CH636737A5

CH636737A5 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING COOLING WATER LEAKAGE ON ELECTRICAL MACHINES.

Info

Publication number: CH636737A5
Application number: CH1092878A
Authority: CH
Inventors: Juergen Klaar
Original assignee: Kraftwerk Union Ag
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1978-10-23
Publication date: 1983-06-15
Also published as: JPS5482284A; GB2033092A; GB2033092B; BR7807292A; DE2751964C2; ATA829978A; DE2751964B1; AT360613B; JPS6327651B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung von Kühl wasserleckagen an zumindest im Ständer wassergekühlten Wicklungen elektrischer Maschinen durch Feuchtigkeitsmessung innerhalb des geschlossenen Maschinengehäuses, in dem zusätzlich ein durch Rückkühler gekühlter Wasserstoff-Gasstrom umgewälzt wird, bei welchem zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines stationären Feuchtezustandes des Gasstromes innerhalb des Maschinengehäuses der Taupunkt durch eine gesonderte Wärmesenke im Bereich der Kühlgäsströmung festgelegt und anschliessend vom stationären Zustand abweichende Feuchtigkeitsänderungen gemessen werden, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for determining cooling water leaks on at least in the stator water-cooled windings of electrical machines by moisture measurement within the closed machine housing, in which a hydrogen-gas stream cooled by recooler is additionally circulated, in which to generate and maintain a steady state of moisture Gas flow within the machine housing, the dew point is determined by a separate heat sink in the area of the cooling gas flow and moisture changes deviating from the stationary state are then measured, as well as a device for carrying out the method.

Bei einem derartigen Verfahren wird zunächst ein stationärer Feuchtezustand für die Kühlgasströmung geschaffen, so dass anschliessend eventuell auftretende Feuchtigkeitsänderungen einen eindeutigen Rückschluss auf Kühlwasserleckagen geben können. Neben der Ermittlung von Kühlwagserlek-kagen werden bei Anwendung dieses Verfahrens auch Feuchtigkeitsniederschläge an gefährdeten Maschinenteilen weitgehend vermieden. Die über die Feuchtigkeitsänderungen erfassbaren Leckagen können in den wassergekühlten Wicklungen der elektrischen Maschine, d.h. in der wassergekühlten Ständerwicklung oder gegebenenfalls in einer wassergekühlten Läuferwicklung auftreten. Darüber hinaus können jedoch auch Leckagen in den Kühlschlangen der Rückkühler für das Kühlgas erfasst werden. Eine Aussage darüber, ob eine festgestellte Leckage auf Leckstellen in den Wicklungen oder den Rückkühlern zurückzuführen ist, ist hierbei nicht möglich. In such a method, a steady state of moisture is first created for the cooling gas flow, so that any changes in moisture that may occur can then give a clear conclusion about cooling water leaks. In addition to the determination of refrigerated wagons, this method also largely avoids moisture precipitation on endangered machine parts. The leaks that can be detected via the moisture changes can occur in the water-cooled windings of the electrical machine, i.e. occur in the water-cooled stator winding or, if applicable, in a water-cooled rotor winding. In addition, however, leaks in the cooling coils of the recoolers for the cooling gas can also be detected. It is not possible to say whether a leak is due to leaks in the windings or the recoolers.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so zu verbessern, dass in den wassergekühlten Wicklungen eventuell auftretende Leckagen gesondert erfasst werden können. The invention is therefore based on the object of improving the aforementioned method in such a way that any leaks which may occur in the water-cooled windings can be detected separately.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, According to the invention, this object is achieved by

dass dem Kühlwasser für die Wicklungen ein leicht nachweisbarer Indikator zugegeben wird und dass das in der Wärmesenke gebildete Kondensat auf das Vorhandensein dieses Indikators überwacht wird. In den wassergekühlten Wicklungen eventuell auftretende Leckagen werden hierbei durch die vom stationären Zustand abweichenden Feuchtigkeitsänderungen und den im Kondensat vorhandenenlndikator erfasst. Ist im Kondensat keinlndikator vorhanden, so ist eine festgestellte Leckage auf andere Ursachen, insbesondere auf Leckstellen der Rückkühler zurückzuführen. Das erfmdungsgemässe Verfahren ermöglicht somit eine eindeutige Aussage darüber, ob eine Leckage in den wassergekühlten Wicklungen der elektrischen Maschine vorliegt. Da man zur rechtzeitigen Beseitigung einer Störung, zur Begrenzung eines Schadens oder zur Behebung eines Schadens die Ursachen des Ereignisses wissen muss, ist eine derartige Aussage über die Herkunft des Leckwassers äusserst wichtig. that an easily detectable indicator is added to the cooling water for the windings and that the condensate formed in the heat sink is monitored for the presence of this indicator. Leakages that may occur in the water-cooled windings are recorded here by the changes in moisture that deviate from the stationary state and the indicator present in the condensate. If there is no indicator in the condensate, a leakage which has been found can be attributed to other causes, in particular to leakages in the recooler. The method according to the invention thus enables a clear statement to be made as to whether there is a leak in the water-cooled windings of the electrical machine. Since the cause of the event must be known in order to remedy a fault in time, to limit damage or to remedy a damage, such a statement about the origin of the leakage water is extremely important.

Aus der DE-PS 2154979 ist zwar bereits eine Einrichtung zur Ermittlung vonLeckstellen im Kühlwasserkreislauf elektrischer Maschinen bekannt, bei welcher an die Zuführleitung für das Kühlwasser eine Einspeisevorrichtung für ein radioaktives Isotop in Form von Tritium als Indikator angeschlossen ist. Zusätzlich ist an das Maschinengehäuse eine Auspuffleitung für einen Teilstrom der Kühlgasströmung mit einem Isotopenzähler angeschlossen, so dass das bei einer Leckage in das Kühlgas austretende Tritium mit Hilfe des Isotopenzählers ermittelt werden kann. Diese bekannte Einrichtung ist für die getrennte Feststellung von Leckstellen in verschiedenen Kühlwasserkreisläufen nicht geeignet. Ausserdem kann der einem Kühlwasserkreislauf zugegebene Indikator beim Auftreten einer Leckage mit geringer Leckrate in einem Kondensat wesentlich leichter nachgewiesen werden als in dem Kühlgas. From DE-PS 2154979, a device for determining leaks in the cooling water circuit of electrical machines is already known, in which a feed device for a radioactive isotope in the form of tritium as an indicator is connected to the supply line for the cooling water. In addition, an exhaust pipe for a partial flow of the cooling gas flow with an isotope counter is connected to the machine housing, so that the tritium escaping into the cooling gas in the event of a leak can be determined using the isotope counter. This known device is not suitable for the separate detection of leaks in different cooling water circuits. In addition, the indicator added to a cooling water circuit can be detected much more easily in a condensate when a leak with a low leak rate occurs than in the cooling gas.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren können als Indikator chemisch oder physikalisch leicht nachweisbare Substanzen verwendet werden. So könnte als Indikator beispielsweise ein Leuchtfarbstoff verwendet werden. Vorzugsweise wird als Indikator jedoch ein radioaktiver Stoff verwendet. Ein radioaktives Isotop in Form von Tritium ist hierbei als Indikator besonders geeignet, da das Tritium in der bei der Anwendung vorliegenden spezifischen Aktivität physiologisch unbedenklich ist und auch in geringsten Mengen leicht nachgewiesen werden kann. In the method according to the invention, chemically or physically easily detectable substances can be used as indicators. For example, a fluorescent dye could be used as an indicator. However, a radioactive substance is preferably used as an indicator. A radioactive isotope in the form of tritium is particularly suitable as an indicator, since the tritium is physiologically harmless in the specific activity present when it is used and can be easily detected even in the smallest amounts.

Die Erfindung gibt ferner eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, mit einem als Wärmesenke parallel zum Kühlgasstrom angeordneten externen Gastrockner und einem Feuchtemessgerät an, welche eine an den Kühlwasserkreislauf für die Wicklungen angeschlossene Einspeisevorrichtung für den Indikator, einen mit dem Gastrockner verbundenen Kondensat-Sammelbehälter und einen im Kondensat-Sammelbehälter angeordneten, auf den Indikator ansprechbaren Detektor aufweist. Über die Einspeisevorrichtung und den Detektor wird hierbei mit geringem apparativen Aufwand die gesonderte Erfassung von in den wassergekühlten Wicklungen auftretenden Leckagen ermöglicht. Vorzugsweise wird als Detektor ein Szintillator verwendet. Bei radioaktiven Stoffen als Indikator ermöglicht der Szintillator auch eine quantitative Aussage über die Menge des im Kondensat enthaltenen Indikators. Über diese quantitative Aussage kann dann auch festgestellt werden, ob neben einer in den Wicklungen ermittelten Leckage gleichzeitig an anderer Stelle, wie z.B. in einem der Rückkühler, eine weitere Leckage vorliegt. The invention also provides a device for carrying out the method according to the invention, with an external gas dryer arranged as a heat sink parallel to the cooling gas flow and a moisture measuring device, which has a feed device for the indicator connected to the cooling water circuit for the windings, a condensate collecting container connected to the gas dryer and has a detector arranged in the condensate collector and responsive to the indicator. Using the infeed device and the detector, the separate detection of leaks occurring in the water-cooled windings is made possible with little expenditure on equipment. A scintillator is preferably used as the detector. With radioactive substances as an indicator, the scintillator also enables a quantitative statement about the amount of the indicator contained in the condensate. This quantitative statement can then also be used to determine whether, in addition to a leak determined in the windings, at the same time elsewhere, e.g. There is another leak in one of the dry coolers.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt die Zeichnung in stark vereinfachter schematischer Darstellung ei- An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Here, the drawing shows a highly simplified schematic representation of a

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

636 737 636 737

nen Längsschnitt durch einen Generator mit den Prinzip- standsanzeige selbsttätig vorgenommen werden kann. In einer A longitudinal section through a generator with the basic status display can be made automatically. In a

Schaltbildern der Kühlanordnungen. weiteren Bypassleitung 26 zum Kühlgaskreislauf ist ein Feuch- Circuit diagrams of the cooling arrangements. another bypass line 26 to the cooling gas circuit is a humid

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind in dem druck- temessgerät 27 angeordnet, mit dem Feuchtigkeitsschwankun- As can be seen from the drawing, are arranged in the pressure measuring device 27, with which fluctuations in moisture

und gasdicht ausgeführten Gehäuse 1 des Generators das gen und Absolutgrössen ermittelt werden können. Werden mit Ständerblechpaket 2 mit der wassergekühlten Ständerwicklung 5 Hilfe des Feuchtemessgerätes 27 vom stationären Feuchtezu- and gas-tight housing 1 of the generator that gene and absolute sizes can be determined. Are with stator core 2 with the water-cooled stator winding 5 using the moisture meter 27 from the stationary moisture supply

3 sowie der Läufer 4 angeordnet. Der Läufer 4, der über eine stand abweichende Feuchtigkeitsänderungen gemessen, so 3 and the rotor 4 arranged. The runner 4, which measured a change in moisture levels, so

Welle 5 von einer nicht näher dargestellten Turbine angetrie- kann auf ein Leck in einem der beiden Kühlwasserkreisläufe ben wird, kann wie an späterer Stelle näher ausgeführt werden geschlossen werden. Shaft 5, driven by a turbine (not shown in more detail), can detect a leak in one of the two cooling water circuits and, as will be explained in more detail later, can be concluded.

soll, ebenfalls wassergekühlt sein. Zur ergänzenden Kühlung Mit Hilfe der Feuchtigkeitsmessung kann also festgestellt des Ständerblechpaketes 2 und anderer Maschinenteile ist das io werden, ob ein Leck vorhanden ist. Eine Aussage darüber, in Gehäuse 1 mit Wasserstoff als Kühlgas gefüllt. Dieses Kühlgas welchem Kühlwasserkreislauf ein festgestelltes Leck sich wird über die auf der Welle 5 angeordneten Lüfter 6 und 7 befindet, ist hierbei jedoch noch nicht möglich. Eine derartige umgewälzt und in den an den Enden des Generators innerhalb Aussage wäre jedoch wichtig, da in den Wicklungen auftre- should also be water-cooled. For additional cooling The moisture measurement can be used to determine the stator core 2 and other machine parts to determine whether there is a leak. A statement about it, filled in case 1 with hydrogen as the cooling gas. This cooling gas, which cooling water circuit has a detected leak, is located via the fans 6 and 7 arranged on the shaft 5, but is not yet possible here. Such a circulated and in the statements at the ends of the generator would be important, however, since occurs in the windings

des Gehäuses 1 angeordneten Kühler 8 rückgekühlt. Die tende Leckagen besonders ernst zu nehmen sind und zu grös- of the housing 1 arranged cooler 8 recooled. The leaks that must be taken particularly seriously and are too

Kühlgasströmung ist dabei für das rückgekühlte Gas durch is seren Folgeschäden führen können. Cooling gas flow for the recooled gas can lead to consequential damage.

ausgezogene Pfeile 9 und für den aufgewärmten Zweig des Damit eine im ersten Kühlwasserkreislauf der Wicklungen Kühlgasstromes durch gestrichelte Pfeile 10 angedeutet. auftretende Leckage von an anderer Stelle auftretenden Lek-Zur Abführung der Verlustwärme sind zwei getrennte kagen unterschieden werden kann, wird das Primärwasser des Kühlwasserkreisläufe vorgesehen. Im ersten Kühlwasserkreis- ersten Kühlwasserkreislaufes mit einem Indikator versetzt und lauf wird das sogenannte Primärwasser von einer Wasserauf- 20 das im Gastrockner 20 gebildete Kondensat auf das Vorhan-bereitungsanlage 11 über eine Zuleitung 12 einer Ringleitung densein dieses Indikators überwacht. Zu diesem Zweck ist an 13 zugeführt, von der aus die einzelnen Hohlleiter der Stän- die Leitung 17 eine Einspeisevorrichtung 28 angeschlossen, derwicklung 3 mit dem Primärwasser beaufschlagt werden. über die radioaktives Tritium als Indikator dem Primärwasser-Auf der anderen Seite des Ständerblechpaketes 2 wird das aus zugegeben wird. Dabei ist jedoch die Zuführung des Tritiums der Ständerwicklung 3 abströmende Primärwasser über eine 25 auch an jeder anderen Stelle innerhalb des ersten Kühlwasserweitere Ringleitung 14 und einen Abfluss 15 in ein oberhalb kreislaufes möglich. Bei einer Leckage in der Ständerwicklung des Gehäuses 1 angeordnetes Kühlwasserausdehnungsgefäss 3 gelangt dann das Tritium über das Kühlgas in das Konden-16 geleitet. Von diesem Kühlwasserausdehnungsgefäss 16 wird sat 22 und kann dort nachgewiesen werden. Zum Nachweis das Primärwasser dann über eine Leitung 17 zu der Wasser- des Tritiums wird zweckmässigerweise im Kondensat-Sam-aufbereitungsanlage 11, die gleichzeitig nicht näher darge- 30 melbehälter 24 ein Szintillator 29 angeordnet, der ein durch stellte Kühler und Pumpen umfasst, zurückgeleitet und von den Pfeil 30 angedeutetes Signal abgibt. Bei einer mit Hilfe dort aus erneut im Kreislauf der Ständerwicklung 3 zugeführt. des Feuchtemessgerätes 27 festgestellten Leckage gibt dieses Im zweiten Kühlwasserkreislauf wird das sogenannte Sekun- Signal 30 darüber Aufschluss, ob Tritium im Kondensat 22 därwasser durch die einzelnen Kühlschlangen 18 der Kühler 8 vorhanden ist, d.h. ob die festgestellte Leckage im ersten geleitet. Wie es in der Zeichnung angedeutet ist, kann der 35 Kühlwasserkreislauf liegt. solid arrows 9 and for the warmed branch of the cooling gas flow in the first cooling water circuit of the windings indicated by dashed arrows 10. Leakage occurring from elsewhere Lek-To dissipate the heat loss, two separate kagen can be distinguished, the primary water of the cooling water circuits is provided. In the first cooling water circuit, the first cooling water circuit is mixed with an indicator and the so-called primary water is monitored by a water supply 20, the condensate formed in the gas dryer 20 to the preparation plant 11 via a feed line 12 of a ring line of this indicator. For this purpose, 13 is fed, from which the individual waveguides of the stator line 17 are connected to a feed device 28, to which winding 3 the primary water is applied. This is added via the radioactive tritium as an indicator to the primary water. On the other side of the stator core 2. However, the supply of the tritium of the stator winding 3 flowing out primary water via a 25 also at any other point within the first cooling water further ring line 14 and a drain 15 into an above circuit is possible. If there is a leak in the stator winding of the housing 1, the cooling water expansion vessel 3 then passes the tritium via the cooling gas into the condenser-16. This cooling water expansion vessel 16 becomes sat 22 and can be detected there. For the detection of the primary water then via a line 17 to the water of the tritium, a scintillator 29, which comprises a cooler and pumps, is expediently arranged in the condensate sametreatment system 11, which at the same time is not shown in detail emits signal indicated by arrow 30. With a help from there again in the circuit of the stator winding 3. of the moisture measuring device 27 indicates this leakage. In the second cooling water circuit, the so-called second signal 30 provides information as to whether tritium is present in the condensate 22 from the individual cooling coils 18 of the cooler 8, i.e. whether the leak found is directed in the first. As is indicated in the drawing, the 35 cooling water circuit can be located.

zweite Kühlwasserkreislauf auch in mehrere Teilkreisläufe Wie bereits an früherer Stelle erwähnt wurde, kann auch gegliedert sein. Die Kühlung und Aufbereitung des Sekundär- der Läufer 4 des Generators mit einer wassergekühlten Wickwassers ist hierbei nicht näher dargestellt. lung ausgerüstet sein. In diesem Fall wird zusätzlich von der second cooling water circuit also in several sub-circuits As mentioned earlier, can also be divided. The cooling and conditioning of the secondary rotor 4 of the generator with a water-cooled winding water is not shown here. be equipped. In this case, the

Damit ein innerhalb des Gehäuses 1 evtl. auftretendes Zuleitung 12 des Primärwassers über eine Zweigleitung 31 und Leck in einem der beiden Kühlwasserkreisläufe frühzeitig fest- 40 dem Kühlwasseranschlusskopf 32 ein Teil des Primärwassers gestellt werden kann, wird innerhalb des Gehäuses 1 ein sta- in die Welle 4 eingeführt und nach Durchströmen der Läufer-tionärer Feuchtezustand des Kühlgases geschaffen, so dass wicklung über den Kühlwasseranschlusskopf 32 aus dem Läu-dann eine Feuchtigkeitsmessung zur Erfassung von Kühlwas- fer 4 wieder abgeführt und über eine weitere Leitung 33 in das serleckagen zu eindeutigen Ergebnissen führt. Dazu muss Kühlwasserausdehnungsgefäss 16 zusammen mit dem über innerhalb des Kühlgaskreislaufes eine Stelle in Form einer 45 den Abfluss 15 zugeführten Ständerkühlwasser eingeleitet. Wärmesenke geschaffen werden, die den kältesten Punkt des Auch hierbei wird eine Leckage in der Wicklung des Läufers 4 Systems darstellt und somit einen definierten Taupunkt fest- oder - wie bereits beschrieben - in der Ständerwicklung 3 legt, der in keinem Betriebsfall von anderen Maschinenteilen durch ein entspechendes Signal 30 des Szintillators 29 angeunterschritten werden kann. Zu diesem Zweck ist in einer zeigt. So that a supply line 12 of the primary water possibly occurring within the housing 1 via a branch line 31 and leakage in one of the two cooling water circuits can be identified early on the cooling water connection head 32, part of the primary water is inside the housing 1 4 introduced and after flowing through the rotor-conventional moisture state of the cooling gas, so that winding via the cooling water connection head 32 from the Läu - then a moisture measurement for detecting cooling water 4 is discharged again and leads to clear results via a further line 33 in the serleckagen . For this purpose, the cooling water expansion vessel 16 must be introduced together with the place in the form of a stator cooling water supplied to the drain 15 via the cooling gas circuit. Heat sink is created, which is the coldest point of the leak. Also in this case there is a leak in the winding of the rotor 4 system and thus defines a defined dew point or - as already described - in the stator winding 3, which in no case of operation by other machine parts Corresponding signal 30 of the scintillator 29 can be reached. For this purpose is shown in one.

Bypassleitung 19 zum Kühlgaskreislauf ein Gastrockner 20 50 Mit Hilfe der Erfindung können also beliebige Leckagen mit einem Verdampfer 21 herkömmlicher Bauart vorgesehen, innerhalb des Gehäuses einer elektrischen Maschine festge- Bypass line 19 to the cooling gas circuit, a gas dryer 20 50 With the aid of the invention, any leaks can therefore be provided with an evaporator 21 of conventional design, fixed within the housing of an electrical machine.

an dem sich die Feuchte definiert niederschlägt und als Kon- stellt werden, wobei besonders ernst zu nehmende Leckagen in densat 22 über eine Leitung 23 in einen Kondensat-Sammelbe- der Ständerwicklung oder der Läuferwicklung gesondert ange- at which the moisture condenses in a defined manner and is configured as a constellation, with leakages in densat 22, which are to be taken particularly seriously, separately via a line 23 into a condensate collector, the stator winding or the rotor winding

hälter 24 geführt wird. Dieser Kondensat-Sammelbehälter 24 zeigt werden. Durch das frühzeitige Erkennen derartiger Lek- container 24 is performed. This condensate collection container 24 shows. By early detection of such

kann von Zeit zu Zeit über ein Abflussventil 25 entleert wer- 55 kagen können weitergehende Schädigungen der Maschine den, wobei die Entleerung über eine entsprechende Pegel- sicher verhindert werden. can be emptied from time to time via a drain valve 25, but further damage to the machine can be prevented, the emptying being prevented with a corresponding level.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

636 737

1.Method for determining cooling water leaks on at least in the stator water-cooled windings of electrical machines by measuring moisture in the closed machine housing, in which a hydrogen-gas stream cooled by recooler is additionally circulated, in which the generation and maintenance of a steady state of moisture in the gas stream within the machine housing Dew point is determined by a separate heat sink in the area of the cooling gas flow and then moisture changes deviating from the stationary state are measured, characterized in that an easily verifiable indicator is added to the cooling water for the windings and that the condensate formed in the heat sink is monitored for the presence of this indicator .

2. The method according to claim 1, characterized in that a radioactive substance is used as an indicator.

2nd

PATENT CLAIMS

3. The method according to claim 2, characterized in that a radioactive isotope in the form of tritium is used as an indicator.

4. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3, with an external gas dryer arranged as a heat sink parallel to the cooling gas flow and a moisture meter, characterized by a connected to the cooling water circuit for the windings feed device (28) for the indicator, one with the Gas dryer (20) connected condensate collection container (24) and a detector arranged in the condensate collection container (24), which responds to the indicator.

5. Device according to claim 4, characterized in that the detector is a scintillator (29).