CN104685748B - 用于监控导线束的多个电能导线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监控包括多个电导线(4)的导线束(2)的方法，其中导线束(2)准备用于传导由风能设备(100)的发电机产生的电能，所述方法包括下述步骤：测量电导线(4)中的至少两个的温度；将温度相互比较；以及检测，是否两个温度之间相差大于预设的极限。

Description

用于监控导线束的多个电能导线的方法

技术领域

本发明涉及一种用于监控包括多个电导线、尤其电能导线的导线束的方法。本发明还涉及一种用于监控包括多个电导线的导线束的监控设备，并且本发明涉及一种风能设备。

背景技术

已知的是，电能由风能设备的发电机经由在风能设备的塔中的电导线输送至塔底，以便在那进一步传导和/或进一步处理所述电能。在已知的示例中，发电机产生交流电流，例如呈两个三相的交流电流的形式。将所述交流电流在发电机所设置于的吊舱中整流并且将在此产生的直流电流经由直流电流导线从吊舱进而大致从塔的塔顶导向塔底。为此通常并联连接有多个相同的导线，以便避免过粗进而难操纵的导线并且通过应用多个并联连接的导线来实现所需的总导线横截面。所述导线例如能够在塔顶和塔底中分别经由端子汇流排(Klemmschiene)导电地连接。例如，由此能够通过将其在汇流排处电地、即电流地彼此连接的方式将16个导线并联连接。此外，所产生的直流电流输出到所述汇流排或类似的器件上并且理想地均等分布到各个导线上。在此，电流到电导线上的均等的分布基本上受物理地限制。如果所有的导线尤其具有相同的横截面和相同的长度，即例如塔长度，那么所述导线也具有相同的欧姆电阻或通常来说相同的阻抗。相应地，在每个导线中出现相同的电流。

然而在实际中能够发生的是，存在缺陷或至少不可接受的不精确性。这样例如能够分开地存在高的传导电阻、中断、短路或类似情况，这可能能够造成无论如何导线之一的过高的电流。错误地或不足地连接的各个导线能够造成较少电流或在极端情况下完全没有电流流过所述导线并且其余的导线相应地必须接收并且传导更多电流。

德国专利和商标局在本申请的优先权申请中检索到下述现有技术：DE 10 2009021 217 A1和EP 2 270 452 A2。

发明内容

由此，本发明基于的目的是，针对上述问题中的至少一个。尤其应实现简化的解决方案，以检测多个并联连接的用于将电流从发电机向下传导到塔的导线的按规定作用。尤其也应尽可能地保持设施上的耗费低，并且优选应保持易故障性同样尽可能小。至少应提出一个替选解决方案。

根据本发明，提出一种方法。所述方法监控具有多个电导线的导线束，其中导线束准备用于传导由风能设备的发电机所产生的电能。由此，导线束引导相应的电流进而发电机的所产生的能量。在此，能够为了进一步处理、尤其整流由发电机所产生的电流而产生电流。

此外，在至少两个电导线上分别测量温度。由此，提供至少两个温度导线温度，并且将所述测量出的温度、尤其每个测量出的温度与每个其他的测量出的温度相互比较。在评估所述相应的温度相互间的比较时，或者说通过评估所述相应的温度相互间的比较来检测：是否两个温度之间相差大于预设的极限。由此，重要的是温度彼此间的关系。当然，也能够考虑绝对温度，以便例如识别导线的绝对的过载，然而根据本发明的提议基于两个温度的比较。

所基于的想法是，导线在标准情况下电负载相同，尤其相同的导线引导相同多的电流。如果现在出现干扰，其中例如导线中的一个接触不良或者例如损坏，那么所述导线能够具有更高的总电阻并且相应地引导更少的电流。因此，其余的导线、尤其至少一个其他被监控的导线相应地引导更多电流。因此，所述不同的电流造成两个导线的不同的变热进而造成不同的温度并且最终造成所比较的温度相互间存在的差别超过预设的极限。

导线中的温度通过多种其他的影响受影响，如总电流的高度，所述总电流在风能设备中最终也不与占主导的风条件相关。此外，在塔中或在塔的安置地点处的相应的环境温度也能够影响导线的温度。然而，这些或多或少极端的温度影响均等地或至少基本上均等地作用到束的导线上。因此，通过检测温度差能够无视其他的边界条件的评估。

此外，无论如何在导线中的电流的示例地描述的减小，结合在另一导线中的电流的提高造成相对大的温度差进而形成对于在所述导线束中存在问题的非常适合的指示。

预设的极限，也能够称作极限差温度能够由经验值或在运行前的预先测量中固定地预设。同样要考虑的是，在各个导线上的至少第一测试设备中测量并且检测温度，并且在此记录温度相互间的标准差。由此优选地，所述极限或极限温度差确定为超过这样检测出的标准差的值。如果在三个或更多导线上检测温度，那么能够有利地提出，预设，即根据用哪个导线与哪个导线进行比较来预设不同的极限或极限差温度。这样的不同的极限也能够相应地通过所描述的标准差的、尤其标准波动的预先测量和预先检测来确定。

也能够预先确定预设的极限并且紧接着在设备的运行中根据所进行的测量进行匹配。

优选地，当检测到两个温度相互间相差大于预设的极限时，输出也视为故障通知的警报信号。这样的警报信号能够作为内部的信号传递到程序计算机或类似设备上，所述程序计算机能够执行其他措施，尤其风能设备的节流、紧急情况下风能设备的切断，然而替选或附加地警报信号例如经由数据采集与监视控制系统(Scada)发送到控制中心。

优选地，待监控的导线束铺设在风能设备的塔中，并且将所有的由发电机产生的能量——减去损耗——从塔导出。由此，所述监控过程尤其涉及对于基本上传输电能的能量导线的监控。这样的能量导线相应地设计为，用于传导大的电流，不仅用于传递信息。为此，这样的能量导线概括为束，所述束设为，用于传导总电流，其中所述总电流尽可能均等地分配到所述束的导线上。由此，故障功能如导线的错误的连接造成在导线之间的电流分配的相应的移动。由于要期望的电流相对高，使得这在热方面可察觉并且通过在相应的导线上的温度的所提出的比较来检测出。

优选地，导线束的被监控的导线相互并联连接，并且准备用于，分别引导相同大的电流。为此，导线是基本上相同的，即是相同类型、相同实施方式和/或具有相同的长度和/或相同的导线横截面。通常可以存在相同的长度，因为整个的束进而每个单独的导线无论如何优选从塔顶到达塔底，其中代替塔也能够存在桅杆。现在如果存在相同的导线横截面并且在此存在相同的材料如尤其铜或铝，那么电导线首先在其导电性上是等值的。此外，当使用相同的外壳时，热绝缘特性也是相同的。优选地，本来总的来说使用相同的导线，以便防止应用横截面大的导线，所述横截面大的导线即使其能实现也是难操纵的。

优选地，所有待监控的导线的温度沿导线束的纵向方向在相同的部位上、即尤其在塔顶中的连接或测量部位上或在塔底中的连接或测量部位上测量。由此避免，不同的测量部位、即尤其不同的测量高度造成不同的温度进而减弱所提出的比较的说服力。此外，也能够在塔顶、尤其在风能设备的吊舱中或在塔底中相对简单地实现测量传感器与评估装置的有利连接和的数据的进一步处理。此外，基本上在一个部位上记录所有的测量值，并且在那评估或至少为评估做准备，例如进行数字化。

在对两个温度相互进行比较并且检测是否所述两个温度彼此相差大于预设的极限时，两个温度中的一个也能够是多个温度值的平均值。这样，例如能够对所有检测出的温度、即每个导线的温度取平均值然后分别将每个导线的各个温度分别与所述平均值进行比较。在此，对精确性的要求可能比将两个具体测量出的温度相互比较的情况更高一些，然而为此对于每个导线的温度进行一次比较是足够的，即所述温度与平均温度的比较。这样例如在十个导线的情况下，当每个导线的温度仅分别与平均温度比较时，仅需要进行十次比较。然而，如果根据一个也提出的实施方式，每个导线的温度与每个其余的导体的温度相互比较，那么在所述示例中45次比较是必要的。

优选地，温度能够用作一种功率标度(Leistungshebel)，即关于所传输的功率给出说明。例如，当出现单个温度差时，能够输出故障通知。所述温度差例如能够为5℃。补充提出，也在超过最大绝对温度时输出故障通知，例如当导线达到75℃的温度时。

故障通知能够在两种所描述的情况下通过接通警报开关、尤其将警报开关短路的方式闭合警报接触，这相应地还能够用于评估，例如能够由此接通另一警报信号，例如警报灯、声学的警报信号和/或切断设备。除此之外或替选于此地，故障通知能够设为用于发送数据集。所述数据集能够包含地点和时间和必要时也包含其他的细节如具体测量出的温度并且将其相应地转发，尤其转发到控制中心。

此外，提出一种监控设备。所述监控设备设为用于监控包括多个电导线的导线束，其中导线束准备用于传导由风能设备的发电机产生的电能。监控设备分别包括在电导线中的至少两个上的温度传感器，以分别测量所述导线的温度。此外，设有比较设备，以用于将温度相互比较，和评估设备，以用于检测，是否两个温度、即尤其两个导线的温度彼此相差大于预设的极限。尤其这样的监控设备构成为，用于执行根据上述实施方式中的至少一个的方法。

监控设备有利地通过程序计算机改进为用于处理所测量的温度，其中尤其程序计算机构成比较设备和/或评估设备。由此，尤其用于监控的方法整个地或部分地在程序计算机上执行。

优选地，在每个电导线上设置有温度传感器，以便检测每个所述电导线的温度并且执行所描述的比较。有利的是，作为温度传感器使用依据温度的测量电阻。由此，能够以简单的方式和方法测量温度并且以电方式进一步处理。同样地，以简单的方式和方法可在每个导线上设置这样的传感器。这样，即使在多个电导线组成束的情况下，也能够对于每个单独的导线进行所提出的监控。为此，在最简单的情况下，在每个待监控的电导线上仅需要各一个温度传感器和评估单元，在所述评估单元中将所有的温度测量值聚集并且评估。优选地，评估单元或预先评估单元连接在传感器和程序计算机之间，以便将模拟的测量信号转换为数字的，和/或放大测量信号。

只要监控束的每个导线，那么这涉及电地并联连接的导线，所述导线传导风能设备的发电机的能量并且在此分配相互间的相应的电流。就此而言，束表示多个组合成的用于传导所述所产生的电能的能量导线，与为了另外目的其他导线，例如在此从监控中排除的数据导线、保护导线或接地导线是否与所述束机械连接无关。

优选地，束的所述导线进而束整体设为用于引导直流电流。

束的电导线的并联连接意味着，所述导线在至少一个连接部位上导电，即电流地连接。这尤其能够在共同的端子或共同的汇流排上进行。待传导的应分配到所述各个导线上的电流例如能够总地输送到所述汇流排或端子并且从那里尽可能均等地分配到各个电导线上。然而，尤其每个所述电导线与汇流排的良好且相同的电连接是对于电流的均等的分配是重要的。

此外，提出一种风能设备，所述风能设备具有：带有塔顶和塔底的塔和设置在塔顶上的用于由风产生电能的发电机。发电机优选设在设置在塔顶上的吊舱中。此外，风能设备包括具有多个电导线的导线束以用于将由发电机产生的电能，尤其作为直流电流从所述塔传导到塔底。此外，设有监控设备，如其在上文中结合在监控设备中的至少一个实施方式所描述那样。优选地，风能设备为了监控导线束的多个电导线执行监控，如其在上文中结合用于监控的方法的实施方式所描述那样。

优选地，导线束铺设在塔中并且将所有的由发电机产生的能量，即相应的产生的总功率，向下通过导线束引导至塔。在此，忽略可能的损耗。优选地，由发电机产生的功率首先转换为直流电流，以便然后将所述直流电流引导穿过所述导线束。

优选地，导线束的导线彼此并联连接并且准备用于分别引导相同大的电流。尤其，电导线在此具有相同的横截面。

附图说明

在下文中，参照附图根据本发明的实施例详细描述本发明。

图1示出在风电场中使用的风能设备的示意立体图。

图2示出与导线束的多个电导线的连接汇流排的示意图。

具体实施方式

图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有具有三个转子叶片108和整流罩110的转子106。转子106在工作时通过风进行转动运动进而驱动在吊舱104中的发电机。

图2示出用于监控电缆束2的监控设备1，所述电缆束也能够称作导线束2。导线束2包括16个电导线4，电导线在此以横截面示出。所有的电导线4具有相同的横截面和总的来说相同的类型和相同的实施方案。即所示出的类型是以名称NYY1x400mm²已知的。通过导线束2的所述16个电导线4引导直流电流，所述导线束引导风能设备的发电机的所有电功率。

导线束2的电导线4在图2中在端子设备6上总体地示出。在此，每个电导线4分配有温度传感器8，所述温度传感器在此实施为温度变化的电阻。借助于温度传感器8测量出的温度在监控设备1中评估。在此，监控设备1直接设置在端子设备6旁边，这在实施时能够具有结构上的优点。然而，监控设备1的地点不必与这样的端子设备相关联，而是也能够在沿着导线束2的另一部位上。然而，端子设备6的应用也简化温度传感器8的设置并且同时提高温度传感器8的设置的可靠性。

监控设备1包括供应输入端10，所述供应输入端能够对应于标准的供电类型。由此，监控设备1、尤其其中设有的程序计算机能够供应有电能作为供应能量。由此，供应输入端10是也能够称作评估单元的评估块12的部分，所述评估块在此仅示意地表示。在评估块12中评估温度传感器8的、即所有的所示出的16个温度传感器8的信号。根据图2的示图，16个温度传感器8中的八个指向下并且在温度传感器8的连接脚上设有连接导线14，所述连接导线以符号作为箭头示出，以便显示所述温度传感器也在评估块12中评估。

替选地，评估块12的能量供应也能够经由数据分配进行，其中接口适应于一个或多个数据导线，所述数据导线不仅用作供电装置而且也用作发送和接收导线。

此外，评估块12将分别通过温度传感器8记录的的温度相互比较并且一旦两个温度彼此相差大于预设的值、尤其大于预设的温度差极限时，输出故障通知。例如能够进行故障通知，使得在警报输出端16上闭合或打开开关。由此，在所述警报输出端16上能够连接有电路或评估电路，以便将这样的开关信号从外部评估或以便通过切换警报输出端16直接产生另一警报信号或不同种类的警报信号。切换也能够直接触发在风能设备中的动作，必要时甚至切断风能设备。

除此之外或替选地，能够经由警报数据输出端18输出数据集，所述数据集包含测量出的干扰的种类和范围。这样的数据集尤其能够包含监控设备的时间和地点或相关的风能设备的地点。此外，所记录的温度值也能够具体地包含在这样的数据集中。为此，或者包含所有的电导线4的温度值，或者仅包含引起故障通知触发的差别的导线温度。

除了监控温度差以外，即除了比较电导线4相互间的温度以外，监控设备1也承担绝对温度的监控。

此外，在端子设备6中存在两个地线20，所述地线通常表示为PE导线，然而所述PE导线常规地应不引导电流并且相应地也不具有温度传感器。16个电导线4与所述两个PE导线20共同地聚集在壳体22中。此外，在壳体22之外设有安全导线24以及另一辅助导线26和光纤28，其能够被风能设备所需要，然而对于监控设备1和借助于其执行的监控方法是不重要的。

由此，为了尤其在多重并联铺设的电导线的情况下防止塔布线过载提出一种监控装置。所述监控装置基于各个导体的、即各个电导线的由于不同的电流而引起的不同的温度，所述不同的电流能够取决于高的传导电阻、中断、短路或其他事件。

通过提出的监控装置实现塔布线的每个单独的电导线对于过载的保护。

背景是，每个电流流过的导体成比例地、即根据电流的高度变热。电导线和电缆通常详细说明最大运行温度。例如，具有类型名称NYY的电缆设计为最大+70℃的表面温度。通过两个或更多导线的并联连接，电流在理想情况下均等地分配到所有的导线上。由此，在应用相同类型以及相同长度和实施方案的导线时，变热是相同的。取决于导线的错误制造、包装、铺设或运行的干扰或技术缺陷能够造成升高的导线电阻，所述升高的导线电阻与电流相互关联。在相应的导线中的减少的电流造成在其他并联铺设的导线中的电流升高进而在那造成温度升高。将温度差在测量技术方面确定、评估和识别为错误。每个单独的导线的绝对温度测量引起，在达到最大允许表面温度时，风能设备降低功率或必要时停止，所述最大允许表面温度对于类型NYY的导线而言例如能够为70℃。

总体上也能够称作测量和监控系统的所提出的监控装置或监控设备的特征在于在应用中的高的灵活性。所提出的系统基本上与电缆类型和导线的数量无关地工作。监控设备或相应的方法不需要强制性应用在塔中，而是也能够应用在其他的电导线的束经过的部位上，例如在吊舱中或在用于电装置的附加建筑中。这基于：在电导线中在每个导线的整个长度上的电流是相同的。

Claims (15)

1.一种用于监控包括多个电导线(4)的导线束(2)的方法，所述电导线引导直流电，其中

所述导线束(2)准备用于传导由风能设备(100)的发电机产生的电能，其中所述导线束(2)的所述电导线(4)彼此并联地连接，所述方法包括下述步骤：

-测量所述电导线(4)中的至少两个的温度；

-将所述温度相互比较；以及

-检测：是否两个温度之间相差大于预设的极限。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

当检测到两个温度之间相差大于预设的极限时，输出故障通知。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

所述导线束(2)铺设在塔(102)中，并且将所有由所述发电机产生的能量——减去损耗——从所述塔(102)导出。

4.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

所述电导线(4)准备用于分别引导相同大的电流。

5.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

沿所述导线束(2)的纵向方向在相同的部位上测量所有待监控的电导线(4)的温度。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

在塔顶中或在塔底中的连接部位或测量部位上测量所有待监控的电导线(4)的温度。

7.一种用于监控包括多个电导线(4)的导线束(2)的监控设备(1)，所述电导线引导直流电，其中所述导线束(2)的所述电导线(4)彼此并联地连接，其中

所述导线束(2)准备用于传导由风能设备(100)的发电机产生的电能，所述监控设备包括：

-在所述电导线(4)中的至少两个上的各一个温度传感器(8)以用于分别测量所述电导线(4)的温度，

-用于将所述电导线的温度相互比较的比较设备；和

-评估设备(12)，所述评估设备用于检测：是否两个温度之间相差大于预设的极限。

8.根据权利要求7所述的监控设备(1)，

其特征在于，

设有用于处理所测量的所述温度的程序计算机。

9.根据权利要求8所述的监控设备(1)，

其特征在于，

所述程序计算机构成所述比较设备和/或所述评估设备(12)。

10.根据权利要求7所述的监控设备(1)，

其特征在于，

在所述电导线(4)中的每个上设置有温度传感器(8)，和/或每个温度传感器(8)设为依据温度的测量电阻(8)。

11.一种风能设备(100)，所述风能设备具有：塔(102)，所述塔具有塔顶和塔底；和设置在塔顶上的发电机，用于由风产生电能；包括多个引导直流电的电导线(4)的导线束(2)，用于将由发电机产生的电能从所述塔顶传导到所述塔底，其中所述导线束(2)的所述电导线(4)彼此并联地连接；以及根据权利要求7至10中任一项所述的监控设备(1)，用于监控所述导线束(2)。

12.根据权利要求11所述的风能设备(100)，

其特征在于，

由发电机产生的电能作为直流电流从所述塔顶传导到塔底。

13.根据权利要求11或12所述的风能设备(100)，

其特征在于，

所述导线束(2)铺设在所述塔(102)中，并且所有由所述发电机产生的能量——减去损耗——通过所述导线束(2)从所述塔(102)导出。

14.一种根据权利要求11或12所述的风能设备(100)，

其特征在于，

所述导线束(2)的电导线(4)准备用于，分别引导相同大的电流。

15.根据权利要求14所述的风能设备(100)，

其特征在于，

所述电导线(4)分别具有相同的横截面。