CN110914536A - 电接触故障诊断 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种识别风力涡轮机叶片电加热系统中的电接触故障的方法，包括：在切换工作周期之间或之内，插入预定强制断开周期，其中，切换工作周期控制电加热系统中一个或多个电接触件的开关，在预定强制断开周期内，测量电流消耗，确定所测量的电流消耗是否超过预定阈值，并且其中，如果所测量的电流消耗超过预定阈值，则断开电加热系统的至少一部分。本发明还涉及一种风力涡轮机，其具有一个或多个可识别电接触故障的风力涡轮机叶片。

Description

电接触故障诊断
技术领域
本发明涉及电接触故障诊断的识别，并且尤其涉及用于风力涡轮机的电热加热(ETH)系统中的电接触故障的诊断。
背景技术
风力涡轮机利用风能生成电能并可以位于陆地上或水上。处于寒冷气候中的风力涡轮机可能遭受结冰事件，其中在风力涡轮机叶片的表面上可能形成冰，这是由于在寒冷表面上结冰的水。冰在叶片表面上的积累会导致不期望的后果。例如，由于冰的积聚而导致的风力涡轮机叶片的轮廓的变化会降低风力涡轮机的旋转速度。因此，风力涡轮机可能在低于最佳速率和效率的情况下操作，这恶化风力涡轮机的性能。而且，在风力涡轮机叶片上积聚的冰的附加重量可能导致叶片的疲劳和应力破坏。
因此，需要能够防止或减小对风力涡轮机的叶片的结冰的影响，以防止对叶片的损坏并且还提高风力涡轮机的性能。
已经描述了用于为风力涡轮机除冰(例如除去积聚的冰)或为风力涡轮机提供防冰(例如防止冰积聚)或这两者的各种系统和方法。
例如，已知将ETH元件附接到风力涡轮机叶片，当供应电力时，所述ETH元件生成热量以增加叶片表面的表面温度。这样的ETH元件可以用于风力涡轮机叶片的除冰或防冰中的一个或两个。
每个加热垫经常独立地或成团地被控制，以便在叶片结构中的预定位置处产生相关的热量。ETH元件可以经由电接触件(诸如继电器)接通和断开。
因此，如果电接触件存在故障，则由故障电接触件控制的ETH元件可能会保持“接通”状态，这可能会通过在ETH元件的位置处持续产生热量而对叶片造成重大损坏甚至引发火灾风险。
本发明试图至少部分地解决上述问题和缺点，并试图识别电接触件的故障。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种识别风力涡轮机叶片电加热系统中的电接触故障的方法，该方法包括：在切换工作周期之间或之内，插入预定强制断开周期，其中，切换工作周期控制电加热系统中一个或多个电接触件的切换；在预定强制断开周期内，测量电流消耗；确定所测量的电流消耗是否超过预定阈值；如果测量的电流消耗超过预定阈值，则执行校正动作。
本发明有利地使得能够在故障对叶片或ETH元件造成任何重大损害之前确定风力涡轮机叶片内的电阻加热系统中有故障的电接触件。
执行校正动作可包括以下一个或多个：发出警报，断开电加热系统的至少一部分，以及识别电接触件中有故障者。
如果电加热系统可包括启动一个或多个断路器，则关闭至少一部分。
识别电接触件中有故障者可包括独立地接通每个电接触件。测量电流消耗；以及如果所测量的电流消耗没有增加，则将电接触件识别为故障的。
识别电接触件中有故障者可包括将所测量的电流消耗与对于每个电接触件的电流消耗值的查找表进行比较，以将电接触件识别为故障的。
预定强制断开周期可以具有预定持续时间，足以使得能够识别出故障的电接触件。
电加热系统可包括位于叶片上或叶片中的预定位置处的两个或更多个电热加热元件；并且其中，每个电热加热元件可连接到电接触件。
根据本发明的第二方面，提供了一种风力涡轮机，其包括：一个或多个风力涡轮机叶片，其中，每个叶片包括电加热系统；多个电接触件，用于根据切换工作周期来控制电加热系统；电流消耗传感器，其可操作地连接到所述多个电接触件；以及处理器，其适配为执行上述方法或特征中的任何一个的。
电加热系统可包括位于叶片上或叶片中的预定位置处的两个或更多个电热加热元件；并且其中，每个电热加热元件可连接到电接触件。
根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序制品，其包括用于实现上述方法或特征中的任何一个的计算机可读可执行代码。
附图说明
现在将仅通过举例的方式并参考附图来描述本发明的实施方式，其中：
图1示出了根据本发明的一个或多个实施方式的风力涡轮机的示意图。
图2示出了根据本发明的一个或多个实施方式的具有多个ETH元件的风力涡轮机叶片的示意图。
图3示出了根据本发明的一个或多个实施方式的多个ETH元件的切换工作周期。
具体实施方式
图1示出了典型的风力涡轮机10的示意图，其包括根据本发明的风力涡轮机叶片19的实施方式。风力涡轮机10安装在基座12上，所述基座可以是陆上基础或海上平台或基础。风力涡轮机包括塔架14，其具有多个塔架部分。机舱16位于并附接到塔架14的顶部。连接到机舱16的风力涡轮机转子包括轮毂18和至少一个风力涡轮机叶片19，其中在图1中示出了三个风力涡轮机叶片，然而可以存在任何数量的风力涡轮机叶片19，这取决于风力涡轮机10的设计和实现。风力涡轮机叶片19连接到轮毂18，所述轮毂又通过低速轴连接到机舱16，所述低速轴延伸出机舱16的正面。
参照图2，风力涡轮机叶片201可具有附接于其或嵌入在其内的多个电阻元件，例如，电热加热(ETH)元件202，用于产生热量以基本上防止风力涡轮机叶片201积冰或从风力涡轮机叶片201去除积冰。
多个ETH元件202中的每一个经由一组电接触件204(诸如继电器)连接至电力供应件203。每个电接触件204可操作地耦合到一个或多个预定的ETH元件202，以接通和断开预定的ETH元件202。电流消耗传感器205连接到电接触件204的输入。主断路器206也可以连接到电接触件204的输入。
取决于环境或结冰条件，根据预定的切换工作周期，启动预定的数量或样式的ETH元件202。切换工作周期(例如，在一段时间内接通和断开继电器)使得能够以预定方式对ETH元件(其附接到叶片或嵌入叶片内)进行功率分配。在切换工作周期期间，可以基于给定时间的加热要求，接通任意数量的ETH元件202，以便在叶片的预定部分中产生热量。
切换工作周期可以持续任何预定时间段，例如，10秒，20秒，30秒，等。在切换工作周期期间，可以基于预定的周期，接通和断开预定的ETH元件202。
根据预定的切换工作周期，每个ETH元件202经由相应的电接触件204从电力供应件接通和断开。这样，当对于给定ETH元件202的电接触件204被连接(即接通)时，随着相应的电阻元件连接到电力供应件，所述相应的电阻元件202接收电力，这将导致由ETH元件202产生热量。作为对比，当给定ETH元件202的电接触件204断开连接或开路(open)，即断开时，相应的电阻元件202不从电力供应件接收任何电力。
如果电接触件204是故障的并且保持在接通状态中，则可操作地耦合到电接触件204的ETH元件202将持续地连接到电力供应件也因此持续地产生热量。这可能造成对在ETH元件处的叶片重大损坏，造成对ETH元件损坏，甚至可能造成对叶片火灾危险。
参考图3，示出了用于预定的多个ETH元件的两个切换工作周期301，302。由切换工作周期301、302控制的ETH元件可以是所有ETH元件或电阻元件总数的子集，例如，叶片的特定地带或区域(诸如前缘)中的电阻元件。
在图3的示例中，将在切换工作周期301的整个期间以及后续的切换工作周期302的整个期间接通所有多个ETH元件。
为了识别故障的电接触，在连续的切换工作周期之间插入了强制“断开”段303。对于强制断开段303的持续时间或时间段是预定的，并设置在足以使得能够识别故障的电接触的任何时间段。例如，预定时间段可以是100毫秒(ms)，200ms，300ms，500ms，1秒，2秒等。上面给出的示例性预定时间段是示例，并且预定时间段可以是用于本发明目的的任何合适的时间段。
替代地或附加地，强制断开段可以被确定为以下时间段：在所述时间段内，当所有电接触件均开路时，所测量的电流消耗将具有足够的时间下降至安培(A)或基本上为0A，意味着ETH元件为断开且所有接触件均常态操作。
在强制断开段303期间，由适当的传感器(在图2中显示为205)，例如电流传感器，测量到电接触件的输入上的电流消耗。然后将在强制断开段303期间测量的电流消耗与预定阈值进行比较。阈值可以是0A，也可以设置为标称的低电流值，诸如1毫安(mA)或任何其他合适的值，以补偿电流测量传感器中的任何不准确。如果电接触件没有汲取电流，则测量的电流应为0A，但是，由于残留电流、噪声或电流测量的不准确性，因此电流传感器可能测量到标称的低值，因此可以使用高于0A位于标称预定的低电流值处的阈值，以防止故障接触的误报。
因此，如果在强制断开段303期间由传感器测量的电流超过阈值，则确定至少一个电接触件有故障。
一旦确定由传感器测量的电流超过阈值，例如识别出至少一个电接触件有故障，则执行一个或多个校正动作。可以执行的一个校正动作是关闭叶片中的ETH元件、ETH加热系统的一部分和/或整个ETH加热系统。例如，可以通过通向叶片的电力供应缆线上的主断路器(在图2中显示为206)，关闭叶片中所有ETH元件的电力供应件。通过断开通向电接触件的电力供应线路，连接到电接触件的任何ETH元件都不会接收任何电力，从而防止连接到故障电接触件的ETH元件被持续加热，从而防止损坏叶片和/或ETH元件。
附加地或可替代地，执行的校正动作可包括发出警报。
附加地或替代地，为了一旦检测到故障电接触件就启动断路器以防止向电接触件提供任何电力供应，执行的校正动作可包括识别电接触件中有故障者。
由每个ETH元件汲取的电流将取决于ETH元件的尺寸(例如宽度，长度)和构造(例如电阻率水平)。因此，基于强制断开段期间的测量电流，可以指示电接触件中的有故障者。例如，可以将每个ETH元件消耗的电流存储在存储器中的查找表中，并基于测量的电流消耗，可以识别出故障的电接触件。
替代地或附加地，每个电接触件可以独立地一个接一个地接通，并且当每个独立电接触件接通时测量电流。
如果随后测量的电流增加高于在强制断开段303期间测量的电流，则电接触件正确地操作，这是因为当其接接通时检测并测量到附加的电流。但是，如果当“接通”电接触件并且测量电流没有变化的情况下，则可以将被测试的电接触件识别为故障的电接触件。
在以上示例中，一个电力供应件设置到或连接到所有电接触件。因此，如果检测到一个电接触件有故障，则将断开(例如，通过断路器)通向所有电接触件的供电力供应，这意味着所有ETH元件都不能够产生热量。
然而，如将意识到的，电接触件可以被成组在一起，其中，每组被连接到分开的电力供应件。例如，可以将位于叶片中特定位置(例如，前缘，后缘，叶片的中央部分等)中的连接到ETH元件的电接触件限定为一组，或者位于叶片中不同位置处的连接到ETH元件的电接触件限定为一组。因此，如果检测到特定的一组电接触件中的电接触件有故障，则可以仅断开(例如，通过断路器)通向该组电接触件的电力供应。这样，这将使连接到不同组的电接触件的ETH元件能够继续操作，从而允许连接的ETH元件根据需要在叶片中产生热量。也可以为每个单独的电接触件提供电力供应件，因此如果确定单独的电接触件有故障，从而使得可以断开到所述电接触件的电力供应。
在以上示例中，提供了单个电流传感器以测量在强制断开段303期间的电流消耗。然而，可以理解的是，可替代地或附加地，取决于电力供应件和电气接触件的设计，可以使用任何数量的电流传感器。例如，如果将电接触件分为分开的组，每组均具有电力供应件，则每组电接触件可具有一个电流传感器。
在以上示例中，在连续的切换工作周期之间插入有强制断开段303。然而，如将意识到的那样，可替代地或另外地，可以在切换工作周期中或在切换工作周期期间插入任何数量的强制断开段。例如，可以在整个切换工作周期的一半处插入强制断开段。
以上描述的示例和实施方式仅出于示例目的，并且应当理解，不同实施方式或示例的特征可以彼此组合。仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，并且可以对实施方式进行许多修改或改变，并且这些修改或改变都在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种识别风力涡轮机叶片电加热系统中的电接触故障的方法，包括：
在切换工作周期之间或之内，插入预定强制断开周期，其中，切换工作周期控制电加热系统中一个或多个电接触件的开关；
在预定强制断开周期期间，测量电流消耗；
确定所测量的电流消耗是否超过预定阈值；以及
如果所测量的电流消耗超过预定阈值，则执行校正动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行校正动作包括以下一个或多个：发出警报，断开所述电加热系统的至少一部分，以及识别电接触件中一个或多个有故障者。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所述电加热系统包括启动一个或多个断路器，则断开至少一部分。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，识别电接触件中一个或多个有故障者包括：
独立地接通每个电接触件；
测量电流消耗；
如果所测量的电流消耗没有增加，则将电接触件识别为故障的。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，识别电接触件中一个或多个有故障者包括：
将所测量的电流消耗与对于每个电接触件的电流消耗值的查找表进行比较，以将电接触件识别为故障的。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述预定强制断开周期具有预定持续时间，足以使得能够识别出故障的电接触件。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述电加热系统包括在叶片上或其中的预定位置处的两个或更多个电热加热元件；并且其中，每个电热加热元件连接到电接触件。
8.一种风力涡轮机，包括：
一个或多个风力涡轮机叶片，其中，每个叶片包括电加热系统；
多个电接触件，用于根据切换工作周期来控制电加热系统；
电流消耗传感器，其可操作地连接到所述多个电接触件；和
处理器，其适配为执行权利要求1至6中的任一项所述的方法。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其中，所述电加热系统包括在叶片上或其中的预定位置处的两个或更多个电热加热元件；并且其中，每个电热加热元件连接到电接触件。
10.一种计算机程序制品，包括：用于实现根据权利要求1至6中的任一项所述的方法的计算机可读可执行代码。
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