專利名稱：用于與電網(wǎng)相連的風輪機及風輪機場的接地系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連接到電網(wǎng)的風輪機以及一種風輪機場。
背景技術(shù)：
、 ' -、、、。，
的風輪機機搶。機搶上通過低速軸連接有帶有多個風輪機葉片的風輪機轉(zhuǎn) 子，如圖1所示該低速軸從機艙的前部伸出。
由例如短路、雷擊等故障情況引起的過壓對風輪機、可能操作風輪機
的人員具有潛在的非常大的危害，或者它至少降低了所產(chǎn)生的能量的品質(zhì)。 因此已知要為風輪機設(shè)置某種接地系統(tǒng)。
美國專利US 6,932,574 B2中示出一種風輪機，該風輪機包括雷電保護 系統(tǒng)和用于連續(xù)釋放風輪機葉片的靜電電荷的系統(tǒng)。所述雷電保護和靜電的。
這種接地系統(tǒng)的問題是可能難以維持接地連接的質(zhì)量和穩(wěn)定性，因為 確保風輪機的所有部件都總是安全地接地、且在風輪機內(nèi)或周圍不發(fā)生潛 在的危害或危險的電勢差是4艮困難的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種不具有上述缺點的安全的接地系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種連接到電網(wǎng)的風輪機。該風輪機包括至少一個電系 統(tǒng)一例如低壓或高壓電力系統(tǒng)和電纜，至少一個控制系統(tǒng)一例如SCADA 系統(tǒng)和控制電纜，以;5L/或者至少一個安全系統(tǒng)例如雷電保護系統(tǒng)，其中，在風輪機中為所述系統(tǒng)建立從一個限定的位置到地電勢的連接。
由于多種不同原因，現(xiàn)代大型風4^^L需要接地。首先，雷電保護系統(tǒng) 需要良好地接地以防止雷擊損壞風輪機或周圍物體，且風輪機中幾乎所有 其它電力部件也需要安全接地。通常，這些系統(tǒng)已經(jīng)以不同方式在風輪機 的不同位置接地。
通過將所述系統(tǒng)在風輪機內(nèi) 一個限定的地點連接到接地系統(tǒng)，可實現(xiàn) 安全且有效的接地連接以使不同系統(tǒng)、風輪機的不同部件以及周圍地面之 間的電勢相等。這樣是有利的，因為避免了或者極大地減少了不同接地系 統(tǒng)和/或風輪機的不同部件和/或風輪機周圍區(qū)域之間的潛在的危險和/或破 壞性電勢差。
在本發(fā)明的一個方面中，所述一個限定的位置包括由導電材料制成的 軌道，該軌道具有用于所述系統(tǒng)的連接裝置，例如連接孔和環(huán)，以用于建 立軌道和所述系統(tǒng)的電纜屏蔽線之間的連接。
使用由導電材料制成的軌道來建立一個限定的位置是有利的，因為軌 道是用于結(jié)合所有需要接地的電纜等的簡單、廉價且同時有效的裝置。
在本發(fā)明的一個方面中，所述軌道的材料為不銹鋼。
用不銹鋼制造軌道是有利的，因為這是非常耐用并具有良好導電性的
在本發(fā)明的一個方面中，所述一個限定的位置是用于電纜、控制導線 等進入風輪機的單個進入點(SPE)。
在所有電力電纜、控制導線、雷電保護電纜等i^X或離開風輪機的位 置建立所述一個限定的位置是有利的，因為由此能夠確保在這些電線或電 纜在連接到它們的位于風輪機內(nèi)或外的目的地之前以簡單的方式將它們接 地。這樣就避免了或進一步減少了風輪機內(nèi)或周圍的危險的或破壞性的電 勢差的風險。
在本發(fā)明的一個方面中，所述一個限定的位置位于風輪機基座區(qū)段內(nèi)， 例如緊靠地面上方。
通it^風輪機塔架內(nèi)緊靠地面上方建立一個限定的位置，可使所有電纜、電線、部件等通常通過嵌入基座中的輸送道在剛1風輪機內(nèi)之后或
剛要離開風輪機之前接地。
在本發(fā)明的一個方面中，所述一個限定的位置設(shè)置在管狀塔架環(huán)內(nèi)， 例如帶有與環(huán)內(nèi)側(cè)的連接的第 一塔架環(huán)內(nèi)側(cè)。
由此實現(xiàn)了本發(fā)明的有利實施例。
在本發(fā)明的一個方面中，所述一個限定的位置設(shè)置在柵格塔架內(nèi)，例 如具有與塔架的不同鋼材輪廓/剖面的連接。 由此實現(xiàn)了本發(fā)明的有利實施例。
在本發(fā)明的一個方面中，所述系統(tǒng)與限定的位置的連接部分是電力電 纜的屏蔽線、控制電纜的屏蔽線、雷電保護系統(tǒng)的引下線和/或光纖電纜的 屏蔽線。
使所有電線和電纜屏蔽線、雷電保護系統(tǒng)的引下線以及其它需要接地 的部件連接到風輪機塔架內(nèi)的一個限定的位置是有利的，因為由此確保了 所有進入或離開風輪機的導電元件以安全且可靠的方式與地電勢相等。
在本發(fā)明的一個方面中，所述限定的位置還連接到接地系統(tǒng)，所述接 地系統(tǒng)部分或完全嵌入風輪機基座內(nèi)。
由于風輪機基座直接在風輪機下方，并且該基座提供了受控的且可預 測的環(huán)境，因此使接地系統(tǒng)部分或完全嵌入基座內(nèi)是有利的。
在本發(fā)明的一個方面中，所述接地系統(tǒng)包括一個或多個從所述風輪機
徑向延伸入地的導電裝置，例如所述裝置為長度在約30至50米之間并沿 基本相對的方向延伸的兩個導線。
使接地系統(tǒng)包括從風輪機徑向延伸入地的導線是有利的，因為由此建 立了良好且可靠的接地連接。
此外，使導線徑向延伸入地^1有利的，因為例如與垂直接地桿相比， 基本水平的接地導線更容易安裝入地，并且能夠?qū)⑺鼈儼惭b在與主電力電
纜或其它電纜所用的相同的電纜溝內(nèi)。這使得不需要或需要4艮少的額外挖 掘來安裝水平接地導線。
此外，當接地導線安裝在與進入或離開風輪機的其它電纜相同的電纜溝內(nèi)時，該接地導線也可用作地內(nèi)其它電纜的雷電保護。
在本發(fā)明的一個方面中，所述接地系統(tǒng)包括兩個導電裝置，該導電裝
置在水平面中以不小于80度的相互角從所述風輪機延伸入地。
例如在雷電保護系統(tǒng)中僅有i^地的導電裝置的大約第一個40米可 有效地傳導高頻雷擊。因此給接地系統(tǒng)設(shè)置兩個沿基;M目對的方向延伸或 者至少在水平面中形成不小于80度的中間角的導電裝置是有利的，以便確 保導電裝置覆蓋盡可能大的區(qū)域，以便確保接地系統(tǒng)的效率不會因?qū)щ娧b 置安放過近而減小。
在本發(fā)明的一個方面中，所述導電裝置中至少一個的一端連接到分站 的接地系統(tǒng)、相鄰風輪機的接地系統(tǒng)、電網(wǎng)變電站的接地系統(tǒng)或電網(wǎng)的高 壓電纜的接地系統(tǒng)。
這是有利的，因為由此可使風輪機的電勢與任何電設(shè)備的接地連接的 電勢相等，所述電設(shè)備例如連接有風輪機的主電力電纜。
在本發(fā)明的一個方面中，所述接地系統(tǒng)包括基座接地系統(tǒng)，該基座接 地系統(tǒng)包括至少一個嵌入所述基座內(nèi)的接地線。
用于大型現(xiàn)代風輪機的基座通常利用具有優(yōu)良導電性能的金屬桿或網(wǎng) 加強，并且由于基座非常大并且基座與周圍土壤接觸的表面因此也非常大， 因此在基座中嵌入接地線是有利的。
在本發(fā)明的一個方面中，所述至少一個接地線包括用于電連接于所述 基座中的金屬加強件的裝置。
通過使接地線連接到基座中的加強件，能夠以簡單且廉價的方式建立 大的、可靠的且有效的接地連接。
在本發(fā)明的一個方面中，所述導電裝置和/或所述接地線是棵露的銅絞線。
銅是導電性很好的導體，并且是比較耐用且活性低的材料，棵露的絞
入地內(nèi)以形成接地連接。
在本發(fā)明的一個方面中，所述接地系統(tǒng)包括一個或多個金屬基座支承結(jié)構(gòu)，該支承結(jié)構(gòu)包圍所述風輪機基座并且/或者嵌入風輪機基座內(nèi)。
某些基座類型例如墩式基座包括金屬支承結(jié)構(gòu)，其形式為由例如為波 紋狀的金屬板制成的管或盒狀殼體。該支承結(jié)構(gòu)比較大并且覆蓋風輪機下 的多數(shù)地面，這是有利的，因為由此可建立良好且可靠的接地連接。
本發(fā)明還提供了 一種連接到電網(wǎng)的風輪機。該風輪機包括至少兩個電 力系統(tǒng)，例如雷電保護系統(tǒng)和低或高壓電系統(tǒng)，地電勢，該地電勢由至少 一個基座接地(系統(tǒng))以及至少一個導電裝置建立，該基座接地系統(tǒng)包括 至少一個部分或完全嵌入風輪機基座中的接地線，該導電裝置從所述風輪 機徑向延伸入地，其中，在風輪機內(nèi)從一個限定的位置為所述系統(tǒng)建立到 所述地電勢的連接。
使用風輪機基座是用以建立接地連接的簡單、可靠且有效有方式，并 且通過利用導電裝置對此進行補充可建立特別可靠且有效的接地連接，所 述導電裝置在地內(nèi)從所述風輪機基本水平的延伸，該接地連接分布在圍繞 風輪機的較大區(qū)域內(nèi)。
通過將不同接地系統(tǒng)集中到風輪機中的一個限定的位置，可與電力系 統(tǒng)形成有效且可靠的連接，由此消除或減少了在風輪機內(nèi)或周圍出現(xiàn)危險 的或破壞性的電勢差的風險。
在本發(fā)明的一個方面中，所述一個限定的位置包括由導電材料制成的 軌道，該軌道具有用于所述系統(tǒng)的連接裝置，例如連接孔和環(huán)，以用于建 立軌道和所述系統(tǒng)的電纜屏蔽線之間的連接。
在本發(fā)明的一個方面中，所述軌道的材料為不銹鋼。
在本發(fā)明的一個方面中，所述限定的位置還連接到接地系統(tǒng)，所述接 地系統(tǒng)部分或完全嵌入風輪機基座內(nèi)。
在本發(fā)明的一個方面中，所述接地系統(tǒng)包括一個或多個從所述風輪機
徑向延伸入地的導電裝置，例如所述裝置為長度在約30至50米之間并沿 基本相對的方向延伸的兩個導線。
在本發(fā)明的一個方面中，所述接地系統(tǒng)包括兩個導電裝置，該導電裝 置在水平面中以不小于80度的相互角從所述風輪機徑向延伸入地。在本發(fā)明的一個方面中，所述導電裝置中至少一個的一端連接到分站 的接地系統(tǒng)、相鄰風輪機的接地系統(tǒng)、電網(wǎng)變電站的接地系統(tǒng)或電網(wǎng)的高 壓電纜的接地系統(tǒng)。
本發(fā)明還提供了一種風輪機場，它包括至少兩個根據(jù)權(quán)利要求1至23 之一的風輪機。
使用其中電力系統(tǒng)等在風輪機內(nèi) 一個限定的位置連接到接地系統(tǒng)的風 輪機來形成風輪機場是有利的，因為風輪機場中的單個風輪機的效率取決 于風輪機場中的其它風輪機的效率。如果所有風輪機都設(shè)有接地系統(tǒng)以及 根據(jù)本發(fā)明的與接地系統(tǒng)的連接，則可減少單個風輪機出現(xiàn)故障的風險， 由此增加整個風輪機場的總效率。
在本發(fā)明的一個方面中，所述至少兩個風輪機通過所述風輪機的接地 系統(tǒng)互連。
通過使風輪機互連可平衡風輪機場中的單個風輪機間的任何電勢差。 這是有利的，因為風輪機間的電勢差可能會破壞特別;^X輪機中的電設(shè)備， 并且對操作或維護風輪機的人員有危險。
在本發(fā)明的一個方面中，所述接地系統(tǒng)包括一個或多個從所述風輪機 徑向延伸入地的導電裝置，所述導電裝置互連以形成一個或多個接地互連 線。
導電裝置本質(zhì)上具有優(yōu)異的導電性能，使這些來自單個風輪機的導電 裝置相連以形成互連線，風輪機間將不需要的其它電勢平衡裝置。由此建 立了有效且廉價的用于均衡風輪機間的電勢差的裝置。


下面將參照

本發(fā)明，在附圖中
圖l示出現(xiàn)在技術(shù)已知的大型現(xiàn)代風輪機的前視圖2示出包括接地系統(tǒng)的風輪機基座的側(cè)視剖面圖3示出風輪機基座中的內(nèi)部接地系統(tǒng)的側(cè)視剖面圖4示出與圖3所示相同的風輪機基座中的內(nèi)部接地系統(tǒng)的俯視剖面圖5示出包括軌道的第一實施例的風輪機塔架的俯視剖面圖； 圖6示出包括軌道的第二實施例的風輪機塔架的俯視剖面圖； 圖7示出包括軌道的風輪機塔架的前視剖面團o 山切tb 山S AA乂血4RT -備頃.
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圖9示出包括接地系統(tǒng)的墩基座實施例的側(cè)視剖面圖； 圖IO示出包括接地系統(tǒng)的墩基座實施例的俯視圖。
具體實施例方式
圖1示出現(xiàn)代風輪機1，它包括安放在基座6上的塔架2以及安放在 塔架2頂部的風輪才;*艙3。機搶3上通過低速軸連接有風輪機轉(zhuǎn)子4,該 轉(zhuǎn)子包括三個風輪機葉片5，該低速軸從機艙3的前面伸出。
圖2示出包括接地系統(tǒng)7的風輪機基座側(cè)視剖面圖。
在本發(fā)明的該實施例中，接地系統(tǒng)7包括至少兩個為風輪機1建立地 電勢的不同的獨立系統(tǒng)8、 9、 11。所述至少兩個不同的獨立系統(tǒng)8、 9、 11 在風輪機l內(nèi)的一個限定的位置連接到一單獨的軌道12。第一系統(tǒng)^座 接地8自身，第二系統(tǒng)是兩個從風輪機1徑向延伸入地的導電裝置9。
在該優(yōu)選實施例中，第二系統(tǒng)包括兩個金屬絲(電線)9，各金屬絲從 基座沿相反方向延伸至少40米D2,其中一個金屬絲9的最遠離風輪機1 的端部將連接到相鄰分站21的接地系統(tǒng)。但在其它實施例中，該系統(tǒng)可包 括其它數(shù)目的金屬絲9，例如一個、三個、四個、五個或更多。
在優(yōu)選實施例中，金屬絲9中的至少一個總是沿風輪機主電纜或纜線 16延伸到其源頭，該源頭例如可為一個或多個相鄰風輪機1或風輪機場10 中的分站21,或者可以是電網(wǎng)的變電站或者高壓電纜。由此金屬絲9也可 通過它們在地中的整個路徑起到用于主電纜16的雷電保護裝置的作用。
在此實施例中，兩個金屬絲9圍繞風輪機對稱安放，使得金屬絲9之 間的角度為180度，但在其它實施例中，金屬絲9可不對稱地安放。在一 種優(yōu)選實施例中，金屬絲9之間可至少有最小值為卯度的角度。在此實施例中，金屬絲9從基座6沿徑向直線延伸，但在其它實施例 中，金屬絲9可以是彎曲的或彎折的，例如通過諸如巖石的障礙物。此夕卜， 在此實施例中，圍繞風輪機的地面是平坦的，因此，如圖所示，如果金屬 絲9以恒定的深度Dl埋入，則該金屬絲9水平延伸。如果周圍地形^ 伏的，或者如果風輪機位于坡地，則金屬絲9仍從風輪機1徑向延伸，但 該金屬絲9將不是水平的而是成角度的或彎曲的。
系統(tǒng)7中的導電裝置9在此優(yōu)選實施例中由棵露的501111112銅絞線構(gòu) 成，以減小或消除電腐蝕的危險，但在其它實施例中，該導電裝置可由其 它導電材料例如鋼、不銹鋼、鋁、銀等制成，當然，根據(jù)土壤的品質(zhì)、風 輪機l的尺寸和輸出以及眾多其它因素，金屬絲9的截面積可小于或大于 50mm2。系統(tǒng)中的所述連接都是雙倍的。
如果風輪機1是包括至少兩個風輪機的風輪機場10的一部分，則可能 設(shè)有笫三接地系統(tǒng)7。然后，第一風輪機1的導電裝置9可連接到第二風 輪機1的導電裝置9。在此實施例中，風輪機l之間的這些地線互連線ll 的僅第 一個40米包括在由導電裝置9相對于雷電保護系統(tǒng)提供的接地系統(tǒng) 7中，因為只有棵金屬絲9的所述第一個40米對接地系統(tǒng)有與在所述系統(tǒng) 中流過的高頻閃電電;;M目關(guān)的正面貢獻。這一觀點與雷電保護系統(tǒng)和EMC 相關(guān)。
在此實施例中，接地系統(tǒng)7的所有部件在電腐蝕方面彼此都是中性的 (具有相同的電勢)。這樣，接地系統(tǒng)7中不可能有電腐蝕。
所有接地連接以及引下線都以塔架2底部的主接地桿(main earth bonding bar)的形式連接到軌道12。所有引入電纜(電纜屏蔽線)也都連 接到該主接地桿。這將參照圖5、 6、 7更詳細地說明。
在此實施例中，軌道12形成為單個直桿，但在本發(fā)明的其它實施例中， 所述軌道12可為彎曲的，并且它的橫截面可制成多種不同的形狀，例如正 方形、矩形、圓形、多邊形等。
在本發(fā)明的該實施例中，出于消除電腐蝕的危險等原因，軌道12由不 銹鋼制成，但在其它實施例中，軌道12可由銅、鋼、鋁、銀等制成。圖3示出風輪機基座6中的內(nèi)部接地系統(tǒng)8的前視剖面圖。
在此實施例中，嵌在鋼筋加強式混凝土基座中的多個50mn^銅絞線 15通過連接端子相連，以用于在例如沿接地線每5米處的銅接地線15和 交叉加強鋼筋之間的固定連接。在頂部，銅接地線15通過標準鋼絲束連接 到所有交叉加強鋼筋。
本發(fā)明涉及連接到電網(wǎng)并對電網(wǎng)產(chǎn)生電能的所有類型的風輪機1，因 此也涉及所有類型的風輪機塔架2，例如管狀鋼塔架2、混凝土塔架、柵格 式塔架等。不同類型的塔架2可能需要不同類型的基座6，即使對于最常 見類型的風輪機塔架2，即管形鋼塔架2，也存在多種不同類型的基座6。
一種類型是在基座6內(nèi)鑄造多個帶螺紋的銷(未示出)，然后通過這 些銷將塔架2連接到基座。另一種基座類型的原理是在制造基座6期間， 在基座6內(nèi)鑄造鋼基座區(qū)段14形式的塔架的底部14，如圖3所示。
在制造這種風輪機基座6時，首先要—故的是在地上挖出一大坑，并安 裝底部加強層13和基座區(qū)段14。在本例中對基座接地8的工作必須由在 基座6旁邊展開在本例中為90米的接地線15開始。
然后將接地線15 M座區(qū)段14的頂部向下拉到底部，并拉出到加強 部分的外邊緣。然后，沿整個基座6的邊緣拉動接地線15,并沿所述邊緣 返回開始的位置。然后，返回基座區(qū)段14，但是拉到該基座區(qū)段背面，從 而使該線足夠松弛，以使接地線15隨后能固定到加強鋼筋的上層。然后將 接地線15拉過剩余的路徑，回到基座區(qū)段14下方，直至它所開始的主接 地桿12為止。
接地線15的兩端都安裝(電纜鎖定)在主接地桿12上，靠近該主接 地桿的每端。
然后，沿接地線15，例如每隔5米，安放連接端子，以將接地線15
連接到底部鋼筋加強件13上。
此后，可安裝加強件的上層，其上可安裝附加連接。 一旦基座接地線15已經(jīng)連接到主接地桿12，并且基座區(qū)段14已經(jīng)凝
結(jié)，就可在風輪機架設(shè)期間通過連接到主接地桿12而將該基座接地用作臨時接地。
這樣，在架設(shè)期間或者在便攜式發(fā)電機組需要接地時，在處理風輪機
1的零部件時避免風輪機l的任何部件，如葉片5、轉(zhuǎn)子4、機搶3和塔架 區(qū)段2等放靜電。
圖4示出與圖3所示相同的風輪機基座6中內(nèi)接地系統(tǒng)的俯視剖面圖。
該圖示出一個大致沿基座6的整個周界延伸的內(nèi)部接地線15。該線15 的一端連接到軌道12的一端，該線15的另一端連接到軌道12的另一端。
圖5示出包括軌道12的第一實施例的風輪機塔架2的俯視剖面圖。
在本發(fā)明的該實施例中，軌道12直接焊接到基座區(qū)段14的內(nèi)表面， 但在另一實施例中，軌道12也可通過螺栓連接到基座區(qū)段14，或者，如 果基座不包括基座區(qū)段14，則軌道12可在基座6的緊上方安裝到塔架2 的底部。無論塔架2或基座6的設(shè)計或類型如何，本發(fā)明的目的都是在風 輪機1內(nèi)的一個限定的位置建立所有電能和/或信號傳導電纜16、 18、 19 與軌道12形式的地電勢之間的連接。
防止人因接觸電壓而受傷害的保護措施通過風輪機1的引下線的設(shè)計 而降到了可接受的水平。在該實施例中，雷電保護系統(tǒng)的引下線限定為整 個塔架結(jié)構(gòu)(自然引下線)，該結(jié)構(gòu)在實實踐中是一個大范圍的金屬框架。
防止人因階躍電壓而受傷害的保護措施通過借助于網(wǎng)狀接地系統(tǒng)7使 風輪4幾結(jié)構(gòu)與周圍土壤電勢相等而降到了可接受的水平。在此^:計中，整 個基座接地(基座中的所有鋼筋或網(wǎng))與徑向延伸的導電裝置9相連，該 導電裝置還可用于風輪機場10中多個風輪機1之間的地互連線11。
由于各風輪機1中的所有金屬部件直接在塔架2下方互連或連接到網(wǎng) 狀接地系統(tǒng)7，所以無論接地系統(tǒng)7中的電流多大，所有部件以及周圍的 土壤都能升到相同的電勢。當所有金屬部件以及周圍土壤都處于同 一電勢 (電壓)時，將不會出現(xiàn)不可接受的接觸電壓或階躍電壓。
在此實施例中，i^塔架2的所有高壓電纜16中的所有電纜屏蔽線或 同軸接地線都直接在i^塔架2時連接到主接地桿12形式的軌道12上。 這可通過剝開一部分高壓電纜16以露出屏蔽線來實現(xiàn)。然后可通過銅彈簧、網(wǎng)和/或編織件將該屏蔽線連接到軌道12，以形成從屏蔽線到軌道12 的環(huán)/回路。
也可將帶有金屬電纜屏蔽線的光纖電纜19在進入點處直接連接到主 接地桿12。
所有常規(guī)的銅信號電纜、控制電纜或通信電纜18可經(jīng)由安放在終端盒 /等電位盒17中的防過壓器(過壓捕捉器)ii^V風輪機1，該盒17安裝在 主接地桿12附近或直接安裝在其上。根據(jù)計劃i^A風輪機1中的電纜18 的數(shù)量和類型來確定此盒17中的防過壓器。
ii^各風輪機1中的信號電纜或通信電纜18的數(shù)量和類型總是針對場 地而特有的，而防過壓器的數(shù)量和類型對于各風輪機l也是特有的。
信號電纜、控制電纜或通信電纜18的電纜屏蔽線將在i^的和離開的 電纜18處都連接到等電位盒17中的接地端子上。
不帶金屬電纜屏蔽線的光纖電纜(未示出)可^風輪機1而不使該 電纜連接于主接地桿12。
圖6示出包括軌道12第二實施例的風輪機塔架2的俯視剖面圖。
在本發(fā)明的此實施例中，所有電能和/或信號傳導電纜16、 18、 19和 來自所有接地系統(tǒng)7、 8、 9、 11的電纜都經(jīng)由塔架2的底部處的軌道12 連接于一個限定的區(qū)域。軌道12則進一步經(jīng)由接地電纜20連接到塔架2， 該接地電纜由此還建立了接地系統(tǒng)7與風輪機1的所有連接的金屬部件之 間的直接或間接電流傳導連接。
圖7示出包括軌道12的風輪機塔架2的前視剖面圖。
在此實施例中，所有電纜和電線都在單獨的進入點(SPE) 22處連接 到接地系統(tǒng)7，該iiX點在此情況下為風輪機塔架2底部處地平面緊上方 的位置，在該位置處所有電纜和電線都通過基座6中的管道進入或離開風 輪機1。
電能和/或信號傳導電纜16、 18、 19以及來自所有接地系統(tǒng)7、 8、 9、 11的電纜可通過多種不同的方式連接到軌道12。 一種眾所周知的方式是在 電纜的端部i殳置電纜鎖(cablelock)，然后通過貫穿該電纜鎖中的孔的螺松將它連接于軌道12。
在此實施例中，等電位盒17安放在軌道12旁，但在本發(fā)明的其它實 施例中，所述盒17可直接安放在軌道12上。
在此實施例中軌道12連接到低或高壓電系統(tǒng)形式的電力系統(tǒng)(根據(jù) IEC，低電壓系統(tǒng)是低于1000伏的所有系統(tǒng)，高電壓系統(tǒng)是所有高于1000 伏的系統(tǒng))。該軌道還連接到SCADA (數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控)形式的控制系 統(tǒng)。該SCADA系統(tǒng)是常用于風輪機場10中的大規(guī)模、分布式測量(和控 制)系統(tǒng)，但也適用于單獨安置的風輪機l。
此外，軌道12連接到雷電保護系統(tǒng)形式的安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)確保當雷 電擊中風輪機時，該電能被引導入地而不損壞風輪機l。
圖8示出風輪機場10中的電纜設(shè)置的俯視示意圖。
在本發(fā)明的該實施例中，8個單獨的風輪機1通過接地互連線11形式 的接地系統(tǒng)7的導電裝置9彼此相連且連接到分站21。
該分站21可包括變壓器，用以促進SCADA系統(tǒng)的主控制功能的設(shè)備， 容納/調(diào)節(jié)、存貯室以及其它設(shè)施。
接地互連線11既作為接地系統(tǒng)7的一部分，又作為高壓電纜16的雷 電保護系統(tǒng)的一部分，所述接地互連線在各風輪機1之間以;OL輪機1與 分站之間延伸。
在各塔架2的底部安裝有主接地桿12。所有接地連接7、 8、 9、 11都 直接連接到所有風輪機ll中的該軌道12。此外，電纜一旦ii^風輪機l 之后就形成與所有電纜或電纜屏蔽線的等電勢連接。
此外，各風輪機1和分站21通過同心電纜屏蔽線或接地線連接，該屏 蔽線或接地線形成連接風輪機1和分站21的高壓電纜16的一部分。基于 這種所有風輪機1和分站21在同一電網(wǎng)中的雙互連，接地系統(tǒng)7可認為是 多接地的HV (高壓)中性導體系統(tǒng)。
沿單獨的風輪機1之間或風輪機1和分站21之間的各高壓電纜16連 接處安裝有棵露銅絞線9，該銅絞線由此形成接地互連線11。
在優(yōu)選的實施例中，接地互連線11沿著高壓電纜16—起埋入，但高于該高壓電纜，以使線11在它們的整個地內(nèi)路徑上作為高壓電纜16的雷 電保護(系統(tǒng))。但在世界上某些地區(qū)，可能存在規(guī)定接地互連線11的其 它布置的地方法規(guī)或法令，例如在高壓電纜16的下方或旁邊。
通常，在與高壓電纜16和接地互連線11相同的電纜溝中不安放信號 電纜或通信電纜。只有不帶金屬電纜屏蔽線的光纖電纜可安放在與高壓電 纜16和接地互連線11相同的電纜溝中。
如果容納有金屬電線、屏蔽線、護套、帶等的信號電纜、控制電纜或 通信電纜18與高壓電纜16和接地互連線11在地中安放過近，則存在通信 設(shè)備和電纜因靠近高壓電纜16和接地系統(tǒng)7而被損壞的大風險。這種損壞 是由在高壓系統(tǒng)中的接地故障或短路期間、在通信電纜18中感生的電壓引 起的。
容納有金屬電線、屏蔽線、護套、帶子等的通信電纜18優(yōu)選安放在獨 立的電纜溝中，當與容納有高壓電纜16的電纜溝平行延伸時，離該電纜溝 至少1米。當通信電纜18穿過高壓電纜16和接地互連線11的電纜溝時， 在交叉點與低壓電纜的距離優(yōu)選不小于0.3米。
圖9示出包括接地系統(tǒng)7的墩式基座24的實施例的前視剖面圖。 在本發(fā)明的該實施例中，墩式基座24包括兩個金屬支承結(jié)構(gòu)23，其 形式為內(nèi)波紋管殼和外波紋管殼。這兩個結(jié)構(gòu)23之間的距離通過多個帶螺 紋的桿25維持，該桿由金屬例如鋼制成，由此也形成這兩個支承結(jié)構(gòu)23 之間的電連接。
墩式基座24是通常通過在地中挖出大的坑并在坑中安放兩個同軸的 金屬支承結(jié)構(gòu)23而形成的基座類型。基本上，這兩個結(jié)構(gòu)之間的空間設(shè)有 多個錨固螺栓26，該空間隨后被混凝土28填充。錨固螺栓26用于將塔架 2連接于基座6。
在此實施例中，例如棵露的銅絞線形式的導電裝置9連接到一個或多 個帶螺紋的螺栓25，并嵌入通過混凝土28，直至用于連接軌道12的基座 的上表面上方。
結(jié)構(gòu)23可以是鍍鋅的，但如果它們是鍍鋅的，則鋅表面層將作為用于導電裝置9的犧牲陽極。因此鋅層將在較短的時間內(nèi)消失。在本發(fā)明的此 實施例中，整個基座6的整個外側(cè)因此被混凝土或泥漿28(具有相同特性) 覆蓋，使得支承結(jié)構(gòu)23的棵露的鋼表面失去活性、耐腐蝕。在此實施例中， 基座24的內(nèi)管殼的內(nèi)側(cè)填充有混凝土 28，但在其它實施例中僅可挖出環(huán) 形電纜溝，其內(nèi)徑小于內(nèi)管殼的內(nèi)徑，從而留出可填充混凝土28、泥漿或 泥土的空腔。
為確保整個支承結(jié)構(gòu)23都被混凝土或泥漿28封裝，該結(jié)構(gòu)23安放在 多個例如由預制混凝土磚形式的間隔件27上，由此使混凝土或泥漿28能 在制造基座24期間流到所述結(jié)構(gòu)23的下方。
圖10示出包括接地系統(tǒng)7的墩式基座24的實施例的俯視圖。
在本發(fā)明的此實施例中，導電裝置9形成為一個單獨的電線，該電線 部分地嵌入混凝土 28，并且通過連接端子29或鋼筋夾連接到基座24的頂 部附近的所有4個螺紋桿。導電裝置9的兩個自由端被引導通過混凝土 28， 并直至用于連接軌道12的單個進入點22。
在本發(fā)明的此實施例中，墩式基座24還在兩個環(huán)形金屬支承結(jié)構(gòu)23 之間設(shè)有環(huán)形金屬加強件30。
在本發(fā)明的其它實施例中，導電裝置9可直接連接到金屬支承結(jié)構(gòu)23、 環(huán)形加強件30等，或者該導電裝置9可連接到其它數(shù)量的錨固螺栓26， 例如1個、2個、3個、6個或更多。
上面已經(jīng)參照接地系統(tǒng)7、塔架2、基座6和軌道12的具體示例舉例 說明了本發(fā)明。然而，應當理解，本發(fā)明不限于上述具體示例，而是可在 如權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)設(shè)計且改變?yōu)槎喾N變型。列表
1、 風輪機
2、 塔架
3、 機搶
4、 轉(zhuǎn)子
5、 葉片
6、 基座
7、 接地系統(tǒng)
8、 基座接地(系統(tǒng))
9、 導電裝置
10、 風輪機場
11、 接地互連線
12、 軌道
13、 底部加強層
14、 基座區(qū)段
15、 接地線
16、 高壓電纜
17、 等電位盒
18、 信號電纜、控制電纜或通信電纜
19、 光纖電纜
20、 接地電纜
21、 分站
22、 單個進入點(SPE)
23、 金屬基座支承結(jié)構(gòu)
24、 墩式基座
25、 螺紋桿
26、 錨固螺栓
27、 間隔件28、 混凝土
29、 連接端子
30、 環(huán)形加強件
Dl、導電裝置在地中的深度
D2、導電裝置從風輪機的延伸尺寸
權(quán)利要求
1. 一種連接到電網(wǎng)的風輪機(1)，所述風輪機(1)包括至少一個電力系統(tǒng)，例如低或高壓電系統(tǒng)和電纜(16)，至少一個控制系統(tǒng)，例如SCADA系統(tǒng)和控制電纜(18，19)，以及/或者至少一個安全系統(tǒng)，例如雷電保護系統(tǒng)，其中，在風輪機(1)中為上述系統(tǒng)建立從一個限定的位置到地電勢的連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的風輪機(1)，其特征在于，所述一個限定的 位置包括由導電材料制成的軌道(12)，它具有用于所述系統(tǒng)的連接裝置， 例如連接孔和環(huán)，以用于建立軌道(12)和所述系統(tǒng)的電纜屏蔽線之間的 連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的風輪機(1)，其特征在于，所述軌道(12 ) 的材料為不銹鋼。
4， 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的風輪機(1)，其特征在于，所述一 個限定的位置是itA風輪機(1)的單個&V點(SPE ) (22)，以用于電 纜、控制導線等。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的風輪機(1 )，其特征在于，所述一 個限定的位置位于基座區(qū)段(14)內(nèi)，例如地面的緊上方。
6， 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的風輪機(1)，其特征在于，所述一 個限定的位置位于塔架環(huán)內(nèi)，例如帶有與環(huán)內(nèi)側(cè)的連接的第一塔架環(huán)內(nèi)側(cè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的風輪機(1)，其特征在于，所迷一 個限定的位置位于柵格塔架內(nèi)，例如具有與塔架的不同鋼材輪廓的連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的風輪機(1)，其特征在于，所述系 統(tǒng)與限定的位置的連接部分是電力電纜的屏蔽線、控制電纜的屏蔽線、雷 電保護系統(tǒng)的引下線和/或光纖電纜的屏蔽線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的風輪機(1)，其特征在于，所迷限定的位置還連接到接地系統(tǒng)(7)，所述接地系統(tǒng)部分或完全嵌入風輪機基 座(6)內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的風輪機(1)，其特征在于，所述接地系統(tǒng)(7 ) 包括一個或多個從所述風輪機(1)徑向延伸入地的導電裝置(9)，例如 所述裝置為長度在約30至50米之間并沿基^目對的方向延伸的兩個導線(9)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的風輪機(1)，其特征在于，所述接地系統(tǒng)(7 ) 包括兩個導電裝置(9)，該導電裝置在水平面中以不小于80度的相互角 從所述風輪機(1)延伸入地。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11的風輪機(1)，其特征在于，所述導電 裝置(9)中至少一個的一端連接到分站(21)的接地系統(tǒng)、相鄰風輪機(1) 的接地系統(tǒng)、電網(wǎng)變電站的接地系統(tǒng)或電網(wǎng)的高壓電纜的接地系統(tǒng)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9的風輪機(1)，其特征在于，所述接地系統(tǒng)包 括基座接地系統(tǒng)(8)，該基座接地系統(tǒng)包括至少一個嵌入所述基座(6) 內(nèi)的接地線(15 )。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的風輪機(1),其特征在于，所述至少一個接 地線(15)包括用于和所述基座(6)中的金屬加強件電連接的裝置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9至14之一的風輪機(1)，其特征在于，所述導 電裝置(9)和/或所述接地線(15)是棵露的銅絞線。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9的風輪機(1)，其特征在于，所述接地系統(tǒng)(7) 包括一個或多個金屬基座支承結(jié)構(gòu)(23)，該支承結(jié)構(gòu)包圍所述風輪機基 座(6 )并且/或者嵌入風輪機基座(6)內(nèi)。
17. 連接到電網(wǎng)的風輪機(1)，所述風輪機(1)包括 至少兩個電力系統(tǒng)，例如雷電保護系統(tǒng)和低或高壓電系統(tǒng)， 地電勢，該地電勢由以下部分建立至少一個基座接地系統(tǒng)(8),其包括至少一個部分或完全嵌入風輪 機基座(6)中的接地線(15),和至少一個從所述風輪機(1)徑向延伸入地的導電裝置(9)，其中，在風輪才幾(l)內(nèi)從一個限定的位置為所述系統(tǒng)建立到所述地電 勢的連接。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的風輪機(1)，其特征在于，所述一個限定的 位置包括由導電材料制成的軌道(12)，該軌道具有用于所述系統(tǒng)的連接 裝置，例如連接孔和環(huán)，以用于建立軌道(12)和所述系統(tǒng)的電纜屏蔽線 之間的連接。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的風輪機(1)，其特征在于，所述軌道(12) 的材料為不銹鋼。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17至19之一的風輪機(1)，其特征在于，所述 限定的位置還連接到接地系統(tǒng)(7),所述接地系統(tǒng)(7)部分或完全嵌入 風輪機基座(6 )內(nèi)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的風輪機(1)，其特征在于，所述接地系統(tǒng)(7 ) 包括一個或多個從所述風輪機(1)徑向延伸入地的導電裝置(9)，例如 所述裝置為長度在約30至50米之間并沿基;M目對的方向延伸的兩個導線(9)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20的風輪機(1)，其特征在于，所述接地系統(tǒng)包 括兩個導電裝置(9),該導電裝置在水平面中以不小于80度的相互角從 所述風輪機(1)徑向延伸入地。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21或22的風輪機(1)，其特征在于，所述導電 裝置(9 )中至少一個的一端連接到分站(21)的接地系統(tǒng)、相鄰風輪機(1) 的接地系統(tǒng)、電網(wǎng)變電站的接地系統(tǒng)或電網(wǎng)的高壓電纜的接地系統(tǒng)。
24. —種風4^機場(10)，包括至少兩個根據(jù)權(quán)利要求1至22之一 的風輪機(1)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的風輪機場(10),其特征在于，所述至少兩 個風輪機(1)通過所述風輪機(1)的接地系統(tǒng)(7 )互連。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的風輪機場(10)，其特征在于，所述接地系 統(tǒng)(7)包括一個或多個從所述風^"機(1)徑向延伸入地的導電裝置(9)， 所述導電裝置(9)由此互連以形成一個或多個接地互連線(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于連接到電網(wǎng)的風輪機的接地系統(tǒng)。該風輪機包括至少一個電力系統(tǒng)，例如低或高壓電系統(tǒng)和電纜(16)，至少一個控制系統(tǒng)例如SCADA系統(tǒng)和控制電纜(18)，以及/或者至少一個安全系統(tǒng)例如雷電保護系統(tǒng)，其中在該風輪機內(nèi)為所述系統(tǒng)建立從一個限定的位置(12)到地電勢的連接。在其它實施例中，風輪機包括至少兩個電力系統(tǒng)，例如雷電保護系統(tǒng)和低或高壓電系統(tǒng)，通過至少一個基座接地系統(tǒng)(8)和至少一個導電系統(tǒng)(9)建立地電勢，所述基座接地系統(tǒng)包括至少一個部分或完全嵌入風輪機基座(6)中的接地線，所述導電系統(tǒng)從所述風輪機(1)徑向延伸入地，其中在風輪機內(nèi)為所述系統(tǒng)建立從限定的位置到所述地電勢的連接。本發(fā)明還涉及一種用于風輪機場的接地系統(tǒng)。
文檔編號F03D9/00GK101473136SQ200680055085
公開日2009年7月1日 申請日期2006年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者K·貝特爾森, N·B·摩根森 申請人:維斯塔斯風力系統(tǒng)有限公司