Передаточная станция для подачи электрической энергии, а также парк ветроэнергетических установок с такой передаточной станцией - RU2640028C2

Чертежи

Описание

Данное изобретение касается передаточной станции для подачи локально произведенной электрической энергии, в частности произведенной одной или несколькими ветроэнергетическими установками, в электросеть. Изобретение касается также парка ветроэнергетических установок с одной или несколькими такими передаточными станциями.

Ветроэнергетические установки во все большей мере используются для выработки электрической энергии. Посредством генераторов вызываемое силой ветра вращательное движение роторов преобразуется в переменное напряжение, которое затем отводится с ветроэнергетической установки и в заключение подается в питающую электросеть, обозначаемую в дальнейшем также электросетью. Для подачи в сеть напряжение, произведенное ветроэнергетической установкой с помощью различных средств управления, преобразуют в необходимым образом. Для этого чаще всего необходимо использование инверторов и/или выпрямителей, а также одного или нескольких трансформаторов. Эти промежуточные этапы осуществляются в самой ветроэнергетической установке или в соответствующих управляющих устройствах вне ветроэнергетической установки. Если необходимы внешние по отношению к ветроэнергетической установке средства управления и дополнительная инфраструктура для подачи энергии в сеть, то такие средства управления помещаются в кожухи, чтобы обеспечить, с одной стороны, защиту от внешних воздействий, а с другой стороны - защиту окружающей среды от негативного воздействия напряжения. Такие кожухи, в которые заключены подключения к электросети, в данной области техники обозначаются передаточными станциями.

В таких передаточных станциях предусмотрены блоки управления, которые служат для того, чтобы подаваемое на передаточную станцию напряжение модифицировалось таким образом, чтобы его можно было подавать в электросеть через имеющееся с ее стороны подсоединение к линии. Требуются ли для этого внутри передаточной станции полярность напряжения и/или преобразование, зависит в каждом конкретном случае от используемых ветроэнергетических установок и, возможно, промежуточно подключенных дополнительных станций.

Вследствие поступления высоких напряжений или, соответственно, больших токов на такие передаточные станции, которые иногда собирают электрическую энергию, произведенную несколькими ветроэнергетическими установками, и подготавливают для подачи в сеть, возникает риск коротких замыканий в блоках управления. При этом в экстремальных ситуациях может случиться так, что внутри блоков управления будут возникать электродуговые разряды, которые могут привести к взрыву газа внутри передаточной станции, сопровождающемуся распространению ударной волны и сильному задымлению. В частности, это представляет собой большой риск для здоровья персонала, находящегося в передаточной станции в момент возникновения электрической дуги.

Из уровня техники известны различные меры предосторожности, целью которых является максимально быстрое удаление образующегося на передаточной станции дыма в тех зонах, в которых может находиться персонал. Однако, как и прежде, такие передаточные станции в плане безопасности нуждаются в усовершенствовании.

В связи с продолжающимся увеличением количества ветроэнергетических установок и возрастанием децентрализованной организации производства тока вследствие растущей доли возобновляемой энергии, в частности, дополнительно существует задача, обеспечить повышение надежности и безопасности в передаточных станциях с экономичной эффективностью.

Вследствие этого в основу изобретения положена задача создания передаточной станции, которая экономически максимально эффективным образом обеспечивает повышенную защиту персонала от последствий возникновения дуговых разрядов в передаточной станции.

Данное изобретение решает поставленную перед ним задачу посредством передаточной станции согласно пункту 1 формулы изобретения. В частности, изобретение решает вышеназванную задачу для передаточной станции тем, что она содержит имеющееся со стороны электросети подсоединение к линии, блок управления, предназначенный для регулирования сетевого питания, в частности, для преобразования локально произведенной электрической энергии и сетевого питания посредством имеющегося со стороны электросети подсоединения к линии, и предпочтительно устойчивый к атмосферным воздействиям и запираемый кожух, внутри которого расположены подсоединения к линии, соединительные средства и блок управления, причем кожух имеет пригодную для прохода первую камеру и вторую камеру, которая соединена посредством трубы для отвода воздуха с внешней средой, причем первая камера и вторая камера соединены друг с другом посредством общего проема, указанный блок управления закрывает общий проем, и при этом корпус блока управления открыт в зоне запирания проема и/или имеет зону заданного разрушения, которое происходит при возникновении электрической дуги внутри блока управления. При этом данное изобретение исходит из концепции, согласно которой защита находящегося в передаточной станции персонала от воздействий ударной волны и задымления является максимальной в том случае, когда те области, в которых может находиться персонал, в минимальной степени подвергаются действию ударной волны и, прежде всего, образованию дыма. Вместо того, чтобы направлять свои действия на быстрый отвод ударной волны и дыма из помещения для персонала, данное изобретение берет за основу идею, по возможности вообще не допускать распространения ударной волны и дыма прежде всего в том помещении, в котором может находиться персонал. Предлагаемым решением предусмотрено поэтому, что блок управления в передаточной станции вышеописанным образом через проходное отверстие позиционируют во второй камере, причем блок управления выполнен таким образом, что возникающая в блоке управления электрическая дуга и сопровождающая ее ударная волна, следуя по пути наименьшего сопротивления, распространяются через общий проем во второй камере, в которой персонал не присутствует. Так как эта вторая камера соединена с трубой для отвода воздуха, то ударная волна и образующийся дым через эту трубу для отвода воздуха могут отводиться из кожуха. Воздействие дыма и ударной волны на персонал, если он находится в первой камере, благодаря этому существенно снижен по сравнению с известными техническими решениями.

Предпочтительно труба для отвода воздуха согласно изобретению имеет спускную трубу, которая взаимодействует с обратным элементом, при этом обратный элемент установлен для того, чтобы открывать спускную трубу при возникновении избыточного давления во второй камере. Под избыточным давлением при этом понимается давление воздуха во второй камере по отношению к давлению окружающей среды снаружи кожуха.

Обратный элемент установлен с возможностью возвратно-поступательного движения предпочтительно между запирающим положением и открывающим положением. Кроме того, предпочтительно обратный элемент находится в нормально закрытом положении (NC), в так называемом запирающем положении, и посредством избыточного давления, господствующего во второй камере, после достижения критического значения давления движется из запирающего положения в открывающее положение, а также при недостижении критического значения давления под действием силы тяжести и/или посредством возвратного средства автоматически движется обратно в запирающее положение. Если нужно предусмотреть дополнительное средство обратной блокировки, для усиления действия силы тяжести и повышения критического значения давления, после которого происходит срабатывание, то предпочтительно выполнять такое возвратное средство в виде пружины, работающей на растяжение.

Согласно одному особенно предпочтительному варианту осуществления изобретения вторая камера расположена под первой камерой и отделена от нее общей стенкой. Под стенкой при этом понимается элемент пола или соответственно потолка, например, такого как общая половая или соответственно потолочная плита. Согласно этому варианту выполнения особенно предпочтительным является то, что не требуется отказа от уже зарекомендовавших себя концептов разделения камер. Находящаяся со стороны электросети присоединительная труба прокладывается предпочтительно в «подвале» передаточной станции, то есть во второй камере. Вторая камера при сооруженной и установленной передаточной станции предпочтительно по меньшей мере на отдельных участках заделана в грунт. В обычной ситуации не используемая полость под первой камерой в передаточной станции согласно данному изобретению принимает на себя дополнительную функцию - служить расширением трубы для отвода воздуха.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления предлагаемой изобретением передаточной станции труба для отвода воздуха проходит от второй камеры через проходное отверстие в первую камеру и насквозь через первую камеру, и выведена из первой камеры через боковую стенку или потолочное перекрытие кожуха.

Благодаря тому, что труба для отвода воздуха вплоть до точки ее вывода из кожуха пролегает полностью внутри кожуха, она лучше защищена от внешних воздействий. К тому же за счет этого обеспечивается возможность контроля состояния уплотнительных поверхностей внутри передаточной станции. Еще одно преимущество заключается в том, что габариты передаточной станции не увеличиваются дополнительно за счет навесного оборудования, такого как прокладываемые снаружи трубы для отвода воздуха.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления труба для отвода воздуха посредством фланца, предпочтительно разъемного, вводится через проходное отверстие из второй камеры в первую камеру. Предпочтительно фланец состоит из двух половин, каждая из которых охватывает половину трубы для отвода воздуха. Такое выполнение фланца в виде составного фланца дает то преимущество, что его легче отделять от трубы для отвода воздуха, например, если требуется обслуживание или замена трубы для отвода воздуха. Еще одним достоинством заменяемого таким образом фланца является то, что обеспечивается возможность унифицированного выполнения кожуха передаточной станции. Для коммутационных устройств любых размеров могут использоваться одинаковые опорные плиты, отделяющие первую камеру от второй камеры. В зависимости от размера управляющих устройств труба для отвода воздуха, которая в качестве спускной трубы проходит через первую камеру, должна иметь различные диаметры. За счет подбора подходящего, предпочтительно разъемного, фланца можно, однако, использовать трубы для отвода воздуха различных диаметров при всегда одинаковых опорных плитах, поскольку фланец, с одной стороны, согласован с трубой для отвода воздуха, а с другой стороны, с размером проходного отверстия.

Данное изобретение согласно второму аспекту касается парка ветроэнергетических установок. Поставленная перед изобретением задача решается тем, что парк ветроэнергетических установок содержит одну или несколько ветроэнергетических установок для выработки электрической энергии, а также одну или несколько передаточных станций, которые посредством электрических линий соединены с указанными одной или несколькими ветроэнергетическими установками, причем эти по меньшей мере одна или несколько передаточных станций выполнены согласно описанным выше предпочтительным вариантам осуществления, в частности по любому из пп. 1-7 формулы изобретения.

Далее предлагаемое изобретение описано более подробно на примере предпочтительных вариантов осуществления с учетом прилагаемых чертежей, на которых показано:

Фиг. 1 - схематичное изометрическое изображение передаточной станции согласно одному предпочтительному примеру выполнения, и

Фиг. 2 - схематичное изображение поперечного сечения передаточной станции по Фиг. 1.

На Фиг. 1 показана передаточная станция 1 согласно одному предпочтительному примеру выполнения изобретения.

На Фиг. 2 показан схематично вид поперечного сечения той же передаточной станции 1.

Передаточная станция 1 имеет кожух 3, который содержит заделанную в грунт фундаментную область 4 и остающуюся над поверхностью грунта конструкцию 6. В этой конструкции 6 предусмотрена запираемая дверь 9. В фундаментной области 4 предусмотрено множество вводов 12, 14 и 16 для линий. Вводы 12, 14, 16 для линий служат предпочтительно в качестве кабельных вводов. В еще одной области фундамента 4, на Фиг. 1 в угловой зоне, расположена точка 13 заземления. Передаточная станция на своих четырех углах имеет расположенные попарно противоположно точки 18 крепления для размещения чалочных приспособлений. Две такие точки крепления показаны на Фиг. 1. Из соображений наглядности на Фиг. 2 они не представлены.

Внутри передаточной станции 1 расположен блок 7 управления, в качестве примера представленный в виде коммутационного шкафа. Блок 7 управления предпочтительно имеет корпус 10, а в нем одно или несколько коммутационных устройств и/или щитов с измерительными приборами. Блок 7 управления расположен на опорной плите 8. В этой опорной плите 8, которая отделяет друг от друга первую камеру 5 и вторую камеру 11, предусмотрен первый проем 13. Блок 7 управления расположен непосредственно у проема 13, примыкая к нему. Вторая камера 11 за счет перекрытия проема 13 посредством блока 7 управления отделено от первой камеры 5.

Кроме того, в опорной плите 8 выполнено проходное отверстие 15. В проходное отверстие 15 вставлена спускная труба 17, которая проходит через проходное отверстие 15 вниз во вторую камеру 11, а из потолочного перекрытия 22 выведена вверх из первой камеры 5. В порядке альтернативы такое выведение предпочтительно производить через боковую стенку. Труба для отвода воздуха, которая образована спускной трубой 17, с помощью фланца 21 закреплена на опорной плите 8 передаточной станции 1. Фланец 21 забетонирован в опорную плиту 8 и выполнен предпочтительно в виде стального фланца. Спускная труба 17 для оптимального закрепления на фланце 21 предпочтительно имеет выполненный ответным бортик, который посредством обычных фланцевых переходников выполнен с возможностью соединения с фланцем 21. На верхнем на Фиг. 2 конце спускной трубы 17 расположен обратный элемент 19 в форме клапана. Этот клапан под действием своего веса, при необходимости дополнительно с усилением посредством одного или нескольких возвратных элементов, таких как, например, пружин, удерживается в показанном закрытом положении. В этом положении труба для отвода воздуха закрыта и заперта.

Передаточная станция 1 согласно Фиг. 2 заглублена в грунт 101 окружающего пространства, так что укладка находящихся со стороны электросети присоединительных кабелей в грунт может осуществляться непосредственно во второй камере 11, и с другой стороны, обеспечивается проход в первую камеру 5 снаружи через дверь 9.

Если, например, вследствие дефектов коммутации возникает электрическая дуга, то от блока управления, который является местом возникновения, она распространяется по пути наименьшего сопротивления. Поскольку стенки корпуса 10 блока 7 управления рассчитаны на такие ситуации и имеют достаточную стабильность, то электрическая дуга и вызываемая ею ударная волна (вследствие воспламенения газа) распространяются вниз, так как блок 7 управления, что показано пунктиром, выполнен по существу открытым снизу и, соответственно, имеет заданное место разрушения, которое в случае скачка давления внутри блока 7 управления «освобождает путь». Электрическая дуга и ударная волна, а также сопровождающий их дым при возникновении такого инцидента распространяются в направлении стрелки 50 сначала вниз. Если не учитывать незначительное проникновение дымa через потенциально негерметичные места блока 7 управления в первую камеру 5, то первая камера 5 остается в значительнейшей степени не поврежденной ударной волной и, в частности, образующимся дымом. Он вытесняется во вторую камеру 11 и распространяется затем через трубу для отвода воздуха, в частности, через спускную трубу 17 в направлении стрелки 52. При превышении определенного, предсказуемого порогового значения давления клапан 19 открывает трубу для отвода воздуха, и дым и избыточное давление отводятся из кожуха 3 наружу в окружающую среду. После выполненного перевода клапана из показанного на Фиг. 2 запирающего положения в открывающее положение давление внутри передаточной станции 1 быстро опускается снова ниже критического порогового значения, вызывающего срабатывание, за счет чего клапан 19 снова возвращается в свое первоначальное запирающее положение. Благодаря этому внутреннее пространство передаточной станции 1 остается в значительной мере защищенным от внешних воздействий, тогда как одновременно мог бы происходить выброс большей части опасного для здоровья дыма.

Показанный пример выполнения изобретения предоставляет средство улучшения надежности и безопасности установки. Камера 5 внутри передаточной станции 1 становится безопаснее за счет целенаправленного отвода электрической дуги во вторую камеру 11. За счет того, что первая камера 5 после обеспечения отвода разрушительной электрической дуги даже в случае аварии по существу не затрагивается ударной волной, значительно снижается угроза, в частности, для персонала, находящегося внутри первой камеры 5, вследствие возникновения электрической дуги.

Реферат

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении эффективности защиты персонала от последствий возникновения дуговых разрядов. Передаточная станция (1) предназначена для подачи локально произведенной электрической энергии, в частности произведенной ветроэнергетической установкой, в электросеть. Кожух (3) передаточной станции содержит пригодные для прохода первую (5) и вторую (11) камеры. Вторая камера (11) посредством трубы для отвода воздуха соединена с внешней средой. Первая (5) и вторая (11) камеры соединены друг с другом посредством общего проема. Блок (7) управления запирает общий проем (13). Корпус (10) блока (7) управления в области запирания проема (13) открыт и/или снабжен заданным местом разрушения, которое выполнено с возможностью разрушения при возникновении электрической дуги внутри блока (7) управления. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула