СПОСОБ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОПРИВОДОМ Российский патент 1999 года по МПК H01H33/34 

Изобретение относится к гидравлическим приводам высоковольтных электрогазовых выключателей, а именно к приводам с газогидравлическими аккумуляторами энергии и касается способов контроля за аккумулированием энергии и управления этим процессом.

В гидроприводах при совершении оперирования, а также вследствие внутренних утечек происходит расход масла из аккумуляторов, и давление снижается. Уровень запасенной энергии падает. Для пополнения запаса энергии служит гидронасос. Диапазон запасенной энергии, ограниченный командами "насос включить" и "насос отключить" является рабочим. При снижении уровня запасенной энергии ниже рабочего в приводе срабатывают блокировки, предотвращающие оперирование приводом, путем размыкания цепи пусковых электромагнитов. Вначале срабатывает блокировка, предотвращающая запуск цикла автоматического повторного включения ОВО или ОВО-ВО, где О - операция отключения, В - операция включения, для которого требуется наибольший запас энергии. Затем следуют блокировки ВО и О.

Известен способ контроля и управления гидроприводом с газогидравлическим аккумулятором энергии [1], заключающийся в том, что включение и отключение гидронасоса, а также срабатывание блокировок производят по величине давления масла в гидроприводе. Указанные операции производят с помощью многоконтактного реле давления (выключателя по давлению). Способ основан на том, что при расходовании масла из полости аккумулятора происходит расширение газа и давление падает в соответствии с величиной относительного увеличения газового объема.

Данный способ применяется и в других известных гидроприводах для контроля за уровнем запасенной энергии в газогидравлических аккумуляторах [2,3].

Недостатком известного способа является сложность обеспечения стабильных характеристик привода. Так для обеспечения более равных скоростей движения контактов в циклах стремятся выбрать такой объем газа в аккумуляторе, чтобы расход масла в первой операции отключения не приводил к существенному снижению давления и, следовательно, к снижению скорости во второй операции отключения. С этой же целью стремятся сократить диапазон рабочего давления между отключением и включением гидронасоса. Таким образом, понятное стремление обеспечить работу привода в циклах при более постоянном давлении вступает в противоречие с возможностью управления приводом по давлению, накладывает слишком высокие требования к точности реле давления. Однако чувствительность используемых в гидроприводах реле давлений [3] составляет около 15 бар и диапазон давлений между отключением насоса и последней блокировкой операции "О" большой, более 80 бар. Это приводит к значительной разнице в скорости отключения.

Кроме того, способ управления работой гидронасоса по давлению не дает возможности точно контролировать состояние герметичности газовой полости аккумулятора. Действительно, если давление в гидроприводе будет снижаться вследствие утечки газа, то гидронасос также включится и подкачает масло в аккумулятор до восстановления прежнего значения давления. При этом объем газовой полости будет сокращаться. Понятно, что сокращение объема сжатого газа в аккумуляторе можно зафиксировать по снижению уровня масла в баке, однако это есть не точный контроль герметичности. Уровень в баке может изменяться и по причине утечки масла. Состояние привода, в котором присутствует утечка газа, даже самая незначительная, следует рассматривать как аварийное. Поэтому вопрос диагностики герметичности газовой полости является важным для обеспечения надежности привода.

Любой из указанных аналогов может быть принят за прототип, поскольку их объединяет одинаковая совокупность признаков по указанному способу.

Решаемой технической задачей является обеспечение более точного и надежного контроля за аккумулированием энергии в газогидравлических аккумуляторах, используемых в гидроприводах высоковольтных выключателей, тем самым повышение надежности выключателя в целом.

Поставленная техническая задача решается в способе контроля и управления гидроприводом с газогидравлическим аккумулятором энергии, заключающимся в том, что при снижении уровня запасенной энергии в аккумуляторе производят включение электродвигателя гидронасоса, при достижении исходного запаса энергии производят его отключение, а также при снижении уровня запасенной энергии ниже рабочего производят включение соответствующих блокировок путем размыкания цепи пусковых электромагнитов, по которому указанные операции управления гидронасосом и включения блокировок производят по величине перемещения поршня газогидравлического аккумулятора, обеспечив кинематическую связь поршня с переключателями механического электроконтактного устройства через гидравлическую полость высокого давления газогидроаккумулятора.

При аварийном снижении давления масла ниже минимального уровня дополнительно блокируют запуск любых оперирований приводом, что выполняют с помощью одноконтактного реле давления, настроенного на срабатывание при снижении давления масла ниже указанного уровня.

По такому способу контроль за уровнем запасенной энергии в аккумуляторе выполняется по величине маневрового объема масла в аккумуляторе, то есть по величине возможного перемещения поршня аккумулятора. Расход масла в гидроцилиндре строго определен на операцию отключения и включения, поэтому контролируя запас масла, который может быть вытеснен из аккумулятора, можно точно судить о возможности выполнения цикла с определенным набором операций О и В.

Воздействуя на переключатели механического электроконтактного устройства жестким элементом, который кинематически связан с поршнем газогидроаккумулятора и отслеживает его перемещения, можно довольно точно, до долей мм, производить срабатывание блокировок, включение или отключение насоса по ходу поршня. В контролируемые моменты, например, в момент отключения насоса, положение поршня всегда одно и то же, следовательно, в данный момент всегда неизменен объем газовой полости. Если в этом положении замечено снижение давления масла по манометру, который имеется в приводе и подключен к гидравлической полости, то можно однозначно судить о наличии утечек газа. К тому же утечку можно не только зафиксировать качественно, но и определить количественно, чем обеспечивается возможность диагностики привода. Конечно это строго справедливо для одинаковой температуры окружающего воздуха, но, контролируя ее, всегда можно пересчитать давление для одинаковых условий.

Если температура окружающего привод воздуха будет изменяться в широком диапазоне, то это может привести к заметному изменению давления и скорости оперирования. Вместе с тем по заявленному способу - контроль исходного состояния ведут не по давлению, а по маневровому запасу масла. Но следует заметить, что при эксплуатации высоковольтных выключателей предусматривается подогрев внутри шкафа, в котором размещен гидропривод, этим сокращают температурный диапазон и данная проблема имеет свое решение.

Для обеспечения автоматического запрета на оперирование при аварийном снижении давления предусмотрена дополнительная блокировка, которая сработает, если давление упадет ниже минимального значения. Данную блокировку производят с помощью одноконтактного реле давления, настроенного на срабатывание только при понижении давления, поэтому простого, не требующего узкого порога чувствительности.

На фиг.1 изображен гидравлический привод с газогидроаккумулятором, реализующий описываемый способ управления и контроля; на фиг. 2 и 3 в более крупном масштабе показано механическое электроконтактное устройство.

Привод содержит исполнительный гидроцилиндр 1 с поршнем 2 и односторонним штоком 3, переключающий клапан 4 с пусковыми электромагнитами отключения 5 и включения 6, гидронасос 7 с электродвигателем 8, сливной бак 9, газогидравлический аккумулятор 10, разделенный поршнем 11 на гидравлическую 12 и газовую 13 полости, электроконтактное устройство 14 и манометр 15, подключенный к надпоршневой полости гидроцилиндра. В приводе использован, например, электроконтактный манометр, включающий в себя реле, настроенное на минимальное давление масла. Поршень 11 кинематически связан с переключателями 16 электроконтактного устройства 14. Кинематическая связь состоит из стержня 17, закрепленного на поршне 11 и выходящего через гидравлическую полость 12 из аккумулятора, зацепления в виде зубчатой рейки 18 и шестерни 19, и набора кулачков 20 по числу переключателей 16, посаженных на одном валу 21 с шестерней 18. Стержень 17 в месте выхода из аккумулятора имеет узел уплотнения 22.

Описываемый способ осуществляется в гидроприводе следующим образом.

Привод изображен на фиг. 1 в положении "включено". При срабатывании пускового магнита 5 золотник переключающего клапана 4 перемещается вправо и подпоршневая полость цилиндра подключается к сливному баку 9. Поршень 2 со штоком 3 перемещается по направлению вниз, высоковольтный выключатель 23 размыкается. Количество масла, расходуемое на перемещение поршня 2, вытекает из полости 12, при этом поршень 11 аккумулятора под давлением газа в полости 13 перемещается по направлению вверх на расстояние строго определенное расходом масла из полости 12. Зубчатая рейка 18, закрепленная на стержне 17 повернет шестерню 19 и кулачки 20 на угол, пропорциональный линейному перемещению поршня 11. Кулачок 20 (один или несколько, в зависимости от настройки и хода поршня 11) при повороте надавливает на ролик 24, обеспечивая срабатывание переключателей 16. Переключатели 16, выбранные для включения гидронасоса и включения блокировок, срабатывают при вращении вала 21 по часовой стрелке. Переключатель, выбранный для отключения гидронасоса, срабатывает при повороте вала 21 против часовой стрелки, то есть при движении поршня 11 вниз и его возврате в исходное положение. За счет поворота кулачков 20 относительно вала 21 имеется возможность настройки момента срабатывания каждого кулачка, после чего кулачки фиксируются, например, с помощью гайки 25.

Предлагаемый способ управления и контроля за аккумулированием энергии в газогидроаккумуляторе был экспериментально опробован на мощном гидроприводе с работой в операции отключения 30 кДж. Маневровый ход поршня составил 65 мм, в пределах которого выполнялись пять команд: насос отключить; насос включить; блокировка ОВО; блокировка ВО и блокировка О. При этом командам соответствовали следующие давления масла: 225 бар; 220 бар; 217 бар; 205 бар и 202 бар.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает возможность управления и контроля приводом с газогидравлическим аккумулятором энергии при малых изменениях давления между контролируемыми интервалами. Контроль минимального уровня запасенной в аккумуляторе энергии как по необходимому для операции отключения запасу масла, так и по минимальному давлению масла, дает надежную защиту от оперирования в случае аварийного снижения энергии. Это обеспечивает стабильность характеристик гидропривода и повышенную его надежность.

Список литературы:
1. Информационное издание фирмы ВВС SF₆ - Schaltanlage Leistungsschalter Тур ELKSN2, Druckschrift Nr. CH-A 307336D.

2. Информационное издание фирмы Сименс. SF₆ - circuit brea Ker. Type 3AT 2/3.

3. THT drive. Информационное издание фирмы ETNA industrie.

Способ контроля и управления относится к гидроприводам высоковольтных элегазовых выключателей, а именно к приводам с газогидравлическими аккумуляторами энергии, и касается способов контроля за аккумулированием энергии и управления этим процессом. Способ заключается в том, что включение электродвигателя гидронасоса при снижении уровня запасенной энергии, его отключение при достижении исходного запаса энергии, а также включение соответствующих блокировок при снижении уровня запасенной энергии ниже рабочего производят по величине перемещения поршня газогидроаккумулятора, осуществляемого с помощью кинематической связи поршня, проходящей через гидравлическую полость высокого давления, с механическим электроконтактным устройством. Технический результат заключается в повышении точности и надежности контроля за аккумулированием энергии в газогидравлических аккумуляторах. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля и управления гидроприводом с газогидравлическим аккумулятором энергии, заключающийся в том, что при снижении уровня запасенной энергии в аккумуляторе производят включение электродвигателя гидронасоса, при достижении исходного запаса энергии производят его отключение, а также при снижении уровня запасенной энергии ниже рабочего производят включение соответствующих блокировок путем размыкания цепи пусковых электромагнитов, отличающийся тем, что указанные операции управления гидронасосом и включение блокировок производят по величине перемещения поршня газогидравлического аккумулятора, обеспечив кинематическую связь поршня с переключателями механического электроконтактного устройства через гидравлическую полость высокого давления газогидроаккумулятора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при снижении давления масла ниже минимального уровня дополнительно блокируют запуск любых оперирований гидроприводом, что выполняют с помощью одноконтактного реле давления, настроенного на срабатывание при снижении давления масла ниже указанного уровня.