CN110603380A - 用于将风力涡轮机连接到电网的电气联接件 - Google Patents

Abstract

用于将风力涡轮机连接到电网的联接件(10)，联接件包括第一支承件(20)和第二支承件(40)，第一支承件(20)具有至少一个第一电气连接器(30)，第二支承件(40)具有与第一电气连接器(30)互补的至少一个第二电气连接器(50)，其中，第一支承件(20)和第二支承件(40)可相对于彼此旋转，其特征在于，至少一个连接器(30)可相对于另一个连接器(50)横向于支承件(20、40)的平面移动，以便形成和断开电气插塞连接部，并且连接器(30、50)在它们相互连接时和它们分开时都密封，以防止水分的渗透。

Description

用于将风力涡轮机连接到电网的电气联接件

本发明涉及一种用于将风力涡轮机连接到电网的电气联接件。具体地，本发明涉及一种用于将风力涡轮机连接到电网的联接件，该联接件包括第一支承件和第二支承件，第一支承件具有至少一个第一电气连接器，第二支承件具有与第一电气连接器互补的至少一个第二电气连接器，第一支承件和第二支承件相对于彼此可旋转。

具体地，本发明涉及一种浮动式风力涡轮机，其可围绕基本上旋转固定(不可旋转)的锚固点旋转。

从KR 10-1368777 B1已知在开头所述的联接设备。

从KR 10-1368777 B1已知的、布置在陆上风力涡轮机的塔中的联接件包括叠置在彼此之上的设计为盘片的两个支承件，这两个支承件相对于彼此可旋转，并且每个支承件包括刚性地连接到盘片的多个连接器。一个盘片的连接器与另一个盘片的连接器一起形成插塞连接部，该插塞连接部将布置在机舱中的涡轮机部件连接到布置在风力涡轮机的基座中的涡轮机部件。

当风力涡轮机的机舱旋转时，将布置在机舱中的电气部件连接到布置在上部盘片中的连接器的电气导体会扭转，使得偶尔需要解开这些电气导体，以免它们损坏或甚至断开。

为此目的，盘片以及因此连接器由于盘片彼此远离而分开，上部盘片旋转到其中电气导体解开的位置，并且上部盘片和下部盘片的连接器在解开的开始位置中面对彼此，并且盘片返回结合到连接器以便形成电气插塞连接部。

已知的联接装置的缺点在于，它仅可以在低电压范围中操作，因为在未进一步适配的情况下在中电压或高电压范围的应用中移除形成为盘片的支承件，可能会因过载或短路而导致涡轮机损坏。

已知的联接件的另一个缺点在于在具有高湿度的气候区域中，特别是在使用海上风力涡轮机时，联接件未被充分保护以防止水分的渗透。在这种情况下，特别有障碍的是，形成为盘片的支承件必须彼此分开，使得密封抵靠彼此移动的盘片不仅复杂，而且实际上，在完全密封的情况下将一个盘片从另一个盘片移除被在该过程中产生的真空阻碍，并且甚至促进了水分通过密封(件)的渗透。

因此，本发明的目的是提供一种联接件，该联接件有效地防止水分渗透并且特别可以在中电压和高电压范围内使用。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的电气联接件和具有权利要求10的特征的风力涡轮机来实现。从属权利要求各自描述了本发明的有利的实施例。

本发明的基本构想是将承载连接器的支承件布置成使得：为了形成和断开插塞连接部，支承件不必相对于彼此移动，而是仅连接器中的至少一个必须相对于另一连接器移动。该设计允许将连接器(共同)密封抵抗水分并防止现有技术中已知的缺点。

因此，根据本发明，提供了一种用于将风力涡轮机连接到电网的电气联接件，该电气联接件包括第一支承件和第二支承件，第一支承件具有至少一个第一电气连接器，第二支承件具有与第一连接器互补的至少一个第二电气连接器，第一支承件和第二支承件可相对于彼此旋转，连接器中的至少一个相对于另一个连接器是可移动的，以便形成和断开电气插塞连接部，并且连接器在相互连接时和在分开时均被密封以防止水分渗透。

在最简单的情况下，支承件可以设计为可相对于彼此扭转的框架，并且连接器布置在这些框架上。

但是，较佳地，将支承件分别设计为盘片，连接器插入盘片中。具体地，支承件设计为相同的盘片，这些盘片一致地(适合地)布置在彼此上方。

替代地，特别较佳地，使一个盘片的直径大于另一个盘片的直径，其中，较大的盘片形成裙部，该裙部至少部分地封围较小的盘片的边缘。具体地，在该侧部区域中提供了对两个支承件相对于彼此密封的密封件，在侧部上的布置具有的优点是，上部盘片不在密封件上施加重力并且因此密封件的磨损相对较小。

支承件中的一个是可旋转的，当支承件设计为盘片时，可旋转的支承件的旋转轴(销)也在盘片的中心中。

较佳地，旋转驱动器布置在旋转轴上，驱动器的一部分连接到一个支承件，而驱动器的另一部分连接到另一个支承件。

替代地，一个支承件形成为环绕另一个支承件的环，在这种情况下，至少一个连接器在支承件的平面内可径向移动。

根据另一个较佳实施例，提供了一种密封件，该密封件保护支承件之间的间隙免于水分的渗透。

如果特别地在每种情况下多个连接器布置在第一支承件和第二支承件上，则通过环绕该多个连接器的共同密封件来保护这些连接器免于水分的渗透。

插塞连接部被特殊设计成使得第一连接器只有克服弹簧力才能从第二连接器释放。因此，弹簧支承在第一支承件上，该弹簧的力朝向第二连接器作用在第一连接器上，并且因此联接件总是趋于连接器相互连接的状态。

为了确保连接器相对于彼此精确定位，提供了检测支承件相对于彼此的旋转位置的传感器。该传感器较佳地设计为绝对编码器。

相应地，要求保护一种风力涡轮机，该风力涡轮机是围绕锚固点可旋转的浮动式风力涡轮机，该锚固点以基本上旋转固定(抗旋转)的方式锚固，并且第一连接器刚性地连接至电气导体，该电气导体连接到风力涡轮机的发电电气部件，而第二连接器连接到海底电缆以与其一起旋转。

因此，在该实施例中，风力涡轮机的各部件不引起电气导体扭转，而是可旋转地锚固到锚固点的浮动式风力涡轮机引起。

风力涡轮机较佳地包括电气连接到第二连接器的电网侧上的高负载断路器。高负载断路器可以替代地布置在变电站中，并且因此可以不是风力涡轮机的部件。然而，在任何情况下，提供了一种布置，其中，第二连接器在电网侧上电气连接到高负载断路器，以断开涡轮机，并且特别是断开电气联接件(停止对其供能)。在这种情况下，风力涡轮机必须配备有单独的能量存储部(当然，以及单独的控制装置)，使得旋转驱动器能以自动的方式解开电气导体。

锚固点特别地设计为以旋转固定的方式锚固的系泊浮筒。

如果将系泊浮筒用于机械紧固的浮动式风力涡轮机，那么联接件较佳地又布置在系泊浮筒中。然而，联接件也可以布置在系泊浮筒的外部，例如布置在基部中或赋予基部浮力的浮体中。

在任何情况下，支承件特别较佳地是水平的并且围绕基本上竖直的轴线相对于彼此可旋转。

最后，还提供了检测风力涡轮机相对于联接件的旋转位置的传感器，当超过预先确定的旋转角度或预先确定的旋转次数时，借助相应地提供的控制装置，该传感器释放插塞连接部。

在这种情况下，也提供了中央控制装置，其不仅控制释放插塞连接部，还控制关闭风力涡轮机、致动高负载断路器、与风电场的控制中心通信、将一个支承件尽可能扭转到起始位置、产生电气连接、致动高负载电路和重新启动涡轮机。该中央控制装置也可以集成在涡轮机的主控制装置中，有利的是设有单独的备用电池。

本发明特别适用于由申请人开发的浮动式风力涡轮机，该浮动式风力涡轮机例如结合文献WO 2016/000681 A1和DE 10 2016 111 332 B3已知。

下面将参考在附图中示出的特别较佳的实施例详细阐释本发明，附图中：

图1是包括根据本发明设计的联接件的特别较佳地设计的浮动式风力涡轮机的立体图；

图2是包括根据本发明的联接件的特别较佳实施例的特别较佳地设计的浮动式风力涡轮机的剖切侧视图；

图3图2所示的特别较佳地设计的联接件的立体图；

图4是包括互相连接的连接器的较佳地设计的联接件的剖切侧视图；

图5是包括分开的连接器的较佳地设计的联接件的剖切侧视图；以及

图6是包括分开的连接器和相对于彼此扭转的支承件的较佳地设计的联接件的剖切侧视图。

图1是特别较佳地设计的浮动式风力涡轮机的立体图，该浮动式风力涡轮机连接到锚固点以便可围绕其旋转，并且其中可以有利地使用根据本发明设计的联接件。

具体地，图1示出了浮动式风力涡轮机WEA，其借助海底电缆100连接到电网。

在这种情况下，图2是图1所示的风力涡轮机WEA的剖切侧视图，其包括根据本发明的联接件10的特别较佳的实施例。

图2中示出的浮动式风力涡轮机WEA的细节示出了剖过浮体S的横截面，浮体S连接到基部F并且在用于连接到锚固点A的联接件的区域中。锚固点A特别设计为系泊浮筒，风力涡轮机A能够围绕锚固点转动。为此目的，系泊浮筒包括刚性地连接水体底部并安装在轴承内环中的基板，使得刚性地连接到系泊浮筒的壁的风力涡轮机WEA可以围绕基板旋转。因此，锚固点A以相对于水体底部旋转固定的方式锚固，并连接到海底电缆100，风力涡轮机WEA借助海底电缆100连接到电网。

特别较佳地，将风力涡轮机WEA连接到电网的高负载断路器110布置在系泊浮筒的内部，根据本发明的电气联接件10以旋转固定的方式布置在该高负载断路器上，该电气联接件将海底电缆100(间接地)经由联接件10连接到多个电气导体90，这些电气导体通入风力涡轮机WEA的发电电气部件(未示出)。

当风力涡轮机WEA围绕基本上旋转固定的锚固点A旋转时，电气导体90(如图所示)围绕彼此扭转，并且在达到预先确定的阈值之后必须解开，如下面说明的。

在图3中以立体图详细示出了这种电气联接件10。

电气联接件10包括上部第一支承件20和下部第二支承件40，它们借助于旋转驱动器80可相对于彼此旋转。具体地，连接至海底电缆100的导体的下部第二支承件40连接至锚固点A以与其一起旋转。连接到通入风力涡轮机WEA的发电电气部件的电气导体90的上部第一支承件20借助旋转驱动器80可围绕第一支承件40旋转，以解开电气导体90。

相应地，如图4所示，当风力涡轮机WEA处于发电工作状态中时，布置在上部第一支承件20和下部第二支承件40上的连接器30、50相互连接。

所示的多个连接器30、50都借助密封件60密封，该密封件60将上部第一支承件20相对于下部第二支承件40密封。在这种情况下，密封件60紧固到裙部，在第一支承件20上形成的该裙部朝向第二支承件40延伸并且包括所述第二支承件，并且密封件侧向支承在第二支承件40的边缘上。

旋转驱动器80特别地设计成使得其一部分连接到下部第二支承件40，在该部分中刚性地连接到上部第一支承件20的轴可旋转地安装。由于连接到下部第二支承件40的旋转驱动器的部分驱动该轴，上部第一支承件20可以相对于下部第二支承件40扭转。支承件20、40相对于彼此的绝对位置由位置传感器70检测。为此目的，特别地规定，传感器70刚性地连接到上部第一支承件20并与下部第二支承件40径向对准(定向)，并且下部第二支承件40承载指示第一支承件20相对于第二支承件40的旋转位置且可由传感器70检测的标记。该标记例如是允许支承件20、40相对于彼此的旋转位置的绝对值检测的编码，并且其允许受控地接近目标位置。

替代地，可以提供以固定的方式安装在风力涡轮机WEA上的传感器，该传感器检测布置在可旋转支承件20上的标记/编码、检测联接件10在围绕锚固点A旋转期间相对于风力涡轮机WEA的旋转位置，并且在电缆90扭转时允许受控的接近。

如果风力涡轮机WEA然后围绕刚性地连接到锚固点A的电气联接件10旋转，使得刚性地连接到上部第一支承件20的导体90扭转在一起，则必须解开导体90。这种情况下，风力涡轮机WEA相对于联接件10的旋转位置由附加的传感器(未示出)监测，该传感器监测风力涡轮机WEA相对于联接件10的相对旋转位置。该传感器对应于用于所示传感器70的以上提及的替代方案，使得所述传感器能可选地完全省略。

为了解开连接到上部第一支承件20的导体90，首先在第一步骤中通过致动布置在电网侧上的高负载断路器110来将涡轮机从电网移除。高负载断路器110具体布置在系泊浮筒中。

在第二步骤中，连接器30、50分离。在图5所示的示例中，这是通过使布置在上部第一支承件20中的连接器30横向于支承件20、40的平面运动来完成的。为此目的，可以提供气动、电气或电磁的提升机构。提升机构具体地对于每个插塞单独地形成，各个机构由共同的控制装置来致动以便协调。要执行此步骤，需要在风力涡轮机WEA中的单独的能源供给。

如果连接器30、50分开，则上部第一支承件20可以借助于旋转驱动器80相对于下部支承件40旋转，并且因此通过风力涡轮机WEA围绕锚固点A旋转而扭转的导体90再次解开。图6是包括分开的连接器和相对于彼此扭转的支承件20、40的较佳地设计的联接件的剖切侧视图。

在电气导体90已至少部分地但较佳地为完全地解开之后，借助旋转驱动器80和传感器70接近这样的旋转位置，连接器30、50在该旋转位置中再对准并且可以相互连接。

连接器的提升机构在每种情况下具体地设有限位开关。该限位开关可以检查连接器30是否已各自占据了在其中连接器30、50彼此分离的位置，使得支承件20、40能够相对于彼此旋转，或者连接器30、50是否相互连接并且风力涡轮机可以借助高负载断路器重新连接到电网。这种情况下，风力涡轮机的控制装置较佳地设计成使得如果不是所有的连接器30、50都再次相互连接，则在已经解开导体90之后无法致动高负载断路器。

在插塞连接部已发生之后，风力涡轮机WEA可以再次连接到电网。

Claims (13)

1.用于将风力涡轮机连接到电网的电气联接件(10)，所述联接件包括

–第一支承件(20)，所述第一支承件(20)具有至少一个第一电气连接器(30)，以及

–第二支承件(40)，所述第二支承件(40)具有与所述第一电气连接器(30)互补的至少一个第二电气连接器(50)，

所述第一支承件(20)和所述第二支承件(40)能相对于彼此旋转，

其特征在于，

至少一个所述连接器(30)相对于另一个所述连接器(50)是能移动的，以便形成和断开电气插塞连接部，

所述连接器(30、50)在它们相互连接和它们分开时都密封，以防止水分的渗透。

2.根据权利要求1所述的电气联接件(10)，其特征在于，至少一个连接器(30、50)横向于所述支承件(20、40)的平面能轴向移动。

3.根据权利要求1所述的电气联接件(10)，其特征在于，至少一个连接器(30、50)在所述支承件(20、40)的平面中能径向移动。

4.根据权利要求1和2中任一项所述的电气联接件(10)，其特征在于，所述支承件(20、40)各自设计为盘片。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的电气联接件(10)，其特征在于密封件(60)，所述密封件(60)保护所述支承件(20、40)之间的间隙以防水分的渗透。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的电气联接件(10)，其特征在于，多个连接器(30、50)分别布置在所述第一支承件(20)和所述第二支承件(40)上，包括环绕所述多个连接器(30、50)并且保护所述多个连接器(30、50)免受水分影响的共同的密封件(60)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的电气联接件(10)，其特征在于弹簧，所述弹簧在所述第二连接器(50)的方向上施加力到所述第一连接器(40)上。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的电气联接件(10)，其特征在于传感器(70)，所述传感器(70)检测所述支承件(20、40)相对于彼此的相对旋转位置。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的电气联接件(10)，其特征在于旋转驱动器(80)，所述旋转驱动器(80)使所述支承件(20、40)相对于彼此扭转。

10.风力涡轮机(WEA)，其特征在于根据前述权利要求中任一项所述的联接件(10)，所述风力涡轮机(WEA)是围绕锚固点(A)可旋转的浮动式风力涡轮机，所述锚固点(A)以基本上旋转固定的方式锚固，并且所述第一连接器(30)刚性地连接至电气导体(90)，所述电气导体(90)连接到所述风力涡轮机(WEA)的发电电气部件，而所述第二连接器(50)连接到海底电缆(100)以与所述海底电缆(100)一起旋转。

11.根据权利要求10所述的风力涡轮机(WEA)，其特征在于高负载断路器，所述高负载断路器在电网侧上连接到所述第二连接器(30)。

12.根据权利要求10和11中任一项所述的风力涡轮机(WEA)，其特征在于，所述支承件(20、40)是基本上水平的并且围绕基本上竖直的轴线能相对于彼此旋转。

13.根据权利要求10至12中的任一项所述的风力涡轮机(WEA)，其特征在于传感器，所述传感器检测所述风力涡轮机(WEA)相对于所述联接件(10)的旋转位置。