CN202372462U - 变换器柜中的冷凝状况感测元件 - Google Patents

Abstract

变换器柜中的冷凝状况感测元件，变换器柜用于风能系统，其特征在于，冷凝状况感测元件包括主体和附接于主体的传感器，传感器包括用于测量感测元件主体的温度的温度测量器件，冷凝状况感测元件包括用于将感测元件主体的温度传送到变换器柜控制系统的装置，感测元件主体的热时间常数比变换器柜内的下列部件的热时间常数慢：变换器柜支撑梁；变换器柜壁和顶部；导轨，导轨连接供电侧断路器、保护构件、滤波构件和一个或更多个功率变换器模块。本实用新型的冷凝状况感测元件成本低且安装简单。

Description

变换器柜中的冷凝状况感测元件

技术领域

本实用新型涉及用于风能系统的变换器柜中的冷凝状况感测元件。 

背景技术

使用各种水平的保护措施来保护变换器柜内部的电子构件免受环境影响。例如，灰尘的进入不能完全被防止，但灰尘进入的量不应干扰设备的良好操作或有损安全性，并且从在任何方向喷射到变换器柜的水应不具有任何有害的效果。例如，当变换器柜是海上风能系统的一部分时，需要高水平的保护。 

在风能系统使用的间隙，变换器柜内具有一定温度和相对湿度的空气会变冷。这种内部空气的冷却可以是由于昼夜温差的大幅波动的原因而形成。这导致在变换器柜内的相对湿度的增加，因为暖空气比冷空气能够容纳更多的水蒸气。如果柜内的构件的表面温度低于露点，水蒸气就会在该表面上冷凝。 

冷凝导致变换器柜内的电气构件发生故障，例如，导致控制电路失灵或短路。因此，在开始变换器柜内的电力功率变换器和其它电子构件的操作之前，必须要确保电子构件的所有表面没有冷凝物。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，并且提供一种变换器柜内的冷凝状况感测元件，该感测元件成本低且安装简单。为了实现这个目的，本实用新型提供一种变换器柜中的冷凝状况感测元件，该变换器柜用于风能系统。 

根据本发明的第一方面，被发明以在用于风能系统的变换器柜中使用的冷凝状况感测元件包括主体和附接于主体上的传感器。传感器包括用于测量感测元件主体的温度的温度测量器件。冷凝状况感测元件包括用于将感测元件主体温度传送到变换器柜控制系统的装置。感测元件主体的热时间常数比变换器柜内的下列部件的热时间常数慢：变换器柜支撑梁，变换器柜壁和顶部；以及导轨，所述导轨连接供电侧断路器、保护构件、滤波构件以及一个或更多个功率变换器模块。 

该冷凝状况感测元件的一个优点在于其能够替代变换器柜内的一些湿度传感器，这些湿度传感器每个都价格昂贵。同时节省了布线成本以及安装工作，因为只有一个构件即冷凝状况感测元件需要被布线并安装到变换器柜中。 

热时间常数是感测元件主体需要达到热平衡的时间的表征。感测元件主体的热时间常数比变换器柜的框架结构以及变换器柜内连接主电路构件的导轨的热时间常数慢，水会冷凝在所述主电路构件上。因此，冷凝状况感测元件主体的温度代表了在评估如下风险时能够被使用的温度：水冷凝在连接主电路构件的导轨上，且水将沿导轨进一步流动。 

冷凝状况感测元件的状态在变换器柜的操作过程中被连续读取。如果变换器柜内的环境状态接近露点，变换器柜控制系统发出警报。在中断使用后，冷凝状况感测元件的状态在启动变换器柜被监测，或者更加具体地在启动变换器柜内的电气部件之前被监测。 

根据本发明的第二方面的冷凝状况感测元件基于第一方面的冷凝状况感测元件，其中感测元件主体的外表面包括安装表面和自由表面，并且自由表面被覆盖有绝缘体。根据本发明的第三方面的冷凝状况感测元件基于第二方面的冷凝状况感测元件，其中该绝缘体由防火等级 的微孔塑料构成。 

根据本发明的第四方面的冷凝状况感测元件基于第一方面至第三方面中任一方面的冷凝状况感测元件，其中感测元件主体是立方体形。 

根据本发明的第五方面的冷凝状况感测元件基于第一方面至第三方面中任一方面的冷凝状况感测元件，其中感测元件主体是长方体形。 

根据本发明的第六方面的冷凝状况感测元件基于第一方面至第三方面中任一方面的冷凝状况感测元件，其中感测元件主体是半球形。 

根据本发明的第七方面的冷凝状况感测元件基于第二方面的冷凝状况感测元件，其中感测元件主体的安装表面与变换器柜的底或与变换器柜中的分隔壁导热接触。冷凝状况感测元件在它在变换器柜中的操作期间将远离变热的构件设置。作为示例，根据本发明的第八方面的冷凝状况感测元件基于第一方面的冷凝状况感测元件，其中冷凝状况感测元件设置成远离扼流线圈。如果冷凝状况感测元件在该操作期间太靠近变暖的构件并且该操作被停止一会儿，则在启动期间该仍然较暖的构件会干扰冷凝状况感测元件的操作。 

根据本发明的第九方面的冷凝状况感测元件基于第一方面至第三方面中任一方面的冷凝状况感测元件，其中感测元件主体由铝构成。根据本发明的第十方面的冷凝状况感测元件基于第一方面至第三方面中任一方面的冷凝状况感测元件，其中感测元件主体由碳钢构成。风能系统通常建立在海边或者海上，这对所有系统构件提出了高的要求。铝是合适的主体材料，因为铝具有优秀的耐腐蚀性。与相同体积的铝相比，碳钢吸收更多的热量并且其作为材料成本较低，但碳钢需要表面处理。 

根据本发明的第十一方面的冷凝状况感测元件基于第一方面的冷 凝状况感测元件，其中所述导轨由铝或铜构成。 

根据本发明的第十二方面的冷凝状况感测元件基于第一方面的冷凝状况感测元件，其中所述变换器柜包括：用于测量变换器柜内空气湿度和空气温度的装置；以及用于将测量到的空气温度和空气湿度传送到变换器柜控制系统的装置。 

根据本发明的第十三方面的冷凝状况感测元件基于第一方面的冷凝状况感测元件，其中所述冷凝状况感测元件包括：用于测量变换器柜内空气湿度和空气温度的装置；以及用于将测量到的空气温度和空气湿度传送到变换器柜控制系统的装置。 

用于测量变换器柜中的空气湿度的装置以及用于将测量到的空气湿度传送到变换器柜控制系统的装置也能够与用于测量变换器柜内空气温度的装置以及用于将测量到的空气温度传送到变换器柜控制系统的装置一起与冷凝状况感测元件分离地位于变换器柜内。 

根据本发明的第十四方面的冷凝状况感测元件基于第十二或十三方面的冷凝状况感测元件，其中所述变换器柜控制系统包括：用于基于变换器柜中的测量到的空气湿度和测量到的空气温度计算露点的装置；用于计算所计算出的露点与所述感测元件主体的测量到的温度的差的装置；以及用于当所计算出的差低于预定极限时传送冷凝状况的警报的装置。变换器柜控制系统能够基于测量到的变换器柜内的空气湿度和空气温度计算露点。计算出的露点与测量到的感测元件主体的温度相比较。如果主体温度接近露点，也就是说计算出的露点与测量到的感测元件主体的温度之间的差很小，那么就有冷凝的危险。变换器柜控制系统具有当计算出的差低于预定极限时用于发出冷凝状况的警报的装置。 

根据本发明的第十五方面的冷凝状况感测元件基于第十二或十三 方面的冷凝状况感测元件，其中所述变换器柜控制系统包括基于所述感测元件主体的测量到的温度、所述变换器柜中的测量到的空气湿度和测量到的空气温度来估算冷凝物量的装置。根据测量到的变换器柜内的空气湿度和空气温度能够确定变换器柜空气的含湿量。然后使用测量到的感测元件主体的温度作为空气冷却的温度，则能够估算出冷凝物量。 

根据本发明的第十六方面的冷凝状况感测元件基于第十五方面的冷凝状况感测元件，其中变换器柜包括：用来干燥变换器柜内的空气的装置；和用以在所估算出的冷凝物量超过预定的冷凝物极限时启动以干燥空气的系统。 

根据本发明的第十七方面的冷凝状况感测元件基于第十四方面的冷凝状况感测元件，其中变换器柜包括如下机构：当该机构接收到冷凝状况的警报时，防止所述一个或更多个功率变换器模块启动。 

根据本发明的第十八方面的冷凝状况感测元件基于第十四方面的冷凝状况感测元件，其中变换器柜包括对变换器柜内的空气进行加热、干燥以及循环的装置，并包括如下的系统，该系统用于在接收到冷凝状况的警报时启动对空气加热、干燥以及循环。 

根据本发明的第十九方面的冷凝状况感测元件基于第一方面至第三方面中任一方面的冷凝状况感测元件，其中变换器柜控制系统包括一个或更多个可编程逻辑控制器，并且所述一个或更多个可编程逻辑控制器包括一个或更多个应用软件。这些布置保护变换器柜内的电气构件。保护电气构件的已知系统在启动功率变换器之前自动启动对变换器柜内的空气加热、干燥以及循环预定的时间段。由于一旦电子整流器安全就进行启动，使用冷凝状况感测元件来控制功率变换器以及对变换器柜内部的空气进行加热、干燥和循环的装置的操作节约了能源和时间，因为一旦启动是安全时，就执行启动。 

附图说明

下面，将参考附图通过一些优选实施例更详细地描述本实用新型，其中 

图1示出了冷凝状况感测元件； 

图2示出了冷凝状况感测元件主体的不同形状； 

图3示出了在变换器柜中的冷凝状况感测元件。 

具体实施方式

图1示出了冷凝状况感测元件1。冷凝状况感测元件1包括主体2和附接于主体上的传感器3。传感器3具有温度测量器件4，用来测量感测元件主体2的温度。温度测量器件4用虚线示出。 

传感器3还具有用来测量变换器柜中空气的温度和湿度的空气温度湿度测量器件5。 

感测元件主体2的外表面被覆盖有防火等级的绝缘体6，比如微孔塑料。该元件的安装表面7无绝缘体。 

冷凝状况感测元件1通过线缆8连接到变换器柜控制系统9，所述线缆8用来传输元件的状态信息，例如温度。该连接也可以是无线的。被测量到的空气湿度和空气温度数据被以无线方式或经由线缆8传送至变换器柜控制系统9。 

图1中，感测元件主体2是立方体形。图2示出了冷凝状况感测元件主体2的不同形状：a)感测元件主体2′是长方体形，以及b)感测元件主体2″是半球形。半球形的主体2″具有平的安装表面7″。感测元件主体2，2′，2″由铝或碳钢构成。 

图3示出了变换器柜11内的冷凝状况感测元件1。感测元件主体 2的安装表面7与变换器柜内的分隔壁12导热接触。另一个优选的位置是变换器柜的底13。 

冷凝状况感测元件1远离扼流线圈29设置。扼流线圈29是变换器柜11内最慢热的构件。 

感测元件主体2的热时间常数比变换器柜11内的下列部件的热时间常数慢：变换器柜支撑梁14，变换器柜外壁15和顶部16，以及连接供电侧断路器18、保护构件19、滤波构件20以及一个或多个功率变换器模块21的导轨17。 

在图3中，变换器柜11包括测量变换器柜11中的空气湿度和空气温度的器件10。用于测量空气湿度和空气温度的器件10以无线方式或经由线缆将测量到的湿度和温度数据传送至变换器柜控制系统9。 

变换器柜控制系统9包括若干用于接收温度和湿度数据的可编程逻辑控制器，例如数字计算机。在每个可编程逻辑控制器中运行一个或更多个应用软件。在可编程逻辑控制器中，基于测量到的空气湿度和空气温度计算露点。计算出的露点与测量到的感测元件主体的温度之间的差也被计算出。当计算出的差低于预定极限时，冷凝状况的警报被传送到如下机构，该机构用来防止一个或更多个功率变换器模块24启动，并且该警报被传送到系统28，所述系统28用来启动对空气加热、干燥以及循环。 

在可编程逻辑控制器22中，基于测量到的感测元件主体的温度、测量到的空气湿度以及测量到的空气温度能够估算出冷凝物量。使用测量到的感测元件主体的温度作为空气冷却的温度，能够估算出冷凝物量。 

变换器柜11包含：用于变换器柜内的空气的干燥机26；以及系统 30，系统30用于在估算出的冷凝物量超过预定的冷凝物极限时启动空气干燥机23。 

变换器柜包括如下的机构24：当机构24接收到冷凝状况警报时，防止一个或更多个功率变换器模块21启动。变换器柜包括用于对变换器柜内的空气进行加热25、干燥26以及循环27的装置，例如散热器25、减湿器26以及风扇27。用于启动对空气加热25、干燥26以及循环27的系统28在其接收到来自变换器柜控制系统9的冷凝状况的警报时，启动操作。 

连接主电路构件的导轨17由铝或铜构成，所述主电路部件比如是供电侧断路器18、保护构件19、滤波构件20以及一个或更多个功率变换器模块21。 

上面的描述仅是为了示例本实用新型，并不意图限制由权利要求所提供的保护范围。权利要求也意图覆盖其等效内容而不局限于字面含义。 

Claims (19)

1.变换器柜(11)中的冷凝状况感测元件，所述变换器柜(11)用于风能系统，其特征在于，所述冷凝状况感测元件(1)包括主体(2)和附接于所述主体的传感器(3)，所述传感器(3)包括用于测量感测元件主体(2)的温度的温度测量器件(4)，所述冷凝状况感测元件(1)包括用于将所述感测元件主体的温度传送到变换器柜控制系统(9)的装置(8)，并且所述感测元件主体的热时间常数比所述变换器柜(11)内的下列部件的热时间常数慢：变换器柜支撑梁(14)；变换器柜壁(15)和顶部(16)；以及导轨(17)，所述导轨(17)连接供电侧断路器(18)、保护构件(19)、滤波构件(20)和一个或更多个功率变换器模块(21)。

2.根据权利要求1所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述所述感测元件主体的外表面包括安装表面(7，7′)和自由表面，并且所述自由表面被覆盖有绝缘体(6)。

3.根据权利要求2所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述绝缘体(6)由防火等级的微孔塑料构成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述感测元件主体(2，2′，2″)是立方体形。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述感测元件主体(2，2′，2″)是长方体形。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述感测元件主体(2，2′，2″)是半球形。

7.根据权利要求2所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述感测元件主体的安装表面(7)与变换器柜底(13)或变换器柜的分隔壁(12) 导热接触。

8.根据权利要求1所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述冷凝状况感测元件(1)远离扼流线圈(29)设置。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述感测元件主体(2，2′，2″)由铝构成。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述感测元件主体(2，2′，2″)由碳钢构成。

11.根据权利要求1所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述导轨(17)由铝或铜构成。

12.根据权利要求1所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述变换器柜(11)包括：用于测量所述变换器柜(11)中的空气湿度和空气温度的装置(10)；以及用于将测量到的空气温度和空气湿度传送到变换器柜控制系统(9)的装置。

13.根据权利要求1所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述冷凝状况感测元件(1)包括：用于测量所述变换器柜(11)中的空气温度和空气湿度的装置(5)以及用于将测量到的空气温度和空气湿度传送到变换器柜控制系统(9)的装置。

14.根据权利要求12或13所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述变换器柜控制系统(9)包括：用于基于变换器柜(11)中的测量到的空气湿度和测量到的空气温度计算露点的装置；用于计算所计算出的露点与所述感测元件主体的测量到的温度的差的装置；以及用于当所计算出的差低于预定极限时传送冷凝状况的警报的装置。 

15.根据权利要求12或13所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述变换器柜控制系统(9)包括基于所述感测元件主体的测量到的温度、所述变换器柜(11)中的测量到的空气湿度和测量到的空气温度来估算冷凝物量的装置(22)。

16.根据权利要求15所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述变换器柜包括：用于干燥所述变换器柜(11)的内部的空气的装置(26)；以及用于在所估算出的冷凝物量超过预定冷凝物极限时启动以干燥空气的系统(30)。

17.根据权利要求14所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述变换器柜(11)包括机构(24)，当所述机构(24)接收到冷凝状况的警报时，防止所述一个或更多个功率变换器模块的启动。

18.根据权利要求14所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，所述变换器柜(11)包括：用于对所述变换器柜(11)的内部的空气进行加热(25)、干燥(26)以及循环(27)的装置；以及用于在接收到冷凝状况的警报时启动对空气的加热、干燥以及循环的系统(28)。

19.根据权利要求1-3中任一项所述的冷凝状况感测元件，其特征在于，变换器柜控制系统(9)包括一个或更多个可编程逻辑控制器，并且所述一个或更多个可编程逻辑控制器包括一个或更多个应用软件。 

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