CN103561823B - 容错防火系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于风力涡轮机的冗余的防火系统，所述风力涡轮机适于将电力馈送到关联的供电电网中，所述冗余的防火系统包括：防火控制单元；第一防火相关的检测器组，适于监控第一风力涡轮机部件；和第二防火相关的检测器组，适于监控第一风力涡轮机部件，其中，所述防火控制单元经由冗余的供电和数据通信网络可操作地连接到第一和第二防火相关的检测器组。本发明进一步涉及适应用这样的冗余的防火系统的风力涡轮机，及其关联的方法。
Description
技术领域
本发明涉及风力涡轮机的容错防火系统。具体地，本发明涉及容错的防火、防烟雾以及防过电流或漏电流的系统。
背景技术
当今的风力涡轮机中的保护系统典型地涉及断路器的脱扣（tripping）。断路器的这种脱扣可以分成两组——即：
1）高压（HV）断路器的主动脱扣。
2）HV断路器的被动的故障-安全脱扣。
HV断路器的主动脱扣
适合于主动脱扣的系统在开关机构（switch gear）中应用脱扣线圈。脱扣线圈需要能量从而进行脱扣。在正常工作条件期间，将能量从关联的供电电网（power supply grid）提供给脱扣线圈。如果供电电网出现故障或由于某种原因崩溃，系统需要替换的能源以使开关机构脱扣。该替代的能源还没有被证明是可靠的。总之，这些系统可能具有休眠故障，从而导致失去保护以及因此导致涡轮机着火。
HV断路器的被动的故障-安全脱扣
该系统应用脱扣线圈，其中必须对脱扣线圈进行激励以保持开关机构连接。该系统通常是安全的，但是任何单一的故障，即使中断电力供应1秒，也将使开关机构脱扣。再次启动风力涡轮机之前，要求检查风力涡轮机。
本发明的实施例的目的可以视为：提供即使发生单个故障也能够保持风力涡轮机运转的容错防火系统。
发明内容
在第一方面中，上述目的通过提供用于风力涡轮机的冗余的防火系统来实现，该风力涡轮机适于将电力馈送到关联的供电电网，该冗余的防火系统包括：
-防火控制单元，
-第一防火相关的检测器组，适于监控第一风力涡轮机部件，以及
-第二防火相关的检测器组，适于监控第一风力涡轮机部件，
其中，所述防火控制单元经由冗余的供电和数据通信网络可操作地连接到所述第一防火相关的检测器组和所述第二防火相关的检测器组。
因此，根据本发明，所选的风力涡轮机部件均由多个检测器监控。为了加强所述防火系统的可靠性，可以提供附加的防火相关的检测器组。
根据本发明的防火系统具有下列益处：
1）单个故障将不导致失去保护
2）高度的诊断覆盖率
3）单个故障将不会使开关机构脱扣且不会导致生产的损失以及强制检查
4）一种部件中的两个故障（例如，双控制器故障）导致安全脱扣。
5）供电装置中的两个故障将导致风力涡轮机脱扣。然而，如果供应辅助能源，则开关机构可以通过例如电动机而远程地重新连接。
所述防火控制单元可以包括第一控制模块和第二控制模块。所述第一和第二控制模块分别可操作地连接到第一和第二防火相关的检测器组。
所述防火控制单元可以可操作地连接到可控开关机构装置。这样，在有需求的时候，所述防火控制单元能够启动所述可控开关机构装置，从而将所述风力涡轮机与所述关联的供电电网断开连接。这样的需求可以包括检测到的风力涡轮机中的过电流、电弧、烟雾乃至火。
可以布置所述防火控制单元以监控所述可控开关机构装置的状态，并且其可以被布置以防止在所述风力涡轮机已经与所述关联的供电电网断开连接的情况下以及在所述开关机构监控指示重新连接不安全的情况下的重新连接。这样的指示可能包括：气体绝缘开关机构情况下的低SF6气体压力，接地的开关连接或失去电弧保护。
任选地，可以提供能够散布水、粉末、泡沫、惰性气体或其结合的灭火系统。根据实施方式，所述保护控制单元可以可操作地连接到可控灭火装置。这样，如果检测到火，则所述防火控制单元能够启用适当的灭火剂。在检测到风力涡轮机中的电弧、烟雾乃至火后，可以启动所述灭火装置。
第一和第二防火相关的检测器组可以包括：一个或多个火灾检测器、一个或多个烟雾检测器、一个或多个电弧检验器和/或一个或多个电流检测器。也可以应用其它种类的检测器。
所述供电网络（network）可以具有冗余的结构，其包括第一和第二供电路径。如果一个供电路径发生故障，则可以经由另一个供电路径提供电力。类似地，所述数据通信网络可以具有冗余的结构，其包括第一和第二通信路径，以便提高所述系统的可靠性。
所述冗余的防火系统可以进一步包括冗余的电流检测装置，该冗余的电流检测装置可操作地连接到所述防火控制单元。可以通过提供第一和第二电流传感器来实现冗余。第一电流传感器可以可操作地连接到第一控制模块，而第二电流传感器可以可操作地连接到第二控制模块。第一和第二控制模块两者均能够使所述开关机构脱扣，以使得所述风力涡轮机与所述关联的供电电网断开连接，如果电流传感器信号这样要求的话。
所述冗余的防火系统可以进一步包括用于手动地使所述风力涡轮机脱扣的装置。
在第二方面中，本发明涉及风力涡轮机，所述风力涡轮机包括根据第一方面的冗余的防火系统。
在第三方面中，本发明涉及用于保护风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机适于将电力馈送到关联的供电电网中，所述方法包括以下步骤：
-提供第一防火相关的检测器组，用于监控第一风力涡轮机部件，
-提供第二防火相关的检测器组，用于监控第一风力涡轮机部件，以及
-如果所述第一防火相关的检测器组和所述第二防火相关的检测器组检测到不正常的工作状况，则执行预定的保护动作。
因此，可以响应于来自多于一个检测器的信号而执行所述预定保护动作（双报警（Double-knock））。所述预定保护动作可以包括启动所述防火。替换地或与此结合，所述预定保护动作可以包括如下步骤：使开关机构脱扣，以使得所述风力涡轮机与关联的供电电网断开连接直到重建正常的工作状况为止。
附图说明
将参考图1更加具体地解释本发明。然而本发明易于进行各种方式的变型和替换，具体实施例已经在附图中通过示例示出并在此将进行具体的描述。然而，应当理解的是，本发明并不意在限于公开的具体方式。相反，本发明旨在覆盖所有落入如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的变型、等同形式和替换。
具体实施方式
概括地说，本发明涉及用于风力涡轮机的冗余的防火系统。根据本发明，多个不同类型的检测器对选择的风力涡轮机的部件进行监控。例如，一对独立的烟雾检测器对风力涡轮机的齿轮箱进行监控。如果仅由一个烟雾检测器检测到烟雾，则报警信号传送到防火控制单元，该防火控制单元例如能够通过将风力涡轮机从关联的供电电网断开连接来使风力涡轮机脱扣。防火控制单元也能够启动其它的保护方案。
图1示出了本发明的实施例——该实施例被配置为风力涡轮机的电电和烟雾保护系统。然而，应当注意的是，本发明不限于这种防火系统。
如图1所示，冗余的防火系统包括具有两个控制模块19、19’的防火控制单元。每个控制模块19、19’分别收容防火安全控制单元13、15并且分别收容防火安全输入/输出数据单元14、16。应当注意的是，防火控制单元的两个控制模块19、19’可以集成到风力涡轮机内的分离的控制器内，如此配置用于执行除防火以外的进一步的控制动作。
此外，两个独立的烟雾检测器组5、7和两个独立的电弧检验器组4、8经由冗余数据通信和供电网络1、1’以及经由防火安全输入/输出数据单元2、3可操作地连接到控制器19、19’。在图1中，两个电弧检验器组4、8均包含三个电弧检验器，并且两个烟雾检测器组5、7均包含三个电弧检测器。然而，可以想到在每个检测器组中具有其它任意适当数目的电弧检测器和烟雾检测器。冗余数据通信和供电网络1、1’在图1中示出为组合的网络，其中数据在供电线1、1’上传送。显然，数据可以替换地在与供电线分离的数据线上传送。因此，多个检测器组以冗余的方式连接到两个控制器19、19’，以使得每个检测器组连接到每个控制器19、19’。如果任何检测器发生故障或如果控制器发生故障，则置换检测器/控制器随时可接替损坏的检测器/控制器的任务。
图1中示出的系统进一步包括：
1）双电流监控/测量10
2）检测器和控制器1、1’之间的双数据通信和供电结构
3）利用双触点装置6的手动脱扣按钮
任选地，图1中所示的系统可以以灭火系统加以补充。
因此，图1中所示的系统是完全冗余的防火系统，其中，独立的烟雾检测器组5、7和独立的电弧检验器组4、8与两个独立的防火控制器19、19’进行通信。每一个防火控制器19、19’能够使开关机构9脱扣，由此使风力涡轮机的高压变压器17与电网（未示出）断开连接。通过启动开关机构的电动机18来执行脱扣。
开关机构的脱扣典型地发生在检测到烟雾、火、过电流或漏电流的情况下。通过监控来自高压变压器17的电力线来提供过电流和漏电流保护。也可以通过启动手动脱扣按钮6来手动地使开关机构脱扣。
组合的数据通信网络和对控制模块19、19’和输入/输出单元2、3进行互连的供电网络1、1’通过具有至少两个并行数据通信网络和至少两个供电网络而以冗余的方式布置。因此，如果数据通信网络中的一个发生故障，则另一个通信网络进行接替。类似地，如果供电网络中的一个发生故障，则另一个供电网络进行接替。
显然，在系统中可以包含附加的和/或其它种类的防火相关的检测器也属于本发明的保护范围。此外，可以提供附加的数据通信路径、控制模块和/或供电线，从而增加系统的可靠性。
Claims (14)
1.一种用于风力涡轮机的冗余的防火系统，所述风力涡轮机适于将电力馈送到关联的供电电网中，所述冗余的防火系统包括：
-防火控制单元(19、19’)，
-第一防火相关的检测器组(4、5)，适于监控第一风力涡轮机部件，以及
-第二防火相关的检测器组(7、8)，适于监控所述第一风力涡轮机部件，
其中，所述防火控制单元(19、19’)包括第一控制模块(19)和第二控制模块(19’)，所述第一控制模块(19)和第二控制模块(19’)分别经由冗余的供电和数据通信网络(1、1’)可操作地连接到所述第一防火相关的检测器组(4、5)和所述第二防火相关的检测器组(7、8)，以使得每个检测器组连接到每个控制模块，所述冗余的供电和数据通信网络(1、1’)是数据在供电线上传送的组合的网络，并且
其中所述冗余的防火系统进一步包括可操作地连接到所述防火控制单元(19、19’)的冗余的电流检测装置(10)。
2.根据权利要求1所述的冗余的防火系统，其中，所述防火控制单元(19、19’)可操作地连接到可控开关机构装置。
3.根据权利要求2所述的冗余的防火系统，其中，所述防火控制单元(19、19’)适于启动所述可控开关机构装置(9)，从而在有需要的时候，将所述风力涡轮机与所述关联的供电电网断开连接。
4.根据权利要求1或2所述的冗余的防火系统，其中，布置所述防火控制单元(19、19’)以监控所述可控开关机构装置的状态。
5.根据权利要求4所述的冗余的防火系统，其中，布置所述防火控制单元(19、19’)以防止在所述风力涡轮机已经与所述关联的供电电网断开连接的情况下以及在所述开关机构监控指示重新连接不安全的情况下的重新连接。
6.根据权利要求1或2所述的冗余的防火系统，其中，所述第一防火相关的检测器组和所述第二防火相关的检测器组包括一个或多个火灾检测器。
7.根据权利要求1或2所述的冗余的防火系统，其中，所述第一防火相关的检测器组和所述第二防火相关的检测器组包括一个或多个烟雾检测器。
8.根据权利要求1或2所述的冗余的防火系统，其中，所述供电网络包括第一供给路径和第二供给路径。
9.根据权利要求1或2所述的冗余的防火系统，其中，所述数据通信网络包括第一通信路径和第二通信路径。
10.根据权利要求1或2所述的冗余的防火系统，进一步包括可操作地连接到所述防火控制单元的可控灭火装置，其中，所述可控灭火装置包括一个或多个被布置用于散布以下的一种或多种物质的单元：水、粉末、泡沫和惰性气体。
11.一种风力涡轮机，包括根据权利要求1-9中的任意一项所述的冗余的防火系统。
12.一种风力涡轮机的防火方法，所述风力涡轮机适于将电力馈送到关联的供电电网中，所述方法包括以下步骤：
-提供第一防火相关的检测器组(4、5)，用于监控第一风力涡轮机部件，
-提供第二防火相关的检测器组(7、8)，用于监控所述第一风力涡轮机部件，
-提供包括第一控制模块(19)和第二控制模块(19’)的防火控制单元(19、19’)，所述第一控制模块(19)和第二控制模块(19’)分别经由冗余的供电和数据通信网络(1、1’)可操作地连接到所述第一防火相关的检测器组(4、5)和所述第二防火相关的检测器组(7、8)，所述冗余的供电和数据通信网络(1、1’)是数据在供电线上传送的组合的网络，
-提供可操作地连接到所述防火控制单元(19、19’)的冗余的电流检测装置(10)，以及
-如果所述第一防火相关的检测器组和/或所述第二防火相关的检测器组检测到不正常的工作状况，则执行保护动作。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述保护动作包括如下步骤：使开关机构脱扣，以使得所述风力涡轮机与关联的供电电网断开连接。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述保护动作包括启动可操作地连接到所述防火控制单元的可控灭火装置的步骤，其中，所述可控灭火装置包括一个或多个被布置为散布以下的一种或多种物质的单元：水、粉末、泡沫和惰性气体。
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