串聯(lián)補償裝置的工作原理是在電鐵供電線(xiàn)路負荷較重、線(xiàn)路感抗損耗嚴重時(shí)通過(guò)投入事先串聯(lián)在回路中的電容器, 改變電路負載類(lèi)型, 從而達到提升網(wǎng)壓和改善功率因數的作用。如圖1 所示。由于電鐵負荷是一個(gè)運動(dòng)負荷, 負荷的大小不僅與機車(chē)的數量有關(guān), 而且還與機車(chē)的載重、機車(chē)的運行狀態(tài)、線(xiàn)路的坡度等因素密切相關(guān)。電容器的投切操作也相當頻繁。如果使用機械（ 有觸點(diǎn)） 開(kāi)關(guān), 由于其投切時(shí)刻相對于網(wǎng)壓相位的隨即性, 觸頭在非過(guò)零點(diǎn)吸合時(shí)會(huì )因短路電力電容器而受到很大的電流沖擊, 其電氣壽命通常只有幾十次。因此在串聯(lián)補償裝置中必須采用晶閘管交流電子開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現對電力電容器的過(guò)零投切。

圖1：串聯(lián)補償裝置原理示意圖

晶閘管交流電子開(kāi)關(guān)對控制系統的要求及PLC的選用

圖2：晶閘管交流開(kāi)關(guān)主電路原理圖

晶閘管交流電子開(kāi)關(guān)的主電路由兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管支路構成,每個(gè)支路分別由兩只晶閘管并聯(lián)組成, 共使用四只晶閘管（ 聯(lián)接方式如圖2 所示） 。按照電氣化工程設計的要求, 晶閘管交流電子開(kāi)關(guān)安裝于牽引變壓器附近的移動(dòng)房屋內, 結合應用工況該裝置對控制系統有如下要求:
     
（1） 應具有高度的可靠性, 以適應電鐵供電網(wǎng)長(cháng)期處于運行狀態(tài)的客觀(guān)要求;
（2） 應具有完善的事故報警系統, 發(fā)生故障后應該指示出故障類(lèi)型, 無(wú)故障運行時(shí)應指示出電力電容器的投切狀態(tài);
（3） 應具有完善的邏輯控制和自動(dòng)保護功能;
（4） 應確保晶閘管在電壓過(guò)零點(diǎn)觸發(fā);
（5） 應具有良好的電磁兼容性能, 能夠適應牽引變電站現場(chǎng)復雜的電磁環(huán)境。

完成電子開(kāi)關(guān)的控制功能可以通過(guò)三種途徑: ①使用集成電路開(kāi)發(fā)專(zhuān)用控制電路板; ②使用單片機和外圍電路開(kāi)發(fā)專(zhuān)用控制電路板; ③使用PLC 和擴展模塊開(kāi)發(fā)專(zhuān)用控制系統。由于PLC 具有控制可靠、組態(tài)靈活、體積小、功能強、速度快、擴展性好、維修方便等特點(diǎn),不僅減少了系統的硬件接線(xiàn), 提高了可靠性, 而且通過(guò)修改程序可適應新的要求, 因此1600A1000V 晶閘管交流電子開(kāi)關(guān)中選用了西門(mén)子公司的小型機S7—200 系列的PLC 作為其控制系統的核心部件。

PLC 控制系統的構成及其在交流電子開(kāi)關(guān)中的作用

（1）硬件構成及其作用

圖3：PLC控制系統的硬件構成    

在本裝置的PLC 控制系統中,選用了西門(mén)子小型機S7—200 系列的CPU222、模擬量擴展模塊EM231 和文本顯示器TD200?？捎糜布到y資源分配圖如下表所示:

    
CPU222 是PLC 控制系統中的CPU 單元, 負責接收所有的開(kāi)關(guān)量和經(jīng)過(guò)A/D 轉換后的模擬量輸入,并根據控制邏輯輸出控制信號;EM231 負責對主電路的電壓、電流信號進(jìn)行A/D 轉換, 并將轉換結果輸送給CPU 單元; 文本顯示器TD200 負責監視CPU 單元的輸出狀態(tài), 根據各個(gè)輸出量的組合情況指示出晶閘管電子開(kāi)關(guān)的運行狀態(tài)和故障類(lèi)型。

（2）軟件構成及其功能
     
在本裝置的PLC 控制系統中,軟件有兩部分: 文本顯示軟件和邏輯控制軟件。文本顯示軟件中存儲著(zhù)文本顯示器所要顯示的全部文本內容和CPU 單元輸出量組合情況的對應關(guān)系。
     
邏輯控制軟件包含了晶閘管電子開(kāi)關(guān)的所有控制邏輯, 在軟件結構上由1 個(gè)主程序、2 個(gè)子程序、2 個(gè)定時(shí)中斷程序構成。它的主要功能是: 根據控制要求, 實(shí)現對電壓、電流的檢測,適時(shí)的發(fā)出觸發(fā)信號, 以及對過(guò)壓、過(guò)流、風(fēng)機、電源等諸類(lèi)故障的檢測, 并及時(shí)發(fā)出報警信號, 實(shí)現保護功能。該軟件實(shí)現的流程圖如圖4 所示。

圖4：控制軟件流程

晶閘管的控制策略
     
晶閘管交流電子開(kāi)關(guān)是串連補償裝置的核心部件, 晶閘管的控制策略則是晶閘管交流電子開(kāi)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。要實(shí)現對晶閘管的過(guò)零觸發(fā)必須依賴(lài)于對主電路電壓相位的同步, 而在該裝置中一旦晶閘管導通, 同步信號就會(huì )消失, 這是設計晶閘管觸發(fā)電路時(shí)必須注意的問(wèn)題之一。另外, 晶閘管未導通時(shí), 其承受的電壓與電力電容器承受的電壓同相, 而導通后由于電路結構的變化, 電路會(huì )發(fā)生一個(gè)過(guò)渡過(guò)程, 這也是設計晶閘管觸發(fā)電路時(shí)必須注意的問(wèn)題之一。

由于PLC 集成度高, 抗干擾能力強, 編程簡(jiǎn)單, 系統便于開(kāi)發(fā)、維護和升級等優(yōu)點(diǎn), 加之文本顯示器可以清楚明了的指示出晶閘管的導通、截止狀態(tài)以及顯示出各類(lèi)故障狀態(tài), 因此使用PLC 控制系統的晶閘管交流電子開(kāi)關(guān)結構簡(jiǎn)單、維護方便, 且具有較高的可靠性、可維護性和靈活性。