塔筒段的电缆敷设方法、塔筒段、塔筒及风力发电机组与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种塔筒段的电缆敷设方法、塔筒段、塔筒及风力发电机组。


背景技术：

2.风力发电机组通过大量的动力电缆将电能从机舱传输到塔架底部，动力电缆的数量较多。其中从机舱到马鞍之间的这段电缆悬空设置，并且会随着机舱的偏航动作发生扭转和摆动。
3.目前该段扭转电缆的安装方法如下：将多个电缆盘预先放置于机舱内固定好，待机舱吊装至塔筒顶部后，将多个电缆盘逐个打开，依靠电缆的自身重力将电缆由塔筒顶部向塔筒底部敷设。在机舱至马鞍之间通常设置有多个电缆防护装置，需要多人协作将电缆穿过每个电缆防护装置上的通孔，安装效率较低，操作人员存在安全问题，制约了风力发电机组的组装效率。另外，重量较重的电缆放置在机舱内，导致机舱的重心发生改变，影响机舱的吊装精度。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种塔筒段的电缆敷设方法、塔筒段、塔筒及风力发电机组，该电缆敷设方法可以减少在风电现场的塔筒段内敷设电缆的工时。
5.一方面，本发明提供了一种塔筒段的电缆敷设方法，应用于风力发电机组，塔筒段包括沿自身轴向两端分别设置的第一平台和第二平台，该电缆敷设方法包括：在塔筒段出厂前处于水平状态时，将多个电缆的第一端固定于第一平台，将多个电缆的第二端固定第二平台，以使多个电缆以大致水平的姿态运输至风电现场；在风电现场将多个电缆的第二端从靠近地面的第二平台释放；在塔筒段吊装于高空并与风力发电机组的机舱连接后，将多个电缆挂接于塔筒段内的马鞍托架上，并将多个电缆的第一端与机舱固定；将多个电缆的第一端从远离地面的第一平台释放。
6.根据本发明的一个方面，将多个电缆的第一端固定于第一平台，将多个电缆的第二端固定于第二平台，包括：预先在第一平台上设置第一固定装置，在第二平台上设置第二固定装置；将多个电缆的第一端与第一固定装置可拆卸连接，将多个电缆的第二端与第二固定装置可拆卸连接。
7.根据本发明的一个方面，第一固定装置和第二固定装置上均设置有通孔，通孔的壁部沿周向间隔设置有多个可拆卸的卡环，卡环与壁部形成容纳空间，卡环将至少一个电缆压接入容纳空间。
8.根据本发明的一个方面，将多个电缆的第一端与第一固定装置可拆卸连接，将多个电缆的第二端与第二固定装置可拆卸连接之前，敷设方法还包括：预先在第一平台与第二平台之间的塔筒段上设置至少一个吊耳；将绳索穿过吊耳形成长度可调节的吊环；通过吊环将多个电缆吊起，以使多个电缆在塔筒段内处于大致水平的姿态。
9.根据本发明的一个方面，将多个电缆的第一端与第一固定装置可拆卸连接，将多个电缆的第二端与第二固定装置可拆卸连接之前，敷设方法还包括：预先在第一平台与第二平台之间的塔筒段上设置至少一个支撑梁；在支撑梁上设置电缆防护装置，电缆防护装置上设置有防护孔；将多个电缆穿过第一固定装置、防护孔和第二固定装置。
10.根据本发明的一个方面，电缆防护装置包括相对设置的第一半固定件和第二半固定件，第一半固定件上设置有弧状的第一半槽，第二半固定件上设置有弧状的第二半槽，第一半槽和第二半槽形成安装孔，且第一半槽的开口方向朝向地面设置；将多个电缆穿过第一固定装置、防护孔和第二固定装置包括：预先将第二半固定件固定于支撑梁上；将多个电缆穿过第一固定装置、第二半槽和第二固定装置；将第一半固定件固定于支撑梁上，以使第一半槽和第二半槽共同围合多个电缆。
11.根据本发明的一个方面，将多个电缆穿过第一固定装置、防护孔和第二固定装置包括：预先在第一平台与第二平台之间的塔筒段上设置至少一个吊耳；将绳索穿过吊耳形成长度可调节的吊环；预先将第一半固定件固定于支撑梁上；将多个电缆穿过第一固定装置和第二固定装置；通过吊环将多个电缆悬空吊起，以使多个电缆以大致水平的姿态容纳于第一半槽；将第二半固定件固定于支撑梁上，以使第一半槽和第二半槽共同围合多个电缆。
12.根据本发明的一个方面，在将塔筒段吊装于高空之前，还包括：拆除吊环。
13.另一方面，本发明还提供了一种塔筒段，包括沿自身轴向两端分别设置的第一平台和第二平台，塔筒段还包括采用如前所述的塔筒段的电缆敷设方法敷设的多个电缆。
14.另一方面，本发明还提供了一种塔筒，包括位于塔筒的顶部且与风力发电机组的机舱连接的塔筒段，塔筒段包括：第一平台，设置于塔筒段的靠近机舱的轴向一端；第二平台，设置于塔筒段的远离机舱的轴向一端；马鞍托架，设置于塔筒段的第一平台与第二平台之间的壁部；多个电缆，在塔筒段吊装至塔筒的顶部之前预敷设于第一平台与第二平台之间，多个电缆挂接于马鞍托架上，且多个电缆的第一端能够穿过第一平台与机舱固定，多个电缆的第二端能够穿过第二平台。
15.另一方面，本发明还提供了一种风力发电机组，包括如前所述的塔筒和机舱，机舱设置于塔筒的顶部。
16.本发明提供的一种塔筒段的电缆敷设方法、塔筒段、塔筒及风力发电机组，在塔筒段出厂前处于水平状态时，将多个电缆预敷设于塔筒段内，以使多个电缆以大致水平的姿态运输至风电现场，在风电现场将塔筒段吊装于高空之后利用多个电缆自身的重力自动顺直，省去在风电现场将电缆穿孔的工序，从而节省在塔筒段内敷设电缆的工时，并且操作人员数量较少，降低了人工成本。另外，重量较重的多个电缆不必放置在机舱内，机舱的重心在吊装时保持不变，从而不会影响机舱的吊装精度。
附图说明
17.下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
18.图1是本发明实施例提供的一种风力发电机组的结构示意图；
19.图2是图1所示的风力发电机组的塔筒段的电缆敷设方法的流程框图；
20.图3是图1所示的风力发电机组的塔筒段敷设电缆的一种场景示意图；
21.图4是图3所示的塔筒段中的第一固定装置的结构示意图；
22.图5是图3所示的塔筒段敷设电缆的另一种场景示意图；
23.图6是图3所示的塔筒段敷设电缆的另一种场景示意图；
24.图7是图6所示的塔筒段中的一种电缆防护装置的结构示意图；
25.图8是图3所示的塔筒段敷设电缆的另一种场景示意图；
26.图9是图8所示的塔筒段中的另一种电缆防护装置的结构示意图；
27.图10是图3所示的塔筒段敷设电缆的另一种场景示意图；
28.图11是图10所示的塔筒段敷设电缆的另一种场景示意图。
29.附图标记说明：
30.塔筒-t；塔筒段-t1；机舱-c；马鞍托架-s；电缆-l；第一端-l1；第二端-l2；
31.第一平台-1；第一固定装置-11；第二平台-2；第二固定装置-21；支撑梁-3；电缆防护装置-31；第一半固定件-311；第一半槽-311a；第二半固定件-312；第二半槽-312a；防护孔-313；吊耳-4；吊环-41；通孔-h3；卡环
-ꢀ
c；容纳空间-o。
具体实施方式
32.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
33.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.为了更好地理解本发明，下面结合图1至图11对本发明实施例提供的一种塔筒段的电缆敷设方法、塔筒段、塔筒及风力发电机组进行详细描述。
35.参阅图1，本发明实施例提供了一种风力发电机组，包括塔筒t和机舱c，塔筒t包括位于塔筒t的顶部且与机舱c连接的塔筒段t1。
36.塔筒段t1包括：第一平台1、第二平台2、马鞍托架s和多个电缆 l。
37.塔筒段t1可以为常见的圆柱状或者圆锥状结构。第一平台1设置于塔筒段t1的靠近机舱的轴向一端，第二平台2设置于塔筒段t1的远离机舱的轴向一端。
38.马鞍托架s设置于塔筒段t1的第一平台1与第二平台2之间的壁部，马鞍托架s采用钢板折弯成圆弧面，用于搭载电缆l，该折弯后的钢板的相对两侧固接有用于阻挡电缆l从圆弧面两侧滑脱的挡板。
39.多个电缆l在塔筒段t1吊装至塔筒t的顶部之前预敷设于第一平台 1与第二平台2
之间，多个电缆l挂接于马鞍托架s上，且多个电缆l的第一端l1能够穿过第一平台1与机舱c固定，多个电缆l的第二端l2能够穿过第二平台2。
40.风力发电机组从机舱c引入到塔筒内的接线箱或者底部的变频器的总电缆通常可以分为两部分：从机舱c经过第一平台1、马鞍托架s和第二平台2的扭缆段电缆l和从马鞍托架s到塔筒t底部的直线段电缆(图中未示出)，直线段电缆直接固定在静止的塔筒上。扭缆段电缆l悬空设置，并且会随着机舱c的偏航动作发生扭转和摆动，最大可以扭转720
°
左右，振动幅度达1m。扭缆段电缆l一般为20根左右，长度通常为 15m～30m，电缆l的重量约为4kg/m，总体重量超过1吨。
41.目前扭转电缆l的安装方法如下：将多个电缆盘预先放置于机舱c内固定好，待机舱c吊装至塔筒t顶部后，将多个电缆盘逐个打开，依靠电缆l的自身重力将电缆l由塔筒t顶部向塔筒t底部敷设。在机舱c至马鞍托架s之间通常设置有多个电缆防护装置，需要多人协作才能将电缆l 穿过每个电缆防护装置上的通孔，安装效率较低。例如，至少两个人在机舱c内逐步下放电缆l，中间需要至少一人穿过通孔，在马鞍托架s附近需要至少一人进行固定。据统计，至少4个人安装扭转段电缆l需要超过一整天的时间，制约了风力发电机组的组装效率。负责穿孔的人员需要靠近塔筒t的安装平台或者固定装置的中心，存在人身安全问题。另外，重达一吨的电缆l放置在机舱c内，导致机舱c的重心在吊装时发生改变，影响机舱c的吊装精度。
42.为解决上述问题，本发明实施例将扭转段电缆l在塔筒段t1出厂前预敷设于塔筒段t1内，可以减少在风电现场的安装工作，这对于风力发电机组的安装效率有重大的意义，尤其可以提高海上风力发电机组的安装效率。下面结合附图2～11详细描述塔筒段的电缆敷设方法。
43.参阅图2，本发明实施例提供了一种塔筒段的电缆敷设方法，应用于风力发电机组，塔筒段t1与风力发电机组的机舱c连接，塔筒段t1包括沿自身轴向两端分别设置的第一平台1和第二平台2。该电缆敷设方法包括：
44.步骤s1：在塔筒段t1出厂前处于水平状态时，将多个电缆l的第一端l1固定于第一平台1，将多个电缆l的第二端l2固定于第二平台2，以使多个电缆l以大致水平的姿态运输至风电现场。
45.本文中，“大致水平的姿态”指的是多个电缆的第一端l1和第二端 l2被拉直后固定，其长度方向与塔筒段t1的轴向方向保持平行或者二者之间的夹角不超过预定角度值，例如
±
10
°
。多个电缆l的两端固定于塔筒段t1上，保证电缆l在运输过程中不会发生脱落。
46.步骤s2：在风电现场将多个电缆l的第二端l2从靠近地面的第二平台2释放。
47.多个电缆l的第一端l1固定至第一平台1，第二端l2从靠近地面的第二平台2释放，随着塔筒段t1被吊装至高空，塔筒段t1由水平状态逐步变为竖直状态，从而带动多个电缆l在自身重力的作用下自动顺直，不需要操作人员在第一平台1逐步下放电缆l，也不需要操作人员在第二平台2穿孔，自动完成电缆l的对正而悬空设置于塔筒段t1内。
48.步骤s3：在塔筒段t1吊装于高空并与风力发电机组的机舱c连接后，将多个电缆l挂接于塔筒段t1内的马鞍托架s上，并将多个电缆l 的第一端l1与机舱c固定。
49.多个电缆l通过扎带等方式挂接于马鞍托架s上后，将位于第一平台 1一侧的多个电缆l的第一端l1与机舱c固定，然后与发电机或者机舱底座上的电气部件电连接，将位于
第二平台2一侧的多个电缆l的第二端 l2与塔筒内的变频器或者接线箱电连接，完成多个电缆l的接线等其它工作。
50.步骤s4：将多个电缆l的第一端l1从远离地面的第一平台1释放。
51.当多个电缆l完成固定及电连接等工作后，可以将多个电缆l从第一平台1释放，恢复扭转段电缆l的设计状态。
52.本发明实施例提供的一种塔筒段的电缆敷设方法、塔筒及风力发电机组，在塔筒段t1出厂前处于水平状态时，将多个电缆l预敷设于塔筒段 t1内，以使多个电缆l以大致水平的姿态运输至风电现场，在风电现场将塔筒段吊装于高空之后利用多个电缆l自身的重力自动顺直，省去在风电现场将电缆穿孔的工序，从而节省在塔筒段t1内敷设电缆l的工时，并且操作人员数量较少，降低了人工成本。另外，重量较重的多个电缆l不必放置在机舱c内，机舱c的重心在吊装时保持不变，从而不会影响机舱 c的吊装精度。
53.图3是图1所示的风力发电机组的塔筒段敷设电缆的一种场景示意图，图4是图3所示的塔筒段中的第一固定装置的结构示意图。
54.请一并参阅图3和图4，如前所述的步骤s1中，将多个电缆l的第一端l1固定于第一平台1，将多个电缆l的第二端l2固定于第二平台2，包括：
55.步骤s11：预先在第一平台1上设置第一固定装置11，在第二平台2 上设置第二固定装置21。
56.步骤s12：将多个电缆l的第一端l1与第一固定装置11可拆卸连接，将多个电缆l的第二端l2与第二固定装置21可拆卸连接。
57.可选地，第一固定装置11通过紧固件与第一平台1可拆卸连接，将第二固定装置21通过紧固件与第二平台2可拆卸连接。第一固定装置11 和第二固定装置21上均设置有通孔h，通孔h的壁部沿周向间隔设置有多个可拆卸的卡环c，卡环c与壁部形成容纳空间o，卡环c将至少一个电缆l压接入容纳空间o。
58.第一固定装置11和第二固定装置21的通孔h可以为圆形孔或者多边形孔。如图4所示，通孔h为正六边形孔。每条边上设置有可拆卸的卡环 c，每个卡环c与通孔h的壁部形成容纳空间o可以容纳至少一个电缆 l，通过电缆l之间或者电缆l与卡环c及壁部之间的挤压摩擦力将多个电缆l的第一端l1固定至第一固定装置11，第二端l2固定至第二固定装置21。
59.当需要释放电缆l时，只需要将卡环c从第一固定装置11或者第二固定装置21上拆卸下来，然后将第一固定装置11从第一平台1拆卸下来，将第二固定装置21从第二平台2拆卸下来即可。或者，仅将卡环c 从第一固定装置11或者第二固定装置21上拆卸下来，第一固定装置11的其余部件继续保留在第一平台1、第二固定装置21的其余部件继续保留在第二平台2，用于防护电缆l与周侧的平台发生摩擦等问题，提高使用寿命。
60.可选地，第一固定装置11和第二固定装置21也可以分别分体设置为两个部件，省去了将多个电缆l依次穿过第一固定装置11和第二固定装置21的通孔h的工序，提高了塔筒段t1出厂前预敷设电缆的工作效率。
61.图5是图3所示的塔筒段敷设电缆的另一种场景示意图。
62.参阅图5，作为一种可选地实施方式，如前所述的步骤s12之前，即将多个电缆l的第一端l1与第一固定装置11可拆卸连接，将多个电缆l 的第二端l2与第二固定装置21可拆卸连接之前，该电缆敷设方法还包括：
63.步骤s121：预先在第一平台1与第二平台2之间的塔筒段t1上设置至少一个吊耳4。可选地，吊耳4可以焊接至塔筒段t1的壁部。
64.步骤s122：将绳索穿过吊耳4形成长度可调节的吊环41；
65.步骤s123：通过吊环41将多个电缆l吊起，以使多个电缆l在塔筒段t1内处于大致水平的姿态。吊耳4的数量越多越好，以确保电缆不会产生较大的波浪起伏。可选地，相邻的两个吊环41之间的距离为2m。
66.由于多个电缆l重量约为1吨重，当塔筒段t1的长度较长时，例如 15m～25m，仅通过第一平台1和第二平台2固定电缆l的两端，电缆l的中部下垂，很难使电缆l保持大致水平的姿态。因此，可以预先在第一平台1与第二平台2之间的塔筒段t1上设置多个吊耳4，将绳索穿过吊耳4 形成长度可调节的多个吊环41，通过第一固定装置11、第二固定装置21 和多个吊环41共同承载多个电缆l的重力。通过调节每个吊环41的长度，可以使多个电缆l在塔筒段t1内处于大致水平的姿态。另外，将绳索从吊耳4处拆卸下来，即可拆卸吊环41，进一步提高了电缆的预敷设效率。
67.图6是图3所示的塔筒段敷设电缆的另一种场景示意图，图7是图6 所示的塔筒段中的一种电缆防护装置的结构示意图。
68.请一并参阅图6和图7，作为一种可选地实施方式，如前所述的步骤 s12中，将多个电缆l的第一端l1与第一固定装置11可拆卸连接，将多个电缆l的第二端l2与第二固定装置21可拆卸连接之前，该电缆敷设方法还包括：
69.步骤s124：预先在第一平台1与第二平台2之间的塔筒段t1上设置至少一个支撑梁3。可选地，支撑梁3焊接至塔筒段t1的壁部。支撑梁3 的数量越多越好，以确保电缆不会产生较大的波浪起伏。可选地，相邻的两个支撑梁3之间的距离为2m。
70.步骤s125：在支撑梁3上设置电缆防护装置31，电缆防护装置31上设置有防护孔313。可选地，电缆防护装置31与支撑梁3之间通过螺栓等紧固件连接，便于维修拆卸。
71.如图7所示，电缆防护装置31为方形板件，防护孔313为圆形孔。电缆防护装置31还可以为其它形状和结构，此处不作限制。其中，防护孔 313的直径需要大于多个电缆l1的总直径，防止防护孔313的内壁与电缆 l发生摩擦。可选地，电缆防护装置31的材质为塑胶件，防护孔313的内壁可以设置有耐磨的橡胶、硅胶等柔性件。在塔筒段t1吊装至塔筒t的顶部后，不必拆除支撑梁3和电缆防护装置31，电缆防护装置31仍然可以防护处于竖直状态的多个电缆l，避免其与塔筒t的壁部或者其它部件发生摩擦，提高电缆l的使用寿命。
72.步骤s126：将多个电缆l穿过第一固定装置11、防护孔313和第二固定装置21。
73.与多个吊环41的作用类似，通过第一固定装置11、第二固定装置21 和多个支撑梁3共同承载多个电缆l的重力，以使多个电缆l在塔筒段 t1内处于大致水平的姿态。
74.图8是图3所示的塔筒段敷设电缆的另一种场景示意图，图9是图8 所示的塔筒段中的另一种电缆防护装置的结构示意图。
75.请一并参阅图8和图9，作为一种可选的实施方式，电缆防护装置31 包括相对设置的第一半固定件311和第二半固定件312，第一半固定件 311上设置有弧状的第一半槽311a，第二半固定件312上设置有弧状的第二半槽312a，第一半槽311a和第二半槽312a形成防护孔313，且第一半槽311a的开口方向朝向地面设置。
76.如前所述的步骤s126中，即将多个电缆l穿过第一固定装置11、防护孔313和第二
固定装置21包括：
77.步骤s126a：预先将第二半固定件312固定于支撑梁3上。
78.步骤s126b：将多个电缆l穿过第一固定装置11、第二半槽312a和第二固定装置21。第二半固定件312的第二半槽312a可以支撑多个电缆l，使多个电缆l在塔筒段t1内处于大致水平的姿态。
79.步骤s126c：将第一半固定件311固定于支撑梁3上，以使第一半槽 311a和第二半槽312a共同围合多个电缆l。
80.电缆防护装置31设置为相对设置的第一半固定件311和第二半固定件312，省去了将多个电缆l依次穿过电缆防护装置31的防护孔313的工序，提高了塔筒段t1出厂前预敷设电缆的工作效率。
81.图10是图3所示的塔筒段敷设电缆的另一种场景示意图，图11是图 10所示的塔筒段敷设电缆的另一种场景示意图。
82.如前所述的步骤s126中，即将多个电缆l穿过第一固定装置11、防护孔313和第二固定装置21包括：
83.步骤s126d：预先在第一平台1与第二平台2之间的塔筒段t1上设置至少一个吊耳4。
84.步骤s126e：将绳索穿过吊耳4形成长度可调节的吊环41。
85.步骤s126f：预先将第一半固定件311固定于支撑梁3上。
86.步骤s126g：将多个电缆l穿过第一固定装置11和第二固定装置 21。
87.步骤s126h：通过吊环41将多个电缆l悬空吊起，以使多个电缆l以大致水平的姿态容纳于第一半槽311a。
88.步骤s126i：将第二半固定件312固定于支撑梁3上，以使第一半槽 311a和第二半槽312a共同围合多个电缆l。
89.由于第一半固定件311的第一半槽311a的开口方向朝向地面设置，无法支撑多个电缆l。通过设置至少一个吊环41，并调节每个吊环41的长度，可以使多个电缆l在塔筒段t1内处于大致水平的姿态。当第二半固定件312固定于支撑梁3上后，可以将吊环41拆除，也可以继续支撑多个电缆l，提高塔筒段t1运输过程中的安全性。
90.进一步可选地，如前所述的步骤s121～s123以及步骤s126d～s126i 中，在将塔筒段t1吊装于高空之前，还包括如下步骤：拆除吊环41。
91.另外，本发明实施例还提供了一种塔筒段t1，包括沿自身轴向两端分别设置的第一平台1和第二平台2，塔筒段t1还包括采用如前所述的任一种塔筒段的电缆敷设方法敷设的多个电缆l。
92.该塔筒段t1以大致水平的姿态运输至风电现场后，先拆除靠近地面的第二平台2上的第二固定装置21，将多个电缆l的第二端l2从第二平台2释放，再将塔筒段t1吊装至塔筒t的顶部，待机舱c吊装至塔筒t 顶部与该塔筒段t1连接后，多个电缆l在自身重力的作用下自动顺直，将多个电缆l挂接于马鞍托架s上，然后将多个电缆l的第一端l1固定至机舱c，并与发电机或者机舱底座上的电气部件电连接，将多个电缆l 的第二端l2与塔筒t内的变频器或者接线箱电连接，完成多个电缆l的固定与电连接工作后，可以拆除第一平台1上的第一固定装置11，以使多个电缆l的第一端l1从第一平台1释放，恢复扭转段电缆l的设计状
态。
93.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。