變換器櫃中的冷凝狀況感測元件的製作方法

2023-04-26 22:09:36 7

專利名稱：變換器櫃中的冷凝狀況感測元件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及用於風能系統的變換器櫃中的冷凝狀況感測元件。
技術背景 使用各種水平的保護措施來保護變換器櫃內部的電子構件免受環境影響。例如，灰塵的進入不能完全被防止，但灰塵進入的量不應幹擾設備的良好操作或有損安全性，並且從在任何方向噴射到變換器櫃的水應不具有任何有害的效果。例如，當變換器櫃是海上風能系統的一部分時，需要高水平的保護。在風能系統使用的間隙，變換器櫃內具有一定溫度和相對溼度的空氣會變冷。這種內部空氣的冷卻可以是由於晝夜溫差的大幅波動的原因而形成。這導致在變換器櫃內的相對溼度的增加，因為暖空氣比冷空氣能夠容納更多的水蒸氣。如果櫃內的構件的表面溫度低於露點，水蒸氣就會在該表面上冷凝。冷凝導致變換器櫃內的電氣構件發生故障，例如，導致控制電路失靈或短路。因此，在開始變換器櫃內的電力功率變換器和其它電子構件的操作之前，必須要確保電子構件的所有表面沒有冷凝物。

實用新型內容本實用新型的目的是為了解決上述問題，並且提供一種變換器櫃內的冷凝狀況感測元件，該感測元件成本低且安裝簡單。為了實現這個目的，本實用新型提供一種變換器櫃中的冷凝狀況感測元件，該變換器櫃用於風能系統。根據本發明的第一方面，被發明以在用於風能系統的變換器櫃中使用的冷凝狀況感測元件包括主體和附接於主體上的傳感器。傳感器包括用於測量感測元件主體的溫度的溫度測量器件。冷凝狀況感測元件包括用於將感測元件主體溫度傳送到變換器櫃控制系統的裝置。感測元件主體的熱時間常數比變換器櫃內的下列部件的熱時間常數慢變換器櫃支撐梁，變換器櫃壁和頂部；以及導軌，所述導軌連接供電側斷路器、保護構件、濾波構件以及一個或更多個功率變換器模塊。該冷凝狀況感測元件的一個優點在於其能夠替代變換器櫃內的一些溼度傳感器，這些溼度傳感器每個都價格昂貴。同時節省了布線成本以及安裝工作，因為只有一個構件即冷凝狀況感測元件需要被布線並安裝到變換器櫃中。熱時間常數是感測元件主體需要達到熱平衡的時間的表徵。感測元件主體的熱時間常數比變換器櫃的框架結構以及變換器櫃內連接主電路構件的導軌的熱時間常數慢，水會冷凝在所述主電路構件上。因此，冷凝狀況感測元件主體的溫度代表了在評估如下風險時能夠被使用的溫度水冷凝在連接主電路構件的導軌上，且水將沿導軌進一步流動。冷凝狀況感測元件的狀態在變換器櫃的操作過程中被連續讀取。如果變換器櫃內的環境狀態接近露點，變換器櫃控制系統發出警報。在中斷使用後，冷凝狀況感測元件的狀態在啟動變換器櫃被監測，或者更加具體地在啟動變換器櫃內的電氣部件之前被監測。[0010]根據本發明的第二方面的冷凝狀況感測元件基於第一方面的冷凝狀況感測元件，其中感測元件主體的外表面包括安裝表面和自由表面，並且自由表面被覆蓋有絕緣體。根據本發明的第三方面的冷凝狀況感測元件基於第二方面的冷凝狀況感測元件，其中該絕緣體由防火等級的微孔塑料構成。根據本發明的第四方面的冷凝狀況感測元件基於第一方面至第三方面中任一方面的冷凝狀況感測元件，其中感測元件主體是立方體形。根據本發明的第五方面的冷凝狀況感測元件基於第一方面至第三方面中任一方面的冷凝狀況感測元件，其中感測元件主體是長方體形。根據本發明的第六方面的冷凝狀況感測元件基於第一方面至第三方面中任一方面的冷凝狀況感測元件，其中感測元件主體是半球形。根據本發明的第七方面的冷凝狀況感測元件基於第二方面的冷凝狀況感測元件，其中感測元件主體的安裝表面與變換器櫃的底或與變換器櫃中的分隔壁導熱接觸。冷凝狀況感測元件在它在變換器櫃中的操作期間將遠離變熱的構件設置。作為示例，根據本發明的第八方面的冷凝狀況感測元件基於第一方面的冷凝狀況感測元件，其中冷凝狀況感測元件設置成遠離扼流線圈。如果冷凝狀況感測元件在該操作期間太靠近變暖的構件並且該操作被停止一會兒，則在啟動期間該仍然較暖的構件會干擾冷凝狀況感測元件的操作。根據本發明的第九方面的冷凝狀況感測元件基於第一方面至第三方面中任一方面的冷凝狀況感測元件，其中感測元件主體由鋁構成。根據本發明的第十方面的冷凝狀況感測元件基於第一方面至第三方面中任一方面的冷凝狀況感測元件，其中感測元件主體由碳鋼構成。風能系統通常建立在海邊或者海上，這對所有系統構件提出了高的要求。鋁是合適的主體材料，因為鋁具有優秀的耐腐蝕性。與相同體積的鋁相比，碳鋼吸收更多的熱量並且其作為材料成本較低，但碳鋼需要表面處理。根據本發明的第十一方面的冷凝狀況感測元件基於第一方面的冷凝狀況感測元件，其中所述導軌由鋁或銅構成。根據本發明的第十二方面的冷凝狀況感測元件基於第一方面的冷凝狀況感測元件，其中所述變換器櫃包括用於測量變換器櫃內空氣溼度和空氣溫度的裝置；以及用於將測量到的空氣溫度和空氣溼度傳送到變換器櫃控制系統的裝置。根據本發明的第十三方面的冷凝狀況感測元件基於第一方面的冷凝狀況感測元件，其中所述冷凝狀況感測元件包括用於測量變換器櫃內空氣溼度和空氣溫度的裝置；以及用於將測量到的空氣溫度和空氣溼度傳送到變換器櫃控制系統的裝置。用於測量變換器櫃中的空氣溼度的裝置以及用於將測量到的空氣溼度傳送到變換器櫃控制系統的裝置也能夠與用於測量變換器櫃內空氣溫度的裝置以及用於將測量到的空氣溫度傳送到變換器櫃控制系統的裝置一起與冷凝狀況感測元件分離地位於變換器櫃內。根據本發明的第十四方面的冷凝狀況感測元件基於第十二或十三方面的冷凝狀況感測元件，其中所述變換器櫃控制系統包括用於基於變換器櫃中的測量到的空氣溼度和測量到的空氣溫度計算露點的裝置；用於計算所計算出的露點與所述感測元件主體的測量到的溫度的差的裝置；以及用於當所計算出的差低於預定極限時傳送冷凝狀況的警報的裝置。變換器櫃控制系統能夠基於測量到的變換器櫃內的空氣溼度和空氣溫度計算露點。計算出的露點與測量到的感測元件主體的溫度相比較。如果主體溫度接近露點，也就是說計算出的露點與測量到的感測元件主體的溫度之間的差很小，那麼就有冷凝的危險。變換器櫃控制系統具有當計算出的差低於預定極限時用於發出冷凝狀況的警報的裝置。根據本發明的第十五方面的冷凝狀況感測元件基於第十二或十三方面的冷凝狀況感測元件，其中所述變換器櫃控制系統包括基於所述感測元件主體的測量到的溫度、所述變換器櫃中的測量到的空氣溼度和測量到的空氣溫度來估算冷凝物量的裝置。根據測量到的變換器櫃內的空氣溼度和空氣溫度能夠確定變換器櫃空氣的含溼量。然後使用測量到的感測元件主體的溫度作為空氣冷卻的溫度，則能夠估算出冷凝物量。根據本發明的第十六方面的冷凝狀況感測元件基於第十五方面的冷凝狀況感測元件，其中變換器櫃包括用來乾燥變換器櫃內的空氣的裝置；和用以在所估算出的冷凝物量超過預定的冷凝物極限時啟動以乾燥空氣的系統。根據本發明的第十七方面的冷凝狀況感測元件基於第十四方面的冷凝狀況感測元件，其中變換器櫃包括如下機構當該機構接收到冷凝狀況的警報時，防止所述一個或更多個功率變換器模塊啟動。根據本發明的第十八方面的冷凝狀況感測元件基於第十四方面的冷凝狀況感測元件，其中變換器櫃包括對變換器櫃內的空氣進行加熱、乾燥以及循環的裝置，並包括如下的系統，該系統用於在接收到冷凝狀況的警報時啟動對空氣加熱、乾燥以及循環。根據本發明的第十九方面的冷凝狀況感測元件基於第一方面至第三方面中任一方面的冷凝狀況感測元件，其中變換器櫃控制系統包括一個或更多個可編程邏輯控制器，並且所述一個或更多個可編程邏輯控制器包括一個或更多個應用軟體。這些布置保護變換器櫃內的電氣構件。保護電氣構件的已知系統在啟動功率變換器之前自動啟動對變換器櫃內的空氣加熱、乾燥以及循環預定的時間段。由於一旦電子整流器安全就進行啟動，使用冷凝狀況感測元件來控制功率變換器以及對變換器櫃內部的空氣進行加熱、乾燥和循環的裝置的操作節約了能源和時間，因為一旦啟動是安全時，就執行啟動。

下面，將參考附圖通過一些優選實施例更詳細地描述本實用新型，其中圖I示出了冷凝狀況感測元件；圖2示出了冷凝狀況感測元件主體的不同形狀；圖3示出了在變換器櫃中的冷凝狀況感測元件。
具體實施方式
圖I示出了冷凝狀況感測元件I。冷凝狀況感測元件I包括主體2和附接於主體上的傳感器3。傳感器3具有溫度測量器件4，用來測量感測元件主體2的溫度。溫度測量器件4用虛線示出。傳感器3還具有用來測量變換器櫃中空氣的溫度和溼度的空氣溫度溼度測量器件5。感測元件主體2的外表面被覆蓋有防火等級的絕緣體6，比如微孔塑料。該元件的安裝表面7無絕緣體。[0033]冷凝狀況感測元件I通過線纜8連接到變換器櫃控制系統9，所述線纜8用來傳輸元件的狀態信息，例如溫度。該連接也可以是無線的。被測量到的空氣溼度和空氣溫度數據被以無線方式或經由線纜8傳送至變換器櫃控制系統9。[0034]圖I中，感測元件主體2是立方體形。圖2示出了冷凝狀況感測元件主體2的不同形狀a)感測元件主體2'是長方體形，以及b)感測元件主體2"是半球形。半球形的主體2"具有平的安裝表面7"。感測元件主體2，2'，2"由鋁或碳鋼構成。圖3示出了變換器櫃11內的冷凝狀況感測元件I。感測元件主體2的安裝表面7與變換器櫃內的分隔壁12導熱接觸。另一個優選的位置是變換器櫃的底13。冷凝狀況感測元件I遠離扼流線圈29設置。扼流線圈29是變換器櫃11內最慢熱的構件。感測元件主體2的熱時間常數比變換器櫃11內的下列部件的熱時間常數慢變換器櫃支撐梁14，變換器櫃外壁15和頂部16，以及連接供電側斷路器18、保護構件19、濾波構件20以及一個或多個功率變換器模塊21的導軌17。在圖3中，變換器櫃11包括測量變換器櫃11中的空氣溼度和空氣溫度的器件10。用於測量空氣溼度和空氣溫度的器件10以無線方式或經由線纜將測量到的溼度和溫度數據傳送至變換器櫃控制系統9。變換器櫃控制系統9包括若干用於接收溫度和溼度數據的可編程邏輯控制器，例如數字計算機。在每個可編程邏輯控制器中運行一個或更多個應用軟體。在可編程邏輯控制器中，基於測量到的空氣溼度和空氣溫度計算露點。計算出的露點與測量到的感測元件主體的溫度之間的差也被計算出。當計算出的差低於預定極限時，冷凝狀況的警報被傳送到如下機構，該機構用來防止一個或更多個功率變換器模塊24啟動，並且該警報被傳送到系統28，所述系統28用來啟動對空氣加熱、乾燥以及循環。在可編程邏輯控制器22中，基於測量到的感測元件主體的溫度、測量到的空氣溼度以及測量到的空氣溫度能夠估算出冷凝物量。使用測量到的感測元件主體的溫度作為空氣冷卻的溫度，能夠估算出冷凝物量。變換器櫃11包含用於變換器櫃內的空氣的乾燥機26 ;以及系統30,系統30用於在估算出的冷凝物量超過預定的冷凝物極限時啟動空氣乾燥機23。變換器櫃包括如下的機構24 :當機構24接收到冷凝狀況警報時，防止一個或更多個功率變換器模塊21啟動。變換器櫃包括用於對變換器櫃內的空氣進行加熱25、乾燥26以及循環27的裝置，例如散熱器25、減溼器26以及風扇27。用於啟動對空氣加熱25、乾燥26以及循環27的系統28在其接收到來自變換器櫃控制系統9的冷凝狀況的警報時，啟動操作。連接主電路構件的導軌17由鋁或銅構成，所述主電路部件比如是供電側斷路器18、保護構件19、濾波構件20以及一個或更多個功率變換器模塊21。上面的描述僅是為了示例本實用新型，並不意圖限制由權利要求所提供的保護範圍。權利要求也意圖覆蓋其等效內容而不局限於字面含義。
權利要求1.變換器櫃(11)中的冷凝狀況感測元件，所述變換器櫃(11)用於風能系統，其特徵在於，所述冷凝狀況感測元件(I)包括主體(2)和附接於所述主體的傳感器(3)，所述傳感器(3)包括用於測量感測元件主體(2)的溫度的溫度測量器件(4)，所述冷凝狀況感測元件(I)包括用於將所述感測元件主體的溫度傳送到變換器櫃控制系統(9)的裝置(8)，並且所述感測元件主體的熱時間常數比所述變換器櫃(11)內的下列部件的熱時間常數慢變換器櫃支撐梁(14);變換器櫃壁(15)和頂部(16);以及導軌(17)，所述導軌(17)連接供電側斷路器(18)、保護構件(19)、濾波構件(20)和一個或更多個功率變換器模塊(21)。
2.根據權利要求I所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述所述感測元件主體的外表面包括安裝表面(7，7')和自由表面，並且所述自由表面被覆蓋有絕緣體(6)。
3.根據權利要求2所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述絕緣體(6)由防火等級的微孔塑料構成。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述感測元件主體(2，2'，2")是立方體形。
5.根據權利要求1-3中任一項所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述感測元件主體(2，2'，2")是長方體形。
6.根據權利要求1-3中任一項所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述感測元件主體(2，2'，2")是半球形。
7.根據權利要求2所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述感測元件主體的安裝表面(7)與變換器櫃底(13)或變換器櫃的分隔壁(12)導熱接觸。
8.根據權利要求I所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述冷凝狀況感測元件(I)遠離扼流線圈(29)設置。
9.根據權利要求1-3中任一項所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述感測元件主體{2,21 ,2")由鋁構成。
10.根據權利要求1-3中任一項所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述感測元件主體(2，2' ,2")由碳鋼構成。
11.根據權利要求I所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述導軌(17)由鋁或銅構成。
12.根據權利要求I所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述變換器櫃(11)包括用於測量所述變換器櫃(11)中的空氣溼度和空氣溫度的裝置(10);以及用於將測量到的空氣溫度和空氣溼度傳送到變換器櫃控制系統(9)的裝置。
13.根據權利要求I所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述冷凝狀況感測元件(I)包括用於測量所述變換器櫃(11)中的空氣溫度和空氣溼度的裝置(5)以及用於將測量到的空氣溫度和空氣溼度傳送到變換器櫃控制系統(9)的裝置。
14.根據權利要求12或13所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述變換器櫃控制系統(9)包括用於基於變換器櫃(11)中的測量到的空氣溼度和測量到的空氣溫度計算露點的裝置；用於計算所計算出的露點與所述感測元件主體的測量到的溫度的差的裝置；以及用於當所計算出的差低於預定極限時傳送冷凝狀況的警報的裝置。
15.根據權利要求12或13所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述變換器櫃控制系統(9)包括基於所述感測元件主體的測量到的溫度、所述變換器櫃(11)中的測量到的空氣溼度和測量到的空氣溫度來估算冷凝物量的裝置(22)。
16.根據權利要求15所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述變換器櫃包括用於乾燥所述變換器櫃(11)的內部的空氣的裝置(26);以及用於在所估算出的冷凝物量超過預定冷凝物極限時啟動以乾燥空氣的系統(30)。
17.根據權利要求14所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述變換器櫃(11)包括機構(24)，當所述機構(24)接收到冷凝狀況的警報時，防止所述一個或更多個功率變換器模塊的啟動。
18.根據權利要求14所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，所述變換器櫃(11)包括用於對所述變換器櫃(11)的內部的空氣進行加熱(25)、乾燥(26)以及循環(27)的裝置；以及用於在接收到冷凝狀況的警報時啟動對空氣的加熱、乾燥以及循環的系統(28)。
19.根據權利要求1-3中任一項所述的冷凝狀況感測元件，其特徵在於，變換器櫃控制系統(9)包括一個或更多個可編程邏輯控制器，並且所述一個或更多個可編程邏輯控制器包括一個或更多個應用軟體。
專利摘要變換器櫃中的冷凝狀況感測元件，變換器櫃用於風能系統，其特徵在於，冷凝狀況感測元件包括主體和附接於主體的傳感器，傳感器包括用於測量感測元件主體的溫度的溫度測量器件，冷凝狀況感測元件包括用於將感測元件主體的溫度傳送到變換器櫃控制系統的裝置，感測元件主體的熱時間常數比變換器櫃內的下列部件的熱時間常數慢變換器櫃支撐梁；變換器櫃壁和頂部；導軌，導軌連接供電側斷路器、保護構件、濾波構件和一個或更多個功率變換器模塊。本實用新型的冷凝狀況感測元件成本低且安裝簡單。
文檔編號G01N25/66GK202372462SQ20112029586
公開日2012年8月8日 申請日期2011年7月8日 優先權日2011年7月8日
發明者維克託·海因茲, 蒂莫·阿爾霍 申請人:斯維奇傳動系統有限公司