基于PLC三工位隔离开关的研究

孟巧云，窦艳艳

（南京高等职业技术学校，江苏南京，210000）

隔离开关(俗称“刀闸”)，一般指的是高压隔离开关，即额定电压在1kV及其以上的隔离开关，通常简称为隔离开关。隔离开关的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。隔离开关用于各级电压，用作改变电路连接或使线路或设备与电源隔离，它没有断流能力，常常与断路器开关配合使用，在断路器分闸时才允许操作隔离开关。

1 三工位隔离开关的原理

所谓三工位是指三个工作位置：(1)隔离开关主断口接通的合闸位置，(2)主断口分开的隔离位置，(3)接地侧的接地位置。本文采用的三工位隔离开关用的是一把刀，一把刀的工作位置在某一时刻是唯一的，不是在主闸合闸位置，就是在隔离位置或接地位置。传统的GIS中，隔离开关和接地开关是两个功能单元，使用电气联锁进行控制，现在最新设计就是使用三工位隔离开关，避免了误操作的可能性。

■1.1 继电器控制的三工位隔离开关电路原理分析

（1）隔离开关合闸操作

合闸中间继电器KM1和合闸执行继电器KC1受电动作。KC1受电动作，电路接通，电动机M获得正向电流（从a到b），正转并带动隔离开关刀闸合闸。合闸到位，同时为分闸操作做好准备。

（2）隔离开关分闸控制电路原理分析

分闸中间继电器KM2和分闸执行继电器KC2受电动作。电路接通，电动机M获得反向电流（从b到a），反转并带动隔离开关刀闸分闸。分闸到位，辅助联动接点切换，退出自保状态，切断分闸回路。为合闸操作做好准备。

（3）接地开关合闸

电路接通，电动机M获得反向电流（从b到a），反转并带动隔离开关刀闸分闸。分闸到位，辅助联动接点切换，打开KM2退出自保状态，切断合闸回路。QSE3闭合，为分闸操作做好准备。

（4）接地开关分闸

电力调度中心传送远方分闸命令，或者由值班员在当地监控单元发出分闸命令，在断路器、隔离开关均处于分闸位置的前提，则使：电路接通，合闸中间继电器KM1和合闸执行继电器KC1受电动作。KM1受电动作，使常闭接点KM1，打开，切断分闸中间继电器KM2和分闸执行继电器KC2受电回路，常闭接点KM1，闭合，使KM1进入自保持状态，维持合闸命令脉冲直到合闸成功。KC1受电动作，常开接点KC1，和KC1闭合，使电路接通，电动机M获得正向电流（从a到b），正转并带动开关刀闸分闸。分闸到位后，为合闸操作做好准备。

■1.2 继电器控制的隔离开关分合闸的缺陷

传统继电器控制回路，因为线路复杂，不便于查找故障，也不利于自动控制等缺陷。而PLC因为具有可编程、可靠性高、灵活性强的优点，用PLC实现隔离开关的控制具有实际意义。现根据对传统开关的控制要求，提出PLC控制的思路。

2 总体设计思路

根据三工位隔离开关的工作原理、分析三工位开关的输入输出信号，根据输入输出点数确定PLC类型，再由隔离开关的工作过程及相应的连锁关系，设计PLC的动作流程图。最后根据动作要求设计开关的主态画面。设计过程主要分为硬件设计、软件设计、组态设计。

（1）PLC 的选型

PLC 分为模块式和整体式。整体式 PLC 具有固定的输入/输出点数，结构简单，价格较低，但系统灵活性和扩展能力较差。模块式可进行灵活的输入和输出配置，I/O 模块的种类和数量选择余地较大，应用场合广泛，因此s7200系列ACDCRLY型的PLC。

（2）I/O 口设计

经过调查研究，PLC控制系统中主要有用断路器,隔离开关，接地开关，合闸中间继电器KM1和合闸执行继电器KC1，电动机M，分闸中间继电器KM2和分闸执行继电器KC2，等。统计估算后，大概需要输入点 14个、输出点6 个。PLC控制系统中主要有用断路器,隔离开关，接地开关，合闸中间继电器KM1和合闸执行继电器KC1，电动机M，分闸中间继电器KM2和分闸执行继电器KC2等。统计估算后，大概需要输入点 14个、输出点6 个。

表1 I/O表

图1 直流电机控制回路图

图2 PLC外接电路图

（3）系统外部连线电路设计

当KCL1闭合时，电流方向为ab电机正转，当目标动作完成时KCL1断开，电机断电。由于电机转子具有惯性，仍会继续转动所以通过QSC1 R5进行能耗制动。

当KCL2闭合时，电流方向为b-a电机反转，当目标动作完成时KCL2断开，电机断电。由于电机转子具有惯性，仍会继续转动所以通过QS C1 R5进行能耗制动。

统计后需要输入点 14个、输出点6 个所以选择CPU224XT的PLC进行测试。

3 基于PLC三工位隔离开关控制系统软件设计

■3.1 PLC三工位隔离开关控制系统流程图

根据的工作流程可以将三工位隔离开关控制系统工作过程画成如图3的流程图图中展示了系统运行时的三种状态，即初始状态、行中状态和运行后状态。直观的展示了三工位隔离开关控制系统的工作流程。

图3

■3.2 组态模拟设计

3.2.1 隔离开关合闸组态模拟

当系统设定为自动状态时且断路器分闸，按下隔离合闸开关，电机正转，合闸到位，指示灯2亮起。

3.2.2 隔离开关分闸组态模拟

当系统设定为自动状态时且断路器分闸，按下隔离分闸开关，电机反转，指示灯1亮起。

图4

图5

图5

图7

3.2.3 接地开关合闸组态模拟

当系统设定为自动状态时且断路器分闸，按下接地合闸开关，电机反转，指示灯3亮起。

3.2.4 接地开关分闸

当系统设定为自动状态时且断路器分闸，按下接地开关分闸，电机正转，合闸到位，分闸状态指示灯1亮起。

4 小结

通过对三工位开关PLC控制的整体硬件和软件设计、可以实现了对三工位开关的自动控制。对比原先的继电器控制回路，它具有线路简洁，维修方便。通过组态画面的动作、可以清晰的观察到开关的动作过程。当有错误操作时，会显示报警画面。