CN103210213B - 风能设备和操作具有变压器温度监控的风能设备的方法 - Google Patents

风能设备和操作具有变压器温度监控的风能设备的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风能设备，其具有用于发出电能的发电机(19)和变压器(20)。变压器(20)被设计用于在副边(29)接收来自发电机(19)的电能，并且在原边(28)以更高的电压输出所述电能。风能设备还包括用于变压器(20)的温度监控装置(26，27)。根据本发明，用于温度监控装置的电压供应从变压器(20)的原边(28)供给。因此，温度监控装置(26、27)与风能设备的控制系统(21)独立。根据本发明的温度监控装置(26、27)减少变压器(20)过热的风险。本发明还涉及一种用于操作该风能设备的方法。

Description

风能设备和操作具有变压器温度监控的风能设备的方法
技术领域
本发明涉及一种具有用于发出电能的发电机和变压器的风能设备。变压器在副边接收来自发电机的电能，并且在原边以更高的电压值输出所述电能。风能设备还包括用于变压器的温度监控装置。本发明还涉及一种用于操作该类型的风能设备的方法。
背景技术
风能设备的控制系统通常用于监控变压器的温度。在控制系统中处理有关变压器温度的信息。如果温度超过预定极限值，则控制系统启动合适的对策。例如，可以启动冷却装置或者将变压器与输电干线隔离。工作中，该温度监控取决于风能设备的控制系统。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种风能设备以及一种操作降低对变压器损坏的风险的风能设备的方法。从上述现有技术入手，通过根据独立权利要求所述的技术方案解决该问题。有利的实施方式体现在从属权利要求中。在风能设备的情形中，本发明假设从变压器的原边供给用于温度监控装置的电压源。
本发明已经认识到在风能设备的工作过程中存在这样的阶段：其中该风能设备的控制系统不处于工作状态但是其中变压器的原边仍然连接到输电干线而没有向输电干线传输预计的电能。具体地，该状态通常在风能设备首次投入运行之前发生。变压器已经将其原边连接到中压电网，而风能设备并未工作。变压器全部的无负载电能被转化为热。存在由于控制系统未能启动任何保护措施从而使得变压器过热的危险。变压器可能在几小时内被损坏。
在根据本发明的风能设备的情况下，温度监控装置独立于风能设备的控制系统，并且具有其本身的永久地连接到变压器的电源。只要变压器的原边连接至输电干线，该电压源对于温度监控装置就也是可用的。这确保了变压器的温度不会由于忽略而升高，因此变压器不会受到损坏。
变压器原边的电压通常高于10kV，且处于例如10kV至33kV的范围内。温度监控装置的工作电压则远低于此，例如处于100V的量级。优选地，提供电压互感器，该电压互感器用于将变压器原边上的电压转换为对于温度监控装置适用的辅助工作电压。所述辅助工作电压优选低于500V，更优选低于200V。在一些情况下，所述辅助工作电压与变压器的副边的电压不同。
温度传感器通常被构造成使得其具有电阻，该电阻的值作为所测量的温度的函数改变。温度传感器优选为电阻随温度上升而上升的PTC热敏电阻。通常温度和电阻值具有连贯的关系。为了能够确定何时超过了预定温度极限值，PTC热敏电阻可以与PTC热敏电阻触发装置组合。如果PTC热敏电阻的电阻值超过了预设极限值，则PTC热敏电阻触发装置输出信号，从而可以触发对策。
如果变压器具有可以用于隔离变压器原边和输电干线的电源断路器，则对策可以是断开电源断路器。优选地，为电源断路器设置能量存储器，该能量存储器能够用于断开电源断路器而不用必须被从外部供应的另外的电源。为此，电压互感器也可以设计为对所述能量存储器充电。
可替代的或者是可附加的，对策也可以是启动用于变压器的冷却装置。为此，电压互感器也可以设计为向冷却装置提供电能。在一个有利的实施例中，在超过第一温度极限值时，启动冷却装置，在超过第二较高的温度极限值时，断开电源断路器。
优选在变压器中的电压值小于所述变压器的原边的电压值的区域中测量电压。电压越低，则电流密度越高，因此更大量的热被引入变压器。可以在例如变压器的副边执行该温度测量。如果变压器在无负载的情况下工作，变压器铁芯将会比线圈升温更大。因此，温度的测量优选涉及变压器的铁芯。变压器必须与输电干线隔离的温度极限值可以是例如150℃。
用于温度监控装置的电压供应的电压互感器还可以用于向变压器原边的其它功能提供电压。例如，这些功能可以是在变压器的原边的电压测量或者是功率测量。
除了根据本发明的由变压器原边提供电压的第一温度监控装置之外，还可以设置独立于变压器原边的第二温度监控装置。该第二温度监控装置可以例如连接到风能设备的控制系统。
当风能设备正常工作时，第一温度监控装置和第二温度监控装置彼此并行发挥作用。第一温度监控装置优选比第二温度监控装置分配有更高的温度极限值。如果超过了第二温度监控装置的较低的温度极限值，则借助于风能设备的控制系统采取对变压器进行冷却的适当措施。这样的措施包括例如启动冷却装置或减少输出功率。仅在所述措施无效时，才会超出第一温度监控装置的较高温度极限值。这针对变压器的过热提供了额外的安全性。
本发明还涉及一种操作该类型的风能设备的方法。所述方法包括从变压器的原边分接电压并将所述电压转化为较低的辅助工作电压。所述变压器是风能设备的主变压器，且所述变压器在副边接收来自发电机的电能，并且在原边以更高的电压值输出所述电能。使用从原边分接的所述辅助工作电压来操作变压器的温度监控装置。所述辅助工作电压与变压器副边的电压不同。如果检测到已经超过温度极限值，则执行对策从而避免温度进一步升高。例如，该对策可以是将变压器的原边与输电干线处隔离。优选在变压器的副边执行温度控制装置的温度测量。该方法可以与以上已经描述的与根据本发明的风能设备相关的进一步特征组合。
附图说明
将基于有利实施例并且参考附图来借助于下文中的实例描述本发明，其中：
图1示出风能设备的示意图；
图2示出图1的风能设备的部件的放大图；
图3示出图2的变压器的放大图；以及
图4示出在本发明的另一个实施例的情况下的图3的视图。
具体实施方式
图1中的风能设备10包括布置在塔架11上的机械壳体12。具有三个转子叶片16的转子13安装于机械壳体12上，所述转子经由如图2所示的齿轮机构17连接到发电机18。发电机发出的电能通过换流器19和变压器20输出到中压电网22。电能经由中压电网22被引导到传输点14，并且从所述传输点14被传输到配电网15。风能设备10通常与多个另外的风能设备组合从而形成风电场，其中来自风能设备的电能在传输点14处集中在一起。控制系统21控制风能设备的部件的相互作用。
具有例如660V的电压的电能从换流器19被传输到变压器20的副边。在变压器20中发生向更高的电压，例如30kV的转换。电能在该电压下从变压器20的原边被传输到中压电网22。可以用于中断电流的电源断路器23布置在变压器20的原边。如果风能设备处于工作状态且向输电干线供给电能，则两个开关23、24均闭合。
可能存在如下状态：开关23闭合，使得中压电网22和变压器20连接而几乎没有或者没有电能经由变压器传输。则变压器20在无负载状态下工作，这将产生大约10kW的电能损失。该电能损失转换成热能并使变压器升温。如果开关24打开，则整个风能设备10也通常处于非工作状态。该状态通常出现在例如在风能设备10首次投入运行之前。如果风能设备10处于非工作状态，则变压器20不受到控制系统21的任何控制。
本发明提供一种用于变压器20的温度监控装置，该温度监控装置防止变压器20在上述工作状态下过热。
如图3所示，电压互感器25布置在变压器20的原边28上。电压互感器25将30kV的中压转换为辅助工作电压，例如230V。使用该辅助工作电压操作用于变压器20的温度监控装置。温度监控装置包括具有PTC热敏电阻和PTC热敏电阻触发装置27的形式的温度传感器26。温度传感器26测量变压器20副边29的铁芯的温度，这是因为变压器20在无负载状态下工作在此处产生过热的危险是最大的。PTC热敏电阻包含电阻，其电阻值基于测量的温度而改变。温度越高，则PTC热敏电阻的电阻值越高。
PTC热敏电阻的电阻值由PTC热敏电阻触发装置27监控。若电阻值超过预定极限值，则PTC热敏电阻触发装置27向电源断路器23输出信号，使电源断路器23断开。如果合适的话，还可以提供用于驱动电源断路器23的能源储存器。预定极限值例如可以选择成使得当变压器20的铁芯的温度超过150℃时超过所述预定极限值。在电源断路器23已经被断开后，没有更多的电能被提供到变压器20从而没有更进一步加热的危险。可选地，或者除了断开电源断路器23之外，还可以启动用于变压器20的冷却装置。
在如图4所示的可选实施例中，变压器20包括除副边29的660V和原边28的30kV之外的第三级电压950V或者6600V。电压互感器25同样用于分接变压器20的原边28的中压并将其转化为100V的辅助工作电压。使用所述辅助工作电压来操作包括PTC热敏电阻触发装置27和两个温度传感器26的温度监控装置。温度传感器26测量变压器20的铁芯的温度。温度传感器中的一个布置为660V的水平而另一个布置为950V的水平。如果温度传感器26中的一个的电阻超过了预定极限值，则PTC热敏电阻触发装置27触发从而使电源断路器23断开。
另外，也可以使用辅助工作电压来操作测量装置30。因此，该测量装置30被构造成执行对变压器20的原边28的电压测量和功率测量。
另外，在变压器20上布置多个另外的温度传感器31，所述传感器经由PTC热敏电阻触发装置32连接到风能设备10的控制系统21。在风能设备的正常工作过程中，通过所述温度传感器31监控变压器20的温度。温度传感器31测量变压器铁芯的温度和线圈的温度。
在风能设备10的正常操作过程中，具有温度传感器31和PTC热敏电阻触发装置32的温度监控装置以及具有温度传感器26和PTC热敏电阻触发装置27的温度监控装置可以并行操作。在风能设备10的控制系统21中处理来自温度传感器31的温度信号。如果温度之一超过了预定极限值，则控制系统21采用合适的措施从而降低变压器20的温度。控制系统21首先将启动主动冷却措施，例如将启动通风装置。如果这不够有效，则风能设备10的电力输出会被调整。作为可由PTC热敏电阻触发装置32触发的最终的措施，使得风能设备10被切断。控制系统21采用的这些对策的温度极限值比PTC热敏电阻触发装置27触发并且电源断路器23断开的温度极限值低。由此，在变压器20在控制系统21的对策下仍然进一步升温的情况下，具有温度传感器26和PTC热敏电阻触发装置27的温度监控装置提供第二等级的安全性。

Claims (12)

1.一种风能设备，具有：
发电机(19)，所述发电机(19)用于发出电能；
变压器(20)，所述变压器(20)设计成用于在副边(29)上接收来自所述发电机(19)的电能，并且在原边(28)上以更高的电压再输出所述电能；以及
用于所述变压器(20)的温度监控装置(26、27)，
其特征在于，用于所述温度监控装置的电压供应从所述变压器(20)的原边(28)供给。
2.根据权利要求1所述的风能设备，其特征在于，设置电压互感器(25)，所述电压互感器(25)用于将所述变压器(20)的原边(28)上的电压转换为对于所述温度监控装置(26、27)的适用的辅助工作电压。
3.根据权利要求1或2所述的风能设备，其特征在于，所述温度监控装置(26、27)包括PTC热敏电阻(26)和PTC热敏电阻触发装置(27)。
4.根据权利要求1所述的风能设备，其特征在于，所述温度监控装置(26、27)被设计为在超过预定温度极限值的情况下将所述变压器(20)的原边(28)和输电干线(22)隔离。
5.根据权利要求1所述的风能设备，其特征在于，所述温度监控装置(26、27)被设计为在超过预定温度极限值的情况下启动用于所述变压器(20)的冷却装置。
6.根据权利要求1所述的风能设备，其特征在于，所述温度监控装置(26、27)的温度传感器(26)布置在所述变压器(20)的、电压小于所述变压器(20)的原边(28)上的电压的区域中。
7.根据权利要求1所述的风能设备，其特征在于，所述温度监控装置(26、27)的温度传感器(26)被布置在所述变压器(20)的铁芯处。
8.根据权利要求1所述的风能设备，其特征在于，设置用于测量所述变压器(20)的原边(28)上的电压的测量装置(30)，且用于所述测量装置(30)的电压供应从所述变压器(20)的原边(28)供给。
9.根据权利要求1所述的风能设备，其特征在于，所述温度监控装置(26、27)是第一温度监控装置，并且
设置第二温度监控装置(31、32)，并且所述第二温度监控装置(31、32)连接到所述风能设备的控制系统(21)。
10.根据权利要求9所述的风能设备，其特征在于，当所述风能设备(10)工作时，所述第一温度监控装置(26、27)和所述第二温度监控装置(31、32)并行发挥作用。
11.根据权利要求10所述的风能设备，其特征在于，与所述第二温度监控装置(31、32)相比，所述第一温度监控装置(26、27)分配有到更高的温度极限值。
12.一种用于操作风能设备(10)的方法，所述风能设备(10)具有用于发出电能的发电机(19)且具有变压器(20)，其中所述变压器(20)被设计成在副边(29)上接收来自所述发电机(19)的电能并且在原边(28)上以更高的电压再输出所述电能，所述方法具有以下步骤：
a.将所述变压器(20)的原边(28)上的电压分接出；
b.将所述电压转化为较低的辅助工作电压；
c.使用所述辅助工作电压来操作用于所述变压器(20)的温度监控装置(26、27)。
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