EP3963610A1 - Switch assembly with drive system, and method for driving a switch assembly - Google Patents

Switch assembly with drive system, and method for driving a switch assembly

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EP3963610A1
EP3963610A1 EP20721218.4A EP20721218A EP3963610A1 EP 3963610 A1 EP3963610 A1 EP 3963610A1 EP 20721218 A EP20721218 A EP 20721218A EP 3963610 A1 EP3963610 A1 EP 3963610A1
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EP
European Patent Office
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switch
switch arrangement
control unit
unit
arrangement
Prior art date
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Application number
EP20721218.4A
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German (de)
French (fr)
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EP3963610B1 (en
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Klaus IXMEIER
Eugen NAGEL
Eduard ZERR
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP3963610B1 publication Critical patent/EP3963610B1/en
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    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H2009/0061—Monitoring tap change switching devices

Definitions

  • the invention relates to a switch arrangement with a switch and a drive system for the switch and a method for driving a switch.
  • switches for different tasks and with different requirements. To operate the respective switches, they must be driven by a drive system. These switches are, among other things, on-load tap-changers, diverter switches, selector switches, double-turners, reversers, preselectors, circuit-breakers, load switches or disconnectors.
  • On-load tap-changers are used, for example, for uninterrupted switching between different winding taps of electrical equipment, such as a power transformer or a controllable choke.
  • electrical equipment such as a power transformer or a controllable choke.
  • the transmission ratio of the transformer or the inductance of the choke can be changed.
  • Double turners are used to reverse the polarity of windings during operation of the power transformer.
  • the improved concept is based on the idea of designing the drive system as a servo drive system and equipping it with a programmable safety controller by means of which a power section of the drive system is controlled or regulated.
  • a switch arrangement which has a Includes switch and a servo drive system for the switch.
  • the servo drive system has a motor for driving the switch, a power unit to supply the motor with energy and a control unit designed as a programmable safety controller for controlling the power unit as a function of at least one setpoint value.
  • the switch can be designed as an on-load tap-changer or a diverter switch or selector or a double turner or a reverser or a preselector or a circuit breaker or a load switch or a disconnector.
  • a servo drive system is a drive system that controls the motor electronically, whereby the control can include a position, angle or position control, a speed or rotational speed control, an acceleration control and / or a torque control.
  • the term servo drive system therefore implies that the drive system has a device for detecting one or more of the mentioned control variables and for feeding back a corresponding feedback signal to the control unit and that the control is carried out using the feedback signal.
  • the activation of the power section as a function of the at least one setpoint value corresponds to regulation in this sense.
  • the programmable safety controller refers to a controller which contains two processor units, in particular two programmable logic controllers, PLCs.
  • the two processor units use the same process image of inputs and outputs of the control unit and process an application program stored in the control unit in parallel.
  • the user program contains a multiplicity of instructions. If the instructions are carried out by the control unit, this results in the control of the power unit as a function of the setpoint. This drives the motor and ultimately the switch to perform one or more operations, for example a switchover between two winding taps of an item of equipment or parts of the switchover, such as a load switchover, a selector actuation or a preselector actuation.
  • the motor for driving the switch in particular on-load tap changer, diverter switch, selector, double reverser, reverser, preselector, circuit breaker, load switch, via one or more gears with a shaft or another component of the switch, in particular on-load tap changer, diverter switch, Voter, double turn, Wenders, preselector, circuit breaker, load switch, coupled.
  • the power section is designed as a converter, in particular a servo converter, or as an equivalent electronic, in particular fully electronic, unit for drive machines.
  • control unit includes a first and a second processor unit.
  • the control unit is set up to process a program, in particular the user program, to implement a switching command for the switch, the first and second processor units processing the program in parallel.
  • programmable safety controller as a control unit and the associated redundancy increases the operational reliability of the switch arrangement.
  • control unit is set up to carry out at least one comparison between the first and the second processor unit, in particular a continuous comparison, while the program is being processed.
  • the comparison includes a comparison, in particular a cyclical comparison, of a process image of the first processor unit with a process image of the second processor unit.
  • control unit is set up to initiate a security measure as a function of a result, in particular in the case of a negative result, at least one adjustment or comparison of the process images.
  • the safety measure includes a safe shutdown of the motor, a blocking or shutdown of the power section, or a triggering of a circuit breaker that connects or disconnects the equipment to an energy network.
  • the motor is safely stopped in particular in such a way that the on-load tap-changer is in a safe position after it has been safely stopped.
  • the initiation of the safety measure includes the output of at least one safety signal.
  • the safe stopping of the motor includes a safety function which corresponds to a stop category according to the industrial standard EN 60204-1: 2006, the content of which is hereby incorporated by reference.
  • the safe stopping of the motor includes a safe torque-off, STO, safety function, safe-stop-1, SS1, safety function, safe-stop-2, SS2, safety function, or safe-operation-stop , SOS, safety function.
  • hardware of the first processor unit differs from hardware of the second processor unit.
  • control unit is set up to check a locking condition of two or more components of the switch arrangement.
  • the components of the switch arrangement can include components of the switch, in the case of an on-load tap-changer, for example, a selector, a preselector, a polarity circuit or a diverter switch of the on-load tap-changer.
  • the components of the switch arrangement can also include components that are not part of the switch, in particular components of a further switch of the switch arrangement or of another switching component of the switch arrangement.
  • components of a further switch of the switch arrangement In the case of two switches, which are designed as on-load tap-changers, they can be, for example, on-load tap-changers for different phases of the energy network.
  • the other switching components can include, for example, a double turner, turner, circuit breaker, load switch.
  • the locking condition can correspond to a specification that one of the components may only be operated or may not be operated when another of the components is in a certain state, for example a certain position, a certain switching state or a certain movement state .
  • control unit is set up to initiate the security measure depending on a result, in particular in the case of a negative result of the check of the locking condition.
  • the switch arrangement is assigned to an electrical operating means, for example a power transformer or a phase shifter transformer.
  • control unit has inputs and outputs, which are designed as clocked inputs or outputs.
  • control unit is set up to check the presence of a cross circuit using input signals that are present at the inputs and / or using output signals that are present at the outputs.
  • a short circuit between connecting lines of two adjacent inputs or outputs is called a cross circuit.
  • control unit is set up to initiate the safety measure as a function of a result of the test, in particular if a cross circuit is present.
  • a method for driving a switch arrangement comprises controlling a power section of the switch arrangement by a programmable safety control as a function of a setpoint value and implementing a switching command for a switch of the switch arrangement.
  • the switching command is implemented by processing a program in parallel using two processor units.
  • Figure 1 is a schematic representation of an exemplary embodiment of a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a switch arrangement according to the improved concept.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a switch arrangement according to the improved concept with a switch 17 and a servo drive system which is connected to the switch 17 via a drive shaft 16.
  • the servo drive system 2 includes a motor 12 which can drive the drive shaft 16 via a motor shaft 14 and optionally via a gearbox 15.
  • a control device 3 of the servo drive system 2 comprises a power unit 1 1, which contains, for example, a servo converter, for the controlled or regulated energy supply of the motor 12 and a control unit 10 for controlling the power unit 1 1, for example via a bus 18.
  • the servo drive system 2 can have an encoder system 13 which serves as a feedback system or is part of the feedback system and is connected to the power unit 11. Furthermore, the encoder system 13 is coupled directly or indirectly to the drive shaft 16.
  • the encoder system 13 is set up to detect a value for a position, in particular an angular position, for example an absolute angular position, of the drive shaft 16 and to generate a feedback signal based thereon.
  • the encoder system 13 can include, for example, an absolute encoder, in particular a multi-turn absolute encoder, which is attached to the drive shaft 16, the motor shaft 14 or another shaft whose position is clearly linked to the absolute position of the drive shaft 17.
  • the position of the drive shaft 17 can be clearly determined from the position of the motor shaft 14, for example via a gear ratio of the transmission 14.
  • the control device 3, in particular the control unit 10 and / or the power unit 11, is set up to control the motor 12 depending on the To control or regulate the feedback signal.
  • the attachment of the absolute encoder is designed, for example, as a combination of a form-fitting connection with a non-positive or material-locking connection.
  • the control unit 10 is designed as a programmable safety controller and includes, for example, a first and a second programmable logic controller 6, 7. To implement a switching command for the on-load tap-changer, the programmable controllers 6, 7, for example, execute a program in parallel.
  • the programmable logic controllers 6, 7 can synchronize one another, in particular cyclically or continuously.
  • the comparison can include, for example, a comparison of calculation results, checksums or the like.
  • the programmable logic controllers 6, 7 contain different hardware components or are designed as different types or models.
  • Inputs and outputs of the control unit 10 can be performed as clocked inputs and outputs.
  • the control unit can use a comparison of an input signal with an output signal to recognize clock deviations, for example deviations in period durations or edges of the signals.
  • Cross-circuits for example, can be detected based on the clock deviations.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a switch arrangement according to the improved concept, which is based on the embodiment according to FIG.
  • the switch device here optionally has a switch cabinet 21, within which the control unit 10, the power unit 11 and an optional man-machine interface 19 are arranged.
  • the man-machine interface 19 is connected to the control unit 10 and can, for example, serve for control, maintenance or configuration purposes.
  • the motor 12, the motor shaft 14, the encoder system 13 and / or the transmission 15 can be arranged inside or outside the control cabinet.
  • the switch arrangement in particular the control unit 10, is coupled to a safety device 20 which, for example, includes a power switch or circuit breaker in order to disconnect the switch arrangement or an electrical device to which the switch arrangement is assigned from an energy network, for example in the case of an error or a malfunction of the tap changer arrangement.
  • a safety device 20 which, for example, includes a power switch or circuit breaker in order to disconnect the switch arrangement or an electrical device to which the switch arrangement is assigned from an energy network, for example in the case of an error or a malfunction of the tap changer arrangement.
  • the operational safety of the servo drive system, the on-load tap changer and the operating equipment is increased. This is achieved in particular through the use of the programmable safety controller as a control unit and the associated redundancy.

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  • Safety Devices In Control Systems (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

The invention relates to a switch assembly containing a switch (17) and a servo drive system for the switch (17). The servo drive system has a motor (12) for driving the switch (17), a power section (11) for supplying energy to the motor (12), and a control unit (10) which is designed as a programmable safety controller for actuating the power section (11) on the basis of at least one target value.

Description

SCHALTERANORDNUNG MIT ANTRIEBSSYSTEM UND VERFAHREN ZUM ANTREI BEN EINER SCHALTERANORDNUNG SWITCH ARRANGEMENT WITH DRIVE SYSTEM AND METHOD FOR DRIVING A SWITCH ARRANGEMENT
Die Erfindung betrifft eine Schalteranordnung mit einem Schalter und einem Antriebssys tem für den Schalter sowie ein Verfahren zum Antreiben eines Schalters. The invention relates to a switch arrangement with a switch and a drive system for the switch and a method for driving a switch.
In Umspannwerken existiert eine Vielzahl an Schaltern für unterschiedliche Aufgaben und mit unterschiedlichen Anforderungen. Für die Betätigung der jeweiligen Schalter müssen diese über ein Antriebssystem angetrieben werden. Bei diesen Schaltern handelt es sich unter anderem um Laststufenschalter, Lastumschalter, Wähler, Doppelwender, Wender, Vorwähler, Leistungsschalter, Lastschalter oder Trennschalter. In substations there is a large number of switches for different tasks and with different requirements. To operate the respective switches, they must be driven by a drive system. These switches are, among other things, on-load tap-changers, diverter switches, selector switches, double-turners, reversers, preselectors, circuit-breakers, load switches or disconnectors.
So dienen Laststufenschalter beispielsweise zum unterbrechungsfreien Umschalten zwi schen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines elektrischen Betriebsmittels, wie etwa eines Leistungstransformators oder einer regelbaren Drossel. Dadurch können beispiels weise das Übersetzungsverhältnis des T ransformators oder die Induktivität der Drossel ver ändert werden. Doppelwender dienen zum Umpolen von Wicklungen während des Leis tungstransformatorbetriebs. On-load tap-changers are used, for example, for uninterrupted switching between different winding taps of electrical equipment, such as a power transformer or a controllable choke. As a result, for example, the transmission ratio of the transformer or the inductance of the choke can be changed. Double turners are used to reverse the polarity of windings during operation of the power transformer.
All diese Schalter stellen eine hochgradig sicherheitsrelevante Komponente des elektri schen Betriebsmittels dar, weil die Umschaltung während das Betriebsmittel im Betrieb ist erfolgt und dementsprechend beispielsweise an ein Energienetz angeschlossen ist. Störun gen beim Betrieb können in extremen Fällen gravierende technische und wirtschaftliche Folgen haben. All these switches represent a highly safety-relevant component of the electrical equipment's rule because the switchover takes place while the equipment is in operation and is accordingly connected to an energy network, for example. In extreme cases, operational disruptions can have serious technical and economic consequences.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept zum An treiben eines Schalters, insbesondere Laststufenschalters, Lastumschalters, Wählers, Dop pelwenders, Wenders, Vorwählers, Leistungsschalters, Lastschalters oder Trennschalters anzugeben, durch welches die Sicherheit des Betriebs erhöht wird. It is therefore an object of the present invention to provide an improved concept for driving a switch, in particular on-load tap-changer, diverter switch, selector, double reverser, reverser, preselector, circuit breaker, load switch or disconnector, through which the safety of operation is increased.
Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by the respective subject matter of the independent claims. Further embodiments are the subject of the dependent claims.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, das Antriebssystem als Servoantriebssystem auszulegen und dieses mit einer programmierbaren Sicherheitssteuerung auszustatten, mittels der ein Leistungsteil des Antriebssystems gesteuert beziehungsweise geregelt wird. The improved concept is based on the idea of designing the drive system as a servo drive system and equipping it with a programmable safety controller by means of which a power section of the drive system is controlled or regulated.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird eine Schalteranordnung angegeben, welche einen Schalter und ein Servoantriebssystem für den Schalter beinhaltet. Das Servoantriebssys tem weist einen Motor zum Antreiben des Schalters, ein Leistungsteil zur Energieversor gung des Motors und eine als programmierbare Sicherheitssteuerung ausgeführte Steuer einheit zur Ansteuerung des Leistungsteils in Abhängigkeit von wenigstens einem Sollwert auf. According to the improved concept, a switch arrangement is provided which has a Includes switch and a servo drive system for the switch. The servo drive system has a motor for driving the switch, a power unit to supply the motor with energy and a control unit designed as a programmable safety controller for controlling the power unit as a function of at least one setpoint value.
Der Schalter kann als ein Laststufenschalter oder ein Lastumschalter oder Wähler oder ein Doppelwender oder ein Wender oder ein Vorwähler oder ein Leistungsschalter oder ein Lastschalter oder ein Trennschalter ausgebildet sein. The switch can be designed as an on-load tap-changer or a diverter switch or selector or a double turner or a reverser or a preselector or a circuit breaker or a load switch or a disconnector.
Als Servoantriebssystem wird ein Antriebssystem bezeichnet, welches den Motor elektro nisch regelt, wobei die Regelung eine Positions-, Winkel- oder Lageregelung, eine Ge- schwindigkeits- oder Drehzahlregelung, eine Beschleunigungsregelung und/oder eine Drehmomentregelung beinhalten kann. Der Begriff Servoantriebssystem impliziert daher, dass das Antriebssystem eine Vorrichtung zur Erfassung einer oder mehrerer der genann ten Regelgrößen und zur Rückführung eines entsprechenden Feedbacksignals an die Steu ereinheit aufweist und die Regelung anhand des Feedbacksignals erfolgt. A servo drive system is a drive system that controls the motor electronically, whereby the control can include a position, angle or position control, a speed or rotational speed control, an acceleration control and / or a torque control. The term servo drive system therefore implies that the drive system has a device for detecting one or more of the mentioned control variables and for feeding back a corresponding feedback signal to the control unit and that the control is carried out using the feedback signal.
Die Ansteuerung des Leistungsteils in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Sollwert entspricht einer Regelung in diesem Sinne. The activation of the power section as a function of the at least one setpoint value corresponds to regulation in this sense.
Die programmierbare Sicherheitssteuerung bezeichnet eine Steuerung, welche zwei Pro zessoreinheiten, insbesondere zwei speicherprogrammierbare Steuerungen, SPS, beinhal tet. Die beiden Prozessoreinheiten nutzen dasselbe Prozessabbild von Ein- und Ausgän gen der Steuereinheit und arbeiten ein in der Steuereinheit gespeichertes Anwenderpro gramm parallel ab. The programmable safety controller refers to a controller which contains two processor units, in particular two programmable logic controllers, PLCs. The two processor units use the same process image of inputs and outputs of the control unit and process an application program stored in the control unit in parallel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Anwenderprogramm eine Vielzahl von Anweisungen. Wenn die Anweisungen von der Steuereinheit ausgeführt werden, resul tiert dies in der Ansteuerung des Leistungsteils in Abhängigkeit des Sollwerts. Dadurch wird der Motor und letztlich der Schalter angetrieben, um eine oder mehrere Operationen durch zuführen, beispielsweise eine Umschaltung zwischen zwei Wicklungsanzapfungen eines Betriebsmittels oder Teile der Umschaltung, wie etwa eine Lastumschaltung, eine Wähler betätigung oder eine Vorwählerbetätigung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Motor zum Antreiben des Schalters, insbesondere Laststufenschalters, Lastumschal ters, Wählers, Doppelwenders, Wenders, Vorwählers, Leistungsschalters, Lastschalters, über ein oder mehrere Getriebe mit einer Welle oder einer sonstigen Komponente des Schalters, insbesondere Laststufenschalters, Lastumschalters, Wählers, Doppelwenders, Wenders, Vorwählers, Leistungsschalters, Lastschalters, gekoppelt. According to at least one embodiment, the user program contains a multiplicity of instructions. If the instructions are carried out by the control unit, this results in the control of the power unit as a function of the setpoint. This drives the motor and ultimately the switch to perform one or more operations, for example a switchover between two winding taps of an item of equipment or parts of the switchover, such as a load switchover, a selector actuation or a preselector actuation. According to at least one embodiment, the motor for driving the switch, in particular on-load tap changer, diverter switch, selector, double reverser, reverser, preselector, circuit breaker, load switch, via one or more gears with a shaft or another component of the switch, in particular on-load tap changer, diverter switch, Voter, double turn, Wenders, preselector, circuit breaker, load switch, coupled.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil als Umrichter, insbeson dere Servoumrichter, ausgestaltet oder als äquivalente elektronische, insbesondere voll elektronische, Einheit für Antriebsmaschinen. According to at least one embodiment, the power section is designed as a converter, in particular a servo converter, or as an equivalent electronic, in particular fully electronic, unit for drive machines.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die Steuereinheit eine erste und eine zweite Prozessoreinheit. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, zur Umsetzung eines Schaltbefehls für den Schalter ein Programm, insbesondere das Anwenderprogramm, ab zuarbeiten, wobei die erste und die zweite Prozessoreinheit das Programm parallel abar beiten. According to at least one embodiment, the control unit includes a first and a second processor unit. The control unit is set up to process a program, in particular the user program, to implement a switching command for the switch, the first and second processor units processing the program in parallel.
Durch den Einsatz der programmierbaren Sicherheitssteuerung als Steuereinheit und die damit verbundene Redundanz wird die Betriebssicherheit der Schalteranordnung erhöht. Using the programmable safety controller as a control unit and the associated redundancy increases the operational reliability of the switch arrangement.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, während des Abarbeitens des Programms, wenigstens einen Abgleich zwischen der ersten und der zweiten Prozessoreinheit durchzuführen, insbesondere einen kontinuierlichen Abgleich. According to at least one embodiment, the control unit is set up to carry out at least one comparison between the first and the second processor unit, in particular a continuous comparison, while the program is being processed.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet der Abgleich einen Vergleich, insbe sondere einen zyklischen Vergleich, eines Prozessabbilds der ersten Prozessoreinheit mit einem Prozessabbild der zweiten Prozessoreinheit. According to at least one embodiment, the comparison includes a comparison, in particular a cyclical comparison, of a process image of the first processor unit with a process image of the second processor unit.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, abhän gig von einem Ergebnis, insbesondere im Falle eines negativen Ergebnisses, des wenigs tens einen Abgleichs oder des Vergleichs der Prozessabbilder, eine Sicherheitsmaßnahme einzuleiten. According to at least one embodiment, the control unit is set up to initiate a security measure as a function of a result, in particular in the case of a negative result, at least one adjustment or comparison of the process images.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die Sicherheitsmaßnahme ein siche res Stillsetzen des Motors, eine Blockierung oder Stillsetzung des Leistungsteils oder ein Auslösen eines Leistungsschalters, der das Betriebsmittel mit einem Energienetz verbindet beziehungsweise trennt. Das sichere Stillsetzen des Motors erfolgt insbesondere derart, dass sich der Laststufenschalter nach dem sicheren Stillsetzen in einer sicheren Stellung befindet. Das Einleiten der Sicherheitsmaßnahme beinhaltet die Ausgabe wenigstens eines Sicherheitssignals. According to at least one embodiment, the safety measure includes a safe shutdown of the motor, a blocking or shutdown of the power section, or a triggering of a circuit breaker that connects or disconnects the equipment to an energy network. The motor is safely stopped in particular in such a way that the on-load tap-changer is in a safe position after it has been safely stopped. The initiation of the safety measure includes the output of at least one safety signal.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das sichere Stillsetzen des Motors eine Sicherheitsfunktion, welche einer Stoppkategorie nach der Industrienorm EN 60204- 1 :2006 entspricht, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das sichere Stillsetzen des Motors eine Safe-torque-off, STO, Sicherheitsfunktion, eine Safe-stop-1 , SS1 , Sicherheitsfunktion, eine Safe-stop-2, SS2, Sicherheitsfunktion, oder eine Safe-operation-stop, SOS, Sicher heitsfunktion. According to at least one embodiment, the safe stopping of the motor includes a safety function which corresponds to a stop category according to the industrial standard EN 60204-1: 2006, the content of which is hereby incorporated by reference. According to at least one embodiment, the safe stopping of the motor includes a safe torque-off, STO, safety function, safe-stop-1, SS1, safety function, safe-stop-2, SS2, safety function, or safe-operation-stop , SOS, safety function.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform unterscheidet sich eine Hardware der ersten Prozessoreinheit von einer Hardware der zweiten Prozessoreinheit. According to at least one embodiment, hardware of the first processor unit differs from hardware of the second processor unit.
Dadurch wird eine diversitäre Redundanz geschaffen, welche die Betriebssicherheit weiter erhöht. This creates a diverse redundancy, which further increases operational reliability.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, eine Ver riegelungsbedingung von zwei oder mehr Komponenten der Schalteranordnung zu prüfen. According to at least one embodiment, the control unit is set up to check a locking condition of two or more components of the switch arrangement.
Die Komponenten der Schalteranordnung können Komponenten des Schalters umfassen, bei einem Laststufenschalter beispielsweise einen Wähler, einen Vorwähler, eine Polungs schaltung oder einen Lastumschalter des Laststufenschalters. The components of the switch arrangement can include components of the switch, in the case of an on-load tap-changer, for example, a selector, a preselector, a polarity circuit or a diverter switch of the on-load tap-changer.
Die Komponenten der Schalteranordnung können auch Komponenten umfassen, die nicht Teil des Schalters sind, insbesondere Komponenten eines weiteren Schalters der Schalter anordnung oder einer anderen Schaltkomponente der Schalteranordnung. Bei zwei Schal tern, die als Laststufenschalter ausgebildet sind, kann es sich beispielsweise um Laststu fenschalter für unterschiedliche Phasen des Energienetzes handeln. Die anderen Schalt komponenten können beispielsweise einen Doppelwender, Wender, Leistungsschalter, Lastschalter umfassen. The components of the switch arrangement can also include components that are not part of the switch, in particular components of a further switch of the switch arrangement or of another switching component of the switch arrangement. In the case of two switches, which are designed as on-load tap-changers, they can be, for example, on-load tap-changers for different phases of the energy network. The other switching components can include, for example, a double turner, turner, circuit breaker, load switch.
Die Verriegelungsbedingung kann dabei einer Vorgabe entsprechen, dass eine der Kom ponenten nur dann betätigt werden darf oder dann nicht betätigt werden darf, wenn sich eine andere der Komponenten in einem bestimmten Zustand befindet, beispielsweise einer bestimmten Position, einem bestimmten Schaltzustand oder einem bestimmten Bewe gungszustand. The locking condition can correspond to a specification that one of the components may only be operated or may not be operated when another of the components is in a certain state, for example a certain position, a certain switching state or a certain movement state .
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, abhän gig von einem Ergebnis, insbesondere im Falle eines negativen Ergebnisses der Prüfung der Verriegelungsbedingung, die Sicherheitsmaßnahme einzuleiten. According to at least one embodiment, the control unit is set up to initiate the security measure depending on a result, in particular in the case of a negative result of the check of the locking condition.
Durch Prüfung der Verriegelungsbedingung und gegebenenfalls Einleitung der Sicherheits maßnahme kann die Betriebssicherheit weiter erhöht werden, ohne dass dafür spezifische konstruktive Maßnahmen für den Schalter, insbesondere Laststufenschalter oder die ande ren Komponenten erforderlich sind, wie beispielsweise mechanische oder elektromechani sche Systeme, Nockenschalter oder dergleichen. By checking the locking condition and, if necessary, introducing the safety measure, operational safety can be further increased without any specific constructive measures for the switch, in particular on-load tap-changers or the other components are required, such as mechanical or electromechanical systems, cam switches or the like.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Schalteranordnung einem elektrischen Betriebsmittel zugeordnet, beispielsweise einem Leistungstransformator oder einem Pha senschiebertransformator. According to at least one embodiment, the switch arrangement is assigned to an electrical operating means, for example a power transformer or a phase shifter transformer.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist die Steuereinheit Eingänge und Aus gänge auf, welche als getaktete Eingänge beziehungsweise Ausgänge ausgebildet sind. According to at least one embodiment, the control unit has inputs and outputs, which are designed as clocked inputs or outputs.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, anhand von Eingangssignalen, welche an den Eingängen anliegen und/oder anhand von Aus gangssignalen, welche an den Ausgängen anliegen, das Vorliegen eines Querschlusses zu prüfen. According to at least one embodiment, the control unit is set up to check the presence of a cross circuit using input signals that are present at the inputs and / or using output signals that are present at the outputs.
Als Querschluss wird ein Kurzschluss zwischen Anschlussleitungen zweier benachbarter Ein- oder Ausgänge bezeichnet. A short circuit between connecting lines of two adjacent inputs or outputs is called a cross circuit.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, abhän gig von einem Ergebnis der Prüfung, insbesondere falls ein Querschluss vorliegt, die Si cherheitsmaßnahme einzuleiten. According to at least one embodiment, the control unit is set up to initiate the safety measure as a function of a result of the test, in particular if a cross circuit is present.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Verfahren zum Antreiben einer Schalter anordnung angegeben. Das Verfahren umfasst Ansteuern eines Leistungsteils der Schal teranordnung durch eine programmierbare Sicherheitssteuerung in Abhängigkeit eines Sollwerts und Umsetzen eines Schaltbefehls für einen Schalter der Schalteranordnung. Das Umsetzen des Schaltbefehls erfolgt durch Abarbeiten eines Programms parallel durch zwei Prozessoreinheiten. According to the improved concept, a method for driving a switch arrangement is also specified. The method comprises controlling a power section of the switch arrangement by a programmable safety control as a function of a setpoint value and implementing a switching command for a switch of the switch arrangement. The switching command is implemented by processing a program in parallel using two processor units.
Weitere Ausgestaltungsformen und Implementierungen des Verfahrens ergeben sich un mittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen der Schalteranordnung. Insbeson dere können einzelne oder mehrere der bezüglich der Schalteranordnung beschriebenen Komponenten und/oder Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens entsprechend im plementiert sein. Further configurations and implementations of the method result directly from the various configurations of the switch arrangement. In particular, one or more of the components and / or arrangements described with regard to the switch arrangement for carrying out the method can be implemented accordingly.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Um ständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt. In the following, the invention is explained in detail on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings. Components that are identical or functionally identical or have an identical effect can be provided with identical reference symbols his. Identical components or components with identical functions may only be explained with regard to the figure in which they first appear. The explanation is not necessarily repeated in the following figures.
Es zeigen Show it
Figur 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Figure 1 is a schematic representation of an exemplary embodiment of a
Schalteranordnung gemäß dem verbesserten Konzept; und Switch arrangement according to the improved concept; and
Figur 2 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielshaften Ausfüh rungsform einer Schalteranordnung gemäß dem verbesserten Konzept. FIG. 2 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a switch arrangement according to the improved concept.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Schalteranordnung gemäß dem verbesserten Konzept mit einem Schalter 17 und einem Servoantriebssystem, welches über eine Antriebswelle 16 mit dem Schalter 17 verbunden ist. Das Servoantriebssystem 2 beinhaltet einen Motor 12, welcher über eine Motorwelle 14 und optional über ein Getriebe 15 die Antriebswelle 16 antreiben kann. Eine Steuervorrich tung 3 des Servoantriebssystems 2 umfasst ein Leistungsteil 1 1 , welches beispielsweise einen Servoumrichter enthält, zur gesteuerten oder geregelten Energieversorgung des Mo tors 12 sowie eine Steuereinheit 10 zur Ansteuerung des Leistungsteils 1 1 , beispielsweise über einen Bus 18. FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a switch arrangement according to the improved concept with a switch 17 and a servo drive system which is connected to the switch 17 via a drive shaft 16. The servo drive system 2 includes a motor 12 which can drive the drive shaft 16 via a motor shaft 14 and optionally via a gearbox 15. A control device 3 of the servo drive system 2 comprises a power unit 1 1, which contains, for example, a servo converter, for the controlled or regulated energy supply of the motor 12 and a control unit 10 for controlling the power unit 1 1, for example via a bus 18.
Das Servoantriebssystem 2 kann ein Gebersystem 13 aufweisen, welches als Feedback system dient oder Teil des Feedbacksystems ist und mit dem Leistungsteil 1 1 verbunden ist. Ferner ist das Gebersystem 13 direkt oder indirekt mit der Antriebswelle 16 gekoppelt. The servo drive system 2 can have an encoder system 13 which serves as a feedback system or is part of the feedback system and is connected to the power unit 11. Furthermore, the encoder system 13 is coupled directly or indirectly to the drive shaft 16.
Das Gebersystem 13 ist dazu eingerichtet, einen Wert für eine Position, insbesondere eine Winkelposition, beispielsweise eine absolute Winkelposition, der Antriebswelle 16 zu erfas sen und basierend darauf ein Feedbacksignal zu erzeugen. Dazu kann das Gebersystem 13 beispielsweise einen Absolutwertgeber, insbesondere Multi-Turn-Absolutwertgeber, um fassen, welcher an der Antriebswelle 16, der Motorwelle 14 oder einer anderen Welle, deren Position eindeutig mit der absoluten Position der Antriebswelle 17 verknüpft ist, befestigt ist. Beispielsweise ist die Position der Antriebswelle 17 aus der Position der Motorwelle 14 eindeutig bestimmbar, beispielsweise über ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes 14. Die Steuervorrichtung 3, insbesondere die Steuereinheit 10 und/oder das Leistungsteil 1 1 , ist dazu eingerichtet, den Motor 12 abhängig von dem Feedbacksignal zu steuern oder zu regeln. Die Befestigung des Absolutwertgebers ist beispielsweise als Kombination einer form- schlüssigen Verbindung mit einer kraft- oder stoffschlüssigen Verbindung ausgeführt. The encoder system 13 is set up to detect a value for a position, in particular an angular position, for example an absolute angular position, of the drive shaft 16 and to generate a feedback signal based thereon. For this purpose, the encoder system 13 can include, for example, an absolute encoder, in particular a multi-turn absolute encoder, which is attached to the drive shaft 16, the motor shaft 14 or another shaft whose position is clearly linked to the absolute position of the drive shaft 17. For example, the position of the drive shaft 17 can be clearly determined from the position of the motor shaft 14, for example via a gear ratio of the transmission 14. The control device 3, in particular the control unit 10 and / or the power unit 11, is set up to control the motor 12 depending on the To control or regulate the feedback signal. The attachment of the absolute encoder is designed, for example, as a combination of a form-fitting connection with a non-positive or material-locking connection.
Die Steuereinheit 10 ist als programmierbare Sicherheitssteuerung ausgeführt und beinhal tet beispielsweise eine erste und eine zweite speicherprogrammierbare Steuerung 6, 7. Zur Umsetzung eines Schaltbefehls für den Laststufenschalter arbeiten die speicherprogram mierbaren Steuerungen 6, 7 beispielsweise ein Programm parallel ab. The control unit 10 is designed as a programmable safety controller and includes, for example, a first and a second programmable logic controller 6, 7. To implement a switching command for the on-load tap-changer, the programmable controllers 6, 7, for example, execute a program in parallel.
Während des Abarbeitens des Programms können sich die speicherprogrammierbaren Steuerungen 6, 7 untereinander abgleichen, insbesondere zyklisch oder kontinuierlich. Der Abgleich kann beispielsweise einen Vergleich von Berechnungsergebnissen, Prüfsummen oder dergleichen umfassen. While the program is being processed, the programmable logic controllers 6, 7 can synchronize one another, in particular cyclically or continuously. The comparison can include, for example, a comparison of calculation results, checksums or the like.
Beispielsweise enthalten die speicherprogrammierbaren Steuerungen 6, 7 unterschiedliche Hardwarekomponenten oder sind als unterschiedliche Typen oder Modelle ausgeführt. For example, the programmable logic controllers 6, 7 contain different hardware components or are designed as different types or models.
Ein- und Ausgänge der Steuereinheit 10 können als getaktete Ein- und Ausgänge ausge führt sein. Dadurch kann die Steuereinheit anhand eines Vergleichs eines Eingangssignals mit einem Ausgangssignal Taktabweichungen erkennen, beispielsweise Abweichungen in Periodendauern oder Flanken der Signale. Basierend auf den Taktabweichungen können beispielsweise Querschlüsse detektiert werden. Inputs and outputs of the control unit 10 can be performed as clocked inputs and outputs. As a result, the control unit can use a comparison of an input signal with an output signal to recognize clock deviations, for example deviations in period durations or edges of the signals. Cross-circuits, for example, can be detected based on the clock deviations.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Schalteranordnung gemäß dem verbesserten Konzept, welche auf der Ausführungs form nach Figur 1 basiert. FIG. 2 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a switch arrangement according to the improved concept, which is based on the embodiment according to FIG.
Die Schaltervorrichtung weist hier optional einen Schaltschrank 21 auf, innerhalb dessen die Steuereinheit 10, das Leistungsteil 1 1 und eine optionale Mensch-Maschine-Schnitt- stelle 19 angeordnet sind. Die Mensch-Maschine-Schnittsteile 19 ist mit der Steuereinheit 10 verbunden und kann beispielsweise Kontroll-, Wartungs- oder Konfigurationszwecken dienen. The switch device here optionally has a switch cabinet 21, within which the control unit 10, the power unit 11 and an optional man-machine interface 19 are arranged. The man-machine interface 19 is connected to the control unit 10 and can, for example, serve for control, maintenance or configuration purposes.
Der Motor 12, die Motorwelle 14 das Gebersystem 13 und/oder das Getriebe 15 können innerhalb oder außerhalb des Schaltschranks angeordnet sein. The motor 12, the motor shaft 14, the encoder system 13 and / or the transmission 15 can be arranged inside or outside the control cabinet.
Die Schalteranordnung, insbesondere die Steuereinheit 10 ist an eine Sicherheitsvorrich tung 20 gekoppelt, welche beispielsweise einen Leistungsschalter oder Circuit breaker um fasst, um die Schalteranordnung oder ein elektrisches Betriebsmittel, welchem die Schal teranordnung zugeordnet ist, von einem Energienetz zu trennen, beispielsweise im Falle eines Fehlers oder einer Störung der Stufenschalteranordnung. The switch arrangement, in particular the control unit 10, is coupled to a safety device 20 which, for example, includes a power switch or circuit breaker in order to disconnect the switch arrangement or an electrical device to which the switch arrangement is assigned from an energy network, for example in the case of an error or a malfunction of the tap changer arrangement.
Durch eine Stufenschalteranordnung nach dem verbesserten Konzept wird die Betriebssi cherheit des Servoantriebssystems, des Laststufenschalters und des Betriebsmittels er höht. Dies wird insbesondere durch den Einsatz der programmierbaren Sicherheitssteue rung als Steuereinheit und die damit verbundene Redundanz erreicht. By means of a tap changer arrangement according to the improved concept, the operational safety of the servo drive system, the on-load tap changer and the operating equipment is increased. This is achieved in particular through the use of the programmable safety controller as a control unit and the associated redundancy.
Bezugszeichen Reference number
1 Schalteranordnung 1 switch arrangement
2 Servoantriebssystem 2 servo drive system
3 Steuervorrichtung 3 control device
6 erste Prozessoreinheit/ speicherprogrammierbare Steuerun gen 6 first processor unit / programmable logic controllers
7 zweite Prozessoreinheit/ speicherprogrammierbare Steuerun gen 7 second processor unit / programmable logic controllers
10 Steuereinheit 10 control unit
1 1 Leistungsteil 1 1 power unit
12 Motor 12 engine
13 Gebersystem 13 Encoder system
14 Motorwelle 14 motor shaft
15 Getriebe 15 transmission
16 Antriebswelle 16 drive shaft
17 Laststufenschalter 17 On-load tap-changer
18 Bus 18 bus
19 Mensch-Maschine-Schnittsteile 19 human-machine cut parts
20 Sicherheitsvorrichtung 20 Safety device
21 Schaltschrank 21 control cabinet

Claims

Patentansprüche Claims
1. Schalteranordnung (1 ) umfassend einen Schalter (17) und ein Servoantriebssystem (2) für den Schalter (17), das Servoantriebssystem (2) beinhaltend 1. A switch arrangement (1) comprising a switch (17) and a servo drive system (2) for the switch (17), the servo drive system (2) containing
einen Motor (12) zum Antreiben des Schalters (17); a motor (12) for driving the switch (17);
ein Leistungsteil (1 1 ) zur Energieversorgung des Motors (12); und a power unit (1 1) for supplying energy to the motor (12); and
eine als programmierbare Sicherheitssteuerung ausgeführte Steuereinheit (10) zur a control unit (10) designed as a programmable safety controller for
Ansteuerung des Leistungsteils (1 1 ) in Abhängigkeit eines Sollwerts. Control of the power unit (1 1) depending on a setpoint.
2. Schalteranordnung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Steuereinheit (10) 2. Switch arrangement (1) according to claim 1, wherein the control unit (10)
eine erste und eine zweite Prozessoreinheit (6, 7) beinhaltet; und includes a first and a second processor unit (6, 7); and
dazu eingerichtet ist, zur Umsetzung eines Schaltbefehls für den Schalter (17) ein Programm abzuarbeiten, wobei die erste und die zweite Prozessoreinheit (6, 7) das Programm parallel abarbeiten. is set up to process a program to implement a switching command for the switch (17), the first and the second processor unit (6, 7) processing the program in parallel.
3. Schalteranordnung (1 ) nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (10) dazu eingerich tet ist, während des Abarbeitens des Programms wenigstens einen Abgleich zwischen der ersten und der zweiten Prozessoreinheit (6, 7) durchzuführen. 3. Switch arrangement (1) according to claim 2, wherein the control unit (10) is set up to carry out at least one comparison between the first and the second processor unit (6, 7) while the program is being processed.
4. Schalteranordnung (1 ) nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (10) dazu eingerich tet ist, abhängig von einem Ergebnis des wenigstens einen Abgleichs eine Sicher heitsmaßnahme einzuleiten. 4. Switch arrangement (1) according to claim 3, wherein the control unit (10) is to initiate a security measure depending on a result of the at least one adjustment.
5. Schalteranordnung (1 ) nach Anspruch 4, wobei die Sicherheitsmaßnahme das Auslö sen eines Leistungsschalters (20) zum Trennen eines dem Schalter (17) zugeordne ten Betriebsmittels von einem Energienetz beinhaltet. 5. Switch arrangement (1) according to claim 4, wherein the safety measure includes the Auslö sen a circuit breaker (20) for disconnecting one of the switch (17) assigned th equipment from an energy network.
6. Schalteranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Sicherheits maßnahme ein sicheres Stillsetzen des Motors (12) beinhaltet. 6. Switch arrangement (1) according to one of claims 4 or 5, wherein the safety measure includes a safe shutdown of the motor (12).
7. Schalteranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Sicherheitsmaß nahme ein Stillsetzen oder Blockieren des Leistungsteils (1 1 ) beinhaltet. 7. switch arrangement (1) according to any one of claims 4 to 6, wherein the safety measure includes a shutdown or blocking of the power unit (1 1).
8. Schalteranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Steuereinheit (10) dazu eingerichtet ist, während des Abarbeitens des Programms einen Vergleich eines Prozessabbilds der ersten Prozessoreinheit (6) mit einem Prozessabbild der zweiten Prozessoreinheit (7) durchzuführen. 8. Switch arrangement (1) according to one of claims 2 to 7, wherein the control unit (10) is set up to compare a process image of the first processor unit (6) with a process image of the while the program is being processed second processor unit (7).
9. Schalteranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei sich eine Hardware der ersten Prozessoreinheit (6) von einer Hardware der zweiten Prozessoreinheit (7) unterscheidet. 9. Switch arrangement (1) according to one of claims 2 to 8, wherein hardware of the first processor unit (6) differs from hardware of the second processor unit (7).
10. Schalteranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuereinheit (10) dazu eingerichtet ist, eine Verriegelungsbedingung von zwei oder mehr Kompo nenten der Schalteranordnung zu prüfen. 10. Switch arrangement (1) according to one of claims 1 to 9, wherein the control unit (10) is set up to check a locking condition of two or more components of the switch arrangement.
1 1. Schalteranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuereinheit (10) Eingänge und Ausgänge aufweist, welche als getaktete Eingänge beziehungs weise Ausgänge ausgebildet sind. 1 1. Switch arrangement (1) according to one of claims 1 to 10, wherein the control unit (10) has inputs and outputs which are designed as clocked inputs or outputs.
12. Schalteranordnung (1 ) nach Anspruch 1 1 , wobei die Steuereinheit (10) dazu einge richtet ist, anhand von Eingangssignalen und/oder Ausgangssignalen, welche an den Eingängen beziehungsweise Ausgängen anliegen, das Vorliegen eines Querschlus ses zu prüfen. 12. Switch arrangement (1) according to claim 1 1, wherein the control unit (10) is set up to check the presence of a cross-circuit based on input signals and / or output signals that are present at the inputs or outputs.
13. Schalteranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -12, wobei der Schalter (1 ) ein Laststufenschalter oder ein Lastumschalter oder Wähler oder ein Doppelwender oder ein Wender oder ein Vorwähler oder ein Leistungsschalter oder ein Lastschalter oder ein Trennschalter ist. 13. Switch arrangement (1) according to one of claims 1 -12, wherein the switch (1) is an on-load tap-changer or a diverter switch or selector or a double turner or a reverser or a preselector or a circuit breaker or a load switch or a disconnector.
14. Verfahren zum Antreiben einer Schalteranordnung, das Verfahren umfassend 14. A method of driving a switch assembly, the method comprising
Ansteuern eines Leistungsteils (1 1 ) der Schalteranordnung durch eine programmier bare Sicherheitssteuerung in Abhängigkeit eines Sollwerts; und Control of a power unit (1 1) of the switch arrangement by a programmable face safety controller as a function of a setpoint; and
Umsetzen eines Schaltbefehls für einen Schalter (17) der Schalteranordnung; Implementation of a switching command for a switch (17) of the switch arrangement;
wobei zum Umsetzen des Schaltbefehls ein Programm parallel durch zwei Prozesso reinheiten (6, 7) abgearbeitet wird. whereby to implement the switching command, a program is processed in parallel by two processors (6, 7).
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