电缆中间接头检测装置及风力发电机组的制作方法

本发明涉及清洁能源设备领域，尤其涉及一种电缆中间接头检测装置及风力发电机组。

背景技术：

随着风力发电机组的大型化，塔筒1高度增高，动力电缆2直径增大、长度增长和数量增多，电缆自重也相应增加，所以在机组安装时为了便于动力电缆敷设，采用了分段电缆，使用冷压铜连接管(即中间接头3)方式将分段的电缆对接成整根电缆(如图1所示)。由于施工管理不到位和操作人员的技术薄弱，机组塔筒内动力电缆中间接头3存在以下问题：

电缆中间接头铜连接管质量差，不符合标准，如铜管壁的厚度比国标规定的薄或长度短，或材料不合格。

施工时铜管压接质量不合格，未严格安装电缆中间接头制作工艺压接，存在虚压的现象，即铜管与铜芯压接不紧密、不牢固，如用力拉电缆可以将其从铜管中拔出，这属于操作不正确造成。在塔筒内电缆接线施工时电缆中间接头铜连接管压接过程不便于监控，铜连接管压接完后外部使用绝缘材料包裹处理，所以在验收时很难检查铜连接管的压接是否合格，属于隐蔽工序。

这些问题都会造成电缆中间接头处接触电阻过大，在机组运行时电缆中间接头发热量大和温度高，将损坏铜连接管及其两端处电缆的绝缘，甚至烧坏铜连接管或烧断接头处电缆。风力发电机组动力电缆通常采用同相多根并联电缆(如图2所示)，而且机组也没有监测中间接头的手段，所以即使一根电缆烧断，机组也不会报警停机，那么就有可能造成重大事故的发生，如烧断的电缆端头与塔筒搭接(如图3所示)，将造成发电机接地或变流器接地故障；或者同相电缆由于一根已烧断，将导致同相其他电缆电流过载，还会发生烧断其他电缆中间接头的现象，最终将同相的电缆全部烧断，但是这时问题已经非常严重，不但烧断了同相电缆，还有可能发生重大事故。

电缆正常工作时所承受的温度与导体无关，而与绝缘材料有关。绝缘材料不同，导体的最高工作温度不同，通常导体与电缆外表有一定的温差。如果电缆导体存在问题而温度过高，一方面导致电缆绝缘电阻降低；另一方面由于绝缘层过度受热膨胀，使绝缘层内部产生气隙，这些气隙在电场的作用下发生游离，最后导致绝缘的破坏，如果电缆的温度长期高于额定温度，则电缆的使用寿命将降低。

综上所述，目前风力发电机组设计未对塔筒内电缆中间接头处温度进行监测，只有当同相多根并联电缆全部烧断或烧断的电缆端部与塔筒接触发生接地故障，机组才报出故障而停机，此时故障已经非常严重，后果不敢设想。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种电缆中间接头检测装置及风力发电机组，以解决电缆中间接头不能检测的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种电缆中间接头检测装置，其包括：温度传感器，温度传感器固定设置在风力发电机组的电缆的中间接头上，且温度传感器的电阻值随中间接头的温度变化；继电器，继电器包括控制开关，温度传感器与继电器的输入端连接，当温度传感器的电阻值高于第一设定值时，控制开关断开；控制器，继电器的控制开关通过输出端与控制器连接，控制开关断开时，控制器控制报警。

进一步地，温度传感器为正温度系数热敏电阻。

进一步地，温度传感器为多个，温度传感器与电缆的中间接头一一对应地连接，多个温度传感器串联，并与继电器连接形成检测组。

进一步地，检测组为多个，每个检测组均包括一个继电器，各继电器均包括一个控制开关，多个控制开关串联，并与控制器连接。

进一步地，温度传感器通过绝缘固定件与电缆的中间接头固定。

进一步地，绝缘固定件为绝缘绑扎带。

进一步地，控制器为可编程逻辑控制器。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，其包括电缆，各电缆均包括至少两个电缆段，相邻两个电缆段之间通过中间接头连接，风力发电机组还包括中间接头检测装置，中间接头检测装置为上述的电缆中间接头检测装置，电缆中间接头检测装置与至少一个中间接头连接。

进一步地，电缆为风力发电机组的动力电缆，电缆中间接头检测装置的温度传感器与动力电缆上的中间接头一一对应地设置。

进一步地，风力发电机组还包括风机控制器，电缆中间接头检测装置的控制器为风机控制器，风机控制器在控制开关断开时，控制风力发电机组停机和/或报警。

本发明的实施例的电缆中间接头检测装置通过温度传感器对中间接头的温度进行检测，并将温度变化转换为电阻值的变化传递给继电器，继电器根据电阻值使控制开关动作，从而使控制器根据控制开关的动作控制是否进行报警，实现了对中间接头的监测，确保中间接头的工作安全，提高风力发电机组工作的安全性。

附图说明

图1为现有技术的风力发电机组电缆的立体结构示意图；

图2为现有技术的风力发电机组电缆的俯视结构示意图；

图3为现有技术中风力发电机组电缆的与塔筒搭接的立体结构示意图；

图4为本发明的实施例的检测装置与风力发电机组配合的结构示意图；

图5为图4中A处的局部放大图；

图6为本发明的实施例的温度传感器、继电器和控制器的连接示意图；

图7为本发明的实施例的多个温度传感器、继电器和控制器的连接示意图。

附图标记说明：

1、现有技术中的塔筒；2、现有技术中的电缆；3、现有技术中的中间接头；10、温度传感器；20、继电器；21、控制开关；30、控制器；40、绝缘绑扎带；90、中间接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的电缆中间接头检测装置及风力发电机组进行详细描述。

如图4至图7所示，根据本发明的实施例，电缆中间接头检测装置包括温度传感器10、继电器20和控制器30，温度传感器10固定设置在风力发电机组的电缆的中间接头90上，且温度传感器10的电阻值随中间接头90的温度变化；继电器20包括控制开关21，温度传感器10与继电器20的输入端连接，当温度传感器10的电阻值高于第一设定值时，控制开关21断开；继电器20的控制开关21通过输出端与控制器30连接，控制开关21断开时，控制器30控制报警。

该电缆中间接头检测装置通过温度传感器10检测中间接头90的温度，并将中间接头90的温度变化通过电阻值变化的方式传递给继电器20。继电器20的控制开关21与控制器30连接，且继电器20的控制开关21在温度传感器10的阻值高于第一设定值时转变为断开状态，这样就将温度传感器10的阻值变化信号转变为控制开关21的闭合或断开信号传递给控制器30，使得控制器30能够快速感知中间接头90的温度超出安全温度，并及时报警，避免中间接头90的温度持续升高造成电缆损坏，产生危险。

优选地，温度传感器10为正温度系数热敏电阻(PTC热敏电阻)。正温度系数热敏电阻的电阻值在居里温度时会产生阶跃性变化，监测灵敏度高。正温度系数热敏电阻的居里温度(NAT)是指正温度系数热敏电阻的响应温度，由正温度系数热敏电阻本身的物理特性决定。当温度低于居里温度时，正温度系数热敏电阻的电阻值呈低阻状态。当温度高于居里温度时，正温度系数热敏电阻的电阻值呈高阻状态。

当然，温度传感器10也可以是其他能够实现温度检测的传感器。

如图6所示，继电器20通过输入端与温度传感器10连接，以接收温度传感器10传输的电阻值信号。当电阻值信号达到或高于继电器20的动作阀值时，控制开关21由闭合状态转换为断开状态。控制开关21与控制器30串联，将该信号传递给控制器30，控制器30接收该信号后确定中间接头90的温度超出安全温度，进行报警。此过程中，继电器20将电阻值信号转换为开关量信号送入控制器30处理。

控制器30可以为PLC控制器(即可编程逻辑控制器)，也可以为其他控制器，如单片机等。

为了确保安全性，优选为，每个中间接头90均对应一个温度传感器10。一个或多个温度传感器10与同一个继电器20连接。一个或多个继电器20与同一个控制器30连接。

如图7所示，在本实施例中，温度传感器10为多个，温度传感器10与电缆的中间接头90一一对应地连接，多个温度传感器10串联，并与继电器20连接形成检测组。

检测组为多个，每个检测组均包括一个继电器20，各继电器20均包括一个控制开关21，多个控制开关21串联，并与控制器30连接。这样可以确保对所有中间接头90均可以实现监测，保证运行安全。

如图4和图5所示，温度传感器10通过绝缘固定件与电缆的中间接头90固定，以确保温度传感器10与中间接头90接触稳固，进而确保监测的准确性。

在本实施例中，绝缘固定件为绝缘绑扎带40。绝缘绑扎带40绑扎固定快捷方便，且固定牢靠。

根据本发明的另一方便，提供一种风力发电机组，其包括电缆，各电缆均包括至少两个电缆段，相邻两个电缆段之间通过中间接头90连接，风力发电机组还包括中间接头检测装置，中间接头检测装置为上述的电缆中间接头检测装置，中间接头检测装置与至少一个中间接头90连接。该风力发电机组通过中间接头检测装置实时地监测中间接头90的温度，避免由中间接头90压接不合格或老化等原因造成的损害和危害。

电缆为风力发电机组的动力电缆，中间接头检测装置的温度传感器10与动力电缆上的中间接头90一一对应地设置，由此确保动力电缆的工作安全。

优选地，风力发电机组还包括风机控制器，中间接头检测装置的控制器30为风机控制器，风机控制器在控制开关21断开时，控制风力发电机组停机，并报警。采用风力发电机组的风机控制器作为中间接头检测装置的控制器30，一方面可以减少设备投入，降低成本，另一方面可以使检测装置有效地与风机控制系统配合，更加及时方便地控制风力发电机组的工作。

具有中间接头检测装置的风力发电机组的工作过程如下：

以采用正温度系统热敏电阻(即PTC热敏电阻)和继电器20(如ABB的CM-MSS)为例。进行检测和保护的原理如下：

PTC热敏电阻为温度传感器10，将温度信号转换为电阻值信号。PTC热敏电阻与中间接头90接触。依据PTC热敏电阻在某个温度值(居里温度)附近时，其阻值发生阶跃性变化的特性，在检测电路中，继电器20接收PTC热敏电阻的电阻值信号，当电阻值信号突变达到继电器20动作的阀值时，继电器20发生动作将电阻值信号转换为干接点信号(即开关量信号)传送给控制器30处理，使风力发电机组停机和/或报警。在电缆的中间接头90温度正常的情况下，PTC热敏电阻处于低阻态，不影响风力发电机组的正常运行。

PTC热敏电阻和继电器20的选择原理如下：

通常电缆的中间接头90是铜连接管。其压接完后缠绕绝缘胶带和套热缩管(或直接套热缩管)作为绝缘防护处理。但是每种绝缘材料的工作温度不同，例如有的绝缘胶带的最高工作温度为70℃，有的热缩管的最高工作温度为125℃等。所以PTC热敏电阻的居里温度(额定响应温度)应根据电缆的中间接头90使用的绝缘防护材料的工作温度而选型。同一根电缆的正常部位与中间接头相对比，后者的温度高于前者，并且容易发生故障、且发生故障后不易发现，所以应将PTC热敏电阻安装在电缆的中间接头90的绝缘防护材料的外表面。以每个电缆中间接头安装一个PTC热敏电阻为宜。根据塔筒内动力电缆中间接头90的数量、继电器20的阀值和PTC热敏电阻的居里温度值确定继电器20的数量。

为了减少继电器20的使用数量和线路简单，根据PTC热敏电阻的阻值将多个PTC热敏电阻串联接入继电器20中，在中间接头90温度正常的情况下串联的PTC热敏电阻的总阻值应小于继电器20的阀值，即继电器20不动作。只要有一个中间接头90存在问题而过热时，那么这根电缆中间接头的PTC热敏电阻因受热阻值跃变，以指数方式增加，经线路将阻值信号送给继电器，使继电器发生动作。

以风力发电机组塔筒内共使用了12根动力电缆，每根电缆有一个中间接头90为例。中间接头90的绝缘材料工作温度最高为70℃。检测此风力发电机组塔筒动力电缆中间接头使用了3个继电器20(如ABB CM-MSS，温度阀值为2900Ω)和12支单支式PTC热敏电阻(居里温度为70℃)。检测这12根电缆中间接头的温度共组合了3个检测回路，即每4支PTC热敏电阻串入一个继电器20，3个继电器20输出端串联接入主控系统的PLC中(电缆中间接头温度正常时三个控制开关21都是闭合的)。

当电缆中间接头的温度低于50℃(NAT-20)时，回路总电阻R_总≤4×250Ω＝1000Ω，没有达到继电器的阀值，风力发电机组正常运行。

当电缆中间接头的温度升至65℃时(NAT-5)，回路总电阻R_总＝4×550Ω＝2200Ω＜2900Ω，没有达到继电器的温度阀值，风力发电机组运行正常。

当有一根电缆的中间接头90存在问题而发热时(其它电缆中间接头温度正常)，这个中间接头的PTC热敏电阻阻值呈阶跃性增长；当这个中间接头外表面的温度达到75℃时(NAT+5)，R_总≥1×4000Ω+3×250Ω＝4750Ω＞2900Ω，继电器20迅速响应、接点断开(三个控制开关其中一个断开)，将开关量信号传送给PLC控制器处理，控制器30使风力发电机组报警停机，这就起到了电缆中间接头过热保护的作用。

总之，只要有一根电缆中间接头过热，PTC热敏电阻就会使继电器动作产生开关量信号，使机组报警停机。因此，采用PTC热敏电阻可以有效地防止动力电缆中间接头存在问题引起过热而造成电缆烧断和重大故障的发生，而且PTC热敏电阻的响应时间短，用它保护电缆中间接头具有快速、可靠的优点。

采用该中间接头检测装置可以防止风力发电机组安装过程中塔筒内电缆中间接头不合格，导致接头处温度不断升高，使绝缘逐步老化、烧坏，甚至烧断电缆和发生火灾事故，造成重大的经济损失的问题。其能够及时发现问题，消灭在萌芽状态。可以在电缆中间接头过温时报警停机，根据情况适时安排人员检修。中间接头温度检测装置具有低功耗、元器件小、安装方便、线路简单、便于维护、成本低，以及响应时间短、可靠性高等优点。

本发明的电缆中间接头检测装置及风力发电机组具有如下效果：

通过PTC热敏电阻与保护继电器配合使用，将PTC热敏电阻信号转换成开关量信号。利用PTC热敏电阻对居里温度的敏感性，其响应时间远小于普通热电阻，具有卓越的热响应能力，用于测量反应速度快的场合，当检测部位的温度降低时恢复至初始低电阻值状态，使用寿命长、无噪声，对机械振动和冲击有较强的抵抗能力。PTC热敏电阻具有较好的阻温特性。

利用热敏电阻和继电器检测塔筒内动力电缆中间接头的温度，可以判断铜连接管是否正常，当中间接头温度超过规定的温度时，可以使机组报警停机，方便维护人员检查电缆中间接头，这样可以杜绝重大问题的发生。避免由于风机动力电缆的温度超过额定运行温度而没有停机，造成的电缆的绝缘降低、老化，或者绝缘击穿、电缆烧断，严重的可能引起火灾等问题。

该中间接头检测装置可以有效的反应塔筒内动力电缆中间接头的运行情况，避免了目前风机塔筒内电缆中间接头存在问题而带来损失。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。