基于PLC三工位隔離開關(guān)的研究

孟巧云，竇艷艷

（南京高等職業(yè)技術(shù)學校，江蘇南京，210000）

隔離開關(guān)(俗稱“刀閘”)，一般指的是高壓隔離開關(guān)，即額定電壓在1kV及其以上的隔離開關(guān)，通常簡稱為隔離開關(guān)。隔離開關(guān)的主要特點是無滅弧能力，只能在沒有負荷電流的情況下分、合電路。隔離開關(guān)用于各級電壓，用作改變電路連接或使線路或設(shè)備與電源隔離，它沒有斷流能力，常常與斷路器開關(guān)配合使用，在斷路器分閘時才允許操作隔離開關(guān)。

1 三工位隔離開關(guān)的原理

所謂三工位是指三個工作位置：(1)隔離開關(guān)主斷口接通的合閘位置，(2)主斷口分開的隔離位置，(3)接地側(cè)的接地位置。本文采用的三工位隔離開關(guān)用的是一把刀，一把刀的工作位置在某一時刻是唯一的，不是在主閘合閘位置，就是在隔離位置或接地位置。傳統(tǒng)的GIS中，隔離開關(guān)和接地開關(guān)是兩個功能單元，使用電氣聯(lián)鎖進行控制，現(xiàn)在最新設(shè)計就是使用三工位隔離開關(guān)，避免了誤操作的可能性。

■1.1 繼電器控制的三工位隔離開關(guān)電路原理分析

（1）隔離開關(guān)合閘操作

合閘中間繼電器KM1和合閘執(zhí)行繼電器KC1受電動作。KC1受電動作，電路接通，電動機M獲得正向電流（從a到b），正轉(zhuǎn)并帶動隔離開關(guān)刀閘合閘。合閘到位，同時為分閘操作做好準備。

（2）隔離開關(guān)分閘控制電路原理分析

分閘中間繼電器KM2和分閘執(zhí)行繼電器KC2受電動作。電路接通，電動機M獲得反向電流（從b到a），反轉(zhuǎn)并帶動隔離開關(guān)刀閘分閘。分閘到位，輔助聯(lián)動接點切換，退出自保狀態(tài)，切斷分閘回路。為合閘操作做好準備。

（3）接地開關(guān)合閘

電路接通，電動機M獲得反向電流（從b到a），反轉(zhuǎn)并帶動隔離開關(guān)刀閘分閘。分閘到位，輔助聯(lián)動接點切換，打開KM2退出自保狀態(tài)，切斷合閘回路。QSE3閉合，為分閘操作做好準備。

（4）接地開關(guān)分閘

電力調(diào)度中心傳送遠方分閘命令，或者由值班員在當?shù)乇O(jiān)控單元發(fā)出分閘命令，在斷路器、隔離開關(guān)均處于分閘位置的前提，則使：電路接通，合閘中間繼電器KM1和合閘執(zhí)行繼電器KC1受電動作。KM1受電動作，使常閉接點KM1，打開，切斷分閘中間繼電器KM2和分閘執(zhí)行繼電器KC2受電回路，常閉接點KM1，閉合，使KM1進入自保持狀態(tài)，維持合閘命令脈沖直到合閘成功。KC1受電動作，常開接點KC1，和KC1閉合，使電路接通，電動機M獲得正向電流（從a到b），正轉(zhuǎn)并帶動開關(guān)刀閘分閘。分閘到位后，為合閘操作做好準備。

■1.2 繼電器控制的隔離開關(guān)分合閘的缺陷

傳統(tǒng)繼電器控制回路，因為線路復(fù)雜，不便于查找故障，也不利于自動控制等缺陷。而PLC因為具有可編程、可靠性高、靈活性強的優(yōu)點，用PLC實現(xiàn)隔離開關(guān)的控制具有實際意義。現(xiàn)根據(jù)對傳統(tǒng)開關(guān)的控制要求，提出PLC控制的思路。

2 總體設(shè)計思路

根據(jù)三工位隔離開關(guān)的工作原理、分析三工位開關(guān)的輸入輸出信號，根據(jù)輸入輸出點數(shù)確定PLC類型，再由隔離開關(guān)的工作過程及相應(yīng)的連鎖關(guān)系，設(shè)計PLC的動作流程圖。最后根據(jù)動作要求設(shè)計開關(guān)的主態(tài)畫面。設(shè)計過程主要分為硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、組態(tài)設(shè)計。

（1）PLC 的選型

PLC 分為模塊式和整體式。整體式 PLC 具有固定的輸入/輸出點數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，價格較低，但系統(tǒng)靈活性和擴展能力較差。模塊式可進行靈活的輸入和輸出配置，I/O 模塊的種類和數(shù)量選擇余地較大，應(yīng)用場合廣泛，因此s7200系列ACDCRLY型的PLC。

（2）I/O 口設(shè)計

經(jīng)過調(diào)查研究，PLC控制系統(tǒng)中主要有用斷路器,隔離開關(guān)，接地開關(guān)，合閘中間繼電器KM1和合閘執(zhí)行繼電器KC1，電動機M，分閘中間繼電器KM2和分閘執(zhí)行繼電器KC2，等。統(tǒng)計估算后，大概需要輸入點 14個、輸出點6 個。PLC控制系統(tǒng)中主要有用斷路器,隔離開關(guān)，接地開關(guān)，合閘中間繼電器KM1和合閘執(zhí)行繼電器KC1，電動機M，分閘中間繼電器KM2和分閘執(zhí)行繼電器KC2等。統(tǒng)計估算后，大概需要輸入點 14個、輸出點6 個。

表1 I/O表

圖1 直流電機控制回路圖

圖2 PLC外接電路圖

（3）系統(tǒng)外部連線電路設(shè)計

當KCL1閉合時，電流方向為ab電機正轉(zhuǎn)，當目標動作完成時KCL1斷開，電機斷電。由于電機轉(zhuǎn)子具有慣性，仍會繼續(xù)轉(zhuǎn)動所以通過QSC1 R5進行能耗制動。

當KCL2閉合時，電流方向為b-a電機反轉(zhuǎn)，當目標動作完成時KCL2斷開，電機斷電。由于電機轉(zhuǎn)子具有慣性，仍會繼續(xù)轉(zhuǎn)動所以通過QS C1 R5進行能耗制動。

統(tǒng)計后需要輸入點 14個、輸出點6 個所以選擇CPU224XT的PLC進行測試。

3 基于PLC三工位隔離開關(guān)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

■3.1 PLC三工位隔離開關(guān)控制系統(tǒng)流程圖

根據(jù)的工作流程可以將三工位隔離開關(guān)控制系統(tǒng)工作過程畫成如圖3的流程圖圖中展示了系統(tǒng)運行時的三種狀態(tài)，即初始狀態(tài)、行中狀態(tài)和運行后狀態(tài)。直觀的展示了三工位隔離開關(guān)控制系統(tǒng)的工作流程。

圖3

■3.2 組態(tài)模擬設(shè)計

3.2.1 隔離開關(guān)合閘組態(tài)模擬

當系統(tǒng)設(shè)定為自動狀態(tài)時且斷路器分閘，按下隔離合閘開關(guān)，電機正轉(zhuǎn)，合閘到位，指示燈2亮起。

3.2.2 隔離開關(guān)分閘組態(tài)模擬

當系統(tǒng)設(shè)定為自動狀態(tài)時且斷路器分閘，按下隔離分閘開關(guān)，電機反轉(zhuǎn)，指示燈1亮起。

圖4

圖5

圖5

圖7

3.2.3 接地開關(guān)合閘組態(tài)模擬

當系統(tǒng)設(shè)定為自動狀態(tài)時且斷路器分閘，按下接地合閘開關(guān)，電機反轉(zhuǎn)，指示燈3亮起。

3.2.4 接地開關(guān)分閘

當系統(tǒng)設(shè)定為自動狀態(tài)時且斷路器分閘，按下接地開關(guān)分閘，電機正轉(zhuǎn)，合閘到位，分閘狀態(tài)指示燈1亮起。

4 小結(jié)

通過對三工位開關(guān)PLC控制的整體硬件和軟件設(shè)計、可以實現(xiàn)了對三工位開關(guān)的自動控制。對比原先的繼電器控制回路，它具有線路簡潔，維修方便。通過組態(tài)畫面的動作、可以清晰的觀察到開關(guān)的動作過程。當有錯誤操作時，會顯示報警畫面。