串联补偿装置的工作原理是在电铁供电线路负荷较重、线路感抗损耗严重时通过投入事先串联在回 路中的电容器, 改变电路负载类型, 从而达到提升网压和改善功率因数的作用。如图1 所示。由于电 铁负荷是一个运动负荷, 负荷的大小不仅与机车的数量有关, 而且还与机车的载重、机车的运行状态、 线路的坡度等因素密切相关。电容器的投切操作也相当频繁。如果使用机械（ 有触点） 开关, 由于 其投切时刻相对于网压相位的随即性, 触头在非过零点吸合时会因短路电力电容器而受到很大的电流 冲击, 其电气寿命通常只有几十次。因此在串联补偿装置中必须采用晶闸管交流电子开关来实现对 电力电容器的过零投切。  晶闸管交流电子开关对控制系统的要求及PLC的选用  晶闸管交流电子开关的主电路由两个反并联晶闸管支路构成,每个支路分别由两只晶闸管并联组成, 共使用四只晶闸管（ 联接方式如图2 所示） 。按照电气化工程设计的要求, 晶闸管交流电子开关 安装于牵引变压器附近的移动房屋内, 结合应用工况该装置对控制系统有如下要求: 电容器的投切状态; 完成电子开关的控制功能可以通过三种途径: ①使用集成电路开发专用控制电路板; ②使用单片 机和外围电路开发专用控制电路板; ③使用PLC 和扩展模块开发专用控制系统。由于PLC 具有控 制可靠、组态灵活、体积小、功能强、速度快、扩展性好、维修方便等特点,不仅减少了系统的 硬件接线, 提高了可靠性, 而且通过修改程序可适应新的要求, 因此1600A1000V 晶闸管交流电子 开关中选用了西门子公司的小型机S7—200 系列的PLC 作为其控制系统的核心部件。 PLC 控制系统的构成及其在交流电子开关中的作用 （1）硬件构成及其作用  在本装置的PLC 控制系统中,选用了西门子小型机S7—200 系列的CPU222、模拟量扩展模块EM231 和文本显示器TD200。可用硬件系统资源分配图如下表所示:
并根据控制逻辑输出控制信号;EM231 负责对主电路的电压、电流信号进行A/D 转换, 并将转换 结果输送给CPU 单元; 文本显示器TD200 负责监视CPU 单元的输出状态, 根据各个输出量的组 合情况指示出晶闸管电子开关的运行状态和故障类型。 （2）软件构成及其功能 着文本显示器所要显示的全部文本内容和CPU 单元输出量组合情况的对应关系。 2 个定时中断程序构成。它的主要功能是: 根据控制要求, 实现对电压、电流的检测,适时的发出 触发信号, 以及对过压、过流、风机、电源等诸类故障的检测, 并及时发出报警信号, 实现保护功 能。该软件实现的流程图如图4 所示。  晶闸管的控制策略 技术。要实现对晶闸管的过零触发必须依赖于对主电路电压相位的同步, 而在该装置中一旦晶闸管 导通, 同步信号就会消失, 这是设计晶闸管触发电路时必须注意的问题之一。另外, 晶闸管未导通时, 其承受的电压与电力电容器承受的电压同相, 而导通后由于电路结构的变化, 电路会发生一个过渡 过程, 这也是设计晶闸管触发电路时必须注意的问题之一。 由于PLC 集成度高, 抗干扰能力强, 编程简单, 系统便于开发、维护和升级等优点, 加之文本显示器可 以清楚明了的指示出晶闸管的导通、截止状态以及显示出各类故障状态, 因此使用PLC 控制系统的晶 闸管交流电子开关结构简单、维护方便, 且具有较高的可靠性、可维护性和灵活性。 |
