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(xué)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(jiǎn)稱為隔離開關(guān)。隔離開關(guān)的主要特點(diǎn)是無(wú)滅弧能力，只能在沒有負(fù)荷電流的情況下分、合電路。隔離開關(guān)用于各級(jí)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(shí)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(gè)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(shí)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(gè)功能單元，使用電氣聯(lián)鎖進(jìn)行控制，現(xiàn)在最新設(shè)計(jì)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(dòng)作。KC1受電動(dòng)作，電路接通，電動(dòng)機(jī)M獲得正向電流（從a到b），正轉(zhuǎn)并帶動(dòng)隔離開關(guān)刀閘合閘。合閘到位，同時(shí)為分閘操作做好準(zhǔn)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(dòng)作。電路接通，電動(dòng)機(jī)M獲得反向電流（從b到a），反轉(zhuǎn)并帶動(dòng)隔離開關(guān)刀閘分閘。分閘到位，輔助聯(lián)動(dòng)接點(diǎn)切換，退出自保狀態(tài)，切斷分閘回路。為合閘操作做好準(zhǔn)備。

（3）接地開關(guān)合閘

電路接通，電動(dòng)機(jī)M獲得反向電流（從b到a），反轉(zhuǎn)并帶動(dòng)隔離開關(guān)刀閘分閘。分閘到位，輔助聯(lián)動(dòng)接點(diǎn)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(zhǔn)備。

（4）接地開關(guān)分閘

電力調(diào)度中心傳送遠(yuǎn)方分閘命令，或者由值班員在當(dāng)?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(dòng)作。KM1受電動(dòng)作，使常閉接點(diǎn)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(diǎn)KM1，閉合，使KM1進(jìn)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(dòng)作，常開接點(diǎn)KC1，和KC1閉合，使電路接通，電動(dòng)機(jī)M獲得正向電流（從a到b），正轉(zhuǎn)并帶動(dòng)開關(guān)刀閘分閘。分閘到位后，為合閘操作做好準(zhǔn)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?yàn)榫€路復(fù)雜，不便于查找故障，也不利于自動(dòng)控制等缺陷。而PLC因?yàn)榫哂锌删幊獭⒖煽啃愿?、靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，用PLC實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)的控制具有實(shí)際意義?，F(xiàn)根據(jù)對(duì)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(jì)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(hào)，根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)確定PLC類型，再由隔離開關(guān)的工作過(guò)程及相應(yīng)的連鎖關(guān)系，設(shè)計(jì)PLC的動(dòng)作流程圖。最后根據(jù)動(dòng)作要求設(shè)計(jì)開關(guān)的主態(tài)畫面。設(shè)計(jì)過(guò)程主要分為硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、組態(tài)設(shè)計(jì)。

（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(diǎn)數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，但系統(tǒng)靈活性和擴(kuò)展能力較差。模塊式可進(jìn)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(chǎng)合廣泛，因此s7200系列ACDCRLY型的PLC。

（2）I/O 口設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)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(dòng)機(jī)M，分閘中間繼電器KM2和分閘執(zhí)行繼電器KC2，等。統(tǒng)計(jì)估算后，大概需要輸入點(diǎn) 14個(gè)、輸出點(diǎn)6 個(gè)。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(dòng)機(jī)M，分閘中間繼電器KM2和分閘執(zhí)行繼電器KC2等。統(tǒng)計(jì)估算后，大概需要輸入點(diǎn) 14個(gè)、輸出點(diǎn)6 個(gè)。

表1 I/O表

圖1 直流電機(jī)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(jì)

當(dāng)KCL1閉合時(shí)，電流方向?yàn)閍b電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)目標(biāo)動(dòng)作完成時(shí)KCL1斷開，電機(jī)斷電。由于電機(jī)轉(zhuǎn)子具有慣性，仍會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所以通過(guò)QSC1 R5進(jìn)行能耗制動(dòng)。

當(dāng)KCL2閉合時(shí)，電流方向?yàn)閎-a電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)目標(biāo)動(dòng)作完成時(shí)KCL2斷開，電機(jī)斷電。由于電機(jī)轉(zhuǎn)子具有慣性，仍會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所以通過(guò)QS C1 R5進(jìn)行能耗制動(dòng)。

統(tǒng)計(jì)后需要輸入點(diǎn) 14個(gè)、輸出點(diǎn)6 個(gè)所以選擇CPU224XT的PLC進(jìn)行測(cè)試。

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

■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(guò)程畫成如圖3的流程圖圖中展示了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的三種狀態(tài)，即初始狀態(tài)、行中狀態(tài)和運(yùn)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(jì)

3.2.1 隔離開關(guān)合閘組態(tài)模擬

當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為自動(dòng)狀態(tài)時(shí)且斷路器分閘，按下隔離合閘開關(guān)，電機(jī)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(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為自動(dòng)狀態(tài)時(shí)且斷路器分閘，按下隔離分閘開關(guān)，電機(jī)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(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為自動(dòng)狀態(tài)時(shí)且斷路器分閘，按下接地合閘開關(guān)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，指示燈3亮起。

3.2.4 接地開關(guān)分閘

當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為自動(dòng)狀態(tài)時(shí)且斷路器分閘，按下接地開關(guān)分閘，電機(jī)正轉(zhuǎn)，合閘到位，分閘狀態(tài)指示燈1亮起。

4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)三工位開關(guān)PLC控制的整體硬件和軟件設(shè)計(jì)、可以實(shí)現(xiàn)了對(duì)三工位開關(guān)的自動(dòng)控制。對(duì)比原先的繼電器控制回路，它具有線路簡(jiǎn)潔，維修方便。通過(guò)組態(tài)畫面的動(dòng)作、可以清晰的觀察到開關(guān)的動(dòng)作過(guò)程。當(dāng)有錯(cuò)誤操作時(shí)，會(huì)顯示報(bào)警畫面。