CN116263145A

CN116263145A - 具有电缆布置结构的风力涡轮机

Info

Publication number: CN116263145A
Application number: CN202211612263.9A
Authority: CN
Inventors: C·克里斯蒂安森; J·B·杜; D·基奥尔巴萨; S·斯坎德鲁普
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2023-06-16
Also published as: US20230184228A1; EP4198302A1

Abstract

本发明涉及具有电缆布置结构的风力涡轮机。一种风力涡轮机包括由多个塔架部段构成的塔架和处于该塔架的顶部上的上部部段。该上部部段具有机舱和带有转子叶片的转子。该转子被附接到机舱。该转子叶片可围绕水平转子轴线由风旋转，以驱动机舱中的发电机。该风力涡轮机包括铺设在塔架中的HV电缆布置结构，该HV电缆布置结构连接机舱中的第一HV部件和风力涡轮机塔架底部或基础中的第二HV部件。HV电缆布置结构被分成对应于该多个塔架部段的多个电缆布置结构段，其中，电缆布置结构段中的相应两个经由电缆连接装置连接，使得该多个电缆布置结构段串联连接，以构成HV电缆布置结构。该电缆连接装置包括基于板的屏蔽件。

Description

具有电缆布置结构的风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机是将风的动能转换成电能的设备。例如，风力涡轮机包括具有一个或多个叶片的转子、包括发电机、转换器和变压器的机舱以及在其顶端处保持该机舱的塔架。风力涡轮机的塔架可经由过渡件连接到风力涡轮机的基础，例如但不限于海床中的单桩。

机舱中的变压器和例如开关装置的风力涡轮机塔架底部或基础中的另一高压部件经由高压（HV）电缆布置结构来连接。到目前为止，HV电缆布置结构安装成单件，从而构成一个完整的电缆长度。随着风力涡轮机及其塔架增大其尺寸，在竖立塔架之后安装全长电缆变得越来越复杂。

风力涡轮机的塔架如今由多个塔架部段构成。JP 2010 - 268 595 A提出将HV电缆布置结构分成与该多个塔架部段相对应的多个电缆布置结构段。电缆布置结构段中的相应两个通过电缆连接部分来连接，该电缆连接部分布置在相邻的塔架部段的连接部分附近。这样，用于将HV电缆铺设在风力涡轮机的塔架中的方法变得更加容易。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种风力涡轮机，该风力涡轮机使得能够在塔架中容易地安装电缆布置结构，其中电缆连接部分具有改进的特性。

该目的通过根据权利要求1的特征的风力涡轮机来解决。优选实施例在从属权利要求中陈述。

根据本发明，提供了一种风力涡轮机，其包括由多个塔架部段构成的塔架。塔架部段的数量可为两个或更多，但通常是任意的。塔架的顶部上的上部部段具有机舱和带有转子叶片的转子。转子被附接到机舱，并且转子叶片可围绕水平转子轴线由风旋转，以驱动机舱中的发电机。发电机经由转换器连接到变压器。

高压（HV）电缆布置结构被铺设在塔架中，并且连接机舱中的例如变压器的第一HV部件和风力涡轮机塔架底部或基础中的例如开关装置的第二HV部件。HV电缆布置结构被分成对应于该多个塔架部段的多个电缆布置结构段。这些电缆布置结构段中的相应两个经由电缆连接装置来连接，使得多个电缆布置结构段串联连接，以构成HV电缆布置结构。

表述“HV电缆布置结构被分成对应于该多个塔架部段的多个电缆布置结构段”应被理解为在相应的塔架部段内设置电缆布置结构段。然而，为了经由该多个电缆布置结构段来连接第一HV部件和第二HV部件，电缆布置结构段的数量和塔架部段的数量可相差一个，以将机舱中的第一HV部件连接到位于但不限于塔架部段的最顶部中的电缆连接装置。

根据本发明，电缆连接装置包括基于板的屏蔽件。

根据本发明，风力涡轮机塔架和电缆布置结构被分成相应数量的塔架部段，从而允许预安装电缆布置结构段，并因此使得能够在期望时实现快速组装。然后，预组装的结构可被运输到最终构建场所，例如由多个风力涡轮机组成的海上风电场。然后，最终的塔架安装可离岸进行，从而将电缆布置结构段的自由端连接到指定的电缆连接装置。

一方面，所述基于板的屏蔽件有助于电缆布置结构段的最终安装。另一方面，所述基于板的屏蔽件在操作期间发生电弧闪光事故的情况下提供安全屏蔽。然而，所述基于板的屏蔽件使得能够接近电缆连接装置内的HV部件，并且允许控制电缆连接装置内的故障的影响。

根据优选实施例，该电缆连接装置具有由底部面板、至少一个侧壁和顶部面板构成的机柜。因此，该电缆连接装置可以是基于金属板的箱体。

优选地，该机柜在所有侧上封闭，并且具有用于进入到其内部的至少一个维护门或翻板。该维护门可在顶部面板和/或侧壁中的至少一个处实现。

根据另一优选实施例，该机柜虽然为封闭的外壳，但包括压力释放机构。该压力释放机构可处于面板的底部中。将压力释放机构置于底部面板中使得电弧闪光爆炸（arcflash blast）能够被引导到位于电缆连接装置下方的塔架部段的特定方向。由于通常没有其他平台位于其上设置机柜的平台下方，因此在下方的塔架部段中存在大量空气，能量可被释放到该空气。因此，对于在下方的塔架部段中的人员没有受伤的危险或者该危险显著降低。

例如，该压力释放机构包括穿孔板和/或防爆舱口和/或过压释放装置。

根据另一优选实施例，电缆连接装置的机柜包括第一电缆套管和第二电缆套管，第一电缆布置结构段通过该第一电缆套管被引导到电缆连接装置的内部中，第二电缆布置结构段通过该第二电缆套管被引导到电缆连接装置的内部中。该第一电缆布置结构段和第二电缆布置结构段使用电缆连接装置内的端部端接件来彼此竖直连接。该实施例允许引导两个电缆段，来以指定的方式进入电缆连接装置的内部。电缆布置结构段的自由端之间的连接在电缆连接装置内借助于可具有常规类型的端部端接件进行。

该第一和第二电缆套管可被设置在机柜的相同侧面板中。可替代地，它们可被设置在机柜的不同侧面板中。

根据另一优选实施例，HV电缆布置结构和每个电缆布置结构段包括多相电缆，其中这些多相电缆中的相应两个的所有相经由电缆连接装置来连接。

可替代地，HV电缆布置结构和至少一些电缆布置结构段包括多个单相电缆，其中这些单相电缆中的相应两个的每一相经由相应的电缆连接装置来连接。根据该实施例，每一相可设置一个电缆连接装置。可替代地，用于单相电缆中的相应两个的每一相的相应套管被设置到单个机柜。

根据另一优选实施例，每个塔架部段具有上部法兰和下部法兰，第一塔架部段的上部法兰和第二塔架部段的下部法兰被固定到彼此，从而在塔架中提供平台，其中电缆连接装置位于该平台上。该平台可与上部法兰相邻放置，从而允许工人在组装塔架时将对应的塔架部段栓接到彼此。然而，该平台也可与下部法兰相邻定位。

根据另一优选实施例，该平台具有一个或多个开口，其对应于底部面板的压力释放机构。这允许将电弧闪光爆炸定向到电缆连接装置下方的区域、即下方的塔架部段中的指定方向。

附图说明

根据结合附图的后续描述，本发明的另外的实施例、特征和优点将变得显而易见，附图中：

图1以局部剖面图示出了根据本实施例的风力涡轮机；

图2示出了根据本发明的电缆连接装置的透视图；

图3图示了其中移除了侧面板的根据图2的电缆连接装置的侧视图；

图4从下方示出了图2的电缆连接装置的底部面板；

图5示出了位于未示出的塔架部段的平台上的电缆连接装置的透视图；以及

图6示出了位于未示出的塔架部段的平台上的电缆连接装置的透视图。

在附图中，除非另有指示，否则相同的附图标记标示相同或功能上等同的元件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的离岸风力涡轮机1。风力涡轮机1包括转子2，其经由能量转换系统连接到布置在机舱3内的变压器5。未示出的该能量转换系统包括发电机和转换器。机舱3被布置在风力涡轮机1的塔架4的顶部上。转子2包括例如三个转子叶片9。转子叶片9被连接到风力涡轮机1的轮毂10。轴（未示出）将轮毂连接到发电机，并且能量进一步通过转换器并进入到变压器5中。

塔架4被竖立在单桩6或任何其他类型的基础上，该基础被打入到海床7中并且部分地高于海水8的水平。单桩6构成风力涡轮机的基础。塔架4可经由过渡件（未示出）连接到风力涡轮机的基础。

塔架4包括多个部段11、12、13、14。在本示例中，塔架4包括底部塔架部段11、两个中间塔架部段12、13以及顶部塔架部段14。仅作为示例，塔架部段的数量对应于四个。然而，塔架部段的数量可更多或更少。塔架部段11、12、13、14包括每一个或多个上部法兰15u，其栓接到另一个塔架部段11、12、13、14的对应的下部法兰15l。此外，塔架4的底部塔架部段11包括与单桩6连接的法兰16。

塔架4在内部包括一个或多个平台17、18、19、20。这些平台17、18、19、20可以是螺栓平台，其构造成供工人在组装塔架4时将对应的塔架部段11、12、13、14栓接到彼此，以及栓接到机舱3和单桩6。

构成第一高压（HV）部件的变压器5借助于HV电缆布置结构21电连接到风力涡轮机1的塔架底部或基础中的第二高压（HV）部件（未示出）。该HV电缆布置结构21被分成多个电缆布置结构段22、23、24、25、26。在本实施例中，该多个电缆布置结构段22、23、24、25、26对应于该多个塔架部段11、12、13、14加一个，因为变压器被放置在塔架4的顶部上的机舱3内。然而，该多个电缆布置结构段22、23、24、25、26可少于该多个塔架部段11、12、13、14。

电缆布置结构段22、23、24、25、26中的相应两个经由电缆连接装置27、28、29、30连接到彼此。电缆连接装置27、28、29、30中的每一个位于平台17、18、19、20中的相应平台上，使得该多个电缆布置结构段22、23、24、25、26串联连接，以构成塔架4内的HV电缆布置结构21。

在本示例中，HV电缆布置结构21和电缆布置结构段22、23、24、25、26中的每一个都是多相电缆，其中，这些多相电缆中的相应两个的所有相经由电缆连接装置27、28、29、30来连接。可替代地，并且图中未图示，HV电缆布置结构21和电缆布置结构段22、23、24、25、26中的每一个或多个可包括多个单相电缆，其中这些单相电缆中的相应两个的每一相经由一个或多个相应的电缆连接装置来连接。

电缆连接装置27、28、29、30中的每一个都包括成形为基于金属板的箱的基于板的屏蔽件（plate-based shielding），如图2和图3中所示。图2和图3示出了电缆连接装置27，其在塔架部段11的平台17上连接电缆布置结构段22、23。其他电缆连接装置28、29、29的构造对应于下文描述的实施例。

如从图2的透视图中可以看到的，电缆连接装置27具有机柜31。该机柜31由底部面板32（图3）、侧壁33、34、35和顶部面板37构成。机柜31除了底部之外在所有侧上封闭。顶部面板37具有维护门38或任何其他翻板，以用于进入到机柜31的内部。在本示例中，顶部面板37由两个维修门38构成，这两个维修门38可通过相应的门把手39操作。替代地或附加地，该维护门和/或翻板可处于一个或多个侧面板33、34、35上。作为另一替代方案，侧面板33、34、35和/或顶部面板37可借助于利用工具解锁螺钉或螺栓或者通过移除锁定或互锁装置来移除。

机柜31包括第一电缆套管41和第二电缆套管42。仅作为示例，该第一和第二电缆套管被布置在侧面板34中。如从其中侧面板33被移除的图3的侧视图中可以看到的，电缆布置结构段22、23被引导通过第一和第二电缆套管41、42。电缆布置结构段22、23的相应端部被连接到端部端接件（end termination）43、44，使得布置结构段22、23彼此串联连接。

如从图3可以看到的，电缆布置结构段22、23通过夹具46、47机械地固定在机柜31内。根据已知标准，该端部端接件43、44可以是HV端部端接件。端部端接件43、44可被构造成具有接地成型件（grounding profile）48。在侧面板34的外侧上，保持平台49、50位于第一和第二电缆套管41、42下方，以在电缆布置结构段22、23被引导到电缆连接装置27的内部中时向其提供机械支撑。

平台17、18、19、20分别在布置机柜31及其底板32的区域中具有一个或多个开口。底部面板32包括压力释放机构40，其可从图4的底视图中看到。因此，底部面板32中的压力释放机构40对应于电缆连接装置27位于其上的平台17、18、19、20中的该一个或多个开口。

如图4中所示，压力释放机构40可呈穿孔板的形式。替代地或附加地，压力释放机构40可包括防爆舱口（explosion hatch）和/或过压释放装置（relief of overpressure）或简单的开口。

在电弧闪光爆炸的情况下，这可被引导到电缆连接装置27下方的方向。由于平台17处于塔架部段11的上部部分中，因此在塔架部段11内存在足够的空间，能量可通过该空间释放，而不会损坏部件或对塔架部段11内的人员造成危险。

如从图5和图6的透视图中可以看到的，电缆布置结构段22、23被引导通过穿过塔架部段的竖直支柱45。在进入相邻的塔架部段之后，自由端被引导通过相应的电缆套管进入到位于相邻的塔架部段中的下一个电缆连接装置中，或者被直接连接到沿风力涡轮机或基础进一步向上或向下的HV部件。

基于板的外壳31有助于HV电缆布置结构21的最终安装，并且在操作期间发生电弧闪光事故的情况下提供安全屏蔽。机柜31（外壳）的屏蔽件防止接近机柜31内的部分，防止来自外部的机械冲击并控制机柜31内的故障的影响。

虽然本实施例具有进入机柜31的两个电缆布置结构段，但是进入外壳31的电缆布置结构段的数量可选择为与其不同。

所描述的构造使得能够将HV电缆布置结构段预安装在一个或多个预组装的结构化塔架部段中，并且在给定的目的地处、即在离岸安装场所处合并它们。作为来自预制造的能力的一个优势，所需塔架部段中的HV电缆安装的组装和测试可在供应链的早期部分中进行，在该早期部分，这些过程不像在最终风力涡轮机安装场所上进行那么昂贵。电缆连接装置中的预安装的电缆布置结构段允许快速、安全且容易地组装电缆布置结构。

电缆连接装置提供了设施周围的安全操作环境的优势，并控制在电弧闪光场景的情况下的安全风险。电缆连接装置可被安装在风力涡轮机结构中的一个或多个位置上。电缆连接装置包括电缆端部端接件，以及完整的电缆分接装置（cable breakout）（电缆套管）。这大大降低了在安装期间损坏设备的风险。

因此，利用所提出的风力涡轮机提供了安装灵活性和降低的成本。

Claims

1.一种风力涡轮机（1），包括：

- 由多个塔架部段（11-14）构成的塔架（4）；

- 处于所述塔架（4）的顶部上的上部部段，所述上部部段具有机舱（3）和带有转子叶片（9）的转子（2），所述转子（2）被附接到所述机舱（3），并且所述转子叶片（9）能够围绕水平转子轴线由风旋转，以驱动所述机舱（3）中的发电机（5）；

- 铺设在所述塔架（4）中的HV电缆布置结构（21），所述HV电缆布置结构（21）连接所述机舱中的第一HV部件和风力涡轮机塔架底部或基础中的第二HV部件，所述HV电缆布置结构（21）被分成对应于所述多个塔架部段（11-14）的多个电缆布置结构段（22-26），其中，所述电缆布置结构段（22-26）中的相应两个经由电缆连接装置（27-30）来连接，使得所述多个电缆布置结构段（22-26）串联连接，以构成所述HV电缆布置结构（21）；

其特征在于，

- 所述电缆连接装置（27-30）包括基于板的屏蔽件。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述电缆连接装置（27-30）具有由底部面板（32）、至少一个侧壁（33、34）和顶部面板（37）构成的机柜（31）。

3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中，所述机柜是封闭的，并且具有用于进入到其内部的维护门（38）或翻板。

4.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机，其中，所述机柜包括压力释放机构（40）。

5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其中，所述压力释放机构（40）处于所述底部面板（32）中。

6.根据权利要求4或5所述的风力涡轮机，其中，所述压力释放机构（40）包括穿孔板和/或防爆舱口和/或过压释放装置。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述电缆连接装置（27-30）的所述机柜（31）包括第一电缆套管（41）和第二电缆套管（42），第一电缆布置结构段（22-25）通过所述第一电缆套管（41）被引导到所述电缆连接装置（27-30）的内部中，第二电缆布置结构段（23-26）通过所述第二电缆套管（42）被引导到所述电缆连接装置（27-30）的内部中，其中，所述第一电缆布置结构段（22-25）和所述第二电缆布置结构段（23-26）使用所述电缆连接装置（27-30）内的端部端接件（43）来彼此电连接。

8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中，所述第一电缆套管（41）和所述第二电缆套管（42）处于所述机柜（31）的相同或不同的侧面板中。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述HV电缆布置结构（21）和所述电缆布置结构段（22-26）中的每一个包括多相电缆，其中，所述多相电缆中的相应两个的所有相经由所述电缆连接装置（27-30）来连接。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述HV电缆布置结构（21）和所述电缆布置结构段（22-26）中的至少一个包括多个单相电缆，其中，所述单相电缆中的相应两个的每一相经由相应的电缆连接装置（27-30）来连接。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述塔架部段（11-14）中的每一个具有上部法兰（15u）和下部法兰（15l），第一塔架部段的所述上部法兰（15u）和第二塔架部段的所述下部法兰（15l）被固定到彼此，从而在所述塔架（4）中提供平台（17-20），其中，所述电缆连接装置（27-30）位于所述平台（17-20）上。

12.根据权利要求11所述的风力涡轮机，其中，所述平台具有对应于所述底部面板（32）的所述压力释放机构（40）的一个或多个开口。