风力涡轮机塔架中的电力线缆安装的制作方法

1.本发明涉及一种在风力涡轮机塔架中安装的电力线缆以特别地用于运输的方法和装置。


背景技术：

2.在安装在风力涡轮机塔架顶部上的机舱中，风力涡轮机包括发电机，该发电机在其上附接有多个转子叶片的转子旋转时生成电能。电气输出电力在延伸通过风力涡轮机塔架的电力线缆中输送，并供应给海线缆或地下线缆，所述海线缆或地下线缆将电能供应给公用电网。
3.常规地，风力涡轮机塔架中的高电压（hv）电力线缆的安装在组装地点（诸如在操作地点安装（例如海上安装）之前的组装港口）处执行。在常规方法中，电力线缆由布置在风力涡轮机塔架顶部中的起重机从塔架底部中的卷筒拉动。
4.为了提供足够的线缆长度来连接稍后安装的机舱中的线缆系统，并且为了在使用寿命期间提供足够的线缆用于重新连接场景，必须在风力涡轮机塔架中考虑线缆的超长，并且在海上运输期间或者一般在运输到最终操作地点期间存储线缆的超长。常规地，线缆的超长可能已经卷绕在风力涡轮机塔架的最上部的平台中。
5.然而，已经观察到，部分由于线缆直径的增加，常规方法不是在所有情形或情况下都能够在风力涡轮机塔架内安装或存储线缆的超长。线缆直径的增加具有这样的效果，即线缆相对硬，并且仅能够以增加的曲率半径弯曲。因此，变弯的线缆需要增加的空间，其在风力涡轮机塔架的最上部的平台处可能是不可用的。
6.因此，可能需要一种在风力涡轮机塔架中安装电力线缆的方法和装置，该方法和装置适用于具有增加的直径的电力线缆，由此支持风力涡轮机的更高电力输出。


技术实现要素：

7.根据独立权利要求的主题可以满足这个需求。从属权利要求描述了本发明的有利实施例。
8.根据本发明的实施例，提供了一种在风力涡轮机塔架中安装电力线缆的方法，特别是用于运输，该方法包括：通过在塔架内形成线缆环，在塔架内布置线缆的区段，该区段具有比塔架高度大特别是至少上部多余线缆部分的长度，其中线缆环平面的法线和塔架的纵向方向之间的夹角在70
°
和110
°
之间。
9.电力线缆例如可以是高电压电力线缆，能够以例如1 kv和100 kv之间、或者10 kv和80 kv之间、特别是大约66 kv的电压携带电力。电力线缆可以例如具有在50 mm和200 mm之间、特别是在115 mm和120 mm之间的直径（线缆的导体的直径）。由于电力线缆相对高的直径，电力线缆可以相对硬，使得最小曲率半径可以与电力线缆相关联。最小曲率半径可以例如在300 mm和2000 mm的范围内、特别是在690 mm和1200 mm之间，对应于固定线缆的直径的6倍和自由悬挂线缆的直径的10倍。
10.塔架内线缆的区段的长度大于塔架高度。特别地，线缆的区段的长度可以是塔架高度、线缆的上部多余线缆部分的长度和下部多余线缆部分的长度的总和。上部多余线缆部分以及下部多余线缆部分可以被提供为提供足够的线缆的长度的容差，以允许在风力涡轮机在操作地点处的最终安装之后连接到例如机舱电力输出终端和海线缆或地下线缆。线缆环可以包括至少360
°
的线缆匝。
11.线缆环平面可能不平行于塔架的平台，因此可能不平行于竖直于塔架纵向轴线的平面。线缆环平面可以被定义为距线缆环的部分的距离最小的平面。形成线缆环的线缆部分可以不完全位于一个平面中，而是可以形成螺旋。然而，线缆环平面可以由到形成线缆环的线缆部分的距离最小的平面来限定。例如，线缆环的螺旋可以具有例如在0.5 m和5 m之间的间距。可以认为线缆环被布置成使得线缆环平面基本上正交于风力涡轮机塔架的纵向轴线。常规的线缆线圈可能已经被布置并且可能已经被放置在风力涡轮机塔架的平台上，使得常规线缆环平面的法线基本上平行于风力涡轮机塔架的纵向轴线。
12.将线缆环平面布置成基本上垂直于或正交于风力涡轮机塔架的纵向轴线可以允许在风力涡轮机塔架内存储更大长度的线缆的多余部分，并且可以不占用平台上的很多空间。由此，可以促进或简化具有安装的电力线缆的涡轮机塔架的运输。有利的是，线缆环的尺寸可以根据需要适于伴随上部多余线缆部分。特别地，线缆环可以具有基本上固定的（例如由支撑系统限定的）横向尺寸，并且可以具有竖直尺寸，该竖直尺寸可以取决于所需的上部多余线缆部分长度而可调整或可改变。线缆环的竖直大小或范围可以更大，特别是与线缆环的横向范围的一和十倍之间一样大，并且竖直范围可以是可调整的。由此，与常规上可能的情况相比，更大的上部多余线缆部分可以存储在风力涡轮机塔架内。线缆环的竖直范围特别不受风力涡轮机塔架的直径或安装在风力涡轮机塔架内的平台的直径的限制，如常规地用于存储多余线缆部分或超长线缆部分。
13.线缆的整个部分可以隐藏在塔架内，由此特别是在运输期间保护电力线缆，并且还简化了运输。
14.塔架的纵向方向可以平行于风力涡轮机塔架的圆柱对称轴或近似圆柱对称轴。当安装在最终安装地点处时，塔架的纵向方向可以对应于或可以等于竖直方向。
15.风力涡轮机塔架可以在内部包括若干平台，用于支撑风力涡轮机塔架的部件并实现维护工作。线缆环可以例如被支撑在这些平台之一处或附近。线缆环布置在其处或附近的平台可以是上部平台，即风力涡轮机塔架的上半部或甚至上四分之一部中的平台。然后，线缆环的下部部分可以从平台垂下，并且线缆环的该下部部分的竖直尺寸可以仅受至下一个（下部）平台或上部平台和下部平台之间的空间中的其它干扰装备的距离的限制。
16.根据本发明的实施例，该方法进一步包括将线缆环的上部部分固定在特别附接到塔架内的平台的支撑系统处，其中该支撑系统适于支撑在大于线缆的最小弯曲半径的弯曲半径处变弯的线缆环的上部部分。
17.支撑系统可以或可以不附接或安装在平台处。支撑系统例如也可以在不附接到平台的情况下附接在风力涡轮机塔架壁处。当支撑系统附接到平台时，有利的是，维护人员可以在该方法期间、特别是在将线缆环的上部部分固定在支撑系统处期间进行协助。支撑系统可以包括一个或多个结构或元件，其被几何地配置，以便确保如果曲率半径或曲率的半径小于线缆的最小弯曲半径或线缆的最小曲率半径，则电力线缆不能被支撑或固定到支撑
结构。由此，可以维护和确保电力线缆的完整性。例如，将线缆环的上部部分固定在支撑系统处可以防止线缆从塔架掉落，并且可以确保线缆在运输期间稳固。另外，线缆环的上部部分的几何形状可以由支撑系统的几何形状和构造来限定。
18.根据本发明的实施例，使用一个或多个夹具来执行将线缆环的线缆部分固定在支撑系统处，该支撑系统特别包括彼此倾斜并彼此连接的多个杆。夹具可以接合形成线缆环上部部分的线缆的区段，并且还与支撑系统的一个或多个杆或刚性结构接合。例如，可以提供5至10个或5至20个夹具，用于将形成线缆环的上部部分的线缆的区段或线缆部分固定到支撑系统。支撑系统可以包括多个例如彼此连接的直杆。支撑系统可以进一步包括加强件、支柱等，用于加强支撑系统或提高支撑系统的刚性。由此，可以提供线缆环的上部部分的稳固固定。
19.根据本发明的实施例，该方法进一步包括将线缆环的下部部分布置在支撑系统（特别是平台）下方，该线缆环特别包括360
°
的线缆转弯。
20.线缆环的下部部分可以是线缆环的部分，该部分关于其尺寸、特别是其竖直范围是可调整的或可改变的。线缆环的下部部分可以基本上从平台或支撑系统垂下。线缆环的下部部分可能不受其它支撑元件支撑。线缆环的下部部分可以自由悬挂在例如安装或附接支撑系统的平台下方的涡轮机塔架内的空间中。由此，实现了相对长的多余线缆部分的存储。
21.根据本发明的实施例，在塔架内布置线缆的区段包括在第一附接区域处、特别是在线缆的端部处或附近，附接辅助提升绳；使用提升设备、特别是起重绞车、进一步特别是安装在塔架内的顶部平台处的起重绞车，从塔架内的下部区域将辅助提升绳和线缆的一部分一起向上牵引。
22.辅助提升绳可以例如包括其上附接有中国手指（chinese finger）的钢丝，所述中国手指形成网，该网特别是在第一附接区域处接合线缆的一部分。使用辅助提升绳可以实现从塔架的底部（例如从线缆卷筒）向上牵引线缆。塔架的顶部平台例如可以是风力涡轮机塔架内最上部的平台，其可以位于风力涡轮机塔架的上部端部附近。常规地，提升设备可以安装在顶部平台处。由此，该方法可以支持常规的风力涡轮机塔架配置。
23.如下方所解释的，可以以不同的方式执行形成线缆环。
24.根据第一实施例，形成线缆环包括，在进一步牵引辅助提升绳时，将多余线缆部分引导到塔架的外部；将线缆固定在塔架内部；将多余线缆部分从塔架的外部缩回到塔架的内部中。
25.在提升设备已经牵引具有基本上等于塔架的高度的长度的线缆部分之后，辅助提升绳处的牵引可以继续将多余线缆部分引导到塔架的外部。将多余线缆部分引导到塔架的外部为实际形成线缆环做准备。由于电力线缆可能具有相对高的直径，因此可能不可能将多余线缆部分临时存储在风力涡轮机塔架内的顶部平台或任何其它平台上。因此，可能有必要将多余线缆部分引导到塔架的外部，以准备形成线缆环。然后，线缆可以固定在塔架内部。特别地，塔架的底部和支撑系统（或支撑系统所附接的平台）之间的线缆的一部分可以固定到塔架壁。由此，在实际形成线缆环期间，防止支撑系统或支撑系统所附接的平台下方的电力线缆的该下部部分移动。在将线缆固定在塔架内部之后，多余线缆部分从外部缩回到塔架的内部中。缩回多余线缆部分和形成线缆环然后可以同时执行，如下方更详细描述
的。
26.根据形成环的第二实施例，形成环包括在比第一附接区域更远离线缆的端部的线缆的第二附接区域处附接辅助提升绳；将辅助提升绳和线缆一起向上牵引，由此将线缆部分保持在第二附接区域和塔架内的线缆的端部之间。
27.根据形成环的该第二实施例，多余部分不被引导到风力涡轮机塔架的外部。代替地（特别是已经将线缆的上部端部牵引到至少支撑系统或支撑系统所附接的平台），辅助提升绳附接到电力线缆的附接区域从第一附接区域移位或改变到比第一附接区域更远离线缆的端部的第二附接区域。由此，实现了进一步向上牵引线缆，然而在风力涡轮机塔架内牵引期间保持整个线缆。因此，在该第二实施例中，没有线缆部分被引导到塔架的外部。
28.以下适用于形成线缆环的第一实施例和第二实施例二者：通过支撑结构支撑线缆的（特别是在平台上方的）一部分，由此形成线缆环的上部部分。
29.由此，当多余线缆部分从外部缩回到塔架内部中时（根据第一考虑的实施例），或者当进一步牵引附接到第二附接区域的辅助提升绳时（根据形成线缆环的第二描述的实施例），多余线缆部分的部分由支撑结构支撑。由此，最终形成线缆环的上部部分的线缆部分的部分被稳固。之后，可以继续将多余线缆部分从塔架的外部缩回到塔架的内部中（根据形成线缆环的第一描述的实施例）。支撑线缆部分的部分（根据第二描述的实施例）可以仅在已经向上牵引附接到第二附接区域的辅助提升绳之后执行，使得第二附接区域基本上布置在支撑结构或支撑结构所附接的平台附近。在形成线缆环的第二实施例的其它实施例中，取决于所需的多余线缆部分长度的长度，附接区域可以移位或改变若干次。
30.根据本发明的实施例，形成线缆环进一步包括通过平台下方的平台中的开口（特别是狭缝）降低线缆的另一部分，以形成环的下部部分，特别是在平台下方具有180
°
弯曲。
31.本文中，对于形成环的第二描述的实施例，通过开口降低线缆的另一部分可以在牵引附接到第二附接区域的辅助提升绳的同时执行。另外，对于形成线缆环的第一实施例，通过开口降低线缆的另一部分也可以在将多余部分从外部缩回到塔架的内部中期间执行。因此，通过开口降低线缆的另一部分可以（对于第一实施例）在将多余线缆部分从外部缩回到塔架的内部中时，或者（对于第二实施例）在牵引附接在第二附接区域处的辅助提升绳期间执行。
32.根据本发明的实施例，该方法进一步包括将线缆的另一部分固定在塔架内的平台上方。多余线缆部分的另一部分可以是在线缆的端部处或附近的部分，该部分不包括在线缆环中，并且不包括在位于支撑系统所附接的平台下方的线缆部分中。将线缆的另一部分固定在塔架内的平台上方的固定步骤可以在已经形成线缆环之后执行，例如在安装方法结束时。
33.根据本发明的实施例，该方法进一步包括将线缆从塔架的底部固定到平台。该固定步骤还可以在已经形成线缆环之后执行，同时整个线缆位于风力涡轮机塔架内。由此，线缆可以被安全地稳固，例如用于运输。
34.根据本发明的实施例，该方法进一步包括，在形成线缆环之后，基本上关闭平台中的细长开口，从而留出两个线缆开口，线缆环的上部部分和线缆环的下部部分之间的两个线缆部分延伸通过所述两个线缆开口。由此，该方法特别是在将具有安装的线缆的塔架运输到风力涡轮机操作地点之前执行。
35.开口可以具有狭缝形式，其具有例如在风力涡轮机塔架的直径的0.5和1.0之间的长度。由此，可以简化通过狭缝部分地降低线缆。为了避免维护人员掉落通过狭缝，狭缝或者一般地开口可以例如通过盖子被关闭。特别地，关闭开口是在已经形成线缆环之后或者甚至在已经引导线缆的一部分通过狭缝之后执行的。甚至在关闭开口之后，线缆环的下部部分的竖直范围也可以改变，特别是增加或减少，因为线缆延伸通过两个线缆开口，从而允许使线缆通过这些开口移位。由此，可以满足安全性要求。
36.在形成线缆环并且相应的线缆部分被固定或稳固在塔架或塔架壁处之后，已经安装了电力线缆的塔架可以被运输到例如操作地点。
37.根据本发明的实施例，该方法特别是在风力涡轮机操作地点处将机舱安装在塔架的顶部上之后进一步包括：将线缆端部向上牵引，特别是通过从塔架的顶部处的机舱附接区域到机舱的电力输出端子的距离，由此特别是保持线缆环的上部部分不改变，由此改变线缆环的尺寸、特别是线缆环的下部部分的尺寸。
38.由此，实现了将线缆电连接到机舱的相应电力输出端子（特别是变压器或发电机或转换器）。当向上牵引线缆端部时，线缆环的下部部分的竖直尺寸可能会改变，特别是减小。在将多余线缆部分牵引到机舱中期间，可能不需要改变线缆环的上部部分在支撑结构处的固定，并且，也可能不必要解开或改变线缆部分在支撑结构下方的固定。由此，可以简化最终的安装步骤。为了朝向机舱向上牵引线缆，起重装备也可以安装在机舱内，即安装在高于风力涡轮机塔架最上部平台的位置处。
39.根据本发明的实施例，该方法进一步包括将线缆的端部与机舱处的电力输出端子电连接；和/或将线缆的另一端部与海线缆或地下线缆电连接。由此，风力涡轮机在安装或操作地点处的安装可以完成。
40.应当理解，根据本发明的实施例，为在风力涡轮机塔架中安装电力线缆的方法单独地或以任何组合方式公开、描述、解释或提供的特征也可以单独地或以任何组合方式应用于用于在风力涡轮机塔架中安装电力线缆的装置，并且反之亦然。
41.根据本发明的实施例，提供了一种风力涡轮机塔架，其包括用于将电力线缆安装在风力涡轮机塔架中以特别地用于运输的装置，该装置包括：安装在塔架内的支撑系统，该支撑系统适于支撑塔架内的线缆的区段，该区段具有比塔架高度大多余线缆部分的长度，所述多余线缆部分的形式为塔架内的线缆环，其中线缆环平面的法线和塔架的纵向方向之间的夹角在70
°
和110
°
之间。
42.根据下文中要描述的实施例的示例，本发明的上面限定的方面和另外的方面是明显的，并且参考实施例的示例进行解释。下文中将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明不限于此。
附图说明
43.图1和图2示意性地图示了根据本发明的实施例的在风力涡轮机塔架中安装电力线缆的方法的不同方法步骤处的风力涡轮机塔架，其包括根据本发明的实施例的用于在风力涡轮机塔架中安装电力线缆的装置；图3示意性地图示了根据本发明的实施例的在塔架中安装电力线缆的方法的最后安装步骤处的图1和图2中所图示的风力涡轮机塔架；
图4示意性地图示了根据本发明的实施例的风力涡轮机塔架的一部分；图5和图6示意性地图示了如在根据本发明的实施例中采用的平台和支撑系统。
具体实施方式
44.在根据本发明的实施例的电力线缆安装方法的不同阶段期间，图示了根据本发明的实施例的在图1至图3中以示意方式图示的风力涡轮机塔架1。
45.风力涡轮机塔架1包括用于在风力涡轮机塔架1中安装电力线缆5的装置3。由此，装置3包括支撑系统7，该支撑系统7在图4、5和6中更详细地图示，并将在下方解释。支撑系统7适于支撑塔架1内的线缆区段5的一部分9，线缆区段5具有比塔架高度h大多余线缆部分11的长度，所述线缆部分11的形式为塔架1内的线缆环（包括部分27和33，见图4）。
46.在执行将电力线缆5安装在风力涡轮机塔架1中的方法期间，未图示的辅助提升绳已经附接到第一附接区域13，该第一附接区域13可以与线缆5的端部15分开至少多余线缆部分11的长度。在安装方法的开始，提升设备、特别是（例如安装在顶部平台22处的）起重绞车17从（位于塔架1的底部处的）卷筒19向上牵引线缆5，使得第一附接区域13被牵引到稍微低于起重绞车17。当向上牵引线缆时，多余线缆部分11被引导到塔架1的外部。在下一个方法步骤中，线缆5被固定在塔架内部、特别是固定在从塔架1的底部到平台21的区域中，所述平台21在下文中也被称为支撑系统平台21。
47.在图2所图示的下一个方法步骤中，多余线缆部分11从外部缩回到塔架1的内部中。另外，线缆5的部分9由支撑结构7支撑，例如如图4中所图示的。使用夹具23，线缆的部分9被固定到支撑结构7。特别地，支撑结构7包括多个杆25，所述杆25彼此连接并被配置为支撑线缆部分9，使得最小曲率半径不被底切，并且使得线缆不会变弯到比准许的更大的程度。当线缆5的部分9由支撑结构7支撑时，形成线缆环的上部部分27。当进一步将多余线缆部分11从塔架的外部缩回到塔架的内部时，线缆5的另一部分13a通过开口降低，该开口在图5中在支撑结构7所附接的平台31中用附图标记29标记。通过降低部分13，形成线缆环的下部部分33a。
48.支撑系统平台21安装在风力涡轮机塔架的上半部中，并且在其上安装有支撑结构7。图5中所图示的平台21基本上由圆形金属板组成，该金属板在风力涡轮机塔架1内水平定向。形成支撑结构7的多个杆25将支撑系统平台21上方的线缆的部分9支撑成限定的几何形状，由此形成线缆环的上部部分27。
49.在图5中，细长开口或狭缝29没有被盖子覆盖，使得线缆5的部分13可以通过狭缝降低，并且因此通过平台21。在梯子状框架38中，线缆5从塔架的底部被向上牵引，并且然后沿着支撑系统7的一些杆25被引导。
50.在图6中，图示了其中细长开口29被盖子37关闭的情形。然而，盖子37留出打开的两个线缆开口39，线缆5延伸通过所述开口39，在图5和图6中仅图示了一个线缆开口39。
51.图4以侧视图示意性地图示了风力涡轮机塔架的一部分，包括支撑系统平台21和支撑系统7。线缆5从底部在竖直方向4上向上延伸，并由包括杆25的支撑结构7引导和支撑。因此，在平台21上方，形成了包括线缆的部分9的线缆环的上部部分27。然后线缆延伸通过线缆开口39，以便也形成由线缆部分13形成的线缆环的下部部分33a。
52.在图4中，图示了线缆环的下部部分33a、33b可以具有不同的竖直尺寸或延伸部。
即，由线缆部分13a形成的下部部分33a具有竖直延伸部“la”，并且由线缆部分13b形成的线缆环的下部部分33b具有小于竖直尺寸“la”的竖直延伸部或竖直尺寸“lb”。特别地，从线缆环的较大下部部分33a开始，线缆可以被向上牵引，例如通过在第二附接区域35处牵引，由此使线缆滑动通过线缆开口39之一（特别是位于塔架的中心附近的中心线缆开口），由此连续减小线缆环的下部部分33a的尺寸，直到形成线缆环的下部部分33b为止。竖直方向4对应于塔架1的纵向方向。
53.例如，如从图4可以得出，（由上部部分27和下部部分33形成的）线缆环的法线34基本上垂直于涡轮机塔架的纵向方向4。特别地，线缆环27、33的法线34和塔架的纵向方向4之间的夹角可以在70
°
和110
°
之间。
54.图3图示了在风力涡轮机塔架已经运输到最终操作地点并且例如在例如海线缆43埋在其中的海床41处竖立之后的安装方法的安装步骤。在底座区域45中，定位了电力连接器47，其允许将安装在塔架1内的线缆5（的端部）电连接到海线缆43。
55.在图3中，机舱49已经安装在风力涡轮机塔架的顶部上，机舱49隐藏具有转子48叶片50的转子。机舱49还包括起重绞车51，所述起重绞车51允许多余部分11的一部分被牵引到机舱49中，以便将线缆5电连接到变压器或发电机和/或转换器53的电力端子54，所述变压器或发电机和/或转换器53隐藏在机舱内，并且其通过旋转上方安装有多个转子叶片的未图示的转子来驱动。
56.如从图2和图3可以领会的，下部部分33的尺寸已经减小，类似地，如图4中从“1a”到“1b”所图示的。
57.出于实际原因和技术要求，本发明的实施例通过在线缆环平台（也称为支撑系统平台21）处而不是位于涡轮机塔架顶部附近的顶部平台22处支撑线缆环来存储线缆环。高电压线缆可以被拉起至塔架顶部并从塔架拉出，直到可以提供足够的长度为止。之后，线缆5可以从线缆环33的下方直到底部固定。通过向下降低线缆环和塔架顶部之间的高电压线缆5，形成环尺寸的线缆的区段增加。在将机舱放置在塔架顶部上之后（如图3中所图示的），高电压线缆可以被拉起并连接到变压器/发电机/转换器53，其减小了线缆环的尺寸、特别是线缆环的下部部分33b的尺寸。线缆尺寸直径的要求可能导致线缆的最小弯曲半径和塔架中提供的空间之间的复杂性。因此，线缆环中的超长（或线缆的多余部分）的存储以及组装和安装程序也可能支持相对大直径的线缆。
58.附加地，随后将线缆从线缆环并且通过塔架顶部中的塔架内部部件拉到机舱安装的选择提供了优势。为了实现这一点，引导辊、一个或多个线缆制动器和可调整的固定工具可以安装在塔架的不同部分处，诸如安装在不同的平台（诸如平台21、22、24、26）处。另外，线缆5可以由围绕线缆放置的金属环保护。
59.应当注意，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。也可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应当注意，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。