Способ управления приводом гидрозатвора для гидрозатвора с электрической машиной, рабочая схема, привод гидрозатвора и гидроэлектростанция - RU2627999C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу в соответствии с родовым понятием пункта 1 формулы изобретения, для управления приводом гидрозатвора для гидрозатвора, в частности, для роликового гидрозатвора, предпочтительно в гидроэлектростанции, причем привод имеет асинхронную машину, в частности, асинхронный двигатель/генератор. Кроме того, изобретение относится к рабочей схеме для управления приводом гидрозатвора для гидрозатвора. Кроме того, изобретение относится к приводу гидрозатвора и гидроэлектростанции.

Гидроэлектростанция служит для преобразования потенциальной энергии воды в электрическую энергию. Для этого запруженная или текучая вода в водозаборном сооружении подается через уловитель наносов и входную решетку к турбине, расположенной обычно в турбинном трубопроводе (например, всасывающей трубе или напорной трубе), в направлении потока и тем самым приводит турбину в действие. Вода, выходящая из турбины, подается через выпуск к последующему водостоку. В зависимости от высоты падения между водозабором и выпуском различают гидроэлектростанции низкого, среднего и высокого давления; высота падения может находиться, как правило, в диапазоне между 1 м и до 10 м, в некоторых случаях даже выше 15 метров. В зависимости от высоты падения, могут использоваться различные типы турбин, как, например, описано в ЕР 1440240 В1. Независимо от конкретного выполнения турбины, было установлено, что они должны работать в зависимости от нагрузки; например, зависимый от нагрузки режим работы турбины может быть достигнут тем, что геометрия турбины устанавливается переменной, например, угол наклона лопаток турбины изменяется. Но помимо этого может потребоваться распознавать ситуацию аварийного закрытия и для этого запирать предусмотренный для защиты гидроэлектростанции гидрозатвор; например, это может касаться случая полностью открытой геометрии турбины, также в ситуациях нормального режима работы или тестирования; например, при выведенных из потока турбинных лопатках (турбина на проходе). Это может также относиться к реальным аварийным ситуациям; например, при проникновении негативно воздействующего на турбину наноса, или в случае технических проблем с гидрогенератором и/или турбиной гидроэлектростанции, водосброс должен быть остановлен. Таким образом, под ситуацией аварийного закрытия в данном случае, в общем, понимается любая рабочая ситуация, в которой необходимо или желательно закрыть гидрозатвор перед турбиной или соответственно перед турбинным трубопроводом.

Под гидрозатвором обычно понимается часть плотинного узла, в частности в гидроэлектростанции, которая имеет подвижное затворное устройство, в частности, затворный щит, для регулирования воды, протекающей через плотинный узел, в частности в гидроэлектростанции. Затворный щит может направляться, например, в нишах контрфорсов плотины, которые закреплены в плотинном узле. В принципе, проводится различие между скользящим затвором и роликовым затвором, в зависимости от того, является ли затворный щит подвижным в направляющих рельсах и/или направляется посредством направляющих роликов, таких как ходовые ролики и ведущие ролики роликового узла. Под приводом гидрозатвора, в общем, понимается любой привод, который пригоден, при известных обстоятельствах в комбинации с передаточным механизмом, для того, чтобы затворный щит непосредственно или с помощью роликового узла, например, ходовых и ведущих роликов, приводить в движение или стопорить.

Проблематичным в рабочей ситуации, в частности в ситуации аварийного закрытия, является то, что, с одной стороны, затворное устройство, такое как затворный щит, со сравнительно высокой силой тяжести должно плавно приводиться в движение. Сила тяжести затворного щита для инициирования движения сначала в принципе предпочтительна, но с другой стороны также требуется преодолевать сформированные силой тяжести значительные силы сопротивления движению затворного щита. Силы сопротивления, прежде всего, вызваны силами трения, действующими на направляющие затворного щита, частности также вследствие гидроэнергии. Затворные щиты могут иметь силы тяжести от нескольких тонн до десятков тонн.

С одной стороны, затворный щит или подобное затворное приспособление в рабочей ситуации, такой как ситуация аварийного закрытия, при известных обстоятельствах в наикратчайшее время может быть приведено в движение, преодолевая силы инерции и, главным образом, силы трения, чтобы избежать повреждений, в частности, в худшем случае разрушения турбинной установки и/или гидравлической машины (в частности, электрической гидравлической машины, содержащей генератор или подобное, в частности, включающей в себя, также необходимые передаточные механизмы или подобные компоненты трансмиссии и/или компоненты формирователя тока) гидроэлектростанции.

Но, прежде всего, движение затворного щита и предшествующее управление приводом гидрозатвора может быть особенно критичным тогда, когда ситуация аварийного закрытия совпадает с ситуацией, в которой электроснабжение более не доступно для привода гидрозатвора; в частности, эта ситуация является проблематичной в том случае, когда электрическая машина, т.е. электрический двигатель/генератор, предусмотрена в приводе гидрозатвора, так как в вышеупомянутой ситуации аварийного закрытия без электропитания обычные средства для торможения электрической машины в приводе гидрозатвора доступны из-за отсутствия электропитания лишь условно.

В такой ситуации необходимо учитывать, что затворный щит гидрозатвора, беспрепятственно перемещаемый в ситуации аварийного закрытия, в момент удара о грунт вызывает обширные повреждения направляющих затворного щита. Это объясняется инерционными силами ударяющегося затворного щита, имеющего большой вес. Например, силы 30-тонного затворного щита при высоте падения 10 м, вызвали бы разрушение по меньшей мере направляющих и основания гидрозатвора, а также, при известных обстоятельствах, самого затворного щита. В частности, нежелательным последствием также может быть заклинивание затворного щита в направляющих.

В результате, таким образом, в ситуации аварийного закрытия, даже в отсутствие электропитания, необходимо не только обеспечивать плавное движение затворного щита, но и соответствующее управление приводом гидрозатвора, чтобы предотвратить беспрепятственное забивание затворного щита в грунт.

Немецкое ведомство по патентам и товарным знакам в результате поиска в отношении приоритетной заявки для настоящей заявки выявило следующие источники предшествующего уровня техники: DE 8009242111 U1 и DE 893920.

Задачей изобретения является создать способ и устройство для управления приводом гидрозатвора с асинхронным двигателем для гидрозатвора, в частности, для роликового гидрозатвора, который при аварийном закрытии обеспечивает спуск затворного щита пассивно, то есть, в частности, без электропитания, даже без сетевого электропитания и даже без обеспечения системы бесперебойного электропитания, и при этом также предотвращает то, что затворный щит останавливается без торможения или иным неконтролируемым образом.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечить способ и устройство для управления приводом гидрозатвора, предпочтительно в режиме эксплуатации, которые улучшены по сравнению с предшествующим уровнем техники в отношении по меньшей мере для решения одной из проблем, описанных выше. По меньшей мере, должно быть предложено одно решение, альтернативное по отношению к решению, известному из предшествующего уровня техники. В частности, должны быть предложены устройство и способ, посредством которых в ситуации аварийного закрытия можно реагировать надежно и безопасно и избегать дальнейших повреждений.

Задача, относящаяся к способу, решается способом по пункту 1 формулы изобретения. В соответствии с изобретением предусмотрено, что асинхронный двигатель оснащен тормозом с устройством растормаживания, и способ после распознания ситуации аварийного закрытия в соответствии с изобретением содержит следующие этапы:

- отпускание тормоза с устройством растормаживания в случае, когда индицируется недостаточное электропитание,

- автоматическое приведение в действие электрической машины, причем электрическая машина эксплуатируется в генераторном островном режиме работы, при котором вращающееся поле генерируется автоматически.

Электрическая машина (двигатель/генератор) является, в частности, асинхронной машиной.

Предпочтительно, в приводе гидрозатвора применяется асинхронный двигатель/генератор (асинхронная машина). Хотя асинхронная машина оказывается принципиально предпочтительной для использования в приводе гидрозатвора, так как она является надежной и требует относительно незначительного обслуживания; главным образом это объясняется тем, что возможна работа без щеток. При трехфазном асинхронном двигателе принцип действия основан на вращающемся поле, которое генерируется обмоткой статора неподвижной части асинхронного двигателя, а именно, статора. На реализованной посредством обмотки статора первичной стороне асинхронного двигателя трехфазного тока находится вращающийся короткозамкнутый ротор (также называемый «беличье колесо»), который представляет собой вторичную сторону. Устанавливающийся ток зависит от частоты вращения. Ротор асинхронного двигателя, как правило, всегда вращается медленнее, чем вращающееся поле в катушках первичной стороны. Управление асинхронной машиной, в частности асинхронным двигателем, осуществляется в большинстве случаев через электромеханические контакторы. Можно управлять частотой вращения машины, в частности, частотой вращения двигателя, с помощью инверторов, таких, как, например, преобразователь частоты, путем увеличения или уменьшения частоты. Это в частности целесообразно в установке, такой как привод гидрозатвора, для которой при известных условиях требуется переменная частота вращения, без необходимости использования регулируемого передаточного механизма. Предпочтительным образом, в установке привода гидрозатвора также предусмотрен передаточный механизм для приведения в действие роликового узла, в частности с по меньшей мере одним направляющим роликом, для перемещения роликового гидрозатвора.

Способ в соответствии с концепцией изобретения оказывается достаточно надежным и одновременно его можно выполнять, в частности, без стремления избегать любых повреждений, даже в случае отсутствия электропитания. Предпочтительным образом, прежде всего надежное и безошибочное выполнение способа в ситуации аварийного закрытия возможно даже тогда, когда сетевое электропитание отсутствует, а также бесперебойное электропитание не доступно.

В рамках в частности предпочтительного усовершенствованного варианта выполнения способ, в частности после обнаружения ситуации аварийного закрытия, также содержит этапы: обнаружение недостаточного, в частности отсутствующего, электропитания. В частности, может обнаруживаться отсутствие сетевого тока или сетевого напряжения и/или отсутствие бесперебойного электропитания. Отсутствие бесперебойного электропитания также может определяться тем, что оборудование (USV) для бесперебойного электропитания не установлено - преимущество описанной здесь концепции изобретения состоит в том, что предпочтительным образом обеспечение оборудования (USV) для бесперебойного электропитания не требуется, так как концепция изобретения обеспечивает возможность надежной эксплуатации привода гидрозатвора также в ситуации аварийного закрытия без сетевого тока или соответственно без сетевого напряжения; это приводит к экономии конструктивных элементов и затрат.

Концепция изобретения также приводит к рабочей схеме по пункту 13 формулы изобретения, для управления приводом гидрозатвора для гидрозатвора, в частности, для роликового гидрозатвора, причем привод имеет асинхронную машину, в частности, асинхронный двигатель/генератор. В соответствии с изобретением предусмотрено, что

- электрическая машина, в частности асинхронная машина, имеет тормоз (230) с устройством растормаживания, причем

- рабочая схема содержит первую ветвь тока, в частности, для нормального режима работы, и вторую ветвь тока, в частности, для аварийного режима работы, причем

- вторая ветвь тока выполнена так, чтобы электрическую машину, в частности асинхронную машину, эксплуатировать в генераторном островном режиме работы, причем вращающееся поле может генерироваться автоматически.

В особенно предпочтительном варианте осуществления вращающееся поле может формироваться автоматически, в частности, с по меньшей мере первой ступенью нагрузочных резисторов для первой ступени управления и/или регулирования и второй ступенью нагрузочных резисторов для второй ступени управления и/или регулирования. Предпочтительным образом, тем самым могут быть реализованы различные тормозные сопротивления.

Концепция изобретения также приводит к приводу гидрозатвора по пункту 14 формулы изобретения. В частности, привод гидрозатвора выполнен для управления асинхронной машиной для гидрозатвора, предпочтительно выполнен в форме привода роликового гидрозатвора для роликового гидрозатвора.

Концепция изобретения также приводит к гидроэлектростанции по пункту 23 формулы изобретения с приводом гидрозатвора вышеупомянутого типа. В гидроэлектростанции привод гидрозатвора выполнен с возможностью управления электрической машиной, в частности асинхронной машиной, для гидрозатвора, в частности для роликового гидрозатвора, причем электрическая машина, в частности асинхронная машина, имеет тормоз с устройством растормаживания.

Электрическая машина, в частности асинхронная машина, в соответствии с изобретением содержит тормоз с устройством растормаживания, а также блок сигнализации. Блок сигнализации предпочтительно выполнен так, чтобы обнаруживать и/или индицировать ситуацию аварийного закрытия, в частности, также сбой в подаче тока питания или соответственно напряжения питания;

- исполнительный блок, который выполнен с возможностью реализации отпуска тормоза с устройством растормаживания, в частности, для случая, когда индицируется отсутствие электропитания;

- рабочая схема для автоматической эксплуатации асинхронной машины, причем рабочая схема выполнена, чтобы эксплуатировать асинхронную машину (как асинхронный генератор) в генераторном островном режиме, причем вращающееся поле может создаваться автоматически.

Предпочтительные варианты осуществления изобретений описаны в зависимых пунктах формулы изобретения и предоставляют в деталях предпочтительные возможности реализации поясненной выше концепции в рамках постановки задачи, а также с точки зрения других преимуществ.

В одном из вариантов осуществления способ также применим, когда обнаруживается электропитание. В этом случае пригодны, в частности, основанные на использовании тока меры для торможения асинхронного двигателя и, следовательно, затворного щита, такие как торможение противотоком, торможение при спуске или рекуперативное торможение или торможение постоянным током асинхронного двигателя.

В частности, в случае, если индицируется достаточное электропитание, предусмотрено: обнаружение электропитания, в частности, электропитания из электросети и/или системы бесперебойного электропитания (USV), причем электрическая машина, в частности асинхронная машина, приводится в действие с помощью электропитания. Электрическая машина, в частности асинхронная машина, может тогда эксплуатироваться с переменной скоростью вращения, в частности в том случае, когда индицируется достаточное электропитание. В частности, для этого случая может быть предусмотрено, что электрическая машина, в частности асинхронная машина, эксплуатируется для медленного закрытия гидрозатвора и/или запускается электрически плавный останов асинхронной машины. Это в частности верно в том случае, когда индицируется достаточное электропитание, в частности, при электрическом регулировании асинхронной машины и/или преобразователя частоты.

Дополнительно или альтернативно, в случае обнаружения недостаточного, в частности отсутствующего электропитания, например, недостаточного электропитания из электросети и/или недостаточного электропитания от системы бесперебойного электропитания (USV), в частности, дополнительно, в случае обнаружения ситуации аварийного закрытия, может быть предусмотрено, что запускается электромеханический плавный останов для асинхронного двигателя при регулировании и/или предпочтительно управлении тормозом с растормаживающим устройством. В общем, может быть предусмотрен известный тормоз с растормаживающим устройством. В частности, в рамках усовершенствованного варианта выполнения, тормоз с растормаживающим устройством предусмотрен таким образом, что в обесточенном состоянии асинхронный двигатель/генератор или подобная электрическая машина механически удерживается. Например, для этого возвратные пружины тормозных колодок могут прижимать аксиально подвижные анкерные диски ротора к фрикционной накладке против статора. Например, тормозной момент может передаваться на вал через шпоночное соединение держателя фрикционной накладки или соответственно зубчатого ведомого диска. Если постоянное напряжение приложено к тормозной катушке, то анкерный диск освобождает фрикционную накладку, так что двигатель может разгоняться. Это примерное описание тормоза с растормаживающим устройством служит только для иллюстрации возможного принципа действия тормоза с растормаживающим устройством, однако изобретение не ограничивается конкретным вариантом осуществления тормоза с растормаживающим устройством.

В рамках предпочтительного варианта осуществления способа, при обнаружении ситуации аварийного закрытия, осуществляется отпуск тормоза с растормаживающим устройством при автоматическом и автономном подъеме тормоза с растормаживающим устройством. В частности, тогда под действием силы тяжести гидрозатвора, в частности, затворного щита, асинхронный двигатель может приводиться в действие, например, тем, что затворный щит тянет тяговый трос направляющих роликов, и сила тягового троса через передаточный механизм передается далее на асинхронную машину. В частности, под воздействием силы тяжести затворного щита гидрозатвора асинхронная машина может приводиться в действие. В частности, это может осуществляться с помощью конденсаторного узла из конденсаторов возбуждения. В этом случае асинхронный двигатель или подобная электрическая машина генерирует вращающееся магнитное поле автоматически в генераторном островном режиме работы.

В частности, даже в случае недостаточного электропитания асинхронная электрическая машина или подобная электрическая машина может работать с различными, в частности, в значительной мере заданными постоянными первой и второй скоростями вращения, в частности в случае, когда индицируется недостаточное электропитание, в частности, отсутствие электропитания. Конкретно, по меньшей мере одна ступень управления и/или регулирования, в частности первая ступень управления и/или регулирования в качестве ступени торможения и вторая ступень управления и/или регулирования в качестве ступени останова может выполняться для асинхронной машины при переключении под нагрузкой тормоза с растормаживающим устройством.

Особенно предпочтительно, торможение асинхронной машины (в случае асинхронного генератора, приводимого в действие в островном режиме работы) может осуществляться путем подключения первой ступени нагрузочных резисторов. Регулирование торможения асинхронной машины может осуществляться, в частности, в зависимости от напряжения и/или в зависимости от положения гидрозатвора. Оказалось особенно предпочтительным, когда асинхронная машина регулируется на по меньшей мере двух ступенях частоты вращения. Для этого оказалось предпочтительным, первую и вторую ступень нагрузочных резисторов подключать в зависимости от напряжения и/или в зависимости от положения гидрозатвора, в частности, подключать первую и вторую ступень нагрузочных резисторов.

Для привода гидрозатвора оказалось в частности предпочтительным, что исполнительный блок содержит пружинный пневмоаккумулятор, посредством которого отпускается тормоз с растормаживающим устройством. Предпочтительно, исполнительный блок содержит регулировочный клапан с токовым замыканием (то есть в режиме регулирования с сетевым электропитанием или с электропитанием от системы бесперебойного питания) в нагнетательном трубопроводе исполнительного элемента между пружинным пневмоаккумулятором и тормозом с растормаживающим устройством. Так как регулировочный клапан за счет этого открыт в обесточенном состоянии, исполнительный блок обеспечивает за счет открытия регулировочного клапана, открытого в обесточенном состоянии, в нагнетательном трубопроводе исполнительного элемента между пружинным пневмоаккумулятором и тормозом с растормаживающим устройством приложение давления газа к тормозу с растормаживающим устройством. Под давлением газа тормоз с растормаживающим устройством может против силы возвратной пружины тормозных колодок тормоза с растормаживающим устройством автоматически и автономно быть отпущен и, тем самым, может освободить ротор электрической машины для вращения в статоре; таким образом, для генерации вращающегося поля.

Предпочтительно, рабочая схема имеет некоторое число конденсаторов и по меньшей мере одно первое число подключаемых нагрузочных резисторов. Некоторое число подключаемых нагрузочных резисторов предпочтительно может подключаться в зависимости от напряжения и/или в зависимости от положения гидрозатвора, в частности, один или несколько из двух, трех или более нагрузочных резисторов могут подключаться по отдельности или в группах. Предпочтительно электромеханический контактор может быть предусмотрен между конденсатором и нагрузочным резистором, чтобы подключать некоторое число подключаемых нагрузочных резисторов, предпочтительно в зависимости от напряжения и/или в зависимости от положения гидрозатвора. В принципе, также можно дополнительно или альтернативно к зависимости от напряжения и/или зависимости от положения установить другое средство зависимости для подключения (например, систему временного управления или другое средство регулирования или управления зависимостью) для того, чтобы реализовать тормозное сопротивление для гидрозатвора, в частности, путем подключения некоторого числа подключаемых нагрузочных резисторов. Электромеханический контактор имеет для этого предпочтительно электрическую управляющую линию и электрическую нагрузочную линию, в частности, как трехфазную линию.

В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предусматривается, что рабочая схема содержит средство управления, которое выполнено так, чтобы подключать первое число подключаемых нагрузочных резисторов и/или второе число подключаемых нагрузочных резисторов, в частности, в зависимости от напряжения и/или в зависимости от положения гидрозатвора и/или в зависимости от другого средства зависимости. Другой вариант осуществления предусматривает, что для опускания затворного щита гидрозатвора в частности предпочтительным образом может быть предусмотрено двухступенчатое или многоступенчатое управление и/или регулирование. Первая ступень управления и/или регулирования может, в частности, быть выполнена для того, чтобы затворный щит особенно быстро приводить в движение. Вторая ступень управления и/или регулирования может быть предпочтительно выполнена для эффективной реализации торможения затворного щита. Так электромеханический плавный останов для асинхронной машины может быть рассчитан так, что для большей части пути затворного щита первое число подключаемых нагрузочных резисторов обеспечивает наиболее эффективное приведение в действие привода гидрозатвора и, таким образом, наиболее эффективное опускание затворного щита. Для меньшей части пути электромеханический плавный останов для асинхронной машины может быть выполнен так, чтобы наиболее эффективно замедлять привод гидрозатвора и, таким образом, наиболее эффективно обеспечивать торможение затворного щита. Например, большая часть пути может соответствовать от 50% до 95% пути опускания затворного щита. Например, меньшая часть пути может соответствовать от 50% до 5% пути опускания затворного щита.

Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны со ссылкой на чертежи, в сравнении с предшествующим уровнем техники, который также частично показан. На них варианты осуществления не обязательно показаны в масштабе, а скорее представляют собой чертеж, служащий для пояснения, и выполненный в схематичном и/или слегка искаженном виде. Что касается дополнений к решениям, непосредственно понятных из чертежа, можно сослаться на соответствующий уровень техники. Следует отметить, что различные модификации и изменения, относящиеся к форме и деталям варианта осуществления, могут быть выполнены без отхода от общей идеи изобретения. Признаки изобретения, раскрытые в описании, на чертежах и в формуле изобретения, могут быть существенными для усовершенствованных вариантов осуществления изобретения как по отдельности, так и в любой комбинации. Кроме того объем изобретения охватывает все комбинации из по меньшей мере двух признаков, раскрытых в описании, на чертежах и/или в формуле изобретения. Основная идея изобретения не ограничивается точной формой или деталью показанного и описанного предпочтительного варианта осуществления и не ограничивается объектом, который был бы ограничен по сравнению с объектом, заявленным в формуле изобретения. При указанных диапазонах измерений, также значения, лежащие внутри упомянутых пределов, должны являться предельными значениями, и могут быть произвольно использованы и заявлены. Другие преимущества, признаки и детали настоящего изобретения следуют из нижеприведенного описания предпочтительных вариантов осуществления и чертежей, на которых показано:

Фиг. 1 - примерный вид гидрозатвора и привода гидрозатвора, причем гидрозатвор выполнен как роликовый затвор плотины на гидроэлектростанции;

Фиг. 2 - схематичное представление привода гидрозатвора с роликовым гидрозатвором и асинхронной машиной, которая имеет тормоз с растормаживающим устройством, а также с блоком сигнализации, исполнительным блоком и рабочей схемой особенно предпочтительного варианта осуществления привода гидрозатвора;

Фиг. 3 - совместный вид привода гидрозатвора согласно предпочтительному варианту осуществления с первой частью рабочего управления для регулярного режима работы асинхронной машины с электропитанием от электросети, однако согласно предпочтительному варианту осуществления в отсутствие бесперебойного электропитания, а также с второй частью рабочего управления, выполненного пассивным, для надежного, защищенного от повреждений способа функционирования, причем предусмотрены блок сигнализации, исполнительный блок и вторая ветвь тока для второй части рабочего управления;

Фиг. 4 - блок-схема последовательности операций предпочтительного варианта осуществления способа управления приводом гидрозатвора для гидрозатвора с асинхронной машиной при обнаружении ситуации аварийного закрытия.

На Фиг. 1 показана фрагментарно примерная конструкция роликового гидрозатвора для показанной более подробно на фиг. 2 гидроэлектростанции 1000. Плотина имеет для представления гидрозатвора 100 - здесь роликового гидрозатвора - на передаточном роликовом узле 130 затворный щит 110 в опоре 120 затвора. Опора 120 затвора имеет первый опорный рельс 121 и второй опорный рельс 122, которые выполнены с пазом в каждом случае для формирования направляющего рельса; затворный щит 110 установлен с возможностью скольжения на обеих сторонах в пазу первого и второго опорного рельса 121, 122. Затворный щит 110 удерживается натяжным тросом 131 передаточного роликового узла 130 по фиг. 2, причем натяжной трос 131 - в данном случае в форме каната - направляется от затворного щита 110 через направляющие ролики - а именно, через направляющий ролик 132 и канатный барабан 133 на каркасе 101 передаточного роликового узла 130. Канатный барабан приводится в движение передаточным механизмом 220 от асинхронной машины 210 привода 200 гидрозатвора, причем с асинхронной машиной 210 ассоциирован тормоз 230 с растормаживающим устройством. На Фиг. 1 показана компоновка из асинхронной машины 210, передаточного механизма 220 и канатного барабана 133 с натяжным тросом 131 гидрозатвора 100 в форме роликового гидрозатвора.

Затворный щит 110 может иметь весьма значительный вес в диапазоне нескольких тонн, - здесь, например, вес 32 т - и высота падения в направляющих опоры 120 затвора может составлять несколько метров, например, до 10 м или 15 м. При неослабленном ударе затворного щита 110 в показанном на фиг. 1 нижнем положении - т.е. в конце падения - по меньшей мере затворный щит 110 и его опора были бы разрушены, что в наихудшем случае сделало бы гидрозатвор 100 непригодным; поэтому необходимо предусмотреть необходимые средства для пассивного и одновременно контролируемого перемещения и торможения затворного щита 110 в нижнем положении.

Аварийное закрытие роликового гидрозатвора может возникнуть при риске разноса водяной турбины (например, при выводе (выбросе) лопастей турбины или лопаток турбин или т.п.). Другим менее вероятным случаем может быть угроза попадания посторонних материалов, например, из наноса, если бы они прошли через уловитель наносов или сороудерживающую решетку. Гидрозатвор 100, в форме, показанной на фиг. 1 или на фиг. 2, может размещаться, как показано, непосредственно перед турбинным трубопроводом схематично показанной турбины 400. Здесь затворный щит 110 роликового затвора служит в качестве запорных ворот перед водотоком 500 гидроэлектростанции 1000. Однако гидрозатвор 100 может также быть образован в положении перед турбинным трубопроводом, например, в качестве части системы сороудерживающей решетки или в качестве части уловителя наносов (здесь не показано).

На фиг. 2 в деталях схематично показана передняя и задняя часть 123, 124 направляющей опоры 120 затвора с затворным щитом 110 на тяговом тросе 131. Затворный щит 110 вновь показан в нижнем положении - здесь в положении аварийного закрытия, - т.е. опираясь на нижнее ограничение 301 и примыкая к верхнему ограничению 302 турбинного трубопровода 300 перед турбиной 400. Для участка нижней области В10 спуска непосредственно над нижним ограничением 301 предусмотрен особый, поясненный согласно другой форме выполнения второй диапазон регулирования для торможения затворного щита 110 с приводом 200 роликового затвора. Для участка вышележащей области В90 перемещения регулирование осуществляется с помощью описанной далее предпочтительной первой части управления и/или регулирования привода 200 гидрозатвора.

Привод 200 гидрозатвора содержит, со ссылкой на фиг. 2, наряду с работающей как двигатель или генератор асинхронной машиной 210 с переменной частотой n вращения и передаточным механизмом 220, также относящийся к асинхронной машине 210 тормоз 230 с растормаживающим устройством, который установлен на общем валу 201 с ротором асинхронной машины 210. В частности, тормоз 230 с растормаживающим устройством в этом варианте осуществления образован так, что ротор асинхронной машины 210 может фрикционно соединяться со статором асинхронной машины 210. Предусмотрено, что исполнительный блок 240 действует против силы возвратной пружины 250 тормозных колодок; это обеспечивается посредством соответствующих соединительных средств 260. Возвратная пружина 250 тормозных колодок действует так, что без приведения в действие исполнительного блока 240, ротор находится со статором асинхронной машины 210 во фрикционном соединении с силовым замыканием. Без приведения в действие исполнительного блока 240 тормоз 230 с растормаживающим устройством схватывается, и асинхронная машина 210 прочно удерживается.

В первом, не показанном на фиг. 2 состоянии удержания, затворный щит 110 удерживается в верхнем положении при освобождении турбинной трубы 300 для протекания воды 500 через турбинный трубопровод 300, так что турбина 400 приводится в действие. Тормозу 230 с растормаживающим устройством не требуется воспринимать силу тяжести затворного щита 110; он может блокироваться и удерживаться другим, не показанным здесь детально конструктивным средством.

Посредством первой стрелки, показанной на фиг. 2, символически обозначено положение НР1 удерживания. Согласно второй стрелке, показанной на фиг. 2, затворный щит 110 может переводиться во второе фиксированное состояние - как оно представлено на фиг. 2, - т.е. в нижнее положение НР2 удерживания, после того как исполнительный блок 240 освободил тормоз 230 с растормаживающим устройством. Для этого давление возвратной пружины 250 тормозных колодок на ротор для представления фрикционного соединения между ротором и статором, вследствие силового воздействия исполнительного блока 240 на возвратную пружину 250 тормозных колодок, уменьшается. В этом случае ротор асинхронной машины 210 может вращаться в статоре, а именно, в направлении генераторного режима работы в соответствии с частотой вращения n для автоматической генерации вращающегося поля.

В частности, принцип действия привода 200 гидрозатвора показан на фиг. 3. Для этого, в частности, идентичные или подобные признаки или признаки с идентичной или подобной функцией обозначены одинаковыми ссылочными позициями, так что можно ссылаться на предыдущее описание в отношении этих ссылочных позиций.

Исполнительный блок 240 в случае формы выполнения по фиг. 3, конкретно выполнен с аккумулятором 241 давления, который через нагнетательном трубопроводе 242 исполнительного элемента и расположенный в ней регулировочный клапан 243 может открываться в направлении к пружинному пневмоаккумулятору 244. Предусмотрен блок 270 сигнализации, чтобы через сигнальную линию 271 передавать сигнал ситуации аварийного закрытия на управляющий вывод 243.1 регулировочного клапана 243. Управляющий вывод 243.1 может быть, например, магнитной катушкой для перемещения клапанного поршня 243.2 регулировочного клапана 243. Если пружинный пневмоаккумулятор 244 нагружен рабочей средой, он может отпустить возвратную пружину 250 тормозных колодок; это реализуется силой противодействия GK, противоположной силе давления DK возвратной пружины 250 тормозных колодок. Таким образом, ротор в статоре асинхронной машины 210 может переводиться в подвижное положение и перемещаться в нем - это соответствует отпуску тормоза 230 с растормаживающим устройством.

Механический принцип действия привода 200 роликового затвора состоит в следующем. На систему подвешивания с помощью лебедки, здесь в качестве передаточного роликового узла 130 направляющих роликов, подается тяговый трос 131 на канатный барабан 133. Канатный барабан приводится в действие приводом 200 гидрозатвора, а именно, полностью от асинхронной машины 210, которая, работая как двигатель, приводит передаточный механизм 220 и через него направляющий ролик 133. Таким образом, затворный щит 110 роликового затвора может служить в качестве запора для водотока 500 или турбинного трубопровода 300 гидроэлектростанции 1000.

В режиме регулирования электросеть 600 предоставлена в распоряжение для представления трехфазного тока I, который здесь показан линиями для трех фаз I₁, I₂, I₃. Без системы бесперебойного питания и только с помощью преобразователя 712 частоты в первой части рабочей схемы 700 ток может подаваться через первую ветвь 710 тока асинхронной машины 210. В обесточенном состоянии реле или тому подобного электромеханического контактора 720 - здесь в форме контактора нормального режима - фазы I₁, I₂, I₃ токовой линии I электрически соединены с асинхронной машиной 210, так что она может приводиться в действие. Контактор 720 нормального режима находится в электрическом ответвлении 713 для соединения с сетевой линией 711 через преобразователь 712 частоты; это в обесточенном, то есть не притянутом состоянии контактора нормального режима. Преобразователь 712 частоты является трехфазным преобразователем частоты с тормозными резисторами. Система бесперебойного питания может быть предусмотрена в данном случае, например, для рабочего напряжения 400 B в трех фазах, с соответствующим количеством батарей и шунтом. Тормоз 230 с растормаживающим устройством может действовать, как в данном случае, через тормозное давление, которое обеспечивается в данном случае усилием возвратной пружины 250 тормозных колодок.

В состоянии без нагрузки управляющим током контактора 720 нормального режима последний размыкается и разъединяет электрическое ответвление 713. Соответствующая линия 720 управляющего сигнала ведет к контактору 720 нормального режима. Это состояние соответствует состоянию асинхронной машины 210 без электропитания, независимо от того, является ли оно электропитанием от электросети 600 или электропитанием от принципиально здесь не предусмотренного, но имеющегося в отдельном случае системы бесперебойного питания USV. Асинхронная электрическая машина 210 может работать при, например, 400 В и с частотой, например, от 3 до 50 Гц при соответствующем переменном напряжении. В предусмотренной для аварийного режима второй части рабочей схемы 700 рабочая схема 700 во второй ветви 730 тока рассчитана на генераторный островной режим работы особым образом. В островном режиме работы асинхронная машина 210 рассчитана на режим работы генератора в островном режиме.

Сила тяжести G затворного щита 110 гидрозатвора 100 генерирует при вышеописанном отпуске тормоза 230 с растормаживающим устройством вращение ротора в статоре асинхронной машины 210, тем самым обеспечивая собственное снабжение системы управления и/или регулирования привода 200. Конденсаторный узел 731 из конденсаторов возбуждения, первый узел 732, некоторое число нагрузочных резисторов вновь для трех фаз I₁, I₂, I₃ и второй узел 733 нагрузочных резисторов вновь для трех фаз I₁, I₂, I₃ электрической линии 714 аварийного режима могут подключаться с помощью соответствующих нагрузочных контакторов для части 730 аварийного режима. Первый нагрузочный контактор может переключаться, например, с помощью управляющего тока, генерируемого реактивной мощностью и вращающимся полем конденсаторов возбуждения. Второй контактор 716 аварийного режима также может подключаться посредством вращающегося поля и генерируемого таким образом тока как управляющего тока. Соответствующие линии 721', 722' управляющих сигналов ведут к контакторам 721, 722 аварийного режима.

В принципе, асинхронная машина 210 может эксплуатироваться в качестве генератора в ограниченных условиях в островном режиме, т.е. без подключения к электросети 600, например, в качестве агрегата аварийного питания. Предпочтительным вариантом для островного режима работы является работа в качестве асинхронного генератора с самовозбуждением. Без подключения к внешней трехфазной сети 600, которая способна обеспечивать индуктивную и/или емкостную реактивную мощность для намагничивания, реактивная мощность может быть обеспечена с помощью параллельно включенной конденсаторной батареи 731, которая сама отдает емкостную реактивную мощность; в частности, двигатель генерирует индуктивную реактивную мощность.

В островном режиме работы частота задается преобразователем 712 частоты, в частности, постоянной. Амплитуда напряжения может регулироваться с учетом максимальной амплитуды тока ветви. При перегрузке амплитуда напряжения может быть снижена, если это необходимо. С помощью надлежащей регулирующей или управляющей электроники может выполняться высококачественный изолированный режим работы посредством асинхронного генератора, как это предлагается здесь. Для этого требуется некоторое число конденсаторов возбуждения 731.1, 731.2, 731.3, первое число подключаемых нагрузочных резисторов 732.1, 732.2, 732.3 и второе число подключаемых нагрузочных резисторов 733.1, 733.2, 733.3; соответственно, по три для первой, второй и третьей фазы второй ветви 730 тока.

В принципе нет необходимости в системе бесперебойного питания в первой части рабочей схемы первой ветви 710 тока в электросети 600; преимуществом варианта осуществления, представленного здесь, является то, что в этом нет необходимости. В принципе, системы бесперебойного питания (USV) используются для обеспечения питания критически важных электрических нагрузок при нарушениях в электросети 600. Тем не менее, в простых реализациях системы бесперебойного питания USV, электропитание может прерываться на короткий временной интервал, например, несколько миллисекунд, что допускается подключенными потребителями без потери функциональности.

На Фиг. 4 показана детально последовательность этапов способа управления аварийным закрытием для привода 200 гидрозатвора посредством рабочей схемы 700, или конкретно, посредством второй части рабочей схемы 700, а именно схемы аварийного режима с использованием второй ветви 730 тока.

В начале способа на первом этапе VS1 рабочая схема 700 находится в нормальном режиме, т.е. контактор 720 нормального режима работы нагружен током, следовательно, замкнут, как это показано на фиг. 3. Асинхронная машина 210 через электропитание от электросети 600 может эксплуатироваться как двигатель посредством преобразователя 712 частоты и контактора 720 нормального режима работы. Если на втором этапе VS2 способа распознается ситуация аварийного закрытия, то может, в принципе, осуществляться управление приводом 200 гидрозатвора через преобразователь 712 частоты с помощью электропитания от электросети 600. В нормальном режиме работы можно работать посредством преобразователя 712 частоты с различными и, возможно, переменными скоростями; это используется, например, для медленного подъема затворного щита 110 с плавным стартом и остановом или его медленного опускания с плавным стартом и остановом. Также, в принципе, при доступной электросети 600 может осуществляться аварийное закрытие с целевой характеристикой плавного останова. Это может, в частности, включать в себя общепринятые электрические процессы торможения посредством генераторного режима работы асинхронной машины 210.

Если на следующем этапе VS3 способа обнаружено, что электропитание от электросети 600 невозможно (ветвь «Да»), предлагаемый способ управления приводом 200 гидрозатвора обеспечивает преимущество, состоящее в том, что он может быть реализован пассивно. Т.е., способ управления приводом 200 гидрозатвора в этом случае может выполняться без внешнего энергоснабжения от электросети 600 и даже без энергоснабжения от возможно имеющегося в дополнение к преобразователю 712 частоты системы бесперебойного питания USV.

В модификации варианта, показанного на фиг. 3, может быть предусмотрена система бесперебойное питание USV; однако представленный здесь пассивный способ имеет то преимущество, что можно сэкономить на дорогостоящих системах бесперебойного питания USV.

Если при совместном рассмотрении этапов VS2, VS3 способа возникает ситуация, когда аварийное закрытие гидрозатвора 100 также требуется без электропитания, это может быть обнаружено и индицировано блоком 270 сигнализации. На четвертом этапе VS4 способа, посредством описанного выше в качестве примера исполнительного блока 240, отпускается тормоз 230 с растормаживающим устройством.

В этом случае осуществляется инициированное в соответствии с силой тяжести G затворного щита 110 приведение в действие асинхронной машины 210 как генератора, так что на этапе VS5 способа с помощью ступени 731 конденсаторов 731.1, 731.2, 731.3 возбуждения формируется вращающееся поле. Соответствующее напряжение и, тем самым, выработанный управляющий ток в линии 720' управляющего тока может быть использован для размыкания реле 720 нормального режима работы, если только оно не размыкается автоматически в случае его реализации в форме реле, срабатывающего в отсутствие энергии.

Управляющий ток, предусмотренный в линии 721' управляющего тока, может в зависимости от напряжения и/или в зависимости от положения гидрозатвора или при первой частоте вращения n подключать первую ступень 732 нагрузочных резисторов 732.1, 732.2, 732.3; это осуществляется для того, чтобы соразмерно тормозить, например, затворный щит, 110 опускающийся между 50% и 95% участка - т.е. в диапазоне В90 перемещения, показанном на фиг. 2.

При еще большем повышении частоты вращения n+ или втором достигнутом управляющем напряжении во второй линии 722' управляющего напряжения, может переключаться второй контактор 722 аварийного режима работы для подключения второй ступени 733 нагрузочных резисторов 733.1, 733.2, 733.3. Дополнительно или альтернативно к подключению, решающего значение может иметь положение роликового затвора. Это может обусловить во второй более крутой характеристике плавного останова значительное остаточное торможение затворного щита 110 в показанной на фиг. 2 области В10 опускания. Таким образом, на этапе VS6 способа может быть реализована первая характеристика плавного останова посредством первого блока 732 нагрузочных резисторов, и на этапе VS7 способа может быть реализована вторая характеристика плавного останова посредством второго блока 733 нагрузочных резисторов. В аварийном режиме, таким образом, посредством второй части рабочей схемы, а именно второй ветви 730 тока, могут пассивно выполняться первая и вторая характеристики плавного останова. Тем самым может быть реализовано безопасное торможение затворного щита 110 также в отсутствие электросети и/или без преобразователя 712 частоты; также пассивное начало движения затворного щита 110 может быть реализовано посредством ранее поясненного исполнительного блока 240 с разомкнутым обесточенным образом регулировочным клапаном 243.

При существующем также в случае аварийного закрытия электропитании от электросети 600 и при функционирующем преобразователе 712 частоты (ветвь «Нет»), могут также выполняться этапы VS4 и VS5 способа. Однако опускание затворного щита 110 может осуществляться при токовом управлении на этапе VS9 способа. Способ заканчивается при опущенном затворном щите на этапе VS8.

Реферат

Группа изобретений относится к способу управления приводом (200) гидрозатвора или роликового затвора в гидроэлектростанции. Привод имеет асинхронную машину (210), эксплуатируемую в качестве асинхронного двигателя/генератора для управления затвором. Машина (210) имеет тормоз (230) с растормаживающим устройством. Способ содержит следующие этапы, на которых обнаруживают и/или индицируют ситуацию аварийного закрытия, отпускают тормоз (230) с растормаживающим устройством в случае, когда индицируется недостаточное электропитание. Машину (210) приводят в действие под действием силы тяжести затворного щита гидрозатвора или роликового затвора. Машину (210) эксплуатируют автоматически, причем формируется вращающееся поле. Машину (210) эксплуатируют в генераторном островном режиме работы, в котором вращающееся поле формируется автоматически. Изобретение направлено на создание способа и устройства для управления приводом гидрозатвора или роликового затвора, который при аварийном закрытии обеспечивает спуск затворного щита пассивно. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула