基于PLC和传感器技术的C-GIS三工位开关控制方案的研究

技术与应用 基于关控制方案的研究 林 恺 (厦门建厦门 361006) 摘要 本文以述其工作原理，介绍了利用术对三工位开关进行控制的方案。 关键词： 工位开关；感应式接近传感器；磁簧式传感器 LC o，61006) is as LC to 压柜式气体绝缘金属封闭开关设备，简称 C是 一种用于5设备。大多数C没有采用 在空气绝缘开关柜上常见的线路侧隔离与接地开 关，而是在母线侧设置三工位开关。三工位开关在 合闸位置实现连接功能，在隔离位置实现隔离功能， 需要注意的是，三工位开关在接地位置仅仅是预接 地，只有当断路器合闸后才真正实现线路侧接地。 这样设计的好处在于：断路器具有比接地开关更优 秀的短路关合能力，对故障可进行更多次数的开断 和关合操作，且真空开断不会造成体绝缘品 质的劣化。 目前，现有的三工位开关的控制器大多采用分 离电路实现，元件数量较多，抗干扰性能也不好1】。 C论 是手动还是电动操作，都需要在出厂前对三工位的 位置开关进行调整。这样做的目的，一是使三工位 输出正确的位置状态信号供外部使用，二是在电动 操作时，可通过接收三工位开关输出的位置状态信 号，电动控制三工位开关到达目标位置。三工位开 关的位置检测多采用传统的有触点辅助开关，由于 污染(包括霜结)及触头氧化现象，这种辅助开关 触头经常会接触不良甚至失效【 。而使用感应式接 近传感器取代上述传统的有触点辅助开关作为三工 位的位置开关，则可有效避免上述弊端。本文介绍 一种利用可编程控制器(即传感器技术的 控制方案，实现对三工位开关就地(或远方)操作 合闸、隔离、接地的控制。该方案具有使用元件少、 抗干扰性能好、可靠性高等特点。本文以24 编程软件编写三工位开关的控制程序，控制对象为电动1 1 三工位开关结构 为电机驱动的轴线式开关。本体内置于充气隔室中， 利用体绝缘，为直动的导电杆型，气室内仅 有少量可移动部件。3根拉杆同时带动三相触头水 平运动。操作机构外置，有手动和电动2个功能。 手动与电动操作可以相互切换，并能实现互锁。 在设计上，要求断路器和三工位开关之间需要 机械闭锁装置和电气闭锁。机械闭锁装置的一端位 2016年第1期嘲鼍攘玳I 87 技术与应用 于断路器上方，另一端位于三工位开关上的金属挡 板，仅当断路器在分闸情况下三工位开关挡板打开， 允许手动操作三工位开关。当三工位挡板打开后， 断路器无法实现手动和电动的合分闸操作。断路器 和三工位开关的电气闭锁，分为断路器闭锁三工位 开关和三工位开关闭锁断路器两部分。断路器闭锁 三工位开关，是通过断路器的合闸信号输出到1断路器的合闸时，闭锁位电机的操作。三工位闭锁断路器，则是在断路 器的合闸闭锁电磁铁回路，加入三工位开关的位置 接点信号，仅当三工位开关到位时，允许操作断路 器，实现闭锁功能。 12 三工位开关位置检测传感器介绍 1)感应式接近传感器 传统的有触点辅助开关则由于污染、潮湿及触 头氧化现象，经常会使辅助开关触头接触不良甚至 失效。利用感应式接近传感器可有效避免此问题， 其结构如图1所示。 图1 感应式接近传感器结构 感应式接近传感器由冲 形成级和驱动输出级组成。作面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感 器操作面时，金属物体内部会产生涡流，涡流吸收 了感应式接近传感器内振荡器的能量，使振荡衰减。 此衰减信号传递到脉冲形成级，脉冲形成级将产生 的脉冲信号输入到驱动输出级产生一个110号。在额定工作电压下，传感器内的发光二极管 被触发，同时输出被测物体的位置信号。操作人员 通过观察发光二极管，判断传感器操作面与被测物 的距离是否调整到位。由于感应式接近传感器比传 统的有触点辅助位置开关检测精度高，在实际调整 时，往往仅需很少的工作量即可调整到位，而传统 的有触点辅助位置则往往需要多次调整才能到位。 在传感器调整好后，感应式接近传感器便能精确地 将被测物的位置转换成低电压信号并输出。由于感 应式接近传感器所能检测的物体必须是金属物体， 故可在设计中，将金属嵌入在被测物体中。 由于感应式接近传感器密封在壳体内，可达到 很高的防护等级，具有良好的电磁抗干扰能力。且 88电_感器无机械式触头，避免了触头因表面腐蚀、烧 损导致的接触不良等故障。另外，这种传感器位置 检测精度高，比传统的有触点辅助位置开关更易于 调整，且体积更小，因此对设计、安装都极为方便。 传统检测、输出三工位的位置信号，需要大量的有 触点辅助位置开关，因此二次线路部分往往庞大而 复杂。而使用感应式接近传感器，二次回路部分的 设计将得到极大的简化，无需繁杂的接线。这种感 应式传感器使用寿命长，可运用于频繁操作的场合。 在C位置，可达到免维护、高寿命，提高了C靠性。 本方案在三工位位置检测上，运用了4个感应 式接近传感器作为三工位位置检测开关。传感器通 过检测三工位位置，将位置信号输出给中间继电器。 中间继电器 离分，接地合，接地分信号传递给 方案的特殊之处在于，把隔离位置分成隔离分和接 地分两个信号，只有隔离分和接地分信号都监测到 时，才能判断三工位处于隔离位置。 2)磁簧式传感器 磁簧式传感器的结构如图2所示，簧片开关包 括2个密封在玻璃管中的铁磁性簧片。玻璃管内充 入惰性气体，防止触点被氧化。簧片表面镀有铑或 铱。 玻璃管卫 丑 惰性气体 片 图2磁簧式传感器结构 弹簧开关动作原理如图3所示，簧片开关可由 通电线圈产生的磁场触发动作闭合，也可由的永磁铁触发动作闭合。磁场消失后，自身的弹 性会使簧片开关断开。 圃 图3弹簧开关动作原理 本方案在三工位开关接地位置上使用了3个磁 簧式传感器，见图4、图5中的55别安装于三工位开关的A、B、当三工位开关接地时，弹簧受压迫，将磁铁推出， 磁铁通过 锈钢壳体在磁簧式位置传感器周围产生 磁场，使传感器簧片开关动作闭合。将5 可以得到一工位开关A 、B、 此接地信号反馈给加上感应 式接近传感器的接地信号)，这样共有2对接地信号传递给当三工位处于接地位置。通过2个三工位接地信号 形成的冗余设计，增强了系统接地判断的可靠性。 磁簧式位置 传感器 相对位置 磁铁 磁簧式传感器 图4磁簧式传感器应用实例 13 三工位开关的功能要求 为了满足电力设备的可靠运行，三工位开关应 能实现以下功能要求： 1)通过控制直流电动机正反转，实现开关在合 闸(即隔离合)、分闸(即隔离分)、接地(即接地 合)三位置的转换。 2)在任意时刻控制电源失电后上电，三工位开 关能继续按照原先设定的位置要求到达预定的工 位。 3)能实现各位置状态之间的闭锁。在合闸位置 时，接地按钮失效；在接地位置时，合闸按钮失效。 4)当断路器处于合闸位置时，不能操作三工位 开关。 5)三工位开关处于手动状态时不允许电动操 作。 6)输出一对闭锁接点，在三工位开关动作过程 中闭锁断路器，使断路器不能操作。 2 电气回路设计 C是，三工位开关在每个工位，4个感应式接近传 感器中仅有2个传感器被触发，具体为：三工位开 关在隔离合位置时，隔离合位置传感器和接地分位 技术与应用 置传感器被触发发光，并输出驱动电器给工位开关在 隔离分位置时，隔离分位置传感器和接地分位置传 感器被触发发光，并输出驱动给工位开关在接地 合位置时，隔离分位置传感器和接地合位置传感器 被触发发光，并输出驱动外，为了防止误动作， 用于控制三工位电机正反转的和 回路之间，做了互锁设计。 表1 入口 功能描述 地合闸位置信号输入 工位开关分闸和接地信号输入 工位开关合闸信号输入 工位开关接地分闸和合闸信号输入 工位开关接地信号输入 路器电气闭锁三工位开关的信号输入 报警复归命令输入 三工位开关合闸命令输入 三工位开关隔离分命令输入 三工位开关接地命令输入 I J 4 三工位开关接地分闸命令输入 表2 出口 功能描述 报警输出口 驱动电机(往三工位开关合闸位置方向) 驱动电机(往三工位开关接地位置方向) 输入的控制信号矛盾 三工位开关合闸，分闸输入信号的异或值为0 三工位开关接地，分闸输入信号的异或值为0 电机方向转207 电机方向转2011 电机正在转动，提供闭锁信号 基于24 关控制回路具体设计如图5所示。 3 结论 本研究介绍了一种用下转第93页) I 2016年第1期电鼍技， 89 或变压器保护失压的问题。该方案是一种较为完善 的解决方案，消除了完善地解决了一 次电压误并列问题。 参考文献 1王学 220云南电 力技术，2010，38(4)：5052 2胡航帆，李玉杰变电站二次电压回路存在的问题 及解决措施J黑龙江电力，2012(3)：220222，230 【3】广东省电力调度中心广东省电力系统继电保护反 事故措施及释义(2M北京：中国电力出版 社，2008 【4宗秀红，王炼，王世祥电压切换回路的隐患分析 J电力系统保护与控制，2008，36(2o)：6971，74 5】张国芬，季丽清双母接线二次电压切换回路隐患 分析及防范措施J浙江电力，2009，28(5)：6567 6】温富国，雷振锋，李旭，等关于双母线电压切换功 能微机化的设计思路探讨J电力系统保护与控制， 技术与应用 200937(181：105108 【7 周建军，樊高瑞，樊庆玲，等二次电压回路检查方 法的探讨【J电力系统保护与控制，2010，38(3)： 133一8】李洪卫，邹浩斌传统失灵保护回路的研究及其优 化方案电力系统保护与控制，2009，37(24)： 223226 9 田留柱浅谈电压切换回路的改进J石河子科技， 2014(2)：1416 10曾智锋，郭开禄，赵希斌继电保护电压切换回路 的改进J江西电力，2012，36(2)：2628，52 11】陈四桥，刘琨电压切换回路故障分析和防范湖南电力，2010，3O(2)：3739 作者简介 肖硕霜(1988一)，女，硕士研究生，在深圳供电局有限公司从事继 电保护及其自动化相关工作。 (上接第89页) 7_71拯地台 L 41- 0O “l 鼻崔备 t I I o1 檀地舟 11，墨 O譬 捧 畚 08 K C#| L 肆箍要亲器薹嚣器霎嚣嚣 o， 断路 畚岫 OI I O4 l I 2M I 上L L m 柱复位 口- _l 晦直畚 【仁2i 罗 隧直舟 8L ! 拄垃盒 #I 擅址盐 世 鏖 世 雀 N Z l 一帏 生 图5 三工位控制回路图 进行控制的方案。通过对感应式接近传感