风力发电机组及其电缆故障检测装置的制作方法

本实用新型涉及电力传输领域，尤其涉及一种风力发电机组及其电缆故障检测装置。

背景技术：

目前风力发电机组整机的容量越来越大，最大容量机组已经达到8兆瓦，塔架高度接近200米。对于这种超大尺寸的风力发电机组，从发电机至变流器的电缆连接长度远超普通的风力发电机组的长度，采用传统的整根电缆防线的工艺不适用于这种高塔架、大容量的风力发电机组。

为了适应高塔架、大容量的风力发电机组的电力传输的需要，其采用的电缆采用两根对接或者多段电缆分段对接工艺。具体地，如图1中所示，电缆1竖直段通过电缆夹具2夹持在塔筒3的内壁上，电缆的对接部分采用连接管4连接，优选采用冷压铜连接管连接。

电缆1采用连接管4连接的方式存在以下缺点：对接位置使用的连接管质量不合格，施工人员麻痹大意、技术经验不足或施工器具故障等，都会导致电缆1连接位置导电性能不合格，并会导致电缆中间接头发热量大和温度高，将损坏连接管4及连接管4两端处电缆的绝缘，甚至烧坏连接管4或烧断接头处电缆。

进一步地，为了保证足够的载流量，风力发电机组的电缆通常采用同绕组同相多根电缆并连连接的方式设置。为了降低涡流影响，通常将同一绕组的A、B、C三相的三根电缆通过电缆夹具夹为一捆，同一绕组通常连接有并联的两捆或者更多捆的电缆。若其中一捆电缆中的某一根电缆的对接位置由于过流、过温熔断，由于其他捆并联电缆还在正常连接，机组也不会故障停机，仍然正常运行，但会增加同绕组同相的其他捆电缆的电流。

现有技术中缺少能够有效对发电机至变流柜中间段的电缆进行故障检测的手段，在电缆通过连接管连接后无法进行质量检查及验收，并且当电缆对接处出现故障后也不会停机，进而会加速其他电缆的绝缘层老化、导致其他电缆的熔断或烧毁机组内部其他电器，进而影响风力发电机组的正常运行，甚至影响操作人员的人身安全。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种电缆故障检测装置，以解决对风力发电机组的多根电缆进行有效的故障检测的问题。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

本实用新型实施例一方面提供一种风力发电机组的电缆故障检测装置，风力发电机组包括定子绕组，定子绕组的A相、B相和C相中的每一相分别连接有至少两根并联连接的电缆，每三根连接同一绕组的A相、B相和C相的电缆夹持为一捆，电缆故障检测装置包括PLC控制器和多个第一电流互感器，其中，至少部分第一电流互感器设置在不同捆且不同相的电缆上，第一电流互感器分别与PLC控制器通信连接。

可选地，定子绕组为一组，定子绕组的A相、B相和C相中的每一相分别连接有两根并联连接的电缆；电缆分为两捆；第一电流互感器为三个，其中，两个第一电流互感器设置在一捆电缆中的A相、B相和C相中的任意两相的电缆上，另一个第一电流互感器设置在另一捆电缆中的A相、B相和C相中的第三相的电缆上。

可选地，定子绕组为一组，定子绕组的A相、B相和C相中的每一相分别连接有三根并联连接的电缆；电缆分为三捆；第一电流互感器为三个，其中，三个第一电流互感器分别设置在不同捆的不同相的电缆上。

可选地，定子绕组为两组，定子绕组的A相、B相和C相中的每一相分别连接有两根并联连接的电缆；电缆分为两捆；第一电流互感器为六个，每三个第一电流互感器对一组定子绕组的电缆进行检测；其中，对于一个定子绕组，两个第一电流互感器设置在一捆电缆中的A相、B相和C相中的任意两相的电缆上，另一个第一电流互感器设置在另一捆电缆中的A相、B相和C相中的第三相的电缆上。

可选地，定子绕组为两组，定子绕组的A相、B相和C相中的每一相分别连接有三根并联连接的电缆；第一电流互感器为六个，每三个第一电流互感器对一组定子绕组的电缆进行检测；其中，对于一个定子绕组，三个第一电流互感器分别设置在不同捆的不同相的电缆上。

可选地，还包括与PLC控制器通信连接的第一模数转换电路，第一电流互感器分别与第一模数转换电路连接。

可选地，还包括第二电流互感器，第二电流互感器设置在风力发电机组的塔筒的接地线上，第二电流互感器与PLC控制器通信连接。

可选地，还包括与PLC控制器通信连接的第二模数转换电路，第二电流互感器与第二模数转换电路连接。

可选地，塔筒通过多根接地线接地，第二电流互感器设置在距离风力发电机组的主控制柜的距离最短的接地线上。

本实用新型实施例另一方面提供一种风力发电机组，具有前述的电缆故障检测装置。

本实用新型实施例提供的电缆故障检测装置，通过将至少部分所述第一电流互感器设置在不同捆且不同相的电缆上，并将第一电流互感器分别与PLC控制器通信连接，在无需每根电缆都设置电流互感器的基础上，即可准确的检测和判断是否有电缆出现故障，并进行故障的报告和处理，可大幅提高风力发电机组的可靠性和安全性，可对电缆故障进行及时的检测和处理，降低电缆故障对风力发电机组运行的影响，将故障消除在初期阶段，保障了风力发电机组的运行安全；同时减少了电流互感器的设置数量，降低成本，降低PLC控制器的数据处理量。

进一步地，本实用新型实施例提供的电缆故障检测装置，还可以对整机的对地电流进行检测和故障报告，当有熔断的动力电缆搭接在塔筒上，及时地报警，保证机组塔筒下部工作人员的人身安全。

本实用新型实施例提供的风力发电机组，能够以较低的成本实现电缆故障的检测和故障报告，具有较高的可靠性和安全性。

进一步地，本实用新型实施例提供的风力发电机组，还能对机组的对地电流进行检测和故障报告，也提升了风力发电机组的安全性。

附图说明

图1为实施例一的电缆在风力发电机组的塔筒中的布置示意结构图；

图2为风力发电机采用一组绕组时，示意实施方式一的电缆故障检测装置在电缆上布置方式；

图3为风力发电机采用一组绕组时，示意实施例二的电缆故障检测装置在电缆上布置方式；

图4为风力发电机采用两组绕组时，示意实施例三的电缆故障检测装置在电缆上布置方式；

图5为风力发电机采用两组绕组时，示意实施例四的电缆故障检测装置在电缆上布置方式；

图6是本实施例的电缆故障检测装置的电路连接示意图；

图7是本实施例的电缆故障检测装置的另一实施方式的电路连接示意图。

附图标号说明：

1、电缆；2、电缆夹具；3、塔筒；4、连接管；11、第一电缆；12、第二电缆；13、第三电缆；14、第四电缆；15、第五电缆；16、第六电缆；17、第七电缆；18、第八电缆；19、第九电缆；21、第十电缆；22、第十一电缆；23、第十二电缆；24、第十三电缆；25、第十四电缆；26、第十五电缆；27、第十六电缆；28、第十七电缆；29、第十八电缆；211、第一夹具；212、第二夹具；213、第三夹具；221、第四夹具；222、第五夹具；223、第六夹具；51、第一电流互感器；52、第二电流互感器；61、第一模数转换电路；62、第二模数转换电路；7、PLC控制器；100、与第一定子绕组连接的电缆；200、与第二定子绕组连接的电缆。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施方式的风力发电机组及其电缆故障检测装置进行详细描述。在图2至图5中，对安装有第一电流互感器51的电缆加了阴影以示区分。

本实施例涉及一种风力发电机组的电缆故障检测装置，风力发电机组包括定子绕组。定子绕组的A相、B相和C相中的每一相分别连接有至少两根并联连接的电缆，每三根连接同一绕组的A相、B相和C相的电缆夹持为一捆。其中，本实施例的电缆故障检测装置包括PLC控制器7和多个第一电流互感器51，其中，至少部分第一电流互感器51设置在不同捆且不同相的电缆上，第一电流互感器51分别与PLC控制器7通信连接。

具体地，第一电流互感器51检测不同相的电缆的运行电流，并将不同相的电缆的运行电流值I输送给PLC控制器7，PLC控制器7根据检测到的运行电流值对电缆是否出现故障进行判断，若判断出现电缆故障则可及时进行故障报告，以进行故障的处理。判断故障的原理主要为，当连接定子绕组的同一相的多根并联电缆中的某一根电缆在对接处出现故障，例如断开等等，与该电缆并联的其余电缆的运行电流会异常增大，进而可通过检测电缆的运行电流的异常变化判断其所在相的电缆故障。

可选地，判断电缆是否出现故障的一种方式为，检测不同相的电缆的运行电流I，并将不同相的电缆的运行电流值I互相比较。若某一根电缆的运行电流值I与其他电缆的运行电流值I的偏差的比率超过预定的范围，则可判断为该相连接的电缆出现故障；若所有电缆的运行电流值I的偏差均在预定的范围之内，则可判断电缆没有出现故障。该预定的范围可以根据实际的情况进行设定，例如可以设定为8％-15％之间，优选为10％。

例如，若三相电缆中，两相电缆的运行电流值I为300A，而另一相电缆的运行电流值I为360A，偏差的比率为(360-300)/300＝20％，此时则判断为该运行电流值I为360A所在相的连接电缆出现故障。

可选地，判断电缆是否出现故障的另一种方式为，PLC控制器7根据当前风力发电机组的运行功率对单根电缆应有的电流值进行计算，得到基准值I_基准，然后将第一电流互感器51检测的不同相的电缆的运行电流值I与基准值I_基准相比较，若某一相电缆的运行电流值I与基准值I_基准的偏差的比率超过预定的范围，则可判断为该相连接的电缆出现故障；若所有电缆的运行电流值I的偏差均在预定的范围之内，则可判断电缆没有出现故障。该预定的范围可以根据实际的情况进行设定。

例如可以设定为8％-15％之间，优选为10％。例如，若根据运行功率计算出的基准值I_基准为300A，而某一相电缆的运行电流值I为360A，偏差的比率为(360-300)/300＝20％，此时则判断为该运行电流值I为360A所在相的连接电缆出现故障。

可选地，还可以采用以上两种判断方式的结合对电缆故障进行判断，即以上两种方式中的至少一种判断为电缆故障时，则认为电缆出现故障。具体方式不再具体说明。

此外，本实施例中，将第一电流互感器51设置在不同捆的电缆上，而没有将第一电流互感器51设置在同一捆的电缆上，主要原因是第一电流互感器51套设在电缆的外周，将多个第一电流互感器51设置在同一捆电缆上会加大电缆捆的外径，不利于对电缆进行夹持操作。

此外，将第一电流互感器51布置在不同捆且不同相的电缆上，可减少对电缆捆的直径的影响的同时，实现对每相电缆的检测，并且不需要在每根电缆上都设置第一电流互感器51，减少第一电流互感器51的设置数量，降低成本。

可选地，全部的第一电流互感器51均设置在不同捆且不同相的电缆上。

本实用新型实施例提供的电缆故障检测装置，通过将至少部分第一电流互感器51设置在不同捆且不同相的电缆上，并将第一电流互感器51分别与PLC控制器7通信连接，在无需每根电缆都设置第一电流互感器51的基础上，即可准确的检测和判断是否有电缆出现故障，并进行故障的报告和处理，可大幅提高风力发电机组的可靠性和安全性，可对电缆故障进行及时的检测和处理，降低电缆故障对风力发电机组运行的影响；同时减少了第一电流互感器51的设置数量，降低成本，降低PLC控制器7的数据处理量。

具体地，图2示出了本实施例的电缆故障检测装置的实施方式一，其中，定子绕组为一组，定子绕组的A相、B相和C相中的每一相分别连接有两根并联连接的电缆；电缆分为两捆；第一电流互感器51为三个，其中，两个第一电流互感器51设置在一捆电缆中的A相、B相和C相中的任意两相的电缆上，另一个第一电流互感器51设置在另一捆电缆中的A相、B相和C相中的第三相的电缆上。

具体地，如图2中所示，与第一定子绕组连接的电缆100共有6根，其中，第一电缆11与第四电缆14并联并分别连接定子绕组的A相，第二电缆12与第五电缆15并联并分别连接定子绕组的B相，第三电缆13与第六电缆16并联并分别连接定子绕组的C相。其中，第一电缆11、第二电缆12、第三电缆13通过第一夹具211夹持为第一捆；第四电缆14、第五电缆15、第六电缆16通过第二夹具212夹持为第二捆。

两个第一电流互感器51分别设置在第一捆的第一电缆11和第二电缆12上，另一个第一电流互感器51设置在第二捆的第六电缆16上。但第一电流互感器51的设置方式并不限于此。

通过这样设置，本实施例的电缆故障检测装置可对A相、B相和C相的电缆分别进行故障检测，并且三个第一电流互感器51分别布置在两捆电缆上，避免对一捆电缆的直径的影响过大。同时，采用三个第一电流互感器51即实现了两捆电缆的故障检测。

作为一种变形方式，图3示出了本实施例的电缆故障检测装置的实施方式二，其中，定子绕组为一组，定子绕组的A相、B相和C相中的每一相分别连接有三根并联连接的电缆；电缆分为三捆；第一电流互感器51为三个，其中，三个第一电流互感器51分别设置在不同捆的不同相的电缆上。

具体地，如图3中所示，与第一定子绕组连接的电缆100共有9根，其中，第一电缆11、第四电缆14和第七电缆17并联并分别连接定子绕组的A相，第二电缆12、第五电缆15和第八电缆18并联并分别连接定子绕组的B相，第三电缆13、第六电缆16和第九电缆19并联并分别连接定子绕组的C相。其中，第一电缆11、第二电缆12、第三电缆13通过第一夹具211夹持为第一捆；第四电缆14、第五电缆15、第六电缆16通过第二夹具212夹持为第二捆；第七电缆17、第八电缆18、第九电缆19通过第三夹具213夹持为第三捆。

三个第一电流互感器51分别设置在第一捆的第一电缆11、第二捆的第五电缆15，以及第三捆的第九电缆19上。但电流互感器的设置方式并不限于此。

通过这样设置，本实施例的电缆故障检测装置可对A相、B相和C相的电缆分别进行故障检测，并且三个第一电流互感器51分别布置在三捆电缆上，避免对一捆电缆的直径的影响过大。同时，采用三个第一电流互感器51即实现了三捆电缆的故障检测。

实施方式一和二示出了一组定子绕组的电缆故障检测装置的不同实施方式，但是本实施例并不限于以上两种实施方式。

作为扩展的方式，图4中示出了当风力发电机组设有两组定子绕组时的电缆故障检测装置的实施方式三。

具体地，定子绕组为两组，定子绕组的A相、B相和C相中的每一相分别连接有两根并联连接的电缆；电缆分为两捆；第一电流互感器51为六个，每三个第一电流互感器51对一组定子绕组的电缆进行检测；其中，对于一个定子绕组，两个第一电流互感器51设置在一捆电缆中的A相、B相和C相中的任意两相的电缆上，另一个第一电流互感器51设置在另一捆电缆中的A相、B相和C相中的第三相的电缆上。

具体地，如图4中所示，与第一定子绕组连接的电缆100共有6根，其中，第一电缆11与第四电缆14并联并分别连接第一定子绕组的A相，第二电缆12与第五电缆15并联并分别连接第一定子绕组的B相，第三电缆13与第六电缆16并联并分别连接第一定子绕组的C相。其中，第一电缆11、第二电缆12、第三电缆13通过第一夹具211夹持为第一捆；第四电缆14、第五电缆15、第六电缆16通过第二夹具212夹持为第二捆。

两个第一电流互感器51分别设置在第一捆的第一电缆11和第二电缆12上，另一个第一电流互感器51设置在第二捆的第六电缆16上。

与第二定子绕组连接的电缆200共有6根，其中，第十电缆21与第十三电缆24并联并分别连接第二定子绕组的A相，第十一电缆22与第十四电缆25并联并分别连接第二定子绕组的B相，第十二电缆23与第十五电缆26并联并分别连接第二定子绕组的C相。其中，第十电缆21、第十一电缆22、第十二电缆23通过第四夹具221夹持为第三捆；第十三电缆24、第十四电缆25、第十五电缆26通过第五夹具222夹持为第四捆。

两个第一电流互感器51分别设置在第三捆的第十电缆21和第十一电缆22上，另一个第一电流互感器51设置在第四捆的第十五电缆26上。但电流互感器的设置方式并不限于此。

作为扩展的方式，图5中示出了当风力发电机组设有两组定子绕组时的电缆故障检测装置的实施方式三。

与第一定子绕组连接的电缆100共有9根，其中，第一电缆11、第四电缆14和第七电缆17并联并分别连接第一定子绕组的A相，第二电缆12、第五电缆15和第八电缆18并联并分别连接第一定子绕组的B相，第三电缆13、第六电缆16和第九电缆19并联并分别连接第一定子绕组的C相。其中，第一电缆11、第二电缆12、第三电缆13通过第一夹具211夹持为第一捆；第四电缆14、第五电缆15、第六电缆16通过第二夹具212夹持为第二捆；第七电缆17、第八电缆18、第九电缆19通过第三夹具213夹持为第三捆。

三个第一电流互感器51分别设置在第一捆的第一电缆11、第二捆的第五电缆15，以及第三捆的第九电缆19上。但第一电流互感器51在与第一定子绕组连接的电缆100上的布置方式不限于此。

与第二定子绕组连接的电缆200共有9根，其中，第十电缆21、第十三电缆24与第十六电缆27并联并分别连接第二定子绕组的A相，第十一电缆22、第十四电缆25与第十七电缆28并联并分别连接第二定子绕组的B相，第十二电缆23、第十五电缆26与第十八电缆29并联并分别连接第二定子绕组的C相。其中，第十电缆21、第十一电缆22、第十二电缆23通过第四夹具221夹持为第四捆；第十三电缆24、第十四电缆25、第十五电缆26通过第五夹具222夹持为第五捆；第十六电缆27、第十七电缆28和第十八电缆29通过第六夹具223夹持为第六捆。

三个第一电流互感器51分别设置在第四捆的第十电缆21、第五捆的第十四电缆25，以及第六捆的第十八电缆29上。但第一电流互感器51在与第二定子绕组连接的电缆200上的布置方式不限于此。

实施方式三和四示出了两组定子绕组的电缆故障检测装置的不同实施方式，但是本实施例并不限于以上两种实施方式。

可选地，如图6中所示，对于以上实施方式的电缆故障检测装置，还包括与PLC控制器7通信连接的第一模数转换电路61，第一电流互感器51分别与第一模数转换电路61连接。

可选地，对于以上实施方式的电缆故障检测装置，还包括第二电流互感器52，第二电流互感器52设置在风力发电机组的塔筒3的接地线上，第二电流互感器52与PLC控制器7通信连接。

第二电流互感器52用于检测塔筒3的对地电流并发送给PLC控制器7，若PLC控制器7判断第二电流互感器52检测的对地电流超过预设值，例如超过10mA，则判断为可能是电缆对接触的连接管烧断，烧断的电缆搭接在塔筒3上，此时PLC控制器7也判断为电缆故障，并进行故障报告。

可选地，第二电流互感器52还可检测风力发电机组的其他电器原件是否存在漏电、对地放电情况。同时，可以检测风力发电机组是否遭雷电击中。此时，PLC控制器7也可根据第二电流互感器52的检测值的异常判断出现故障，并进行故障报告，进一步保证现场工作人员人身安全。

可选地，对于以上实施方式的电缆故障检测装置，还包括与PLC控制器7通信连接的第二模数转换电路62，第二电流互感器52与第二模数转换电路62连接。

可选地，塔筒3通过多根接地线接地，第二电流互感器52设置在距离风力发电机组的主控制柜的距离最短的接地线上。这样可以防止第二电流互感器52在较长接线情况下的信号衰减。

本实用新型实施例另一方面提供一种风力发电机组，具有如前述的电缆故障检测装置。

本实用新型实施例提供的电缆故障检测装置，通过将至少部分第一电流互感器设置在不同捆且不同相的电缆上，并将第一电流互感器分别与PLC控制器通信连接，在无需每根电缆都设置电流互感器的基础上，即可准确的检测和判断是否有电缆出现故障，并进行故障的报告和处理，可大幅提高风力发电机组的可靠性和安全性，可对电缆故障进行及时地检测和处理，降低电缆故障对风力发电机组运行的影响，将故障消除在初期阶段，保障了风力发电机组的运行安全。同时减少了电流互感器的设置数量，降低成本，降低PLC控制器的数据处理量。

进一步地，本实用新型实施例提供的电缆故障检测装置，还可以对整机的对地电流进行检测和故障报告，当有熔断的动力电缆搭接在塔筒上，及时地报警，保证机组塔筒下部工作人员的人身安全。

本实用新型实施例提供的风力发电机组，能够以较低的成本实现电缆故障的检测和故障报告，具有较高的可靠性和安全性。

进一步地，本实用新型实施例提供的风力发电机组，还能对机组的对地电流进行检测和故障报告，也提升了风力发电机组的安全性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。