УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ БЛОКИРОВКИ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2006 года по МПК H01H9/28 

Изобретение относится к блокирующим устройствам коммутационных аппаратов электроустановок, преимущественно распределительных устройств электростанций и подстанций.

Известно устройство блокировки электроустановок, содержащее систему блок-замков, смонтированных на приводах коммутационных аппаратов, и обменный блок с системой блок-замков, взаимодействующих с подвижной реечной системой, выполненной в виде сочетания продольных и поперечных реек, отображающих электрическую схему электроустановки (1).

В этом устройстве отсутствует возможность автоматического изменения его состояния и автоматического формирования разрешительных напряжений для блок-замков коммутационных аппаратов в электрической схеме электроустановки при операциях включения или отключения.

Изменение состояния устройства блокировки выполняется оперативным персоналом вручную с помощью набора ключей, каждый из которых подходит только к определенным блок-замкам устройства и коммутационного аппарата (2). Изменение электрической схемы электроустановки, правил или последовательности производства переключений в электрической схеме электроустановки вызывает необходимость изготовления новых механических деталей, узлов и ключей устройства блокировки для замены старых.

Известно наиболее близкое к предлагаемому устройство электромагнитной блокировки, состоящее из блок-контактов сигнализации автоматической (КСА), вал которых шарнирно соединен через механические элементы с приводом, осуществляющим поворот поворотного элемента, производящего размыкание или замыкание электрической цепи в коммутационном аппарате, блок-замков, установленных на приводах коммутационных аппаратов, блока питания, соединенных в общую электрическую схему кабельными линиями (3).

Недостатками известного устройства электромагнитной блокировки являются: случаи неправильной работы из-за возникающего в процессе эксплуатации несоответствия положения поворотного элемента коммутационного аппарата, положению поворотного вала блок-контактов КСА, сигнализирующих в электрическую схему блокировки о положении коммутационного аппарата, за счет люфтов и свободных ходов в сочленениях деталей механизма привода и больших зазоров в шарнирных соединениях тяг; ненадежная работа из-за большого количества подвижных и неподвижных блок-контактов КСА, расположенных на приводах коммутационных аппаратов и соединенных кабельными линиями в общую электрическую схему, особенно в открытых распределительных устройствах (ОРУ), где коммутационные аппараты располагаются на открытом воздухе и существует сложность поддержания необходимого уровня изоляции электрических цепей (4).

Задачей изобретения является повышение надежности работы электромагнитной блокировки и снижение затрат на эксплуатацию, монтаж и пусконаладочные работы за счет использования для бесконтактной сигнализации положения коммутационных аппаратов, указателя с сигнальным постоянным магнитом, жестко закрепленным на поворотном элементе, непосредственно производящем замыкание или размыкание электрической цепи в коммутационном аппарате, и герконовых беспроводных передатчиков, которые через приемное устройство сигнализируют в логическую схему о положении коммутационного аппарата.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве электромагнитной блокировки, содержащем сигнализаторы положения коммутационных аппаратов, блок-замки на приводах коммутационных аппаратов и электромагнитный ключ, сигнализаторы положения коммутационных аппаратов выполнены бесконтактными, состоящими из:

указателя из немагнитного пластичного материала, один конец которого жестко закреплен с помощью мощного постоянного магнита на поворотном элементе коммутационного аппарата, который непосредственно производит замыкание или размыкание электрической цепи в схеме электроустановки, на другом свободном конце жестко закреплен сигнальный постоянный магнит;

герконовых беспроводных передатчиков, установленных на конструкции коммутационного аппарата на свободном конце крепежной планки из немагнитного пластичного материала, которая другим концом жестко закреплена с помощью мощного постоянного магнита на конструкции коммутационного аппарата в точках положения указателя, соответствующих включенному и отключенному положению коммутационного аппарата;

приемного устройства, каждый выход которого однозначно соответствует непрерывному кодированному радиосигналу каждого герконового беспроводного передатчика, причем один из выходов приемного устройства однозначно соответствует непрерывному кодированному радиосигналу герконового беспроводного передатчика электромагнитного ключа.

Кроме того, устройство снабжено логической схемой, которая собрана или создана программно в соответствии со схемой электроустановки, правилами и условиями производства переключений, входы которой подключены к выходам приемного устройства, а выходы соединены кабельными линиями с блок-замками, причем выход приемного устройства, однозначно соответствующий герконовому беспроводному передатчику электромагнитного ключа, используется для дистанционного подключения логической схемы к источнику питания.

Кроме того, электромагнитный ключ дополнительно содержит в составном корпусе из небьющегося изоляционного материала герконовый беспроводный передатчик, постоянный магнит и толкатель с возвратной пружиной, предназначенный для открытия блок-замка и дистанционной подачи питания на логическую схему только на время открытия блок-замка перед началом операции с коммутационным аппаратом, для исключения неопределенности в момент коммутации электрической цепи за счет возникновения радиопомех из-за возможного кратковременного появления электрической дуги или искры и несанкционированного вмешательства посторонних лиц в процесс переключений.

Устройство электромагнитной блокировки поясняется чертежами, где на:

фиг.1 представлена часть конструкции такого коммутационного аппарата как разъединитель, на котором установлены элементы бесконтактной сигнализации положения разъединителя, включая и герконовый беспроводный передатчик;

фиг.2 представлена однолинейная (однофазная) структурная схема части устройства электромагнитной блокировки, а именно ячейки высоковольтной линии напряжением 220 кВ;

фиг.3 представлена конструкция электромагнитного ключа;

фиг.4 представлена схема работы бесконтактной сигнализации в процессе коммутации разъединителя.

На фиг.1 изображена часть конструкции такого коммутационного аппарата как разъединитель, а именно поворотная колонка 1 и узел ее вращения 2. На валу поворотной опоры 3 установлен указатель 4. Указатель 4 выполнен из немагнитного пластичного материала. Один конец указателя 4 жестко закреплен на валу поворотной опоры 3 с помощью мощного постоянного магнита 5, на другом свободном конце указателя 4 жестко закреплен сигнальный постоянный магнит 6. Указатель 4 закреплен таким образом, что находится в одной плоскости с контактным ножом разъединителя 7. На опорной раме 8 разъединителя жестко закреплена крепежная планка 9 из немагнитного пластичного материала. Один конец крепежной планки 9 закреплен на опорной раме 8 разъединителя с помощью мощного постоянного магнита 5, на другом свободном конце крепежной планки жестко закреплен герконовый беспроводный передатчик 10. Один герконовый беспроводный передатчик 10 на крепежной планке 9 установлен в точке, соответствующей включенному положению разъединителя. Другой герконовый беспроводный передатчик установлен аналогично в точке, соответствующей отключенному положению разъединителя. Герконовый беспроводный передатчик 10 содержит: герметичный контакт, срабатывающий под действием магнитного поля сигнального постоянного магнита 6; внутренний высокочастотный радиопередатчик, батареи питания и работает автономно.

На фиг.2 изображена однофазная (однолинейная) структурная схема части устройства электромагнитной блокировки, а именно ячейки высоковольтной линии напряжением 220 кВ, которая подключена к двойной системе шин (1СШ и 2СШ) с обходной системой шин (ОСШ). На каждом из коммутационных аппаратов: линейном разъединителе (ЛР), шинных разъединителях первой и второй систем шин (ШР-1, ШР-2), обходном разъединителе (ОР), высоковольтном выключателе (ВВ), заземляющем ноже обходного разъединителя со стороны ОСШ (3Н-ОР-Ш), заземляющем ноже линейного разъединителя со стороны линии (3Н-ЛР-Л); заземляющем ноже линейного разъединителя со стороны ВВ (3Н-ЛР-В), заземляющих ножах шинных разъединителях со стороны шин (3Н-ШР-1-Ш, 3Н-ШР-2-Ш), заземляющих ножах шинных разъединителей со стороны ВВ (3Н-ШР-1-В, 3Н-ШР-2-В) установлены герконовые беспроводные передатчики сигнализации включенного и отключенного состояния коммутационного аппарата (ГБПД-В и ГБПД-О). Совершенно автономно и независимо располагается, например, на щите управления или в отдельном шкафу на ОРУ приемное устройство (ПУ), на выходах которого включены реле сигнализации, которые однозначно соответствуют кодированному радиосигналу только одного строго определенного герконового беспроводного передатчика, например реле сигнализации герконового беспроводного передатчика, включенного положения заземляющего ножа шинного разъединителя первой системы шин со стороны шин (РС-ГБПД-В-3Н-ШР-1-Ш).

Кроме того, один выход приемного устройства с соответствующим реле сигнализации электромагнитного ключа (РС-ЭМК) предназначен для дистанционного подключения логической схемы (ЛС) к источнику питания от кодированного радиосигнала герконового беспроводного передатчика ключа.

Приемное устройство имеет светодиодную сигнализацию сработанного или несработанного состояния каждого из герконовых беспроводных передатчиков. Контакты реле сигнализации подключены к входам логической схемы (ЛС), которая в зависимости от включенного или отключенного состояния коммутационных аппаратов в соответствии с заданными правилами и условиями производства переключений в электрической схеме электроустановки, например ОРУ, формирует разрешительные напряжения на блок-замках (БЗ), клеммы которых подключены кабельными линиями к соответствующим выходам логической схемы. Блок-замки установлены на приводах коммутационных аппаратов и запирают (блокируют) привода коммутационных аппаратов не разрешая производство операций включения или отключения до тех пор, пока на клеммах не появится разрешительное напряжение с соответствующего выхода логической схемы.

Для открытия блок-замков и дистанционной подачи электропитания на логическую схему (ЛС) предусмотрен электромагнитный ключ, изображенный на фиг.3 и содержащий:

нижнюю цилиндрическую полую часть корпуса 11 с односторонним дном;

среднюю цилиндрическую сквозную полую часть корпуса 12;

верхнюю цилиндрическую полую часть корпуса 13 с односторонним дном;

упорные кольца 14, которые расположены между частями составного корпуса;

металлические токоподводящие штекеры 15;

полый электромагнит 16;

толкатель 17, в свою очередь состоящий из полого трубчатого хвоста 18, ловушки 19, цилиндрика 20, шляпки 21, соединенных в единую конструкцию винтами 22;

возвратную пружину 23;

герконовый беспроводный передатчик 10;

постоянный магнит 24.

На Фиг.3 также изображена часть конструкции блок-замка 25 с клеммами-гнездами 26 и запирающий стержень 27.

Для открытия блок-замка электромагнитный ключ металлическими токоподводящими штекерами 15 втыкается в клеммы-гнезда 26 блок-замка, при этом хвост 18 толкателя 17 упирается в корпус блок-замка 25 и перемещается внутри корпуса, сдавливая возвратную пружину 23, и перемещая герконовый беспроводный датчик 10 в зону действия постоянного магнита 24, вызывая его срабатывание, непрерывный закодированный радиосигнал вызывает срабатывание на соответствующем выходе приемного устройства (ПУ) реле сигнализации электромагнитного ключа, которое своими контактами подаст напряжение питания на логическую схему (ЛС) на время открытия блок-замка 25 перед операцией отключения или включения коммутационного аппарата. При наличии на клеммах-гнездах 26 блок-замка 25 разрешительного напряжения запирающий стержень 27 втягивается внутрь полого электромагнита 16, и блок-замок 25 отпирает привод коммутационного аппарата. При отводе электромагнитного ключа от корпуса блок-замка 25 хвост 18 толкателя 17 под действием возвратной пружины 23 выдвигается из корпуса, уводя герконовый беспроводный передатчик 10 из зоны действия постоянного магнита 24, что приводит к прекращению непрерывного кодированного радиосигнала, обесточению реле-сигнализации электромагнитного ключа и отключению логической схемы (ЛС) от источника питания. Выход штекеров 15 электромагнитного ключа из клемм-гнезд 26 прекращает питание электромагнита 16.

На фиг.4 изображена работа бесконтактной сигнализации в процессе коммутации разъединителя. Во включенном положении разъединителя сигнальный постоянный магнит 6 указателя 4 находится под герконовым беспроводным передатчиком 10 включенного положения. Этот ГБПД-В находится в сработанном состоянии. Другой герконовый беспроводный передатчик 10 сигнализации отключенного положения разъединителя ГБПД-О свободен от действия сигнального постоянного магнита 6 указателя 4 и находится в несработанном состоянии. При отключении разъединителя его поворотная колонка 1 поворачивается на угол 90 градусов от первоначального положения, и контактный нож 7 размыкает электрическую цепь в электрической схеме электроустановки. Вместе с колонкой 1 на угол 90 градусов поворачивается указатель 4, освобождая от своего действия ГБПД-В, который переходит из сработанного состояния в несработанное, после чего сигнальный постоянный магнит 6 указателя 4 занимает положение под ГБПД-О, который под его действием срабатывает. При включении разъединителя все происходит в обратном порядке. Аналогичным образом работает бесконтактная сигнализация и на других коммутационных аппаратах.

Радиосигналы с ГБПД коммутационных аппаратов принимаются ПУ без применения кабельных или проводных линий. В качестве ГБПД в процессе отработки макета устройства электромагнитной блокировки использовался герконовый беспроводный передатчик типа DXS-31 американской фирмы Linear/security, в качестве ПУ приемник той же фирмы DXR-701. ЛС можно выполнить как путем соединения в общую схему контактов реле сигнализации, так и создавая соответствующую конфигурацию программно на базе процессорного терминала управления присоединением высокого напряжения.

Выполнение устройства электромагнитной блокировки, в котором указатель и крепежная планка выполнены из пластичного и гибкого материала, обеспечивает легкую "моментальную" настройку как по месту установки коммутационного аппарата, так и на заводе-изготовителе, без вывода в ремонт, как самого коммутационного аппарата, так и устройства электромагнитной блокировки, путем подгиба крепежной планки и указателя в нужном направлении на требуемую величину до получения надежного срабатывания герконовых беспроводных передатчиков.

Выполнение устройства электромагнитной блокировки, в котором установка и жесткое крепление указателя и крепежной планки осуществляется при помощи мощного постоянного магнита на стальной конструкции коммутационного аппарата, обеспечивает легкий "моментальный" и "беззатратный" монтаж, без применения каких-либо инструментов, механосборочных работ и доводочных операций, на находящихся в работе и под напряжением коммутационных аппаратах без вывода их в ремонт, без вывода в ремонт устройства электромагнитной блокировки. Демонтаж и замена установленных элементов при необходимости выполняется также легко.

Выполнение устройства электромагнитной блокировки с применением указателя, который простым сочленением с помощью мощного постоянного магнита превращает поворотный, переключающий (коммутационный) элемент коммутационного аппарата и указатель в единую конструкцию, которая, совершая движение в процессе коммутации, становится при наличии сигнального постоянного магнита, бесконтактным сигнализатором, совершенно автономным и самодостаточным, независимым от приводных механизмов, и для формирования сигнала сигнализации, не требующий подвода энергии от внешнего источника, позволяет выполнить сигнализацию автономной и независимой от привода, то есть бесконтактной и бесприводной, способной работать без подвода "извне" напряжения питания или какой-либо другой энергии для формирования сигнала сигнализации, так как постоянный магнит формирует сигнал сигнализации бесконтактно с помощью действия своего магнитного поля; и исключить случаи неправильной работы, из-за возникающего в процессе эксплуатации несоответствия положения поворотного элемента коммутационного аппарата, положению поворотного вала блок-контактов КСА, за счет люфтов и свободных ходов в сочленениях деталей механизма привода и больших зазоров в шарнирных соединениях тяг.

Выполнение устройства электромагнитной блокировки, в котором в качестве формирователя сигнала используются герконовые беспроводные передатчики, абсолютно автономные и независимые, не требующие подвода энергии "извне". Позволяет отказаться от разветвленной кабельной сети, которая была необходима для подвода энергии от внешнего источника, организации кабельных каналов передачи сигнализации, полностью исключить большое количество электромеханических подвижных и неподвижных контактов, соединенных в длинные последовательные цепи.

Выполнение устройства электромагнитной блокировки с использованием герконовых беспроводных передатчиков с кодированным радиосигналом и приемного устройства, каждый выход которого однозначно соответствует сигналу конкретного герконового беспроводного передатчика, позволяет отказаться от разветвленной кабельной сети, в которой используются многожильные кабели;

снизить затраты на монтаж, пусконаладочные работы, дальнейшую эксплуатацию; автоматически исключит возможные ошибки при монтаже;

обеспечивает возможность использовать приемное устройство со встроенной сигнализацией в качестве контрольного устройства при проведении переключений за состоянием электроустановки и действиями оператора;

обеспечивает возможность построения "живой" мнемосхемы;

обеспечивает возможность использования устройства электромагнитной блокировки в схемах автоматизированных систем управления и контроля;

позволяет полностью исключить большое количество электромеханических подвижных и неподвижных контактов, соединенных в длинные последовательные цепи.

Выполнение устройства электромагнитной блокировки, в которой содержится отдельно выполненная логическая схема, которая является управляющим узлом, подающим разрешительные напряжения на блок-замки коммутационных аппаратов, позволяет:

формировать сигналы управления на блок-замки не во всей схеме электромагнитной блокировки, которая занимает всю территорию ОРУ, а в случае нескольких ОРУ всю территорию подстанции, как это предусмотрено в прототипе, а в ограниченном блоке или устройстве, расположенном вместе с приемным устройством в любом месте (например, на главном щите управления или на отдельном щите управления на ОРУ и т.д.);

сделать в случае необходимости переносным отдельным блоком приемное устройство и логическую схему, оставив одно кабельное разъемное соединение для подачи разрешительного напряжения на блок-замок;

формировать в логической схеме запрещающие или разрешающие связи между входными сигналами (контактами) и выходными сигналами (выходами на блок-замки) путем проводных соединений, перемычками или разрывами, или создавая эти связи программно, с применением в качестве управляющего блока процессорный терминал (или аналогичное цифровое устройство) без изменения материальной части, для выполнения любых схем блокировки, которые отражают схему электроустановки, правила и условия производства переключений;

отражать в логической схеме любые изменения схемы электроустановки, изменения правил и условий переключений либо установкой проводных перемычек, либо программно.

Выполнение устройства электромагнитной блокировки с применением электромагнитного ключа из небьющегося изоляционного материала, который в дополнение к электромагниту содержит герконовый беспроводный передатчик, постоянный магнит и толкатель с возвратной пружиной, позволяет автоматически дистанционно подавать разрешительные напряжения на блок-замки, только на время их открытия, и также автоматически снимать напряжения по окончании операции открытия блок-замка только посредством электромагнитного ключа оператора;

исключить возможность несанкционированного вмешательства посторонних лиц в процесс переключений;

обезопасить как ремонтный, так и оперативный персонал, занятый техобслуживанием коммутационных аппаратов от воздействия напряжения, подаваемого на блок-замки.

Предложенное устройство электромагнитной блокировки позволит повысить надежность работы электроустановок и добиться снижения уровня аварийности и травматизма в электроустановках любой сложности, в том числе состоящих из нескольких отдельных распредустройств разного напряжения, схемы которых меняются в процессе развития или реконструкции, а также при изменении правил и условий производства переключений, при любых сложных программах переключений путем автоматического предупреждения ошибок в процессе производства переключений;

создавать новые или отменять старые условия блокировки коммутационных аппаратов при нетиповых программах переключений, вызванных, например вводом нового оборудования, без изменения материальной части устройства.

Источники информации

1. Описание изобретения к патенту Российской Федерации № 2110865, кл. МПК 6 Н 01 Н 9/20, от 10.05.98 г.

2. Журнал "Энергетик" № 9, 2003 г., статья "О состоянии блокировочных устройств в распредустройствах электрических подстанций"; автор: Крашенинников В.А. с.15-16.

3. Инструкция по эксплуатации оперативных блокировок безопасности в распределительных устройствах высокого напряжения. Служба передового опыта и информации. М.: Союзтехэнерго, 1979 с. 9-38.

4. Журнал "Электрические станции № 8, 2002 г., статья "Анализ причин отказов электромагнитных блокировок на подстанциях Сургутских электрических сетей", авторы: Буткевич В.Ф., Крылов С.В., с.54-60.

Устройство предназначено для использования в области электротехники, в частности, для применения в распределительных устройствах электростанций и подстанций. Техническим результатом является повышение надежности работы и снижение затрат на эксплуатацию и пусконаладочные работы. Технический результат достигается за счёт того, что устройство, содержащее сигнализаторы положения коммутационных аппаратов, блок-замки на приводах и электромагнитный ключ, снабжено приемным устройством и логической схемой. Сигнализаторы положения выполнены бесконтактными, состоящими из указателя из немагнитного, пластичного материала и герконовых беспроводных передатчиков (ГБП). Каждый выход приемного устройства однозначно соответствует непрерывному кодированному радиосигналу каждого (ГБП). Входы логической схемы поключены к выходам приемного устройства, а выходы соединены с блок-замками. Один из выходов приемного устройства однозначно соответствует непрерывному кодированному радиосигналу (ГБП) электромагнитного ключа и используется для дистанционного подключения логической схемы к источнику питания. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство электромагнитной блокировки коммутационных аппаратов, содержащее сигнализаторы положения коммутационных аппаратов, блок-замки на приводах коммутационных аппаратов и электромагнитный ключ, отличающееся тем, что оно снабжено приёмным устройством и логической схемой, электромагнитный ключ снабжен герконовым беспроводным передатчиком, сигнализаторы положения коммутационных аппаратов выполнены бесконтактными, состоящими из указателя из немагнитного пластичного материала и герконовых беспроводных передатчиков, один конец указателя из немагнитного пластичного материала жестко закреплен с помощью мощного постоянного магнита на поворотном элементе коммутационного аппарата, который непосредственно производит замыкание или размыкание электрической цепи в схеме электроустановки, а на другом его свободном конце жестко закреплен сигнальный постоянный магнит, герконовые беспроводные передатчики установлены на свободном конце крепежной планки коммутационного аппарата, выполненной из немагнитного пластичного материала, которая другим концом жестко закреплена с помощью мощного постоянного магнита на конструкции коммутационного аппарата, в точках положения указателя, соответствующих включенному и отключенному положению коммутационного аппарата, каждый выход приемного устройства однозначно соответствует непрерывному кодированному радиосигналу каждого герконового беспроводного передатчика, причем один из выходов приемного устройства однозначно соответствует непрерывному кодированному радиосигналу герконового беспроводного передатчика электромагнитного ключа, входы логической схемы подключены к выходам приемного устройства, а выходы соединены кабельными линиями с блок-замками, причем выход приемного устройства, однозначно соответствующий герконовому беспроводному передатчику электромагнитного ключа, используется для дистанционного подключения логической схемы к источнику питания.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электромагнитный ключ снабжен дополнительным составным корпусом из небьющегося изоляционного материала, в котором размещены герконовый беспроводный передатчик, постоянный магнит и толкатель с возвратной пружиной.