过专家数据库赋予权重，保证权重数据赋予的科学性，这样才

能够满足可靠性判定标准。

3.提升电气自动化设备的有效措施

电气自动化设备决定了工业生产效率、安全、效益，结合上述的电气设备可

靠性评估方法，可以采用以下措施提高电气设备的可靠性。

3.1优化电气自动化系统结构

如果电气自动化系统中某个设备运行参数超标，一旦保护系统动作不及时，

就很有可能造成电气设备损坏，甚至会出现连带性损坏。为了能够提高电气自动

化设备运行可靠性，必须要做好电气自动化系统的研究，每个分支回路最好是独

立运行，避免用电支护会承受较多的电气设备负荷。结合工业生产实际需求对自

动化系统结构进行调整，简化整个电气自动化系统结构，减少不必要的过渡环节，这也是提升电气自动化系统稳定性、降低系统负载的重要方法。关键回路要设置

安全保护装置，包括变压器回路、电源线路（发电机线路）等，提前设置电气设

备额定标准电压或电流数据，一旦设备运行数据超标，会自动切断故障线路，从

而保证整个自动化系统安全[3]。

3.2增设防干扰与动态补偿装置

为了保证电气自动化系统能够正常运行、安全运行，要排除外界干扰问题，

可以增加消除谐波装置、动态无功补偿装置，这样可以实现自动化电气系统的自

我调节，避免电气设备产生谐波对其他设备或供电系统造成的影响，保障系统的

稳定性、安全性，延长电气设备使用寿命。同时，为了保证电气设备故障时可以

迅速启动继电保护系统，要自动化系统中采用分级闭锁、选择性断电的保护系统，可以在PLC系统中分级设定继电保护措施，减少违规操作或超负载运行带来的风险，保障电气自动化设备运行的安全水平。

3.3限时速断保护装置

为了进一步保证电气自动化设备运行安全性且不影响系统生产效率，还要增

设限时速断保护装置，运行参数根据最大限度三相短路标准设定。在实际运行中，瞬时速断保护理论上为线路长度的1/5，剩余的4/5长度线路由限时速断保护装

置控制。考虑到电气自动化是多母线设置，不同母线电流间可能会生成电流差异，如果要重新设定短路电流系统，则要确保产生两相短路时，保护装置能够瞬间切

断线路，不得出现自动化电气系统越级跳闸情况。在过流定时保护当中，由于全

过程保护开关技术还不够成熟，因此可以绕过被保护电路尖峰电流实现保护整定，也就是通过检测尖峰电流判定电气设备运行负载，借助PLC技术自动调节。通常

电源系统（发电机系统）两相电流感应敏感度要在1.5以上，可以保证自动保护

动作瞬时动作[4]。

3.4电源系统优化

电源负责为自动化系统提供电能，会直接影响电气设备的可靠性，要求瞬时

速断系统一旦检测电流超量要瞬时切断电路，此时警报系统自动发出警报提醒。

定时限流作为电气自动化系统的后备防护，采用三级防护系统能够同时为上级、

下级系统提供安全防护和保障，提高整个自动化系统的运行可靠性。自动化供电

系统分为横、纵两种形式，纵向防护采用速断三层短阶梯式防护，根据实际电流

运行变化参数提供保护；横向保护为过流保护，根据负载额度提供保护。通过双