用于风力发电设施的线缆接口的制作方法

本发明涉及一种用于风力发电设施的线缆接口，具体地但不排他地涉及用于辅助装设这样的设施的内部线缆的接口。

背景技术：

风力发电设施包括安装在支撑结构(诸如塔架)的顶部上的风轮机，并且通常包括从风轮机机舱延伸到塔架底部并超出的内部布线。例如，所述布线可包括：电力传输线路，其用于将由风轮机发电机产生的电力输送到外部电网；内部电缆，其用于给辅助系统供电；以及数据线缆，其载有机舱和远程系统之间的控制数据和/或测量数据，例如scada(监督控制和数据采集)系统。

大型风力发电设施不能在组装状态下运输到现场，所以必须在现场架设。这需要在现场装设并连接内部布线，这是困难的、耗时的且潜在危险的；特别是在海上风力发电设施的情况下。因此，期望线缆装设的过程容易以减少执行该任务所需的时间。

已知使用设置在风力发电设施的塔架内的刚性弯曲的钢管或“j形管”，以充当穿过j形管拉出而直到到达过渡件(最终支撑线路)的传输线路的引导支撑件。然后，可以根据需要电气连接到线路。j形管确保传输线路的弯曲受控，从而防止在装设期间以及之后损坏线路。ep2696123公开了关于该主题的进展，其中使用柔性加强保护管保护传输线路，所述线路和保护管一起被提升到过渡件。

虽然这样的布置容易使传输线路移动到位，但是这样的布置无助于与风轮机的部件建立电气连接的复杂任务。风力发电设施可具有一个或更多个线缆束，每个线缆束均潜在地包含数十个单独的线缆。例如，体积庞大的高压电力传输线缆常常被分成多根线缆的束以改进柔性。连接机舱内的这些线缆中的每个线缆对装设者而言代表相当大的负担。

正是在这个背景下才设计出本发明。

技术实现要素：

在第一方面中，本发明的实施方式提供了一种用于连接风力发电设施的内部布线的线缆接口系统，所述线缆接口系统包括：

塔架接口，其与所述风力发电设施的塔架关联，所述塔架接口包括布置成以固定配置支撑一组塔架线缆的支撑结构；

机舱接口，其与所述风力发电设施的机舱关联，所述机舱接口包括布置成以固定配置支撑一组机舱线缆的支撑结构；

其中，所述机舱接口的所述支撑结构包括用于每个机舱线缆的相应端子，每个端子均被布置成接收相应机舱线缆的端部，

其中，所述塔架接口能与所述机舱接口对接，使得每个塔架线缆均与对应机舱线缆大致对准并且能结合到对应机舱线缆。

有利地，本发明提供了在电力传输线缆已经连接到位于机舱中的发电部件的意义上独立的机舱单元。所述接口系统可以异地组装，然后所述机舱接口和所述塔架接口可以在架设所述风轮机期间被放在一起以完成电气连接。这使所述风轮机的组装过程更具时间效率，因为去除了从组装过程的“关键路径”完成线缆连接的任务。

所述机舱接口的所述支撑结构可包括用于每个机舱线缆的端子，每个端子均被布置成接收相应机舱线缆的端部。

在本发明的一个实施方式中，每个端子均选自压缩连接器或机械连接器的组。

高压直流线缆需要安全而永久的连接器以可靠地运行。这用压缩连接器或机械连接器实现。

在本申请的背景下，术语“端子”或“连接器”使用国际电工委员会(iec)iev参考461-17-03的定义：“metallicdevicetoconnectcableconductorstogether(用于将线缆导体连接在一起的金属装置)”。

对于技术人员，知晓术语“压缩连接器”是使用“压缩结合”技术来建立导体之间的永久连接的连接器类型。“压缩结合”在国际标准iec61238-1中被定义为“methodofsecuringaconnectortoaconductorbyusingaspecialtooltoproducepermanentdeformationoftheconnectorandtheconductor(通过使用专门工具使导体和连接器产生永久变形而将连接器固定至导体的方法)”。

对于技术人员，知晓术语“机械连接器”是使用“机械结合”技术来建立导体之间的永久连接的连接器类型。“压缩结合”在国际标准iec61238-1中被定义为“methodofsecuringaconnectortoaconductor,forexamplebymeansofaboltorscrewactingonthelatterbyalternativemethods(例如借助作用在导体上的螺栓或螺钉通过另选方法将连接器固定至导体的方法)”。

压缩连接器和机械连接器是用于建立两个导体之间(即所述机舱线缆的导体和所述塔架线缆的导体之间)的永久连接的市售连接器类型。

为了使所述塔架接口可朝向所述机舱接口，所述机舱接口可包括绞盘。所述绞盘可连接到所述塔架接口上的联接件，使得所述塔架接口可以升起以与所述机舱接口对接。

在一个实施方式中，所述塔架接口的所述支撑结构包括一组孔，每个孔均接收所述塔架线缆中的一个，所述孔用于以间隔配置适当对准地保持所述线缆。每个孔均可包括锁，所述锁被布置成将相应一个或更多个塔架线缆紧固在所述孔内，使得所述或每个塔架线缆的端部被暴露以连接到对应机舱线缆。

在一个实施方式中，所述机舱接口和所述塔架接口可包括互补的对接成形件，互补的所述对接成形件被布置成彼此接合以将所述塔架接口与所述机舱接口对接。有益地，所述对接成形件可包括防止所述对接成形件断开接合的锁。因此，在所述锁到位的同时但在完成所述对接成形件之间的完全连接之前，人员可以在所述塔架接口处和所述塔架接口下方对线缆进行作业。

在另一方面中，本发明涉及一种机舱接口，所述机舱接口为驻留在风力发电设施的机舱内的一个或更多个对应机舱线缆提供一个或更多个外部连接点，所述连接点使每个机舱线缆能够连接到支撑在所述机舱下方的相应线缆，所述机舱接口包括支撑结构，所述支撑结构被布置成以固定配置支撑所述机舱线缆。

在又一方面中，本发明涉及一种布置成将一组塔架线缆支撑在风力发电设施的塔架内的塔架接口，所述塔架接口包括布置成以固定配置支撑所述一组塔架线缆的支撑结构，所述塔架接口被布置成与根据前一方面所述的机舱接口对接，使得每个塔架线缆均与对应机舱线缆对准。

附图说明

为了可更充分地理解，本发明现在将仅通过示例的方式参照以下附图来描述，在图中：

图1是包括根据本发明的一个实施方式的线缆接口的塔架式风轮机的一部分的立体图；

图2是根据本发明的一个实施方式的线缆接口的正视立体图；

图3是图2中示出的线缆接口的后视立体图；

图4对应于图3，但示出了线缆接口的机舱接口的详细视图；

图5对应于图3，但示出了线缆接口的塔架接口的详细视图；

图6对应于图5，但示出了塔架接口的一部分的详细视图；

图7对应于图1，但示出了从下面看的塔架式风轮机；以及

图8对应于图1，但示出了线缆接口的详细视图。

具体实施方式

首先参照图1，示出了风力发电设施10的上部。风力发电设施(10)包括安装在塔架14的顶部上的风轮机12，风轮机12由被机舱18支撑的转子16构成。机舱18容纳有发电机以及例如提供冷却、控制和监视的各种辅助系统，该发电机被布置成将转子16的动能转换为电能。

为了帮助理解风力发电设施10的内部结构，图1将塔架14示出为透明的以展示内部特征(诸如平台)。应该理解的是，实际上，塔架14是包围这些内部特征的管状结构，结果这些内部特征从外部不可见。类似地，该图中描绘的叶片是不完整的：仅叶片的一些内部结构是可见的，而叶片的空气动力学外壳已被省略。还值得注意的是，图1的规模相对较小；已知现代大型电站级风力发电设施的塔架14的直径超过5米，为人员提供了内部空间。

如上所述，各种内部线缆在机舱18和塔架14的底部(图1中不可见)之间延伸，向外部端子输送电力和数据。图1示出了根据本发明的一个实施方式的线缆接口20，线缆接口20便于装设该布线。图2至图8更详细地示出了线缆接口20，但线缆接口20在此是指在风力发电设施10内指示其背景。

图1示出了两个盘状竖直间隔的水平平台22、24，在平台22、24之间形成有类似于本领域中已知的线缆悬挂结构26。借助梯子28提供了在各种位置处(既包括平台22、24的周边也包括中心)出入平台22、24和平台22、24之间，以确保人员可以接近线缆以进行装设。

因为风力发电设施10在现场组装，而不是在制造期间组装，所以内部布线在将设施10运输到现场之前不能完全装设好。在该实施方式中，为了最小化现场所需的装设工作量，在两个区段中提供了体积庞大的电力传输线缆(其可以是低压或高压)束：机舱部分，其驻留在机舱18内侧；以及塔架部分，其连接到相应机舱部分并且顺着塔架14的长度延伸超过塔架14的长度。较轻的线缆(诸如数据传输用线缆或低压内部电缆)在装设时更容易处理，所以不会被分成各部分。

线缆的机舱部分连接到附接至风轮机发电机的整流器的输出端，以经由连接后的塔架部分将直流电力传输到塔架14底部处的逆变器。逆变器产生外部电网用的交流电源，并且应该注意的是，因为图1未示出塔架底部，所以图1未示出逆变器；仅示出塔架的上部。机舱部分的自由端部由线缆接口20聚集成束，以随后连接到相应塔架部分。应注意到，发电机设备和外部连接在图中不可见，并且在此描述以提供背景。

该布置提供了可以厂外组装的独立机舱单元，其中电力传输线缆已经连接到机舱整流器。这样去除从“关键路径”进行连接的任务，即不能并行完成所以限定整个组装周期的一系列任务。

一旦风力发电设施10已被组装好，就将塔架部分拉上塔架14以与其对应机舱部分连接。线缆接口20通过以下手段使原位连接电力传输线缆的各部分的负担最小化，即：将机舱部分和塔架部分中的每者取向成使得，一旦机舱部分和塔架部分到达悬挂结构26准备快速连接，机舱部分和塔架部分就彼此相对，这在以下的描述中将变得清楚。

现在，可以看出，线缆接口20一旦装设好就从机舱18的下表面悬垂，以悬挂在悬挂结构26的最高平台24上方。该布置将线缆部分之间的连接点大致定位在站立于最高平台24上的人的眼睛水平处，使得装设容易。

现在转向图2和图3，线缆接口20在分解状态下被隔离地示出，清楚地表明线缆接口20由两个不同的子组件构成：机舱接口30，在图2和图3中示出在最上面；和塔架接口32。这些接口被配置成互相接合，以在最终装设期间将设施线缆的机舱部分34和塔架部分36分别牢固地保持到位。

在该实施方式中，机舱接口30形成机舱18的一部分并且在将风轮机12运输到装设现场以安装到塔架14上之前与机舱部分34组装。机舱接口30将机舱部分34保持在预定配置中。塔架接口32用于以与机舱部分34互补的配置支撑塔架部分36的束，使得当机舱接口30和塔架接口32被放在一起时，对应成对的机舱部分34和塔架部分36对准地面对彼此，所以可以快速而容易地连接。

图4隔离地示出了机舱接口30，并且机舱接口30具有支撑结构40，支撑结构40包括用于围绕圆周引导并支撑一系列线缆的装置。支撑结构40包括远离且正交于隔壁44的下表面的中心延伸的管状接合部分42，接合部分42终止于端面46以限定内部空腔48。在该实施方式中，仅出于说明性目的，隔壁44被示出为具有长方体形式。

端面46具有圆形的中央开口47，中央开口47被一圈较小的孔(未示出)围绕，所述较小的孔用于接收附接塔架接口32的螺栓。中央开口47被布置成接收塔架接口32的鼻部50(在图5中示出并且稍后描述)，鼻部50作为用于将塔架接口32与接合部分42定位在一起的引导件。

如图7中描绘的，隔壁44紧固到机舱的下侧(在此示出为下表面52)，以覆盖此表面52中的开口。返回到图2和图3，隔壁44包括几个开口54，这几个开口54允许风力发电设施10的电力传输线缆的机舱部分34的束离开机舱18以连接到对应塔架部分36。包括其他开口54以允许其他未分割的线缆56(诸如内部低压电缆和光纤数据线缆)被馈送到机舱18中。如前所述，这些较轻的线缆56比高压电力传输线缆数量更少并且更容易处理，所以可以在现场相对快速地连接到机舱18内侧。然而，可选地，所有内部线缆都可以设置在两个部分中并且以与高压电力传输线缆相同的方式装设。

图4示出了从隔壁44的上表面突出的柱形突出部58的阵列。这些突出部58充当隔壁44和机舱18之间的间隔件，以能够增加紧固螺栓的应变用于稳健的组装。

在隔壁44下面，各束分离出来而进入单独的机舱部分34。采取固定端子或连接器60形式的连接点的多个阵列围绕接合部分42设置，每束线缆一个连接器阵列。每个连接器阵列均由相应一对夹具组件62支撑，一个夹具组件62紧固连接器60的上端部，而一对中的另一个夹具组件62紧固连接器60的下端部。这样限定了开放的块状结构，使得每个连接器阵列均可以视为用于多个线缆的连接器块64。每个单独的机舱部分34均例如通过压接而联接到连接器块64的相应连接器60，以创建相应塔架部分36可以相连接的连接点阵列。

接合部分42具有形成在其侧面中的两个对准开口；第一开口66大致呈椭圆形/卵形并且明显大于呈半圆形的第二开口68。第一开口66提供绞盘70的出入口，绞盘70驻留在接合部分42的空腔48内，从隔壁44的下侧悬垂。绞盘70经由端面46的中央开口47能操作地释放链条72来降低钩74以联接到塔架接口32的吊环螺栓76，然后取回链条72而升起塔架接口32以与机舱接口30接合，这将在稍后更详细地说明。

第二开口68小于第一开口，并且提供安全销78的出入点，安全销78的功能是临时地将塔架接口32紧固到机舱接口30同时形成永久的固定。该临时联接将在稍后更详细地描述，但在此应注意到，快速联接两个接口30、32的能力是有好处的，因为人员能够在塔架接口32下方作业以装设永久性固定件；由于健康和安全规定，人员不得在悬垂的载荷下面工作，直到用机械固定件将载荷紧固到位。因此，在没有临时固定的情况下，人员将限制为从塔架接口32上方作业以形成永久性联接，这将成为一个障碍，会增加进行该操作所需的时间。

图5和图6隔离地示出了塔架接口32，其中可以看到，塔架接口32包括被盘状上凸缘82超越的柱形主体80，上凸缘82径向地延伸而伸出主体80的上端部作为裙边。上凸缘82的伸出部包括一圈等间隔的孔84，其对应于机舱接口30的接合部分42的端面46上的一圈较小的孔。在每个孔84下方是螺栓轴环86，螺栓可以穿过螺栓轴环86而插入以将上凸缘82紧固到接合部分42，从而提供塔架接口32和机舱接口30之间的永久联接。螺栓轴环86起作用以既延伸螺栓头的夹紧表面，又延伸联接的长度，从而增加螺栓的应变以提供更稳健的联接。

如图5中观察的，鼻部50从上凸缘82的上表面轴向地突出。如上所述，鼻部50被布置成经由机舱接口的接合部分42的端面46的中央开口47插入，并且进入空腔48，以充当引导件并且提供可以建立临时联接的装置。出于该后一功能，鼻部50具有用于接收机舱接口30的安全销78的径向通孔88。因此，通孔88与上凸缘82轴向地间隔一定距离，以确保通孔88位于机舱接口30的接合部分42的空腔48内侧而允许安全销78出入，从而创建临时联接。一旦安全销78被插入到通孔88中，安全销78防止鼻部50从空腔48抽出，所以提供临时联接。

吊环螺栓76安装在鼻部50的上表面上，吊环螺栓76用作机舱接口30的绞盘70的钩74的附接点，以使绞盘70能够提升塔架接口32而与机舱接口30接合。

采取较大的第二凸缘的形式的线缆支撑件90设置在塔架接口32的主体80的下端部处，平行于上凸缘82。围绕主体80周向地分散的一系列支撑凸缘92从主体80正交于线缆支撑件90径向地延伸，以支撑该结构。

线缆支撑件90包括围绕其圆周间隔的一系列孔94，每个孔94均被布置成接收线缆或线缆束。如图5中观察的，在线缆支撑件90前面的是接收两个低压电缆和一个光纤数据线缆的三个孔94。每个线缆均被推入配合到相应孔94中的线缆轴环96保持到位。应该注意的是，虽然这些线缆/束在图中示出为实心，但是实际上线缆的可见外表面可简单地是使相对轻质线缆从中延伸穿过的轻质柔性壳体或导管。

如图5中观察的，四束高压电力传输线缆塔架部分36围绕线缆支撑件90的后面被紧固在相应孔94中。因为束比内部电缆和数据线缆体积更大且更重，每个束均被线缆夹具98和线缆“套管”100二者紧固。如图6中更清楚示出的，线缆夹具98通过四个螺栓附接至线缆支撑件90的下侧并且夹持到线缆束上。线缆夹具98因此作为锁，以在孔94内将束保持到位。在图5的下部中可见的线缆套管100是例如由金属网制成的柔性套筒，其封装线缆并且在线缆自重引起的张力作用下收紧并由此夹紧线缆。每个线缆套管100均悬垂在一对臂102之间，这一对臂102从设置到相应孔94的任一侧的固定点104悬挂自线缆支撑件90的下侧，每个固定点104均由螺栓紧固。因此，线缆套管100与线缆夹具98协作以提供对束的附加支撑。

每个束均分离出而成为线缆支撑件90上方单独的线缆。如图6中更清楚示出的，套筒106设置在每个束分离的点处以确保结合的完整性。各个线缆的上自由端部108暴露于裸露的金属，以在机舱接口30的连接点处实现安全而可靠的电气连接。可选地，自由端部108可与套圈连接器锻制或压接在一起。

如图6示出的，屏蔽组件110防护线缆支撑件90，其抵靠在悬挂结构26的上平台24的地板高度正上方，例如保护线缆支撑件90以防人员的脚踩到。

图7和图8提供了风力发电设施10内处于操作位置的线缆接口20的进一步背景。如图7所示，一旦塔架接口32已被拉上以与机舱接口30接合，并且完成线缆连接，防护装置112就放置在夹具组件62的顶部之上，夹具组件62支撑连接块64以保护其后的连接点。

总之，上述线缆接口20通过以下手段使高压电力传输线缆在风力发电设施10内的装设容易，即：首先将这些线缆分成两个部分34、36，以在现场组装设施10之前实现机舱18内侧的连接；其次将这些线缆部分34、36以预定配置对准地支撑，并且将这些配置中的线缆部分34、36彼此相邻地对接。因此，将线缆部分34、36连接到一起的过程比用于装设内部线缆的现有技术方法更直接得多。这样使现场所需的组装操作最小化，这是一个优点，因为这样的操作在现场完成比在制造设施中完成更具挑战性。

技术人员将理解，可在不脱离如权利要求书限定的发明思想的情况下对上述具体实施方式作出修改。例如，上述安装到机舱接口30的连接器块64可以替代地放置在塔架接口32上，在这种情况下，机舱接口30可包括带孔的凸缘，线缆可以悬吊穿过该孔以连接到塔架接口32的端子。因此，这样的布置与图中示出和上文描述的实施方式成镜像。