NO301147B1 - Fremgangsmåte og anordning for å sikre mot uberettiget funksjon av elkoplere - Google Patents

Description

Teknisk område

Stillverk som er beregnet for transformering og fordeling av elektrisk kraft, består blant annet av elkoplere, såsom brytere, skillebrytere og jordingsbrytere. Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning som hindrer uberettiget eller utilsiktet funksjon av elkoplere på grunn av enkeltfeil på utgangene av den datamaskin som styrer elkoplerne. Med enkeltfeil menes en enkeltstående feil i f.eks. kretskort, kabler, reléer m.m.

Teknikkens stand, problemet

Manøvrering av elkoplere via datamaskiner foregår normalt på den måte at en operatør på en terminal beordrer til-eller fraslag av den aktuelle elkopler. Elkoplernes stillingstil-stand finnes tilgjengelig på en dataskjerm, hvilket medfører at operatøren i en feilfri tilstand kan ha fullt overblikk over de aktuelle tilstandsstillinger.

Ved manøvrering av elkoplere fra datamaskiner skjer styringen via digitale utganger fra datamaskinen. Ved uberettiget aktivering av en sådan utgang på grunn av en feil i datamaskinen, manøvreres også elkopleren. Dette kan føre til driftsavbrudd, stillverkskader og personskader.

De aktuelle elkoplere er forsynt med manøverorganer som aktiveres via den digitale puls fra datamaskinen. Når manøvrerin-gen er påbegynt, får manøverorganet selvholding som varer inntil elkopleren har oppnådd sin sluttstilling som kan være enten til eller fra. Lengden av den digitale styrepuls trenger på denne måte ikke å opprettholdes lenger enn den tid det tar for manøverorganet å få selvholding.

Innen elkraftområdet finnes det elkoplere som har høye krav mot uberettiget funksjon.

Uberettiget manøvrering av brytere kan medføre kostbare kraftbortfall og dermed driftsavbrudd for f.eks. prosess-industrier av forskjellige typer.

Uberettiget manøvrering av skillebrytere og jordingsbrytere kan inntreffer når disse er strømførende eller når de blir strømførende på grunn av manøvreringen. Normalt er slike elkoplere dimensjonert for bare å manøvreres i strømløs tilstand.

En feilmanøvrering kan derfor føre til havari av elkopleren.

En havarerende skillebryter eller j ordingsbryter ved en uberettiget manøver kan dessuten forårsake lysbuer med stort energiinnhold, med stor fare for alvorlige personskader som resultat.

Oppfinnelsen slik den vil bli beskrevet nedenfor, vil blant annet omfatte reléer av såkalt sikkerhetstype. Dette er reléer som har den egenskap at dersom en kontakt sammensveises, vil reléets øvrige kontakter, uavhengig av om reléet er i til-eller fratilstand, bli fiksert i den stilling reléet befinner seg i når kontakten sammensveises.

Redegjørelse for oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse består i at det i forbindelse med manøvrering av elkoplere via en datamaskin innføres en fremgangsmåte som sikrer at uberettiget funksjon ikke kan skje. Fremgangsmåten omfatter en utvalgsfase, en overvåkingsfase og en iverksettelsesfase. Utvalgsfasen og iverksettelsesf asen utnytter eksterne reléer av den nevnte sikkerhetstype. Reléene har også som oppgave å være forstyrrelsesbarriere mellom datamaskin og elkoplere. Anordningen for utførelse av fremgangsmåten omfatter en overvåkingsenhet som hensiktsmessig kan være realisert i datamaskinen og en ytre reléenhet.

Ifølge oppfinnelsen er hver elkopler tildelt et såkalt utvalgsrelé UR.

Når en elkopler skal manøvreres, dvs. enten ved tilslag eller fraslag, skjer det først et utvalg av den aktuelle elkopler ved at operatøren på dataterminalen markerer den aktuelle elkopler. Derved aktiveres elkoplerens utvalgsrelé UR. Ettersom bare én elkopler tillates å manøvreres ad gangen, blokkeres de øvrige elkoplere via et blokkeringsrelé BR som er felles for samtlige elkoplere.

For å sikre riktig funksjon, skjer det alltid, også i en feilfri tilstand, en kontroll av de styresignaler som datamaskinen avgir. Styresignalene samordnes i reléenheten til to tilbakelesingssignaler som koples til to tilbakelesingsinngan-ger i overvåkingsenheten. Før en manøver beordres, og i feilfri tilstand, får disse innganger via UR og BR komplementære tilbakelesingssignaler, f .eks. uttrykt i binære vendinger som "1" og "0". Når UR for en eller annen elkopler aktiveres, skifter tilbakelesingssignalene til "0" og "1" via UR og BR. Via logikk som er innebygd i overvåkingsenheten oppnås det nå, da samtidig ordre gis om utvalg og iverksettelse av manøvrering av en elkopler, manøverpuls til elkoplerens manøverorgan via iverksettelsesreléer VR.

Flere forskjellige enkeltstående feil kan tenkes å forekomme. Dersom f .eks. datamaskinen feilaktig gir et signal for utvalg av en elkopler, skjer en veksling av de komplementære tilbakelesingssignaler, slik som ved en manøverbeordring via UR og BR. Via den interne logikk konstateres det nå at dette er feil, ettersom ingen beordring har skjedd. Datamaskinen signale-rer nå feilens eksistens, og i programvaren foretas blokkering for fortsatte trinn av manøveren.

Oppfinnelsen omfatter også kontroll av at utvalgsfasen og iverksettelsesfasen skjer i riktig rekkefølge, og at to eller flere utvalg ikke kan gjøres samtidig.

De feiltilfeller som ifølge oppfinnelsen kan mestres, vil bli beskrevet nærmere i den etterfølgende beskrivelse av utførelsesformer.

Figuroversikt

Fig. 1 er et oversiktsskjema som viser de forskjellige enheter som trengs for manøvrering av elkoplere og for å hindre uberettiget funksjon. De på figuren angitte betegnelser som vil bli benyttet i den etterfølgende, utførlige beskrivelse av utførelsesformene, har følgende betydning: TB = tastbord, DS = dataskjerm, DA = datamaskin (dator), SU = overvåkingsenhet, RU = reléenhet, Bl = bryter 1, Fl = skillebryter 1, F2 = skillebryter 2 osv., UB1 = signal for utvelgelse av Bl, UF1 = signal for utvelgelse av Fl, UF2 = signal for utvelgelse av F2 osv., VT = iverksett TIL, VF = iverksett FRA, A og B er tilbakelesingssignaler, UR = utvalgsrelé, BR = blokkeringsrelé, og VR = iverksettelsesrelé. Fig. 2 viser et detaljert skjema for reléenheten RU. Foruten de på fig. 1 inngående betegnelser inngår dessuten: URB1 = utvalgsrelé for bryter Bl med slutte- og brytekontakter URB1:1, URB1:2 osv., URF1 = utvalgsrelé for skillebryter 1 med slutte- og brytekontakter URF1:1, URF1:2 osv., URF2 = utvalgsrelé

for skillebryter F2 med slutte- og brytekontakter URF2:1, URF2:2 osv., VRT = iverksettelsesrelé for TIL av bryter eller skillebryter med slutte- og brytekontakter VRT:1, VRT:2 osv., samt VRF = iverksettelsesrelé for FRA av bryter eller skillebryter med slutte- og brytekontakter VRF:1, VRF:2 osv.

Fig. 3 viser en utførelsesform av den i oppfinnelsen inngående overvåkingsenhet.

Beskrivelse av utførelsesformer

Manøvrering av elkoplere med en datamaskin ifølge oppfinnelsen fremgår av fig. 1. Operatøren kan avlese elkoplernes tilstandsstatus på dataskjermen DS. Når en elkopler skal manøvreres, begjæres dette via tastbordet TB ved først å trykke på tasten for utvelgelse av den aktuelle elkopler. Via datamaskinen DA initierer dette et signal, eksempelvis UB1 til reléenheten RU, om å forberede for en iverksettelsesordre ved hjelp av et utvalgsrelé UR. Ved hjelp av et blokkeringsrelé BR skjer en blokkering, slik at ingen annen elkopler kan forberedes for manøvrering før den begjærte manøver er blitt iverksatt. Ved også å trykke på tastbordets tast for f.eks. TIL mens utvalgsreléet er aktivert, initieres et signal VT via datamaskinen for å iverksette den begjærte TIL-manøver av bryteren Bl via reléenheten ved hjelp av et iverksettelsesrelé VR.

Før iverksettelsesmanøveren utføres, kontrolleres det imidlertid at dette kan skje. Denne kontroll baseres på tilbakelesing til datamaskinen av signaler A og B som angir tilstandsstatus for reléene i reléenheten. Ved hjelp av logisk behandling av disse tilbakelesingssignaler i en overvåkingsenhet SU som fortrinnsvis er realisert i datamaskinen, og med informasjon om at utvelgelse er blitt utført, oppnås det via dataskjermen og/eller på annen måte beskjed om datamaskinen feilaktig gir beordringssignal eller om det har oppstått en feil på reléenheten. Hvordan denne kontroll skjer, vil bli forklart i forbindelse med beskrivelsen av fig. 2.

Både fig. 1 og fig. 2 viser et utførelseseksempel for manøvrering av tre elkoplere. I prinsipp kan fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen dekke et meget stort antall elkoplere under forutsetning av at reléenheten forsynes med et utvalgsrelé for hver elkopler.

Sikrings fremgangsmåten skal nå beskrives mer detaljert ved hjelp av fig. 2 som viser en tilstand der samtlige elkoplere befinner seg i FRA-stilling, og der det ikke har skjedd noe utvalg henholdsvis at ingen iverksettelsesordre er blitt begjært. Det forutsettes videre at ingen uberettiget ordre finnes på datamaskinens utganger, og at reléenheten er intakt. Dette innebærer at inngang A til overvåkingsenheten har spenning, mens inngang B er spenningsløs. I det etterfølgende vil en spennings-førende inngang bli betegnet med "1", mens en spenningsløs inngang vil bli betegnet med "0". Det fremgår for øvrig av fig.

2 at

A = 1 dersom ingen av UR eller VR er aktivert,

A = 0 dersom noen av UR eller VR er aktivert,

B = 1 om noen av UR eller VR er aktivert og BR samtidig er aktivert, og

B = 0 dersom ingen av UR, VR eller BR er aktivert eller om noen av UR eller VR er aktivert, men ikke BR.

Når en manøver skal utføres, utføres først - slik som allerede omtalt - en utvelgelse av den aktuelle elkopler. Dersom nå eksempelvis bryter Bl skal manøvreres, får således reléenheten signalet UB1 via tastbord og datamaskin. Derved trekker relé URB1 til og får selvholding via URB1:1. Samtidig lukkes også URB1:2 og :3, hvilket innebærer at Bl kan manøvreres så fort iverkset-telsesordren kommer. Nå vil også URB1:4 bli åpnet og :5 bli lukket, hvilket i sin tur har som resultat at blokkeringsreléet BR trekker til. Derved hindres utvelgelse av en annen elkopler. Ettersom BR: 4 nå er lukket, "0"-stilles overvåkingsenhetens inngang A, og inngangen B 11111-stilles.

Det skjer nå en logisk kontroll i overvåkingsenheten om en utvelgelse er gjort, og om A og B har skiftet fra "1" og "0" til "0" og "1". Dersom dette er tilfelle, mens utvalgsreléet for Bl er aktivert, vil signalet VT bli tilført fra datamaskinen til reléenheten når tasten for iverksett TIL trykkes ned. Derved trekker reléet VRT til og bryteren Bl manøvreres til TIL-stilling. Da bryterens manøverorgan har holdekretser, kan nå begge signaler UB1 og VT opphøre.

Fråkopling av bryteren skjer på samme måte ved hjelp av utvelgelse, logisk kontroll og iverksettelse. Manøvrering av øvrige elkoplere skjer på tilsvarende måte.

Oppfinnelsens oppgave er å sikre mot uberettiget funksjon, f .eks. dersom datamaskinen avgir et utvalgssignal eller iverksettelsessignal uten at dette er blitt beordret. Denne type feil vil i det følgende bli omtalt som utgangsfeil og betegnes med "U". En annen type feil kan skrive seg fra reléenheten, f.eks. dersom både "A" og "B" samtidig viser "0" eller "1". Denne type feil vil i det etterfølgende bli omtalt som inngangsfeil (til overvåkingsenheten) og betegnes med "I".

Dersom datamaskinen feilaktig gir utvalgssignal UB1, vil ved for øvrig feilfri reléenhet de allerede beskrevne relésekvenser bli utført, dvs. blant annet at "A" og "B" skifter fra "1" og "0" til "0" og "1". Den logiske bedømmelse i overvåkingsenheten konstaterer imidlertid nå at ingen beordring har skjedd, og fra datamaskinen kommer det derfor beskjed om at det finnes en utgangsfeil.

Dersom det oppstår en feil på datamaskinens utvalgsut-ganger eller på ett av reléene i reléenheten, såsom f.eks. uteblitt funksjon ved beordring, vil inngangene A og B ikke bli endret fra "1" og "0" til "0" og "1". Ved fastsveisede kontakter går A og B ikke tilbake etter en manøver fra "0" og "1" til "1" og "0". Datamaskinen skal da signalere en utgangsfeil.

For å beskrive overvåkingsenhetens beslutningslogikk, vil følgende betegnelser bli benyttet foruten de tidligere definerte tilbakelesingssignaler A og B: UV = 1 dersom utvelgelse er blitt begjært, UV = 0 dersom utvelgelse ikke er blitt begjært

A = 1 dersom reléenhet ikke er aktivert, A = 0 dersom reléenhet er aktivert

B = 0 dersom reléenhet ikke er aktivert, B = 1 dersom reléenhet er aktivert

I = inngangsfeil, dvs. feilaktige tilbakelesingssignaler U = utgangsfeil, dvs. uberettiget eller uteblitt aktivering av reléenhet

K = korrekt fungerende datamaskin og reléenhet

For å kunne beskrive beslutningslogikken ifølge oppfinnelsen uttrykt i boolsk algebra med bokstavbetegnelser, vil invertert A bli betegnet med A, invertert B vil bli betegnet med B, og invertert UV vil bli betegnet med UV. Beslutningslogikken blir da som følger:

I = (A B) + (A B)

U = (UV A B) + (UV -A-B)

K = (UV A B) + (UV -A-B)

Den logiske forbindelse kan også uttrykkes ved hjelp av følgende tabell:

Dette innebærer at logikksystemet ved følgende feiltilfeller hindrer manøvrering av en eller annen elkopler ettersom

uberettiget eller uteblitt aktivering av utvalgsreléer

UR oppdages ved tilbakelesing

uberettiget aktivering av iverksettelsesreléer VR

oppdages ved tilbakelesing

feil på en av de komplementære innganger A eller B for tilbakelesing oppdages enten direkte eller ved aktivering av utvalgsrelé

ved deaktivering av et relé oppdages sveising av manøverkontakter ved tilbakelesing takket være bruken av sikkerhetsreléer.

Ved følgende feiltilfeller hindrer blokkeringsreléet BR manøvrering ettersom

aktivering av iverksettelsesrelé VR før utvalgsrelé UR

medfører blokkering av utvalgsreléene

aktivering av et utvalgsrelée medfører blokkering av øvrige utvalgsreléer, dvs. at samtidig aktivering av flere utvalgsreléer ikke kan utføres.

Den realiserte overvåkingsenhet kan utformes på flere forskjellige måter. På fig. 3 er det vist en utførelse med konvensjonelle logiske elementer. Etter det som allerede er beskrevet, skal overvåkingsenheten foruten de binære signaler A og B også tilføres binær informasjon om et utvalg eller en utvelgelse UV er blitt gjort eller ikke.

Ettersom konstatering av om en inngangsfeil finnes eller ikke, er uavhengig av om en utvelgelse av elkopler er blitt utført eller ikke, er det for den boolske likning for "I" tilstrekkelig med et OG-element 1, et OG-element 2 med negerende innganger, og et ELLER-element 3.

Ved en logisk beslutning om det finnes en utgangsfeil "U" fra datamaskinen, kreves det tilgang til samtlige tre parametere A, B og UV. Slik det fremgår av figuren, kan den boolske likning for "U" utføres ved hjelp av to OG-elementer 4 og 5 med tre innganger samt et to-inngangers ELLER-element 6.

I visse forbindelser kan det være fordelaktig å ha tilgang til en bekreftelse på at datamaskinens utganger er feilfrie. Den boolske likning for "K" kan, slik det fremgår av fig. 3, utføres med de samme logiske elementer som ved utførelsen av likningen "U", dvs. med to OG-elementer 7 og 8 og et ELLER-element 9.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for å sikre mot uberettiget funksjon av elkoplere (Bl, Fl, F2) som manøvreres ved hjelp av et tastbord (TB), en dataskjerm (DS) og en datamaskin (DA), KARAKTERISERT VED at den omfatter en utvalgsfase, en overvåkingsfase og en iverksettelsesf ase, og at utvalgsfasen innebærer at en aktuell elkopler utvelges og forberedes for manøvrering via et utvalgsrelé (UR) for hver elkopler, at samtlige øvrige elkoplere som kan manøvreres fra datamaskinen via et blokkeringsrelé (BR), blokkeres, og at informasjon om at utvalg har skjedd, A, eller at utvalg ikke har skjedd, A, og informasjon om at blokkering har skjedd, B, eller at blokkering ikke har skjedd, B, tilbakeleses til overvåkings fasen der det kontrolleres om ordre om utvalg, UV, er blitt begjært, eller om ordre om utvalg ikke er blitt begjært, UV, om øvrige elkoplere er blokkert, og om aktuell elkopler er forberedt for manøvrering, og at iverksettelsesfasen aktiveres når overvåkings fasen gir klartegn for manøvrering via iverksettelsesreléer (VR), slik at den aktuelle elkopler manøvreres.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den til overvåkings fasen tilbakeleste informasjon A, A, B, B sammen med informasjon om utvalg UV, UV anvendes dels for å se om en inngangsfeil 1= (A • B) + (A-B) finnes, dels for å se om datamaskinen er beheftet med en utgangsfeil U = (UV • A • B) + (UV • A • B) på grunn av uberettiget eller uteblitt aktivering av utvalgsreléer (UR), blokkeringsrelé (BR) eller iverksettelsesreléer (VR), og dels for å bekrefte riktig funksjon av reléer og datamaskin dersom K= (UV* A* B) + (UV • A* B).

3. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 for å sikre mot uberettiget funksjon av elkoplere, KARAKTERISERT VED at den omfatter en reléenhet (RU) og en overvåkingsenhet (SU), at reléenheten omfatter et utvalgsrelé (UR) for hver elkopler, et blokkeringsrelé (BR) for blokkering av utvalg av øvrige elkoplere, og iverksettelsesreléer (VR) for TIL- og FRA-funksjon av elkoplere, at reléenheten er innrettet til å avgi tilbakelesingssignaler A, A, B, B til overvåkingsenheten om tilstandsstatus for de inngående reléer, og at overvåkingsenheten omfatter logiske elementer i form av OG-elementer (1, 2, 4, 5, 7, 8) og ELLER-elementer (3, 6, 9), som dels er koplet for å avgi informasjon I om en feil oppstår i reléenheten om I = (A • B) + (A B), dels er koplet for - sammen med informasjon om at utvalg UV, UV av elkopler har skjedd - å avgi informasjon U om at datamaskinen avgir feilaktig ordre til reléenheten når U = (UV • A - B) + (UV • A - B), og dels å avgi informasjon K dersom datamaskin, reléenhet og overvåkingsenhet er feilfrie når K = (UV A B) + (UV • A • B).

4. Anordning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at tilbake-lesingssignalet A = 1 dersom ingen av utvalgsreléene (UR) eller iverksettelsesreléene (VR) er aktivert, at A = 0 dersom noen av utvalgsreléene (UR) eller iverksettelsesreléene (VR) er aktivert, at B = 1 dersom noen av utvalgsreléene (UR) eller iverksettelsesreléene (VR) er aktivert og samtidig blokkeringsreléet (BR) er aktivert, og at B = 0 dersom ingen av utvalgsreléene (UR), iverksettelsesreléene (VR) eller blokkeringsreléet (BR) er aktivert, eller om noen av utvalgsreléene (UR) eller iverksettelsesreléene er aktivert, men ikke blokkeringsreléet.