CN113795900A - 具有驱动系统的开关装置和用于驱动开关装置的方法 - Google Patents

Abstract

开关装置包括开关(17)和用于开关(17)的伺服驱动系统。所述伺服驱动系统具有用于驱动开关(17)的马达(12)、用于给马达(12)供给能量的功率部件(11)以及用于根据至少一个额定值来操控功率部件(11)的、实施成可编程的安全控制器的控制单元(10)。

Description

具有驱动系统的开关装置和用于驱动开关装置的方法

技术领域

本发明涉及一种具有开关和用于开关的驱动系统的开关装置以及一种用于驱动开关的方法。

背景技术

在变电站中，存在用于不同任务和具有不同要求的多个开关。为了操纵相应的开关，必须通过驱动系统来驱动这些开关。这些开关尤其是有载分接开关、有载切换开关、选择器、双换向器、换向器、预选器、功率开关、负载开关或断路开关。

因此，有载分接开关例如用于在电气运行器件(例如功率变压器或可调节的扼流阀)的不同绕组抽头之间的无中断的切换。由此例如可以改变变压器的传动比或扼流圈的电感。双换向器用于在功率变压器运行期间使绕组变换极性。

所有这些开关是电气运行器件的高等级的安全相关部件，因为切换在运行器件运行期间进行并且与此对应地例如连接到电网上。在极端的情况下，运行时的故障可能具有严重的技术和经济后果。

发明内容

因此，本发明的任务是给出一种用于驱动开关、尤其是有载分接开关、有载切换开关、选择器、双换向器、换向器、预选器、功率开关、负载开关或断路开关的改进的构想，通过其提高运行的安全性。

所述任务通过独立权利要求的相应主题来解决。其它实施方式是从属权利要求的主题。

所述改进的构想基于如下构思，即所述驱动系统设计成伺服驱动系统并且该驱动系统配备有可编程的安全控制器，借助该安全控制器来控制或调节驱动系统的功率部件。

根据所述改进的构想给出一种开关装置，其包括开关和用于该开关的伺服驱动系统。所述伺服驱动系统具有用于驱动开关的马达、用于给马达供给能量的功率部件以及用于根据至少一个额定值来操控所述功率部件的、实施成可编程的安全控制器的控制单元。

所述开关能够构造成有载分接开关或有载切换开关或选择器或双换向器或换向器或预选器或功率开关或负载开关或断路开关。

电子地调节马达的驱动系统被称为伺服驱动系统，其中，所述调节可以包括：位置、角度或状况调节；速度或转速调节；加速度调节；和/或转矩调节。因此术语“伺服驱动系统”暗示：驱动系统具有用于检测一个或多个所述调节变量的并且用于将相应的反馈信号反馈给控制单元的装置，并且所述调节借助所述反馈信号来进行。

根据所述至少一个额定值来操控功率部件相当于在这个意义中的调节。

所述可编程的安全控制器简称为控制器，该控制器包括两个处理器单元、尤其是两个可编程存储器的控制器SPS。所述两个处理器单元使用控制单元的输入端和输出端的相同的过程图像并且并行地执行存储在控制单元中的应用程序。

根据至少一种实施方式，所述应用程序包括多个指示。当由控制单元实施所述指示时，这导致根据额定值操控功率部件。由此驱动马达并且最终驱动开关，以便实施一个或多个操作，例如在运行器件的两个绕组抽头之间的切换或者切换的一部分，例如负载转换、选择器操纵或预选器操纵。根据至少一种实施方式，用于驱动开关、尤其是有载分接开关、有载切换开关、选择器、双换向器、换向器、预选器、功率开关、负载开关的马达经由一个或多个传动装置与开关、尤其是有载分接开关、有载切换开关、选择器、双换向器、换向器、预选器、功率开关、负载开关的轴或其它部件耦联。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计为变流器、尤其是伺服变流器，或者设计为用于驱动机器的等效的电子单元、尤其是全电子单元。

根据至少一种实施方式，所述控制单元包括第一和第二处理器单元。所述控制单元设计用于，为了实现用于开关的开关指令而执行程序、尤其是应用程序，其中，第一和第二处理器单元并行地执行该程序。

通过将可编程的安全控制器用作控制单元以及与此相关的冗余提高了开关装置的运行安全。

根据至少一种实施方式，所述控制单元设计用于，在执行程序期间实施在第一与第二处理器单元之间的至少一个校正、尤其是连续的校正。

根据至少一种实施方式，所述校正包括第一处理器单元的过程图像与第二处理器单元的过程图像的比较、尤其是循环比较。

根据至少一种实施方式，所述控制单元设计用于根据所述至少一个校正或过程图像比较的结果、尤其是在负面结果的情况下引入安全措施。

根据至少一种实施方式，所述安全措施包括使马达安全停止运转、使功率部件锁止或停止运转或触发功率开关，该功率开关将运行器件与电网连接或断开。使马达安全停止运转尤其是如下进行，即有载分接开关在安全停止运转之后处于安全的位置中。所述引入安全措施包括输出至少一个安全信号。

根据至少一种实施方式，所述使马达安全停止运转包括安全功能，其对应于根据行业标准EN602041:2006的停止类别，所述行业标准的内容就此通过引用并入本文。

根据至少一种实施方式，所述使马达安全停止运转包括安全转矩关闭STO安全功能、1级安全停机SS1安全功能、2级安全停机SS2安全功能或安全运行停止SOS安全功能。

根据至少一种实施方式，第一处理器单元的硬件不同于第二处理器单元的硬件。

由此提供了多样的冗余，其进一步提高了运行安全。

根据至少一种实施方式，所述控制单元设计用于检查开关装置的两个或更多个部件的闭锁条件。

开关装置的部件可以包括开关的部件，在有载分接开关中例如包括选择器、预选器、极性电路或有载分接开关的有载切换开关。

开关装置的部件也可以包括不是开关的一部分的部件、尤其是开关装置的另外的开关的部件或开关装置的其它开关部件。在两个构造成有载分接开关的开关中，其例如可以是用于电网的不同相位的有载分接开关。所述其它开关部件例如可以包括双换向器、换向器、功率开关、负载开关。

在此，所述闭锁条件可以对应于如下规定，即所述部件中的一个部件仅当所述部件中的另一个部件处于确定的状态、例如确定的位置、确定的开关状态或确定的运动状态时才被允许操纵或不允许操纵。

根据至少一种实施方式，所述控制单元设计用于根据结果、尤其是在检查闭锁条件的负面结果的情况下引入安全措施。

通过检查闭锁条件并且必要时引入安全措施可以进一步提高运行安全，而不需要用于开关、尤其是有载分接开关或其它部件的为此专门的结构措施，例如机械的或机电的系统、凸轮开关或类似物。

根据至少一种实施方式，所述开关装置配属于电气运行器件、例如功率变压器或移相变压器。

根据至少一种实施方式，所述控制单元具有输入端和输出端，其构造成节拍控制的输入端或输出端。

根据至少一种实施方式，所述控制单元设计用于借助施加到输入端上的输入信号和/或借助施加到输出端上的输出信号来检查横向连接的存在。

两个相邻的输入端或输出端的连接导线之间的短路被称作横向连接。

根据至少一种实施方式，所述控制单元设计用于根据检查的结果、尤其是如果存在横向连接则引入安全措施。

根据所述改进的构想，还给出一种用于驱动开关装置的方法。该方法包括通过可编程的安全控制器根据额定值来操控开关装置的功率部件并且实现用于开关装置的开关的开关指令。所述开关指令的实现通过经由两个处理器单元并行地执行程序进行。

该方法的其它设计形式和实施方案直接由开关装置的不同设计形式得出。尤其是，可以相应地实施单个或多个关于开关装置所描述的部件和/或用于实施该方法的装置。

附图说明

下面将借助示例性的实施方式参考附图来详细解释本发明。相同的或功能相同的或具有相同效果的部件可以设有相同的附图标记。可以仅参考其首先出现的附图来解释相同的部件或具有相同功能的部件。不一定在后续的附图中重复解释。

在附图中：

图1示出根据所述改进的构想的开关装置的一种示例性实施方式的示意图；以及

图2示出根据所述改进的构想的开关装置的另一种示例性实施方式的示意图。

具体实施方式

图1示出根据所述改进的构想的开关装置的一种示例性实施方式的示意图，其具有开关17和伺服驱动系统，该伺服驱动系统经由驱动轴16与开关17连接。伺服驱动系统2包括马达12，该马达可以通过马达轴14并且可选地通过传动装置15驱动所述驱动轴16。伺服驱动系统2的控制装置3包括用于控制地或调节地对马达12能量供给的功率部件11以及用于例如通过总线18来操控功率部件11的控制单元10，所述功率部件例如包括伺服变流器。

伺服驱动系统2能够具有编码器系统13，该编码器系统用作反馈系统或者是反馈系统的一部分并且与功率部件11连接。此外，编码器系统13直接或间接地与驱动轴16耦联。

编码器系统13设计用于检测驱动轴16的位置、尤其是角度位置、例如绝对角度位置的值，并且基于此产生反馈信号。为此，编码器系统13例如可以包括绝对值编码器、尤其是多圈绝对值编码器，其固定在驱动轴16、马达轴14或其位置与驱动轴17的绝对位置明确地关联的其它轴上。例如，驱动轴17的位置可以由马达轴14的位置明确地确定，例如通过传动装置14的传动比。控制装置3、尤其是控制单元10和/或功率部件11设置用于根据反馈信号来控制或调节马达12。

绝对值编码器的固定例如实施成形锁合的连接与力锁合或材料锁合的连接的组合。

所述控制单元10实施成可编程的安全控制器并且例如包括第一和第二可编程存储器的控制器6、7。为了实现用于有载分接开关的开关指令，可编程存储器的控制器6、7例如并行地执行程序。

在执行该程序期间，可编程存储器的控制器6、7可以彼此校正、尤其是循环地或连续地校正。所述校正例如可以包括比较计算结果、校验和或类似方式。

例如，可编程存储器的控制器6、7包括不同的硬件部件或实施成不同的类型或模型。

控制单元10的输入端和输出端可以实施成节拍控制的输入端和输出端。由此，控制单元可以根据输入信号与输出信号的比较来识别节拍偏差，例如信号的周期持续时间或边沿中的偏差。基于所述节拍偏差例如可以探测到横向连接。

图2示出根据所述改进的构想的开关装置的另一种示例性实施方式的示意图，其基于根据图1的实施方式。

开关装置在此可选地具有开关柜21，在该开关柜内部设置控制单元10、功率部件11和可选的人机接口19。人机接口19与控制单元10连接并且可以例如用于控制、维护或配置目的。

马达12、马达轴14、编码器系统13和/或传动装置15可以设置在开关柜内部或外部。

开关装置、尤其是控制单元10耦联到安全装置20上，该安全装置例如包括功率开关或电路断路器，以便例如在分接开关装置有故障或干扰的情况下将开关装置或配属于开关装置的电气运行器件与电网断开。

通过根据所述改进的构想的分接开关装置提高了伺服驱动系统、有载分接开关和运行器件的运行安全。这尤其是通过将可编程的安全控制器用作控制单元以及与此相关的冗余而实现。

附图标记

1 开关装置

2 伺服驱动系统

3 控制装置

6 第一处理器单元/可编程存储器的控制器

7 第二处理器单元/可编程存储器的控制器

10 控制单元

11 功率部件

12 马达

13 编码器系统

14 马达轴

15 传动装置

16 驱动轴

17 有载分接开关

18 总线

19 人机接口

20 安全装置

21 开关柜

Claims (14)

1.开关装置(1)，包括开关(17)和用于开关(17)的伺服驱动系统(2)，伺服驱动系统(2)包括：

用于驱动开关(17)的马达(12)；

用于给马达(12)供给能量的功率部件(11)；以及

用于根据额定值来操控功率部件(11)的、实施成可编程的安全控制器的控制单元(10)。

2.根据权利要求1所述的开关装置(1)，其中，控制单元(10)包括第一和第二处理器单元(6、7)；以及

设计用于为了实现用于开关(17)的开关指令而执行程序，第一和第二处理器单元(6、7)并行地执行所述程序。

3.根据权利要求2所述的开关装置(1)，其中，控制单元(10)设计用于在执行程序期间实施在第一与第二处理器单元(6、7)之间的至少一个校正。

4.根据权利要求3所述的开关装置(1)，其中，控制单元(10)设计用于根据所述至少一个校正的结果引入安全措施。

5.根据权利要求4所述的开关装置(1)，其中，所述安全措施包括触发功率开关(20)，以将配属于开关(17)的运行器件与电网断开。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的开关装置(1)，其中，所述安全措施包括使马达(12)安全地停止运转。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的开关装置(1)，其中，所述安全措施包括使功率部件(11)停止运转或锁止。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的开关装置(1)，其中，控制单元(10)设计用于在执行程序期间实施在第一处理器单元(6)的过程图像与第二处理器单元(7)的过程图像之间的比较。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的开关装置(1)，其中，第一处理器单元(6)的硬件不同于第二处理器单元(7)的硬件。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的开关装置(1)，其中，控制单元(10)设计用于检查所述开关装置的两个或更多个部件的闭锁条件。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的开关装置(1)，其中，控制单元(10)具有输入端和输出端，所述输入端和输出端构造成节拍控制的输入端或输出端。

12.根据权利要求11所述的开关装置(1)，其中，控制单元(10)设计用于借助施加到输入端上的输入信号和/或施加到输出端上的输出信号来检查横向连接的存在。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的开关装置(1)，其中，开关(1)是有载分接开关或有载切换开关或选择器或双换向器或换向器或预选器或功率开关或负载开关或断路开关。

14.用于驱动开关装置的方法，该方法包括：

通过可编程的安全控制器根据额定值来操控开关装置的功率部件(11)；并且

实现用于开关装置的开关(17)的开关指令；

其中，为了实现开关指令，通过两个处理器单元(6、7)并行地执行程序。

Images