DE10027260A1

DE10027260A1 - Turbinengenerator und Verfahren zum Betreiben eines Turbinengenerators sowie Verwendung des Turbinengenerators und des Verfahrens bei einem Kernkraftwerk

Info

Publication number: DE10027260A1
Application number: DE10027260A
Authority: DE
Inventors: Kazutoshi Itoo; Kenya Ohashi; Kazumi Fujii; Takahiko Sano
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: US6459750B1; DE10027260C2; JP2000350414A

Abstract

Der Turbinengenerator ist mit einem Wasserkühlsystem zum Kühlen der Statorwicklung (6) von innen versehen. Das Wasserkühlsystem umfaßt einen Wassertank (1); Leitungen (14, 15), die den Wassertank (1) mit der Statorwicklung (6) verbinden; und eine Injektionseinheit (20, 21) zur Injektion von dekarbonisierter Luft in das Kühlwasser. Die Statorwicklung (6) weist an den Oberflächen, die mit dem Wasser in Kontakt kommen, eine Oxidschicht auf, die vor Beginn des Betriebs des Generators mit erwärmten Wasser, in das dekarbonisierte Luft injiziert wurde, ausgebildet wird. Eine Steuereinheit sorgt dafür, daß anschließend während des Betriebs des Generators immer und kontinuierlich dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser injiziert wird, um die Oxidschicht zu erhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbinenge nerator mit einer Wasser-Innenkühlung und mit einer Stator wicklung aus einem Kupfermaterial und ein Verfahren zum Be treiben eines solchen Turbinengenerators sowie die Verwendung des Turbinengenerators bei einem Kernkraftwerk und ein Ver fahren zum Betreiben eines Kernkraftwerks.

Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit von elektri schen Maschinen wird die Kühlung der elektrischen Maschinen immer wichtiger, um ihre Leistungsfähigkeit auf Dauer zu si chern und die Größe der Maschine in Grenzen zu halten. Wie in den japanischen Gebrauchsmustern Nr. 58-40782 und Nr. 59-8449 beschrieben ist, wird bei den Turbinengeneratoren für große nukleare oder thermische Kraftwerke das Wasserkühlverfahren angewendet, bei dem sich im Inneren der Maschine Wasserstoff gas befindet und in der Statorwicklung, die aus hohlen Dräh ten besteht, Wasser zirkuliert. Die Hohldrähte der Stator wicklung bestehen aus einem Material, dessen Hauptbestandteil Kupfer ist, die Oberfläche der Wicklung ist mit einer Iso lierschicht bedeckt, und das Kühlwasser strömt durch das In nere der Drähte. Das Ende der Statorwicklung ist an einem Schaltkasten durch ein Lot, dessen Hauptbestandteil ebenfalls Kupfer ist, mit einer Anschlußleitung verbunden.

Das Wasserkühlsystem zum Kühlen der Statorwicklung des Turbinengenerators umfaßt einen Leitungskreis, in dem mit einer Pumpe Wasser aus einem Wasser-Vorratstank umgepumpt wird, wobei die Wassertemperatur mit einem Kühler auf eine vorgegebene Temperatur eingestellt wird, das Wasser durch einen Filter geleitet und dann zum Generator geführt wird, wo es durch das Innere der Statorwicklung läuft, und wobei das Wasser dann zum Wassertank zurückgeführt wird. Um die Rein heit des Kühlwasser zu erhalten, umfaßt das System einen Rei nigungskreis, in dem ein Teil des Wassers zu einen Kunstharz- Ionentauscher geführt wird, und eine Abgasleitung zum Abfüh ren des Wasserstoffgases, das sich im Wassertank sammelt, nach außen.

Bei dem Wasserkühlsystem für den Turbinengenerator eines Kernkraftwerkes besteht die Möglichkeit, daß sich, wenn die Statorwicklung aus einem Kupfermaterial im Betrieb korro diert und die Korrosionsprodukte den Filter verstopfen oder sich in der Hohlwicklung ansammeln und die Durchflußrate des Kühlwasser herabsetzen, die Temperatur der Wicklung erhöht, mit der Folge eines elektrischen Ausfalls. Für das Wasser kühlsystem eines Turbinengenerators für ein Kernkraftwerk beschreibt daher die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 9-21156 ein Verfahren, bei dem die metallischen Teile und der Wärmetauscher aus Kupfermaterial an der Oberfläche mit einer Kupfer(II)-Oxidschicht (Cuprioxidschicht, CuO- Schicht) versehen werden, um die Korrosionsfestigkeit zu er höhen, und die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 10- 262351 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Statorwicklung erst ausgebildet wird, nachdem durch eine Oxidationsbehand lung eine Kupferoxidschicht (CuO-Schicht) auf der Oberfläche der Wicklung aufgebracht wurde. Bei beiden Verfahren wird die Korrosionsfestigkeit durch Oxidieren der Oberfläche der Sta torwicklung in einer frühen Stufe der Herstellung zur Ausbil dung einer Kupferoxidschicht (CuO-Schicht) verbessert. Es wird dabei nicht berücksichtigt, daß sich die so ausgebildete Oxidschicht im Betrieb abnutzt und sich daher die Korrosions festigkeit wieder verschlechtert. Andererseits wird in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 9-289750 vorge schlagen, dem Wasserkühlsystem auf der Basis von Messungen für die Menge des im Kühlwasser gelösten Sauerstoffs Sauer stoff zuzuführen, um die Kupferoxidschicht (CuO-Schicht) aus zubilden und aufrechtzuerhalten und dadurch die Lebensdauer der Statorwicklung zu erhöhen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß im Wassertank oder in der Entlüftungslei tung des Turbinengenerator-Kühlsystems in Abhängigkeit von der Zuführung des Sauerstoffs in das Kühlwasser die Gefahr einer Wasserstoffexplosion besteht.

Das Problem, daß Korrosionsprodukte, die bei der Kor rosion von Kupfer entstehen, den Filter verstopfen oder sich in der Statorwicklung ansammeln und die Durchflußrate des Kühlwassers herabsetzen, tritt meist in Kernkraftwerken, aber nicht in thermischen Kraftwerken auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Turbinengenerator zu schaffen, bei dem die aus einem Kupfermaterial bestehende Statorwicklung eine hohe Korrosionsfestigkeit aufweist, und darüberhinaus ein Betriebsverfahren für den Turbinengenerator sowie ein Kernkraftwerk mit einem solchen Turbinengenerator und ein Betriebsverfahren für das Kernkraftwerk zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen angege benen Vorrichtungen und Verfahren gelöst.

Die vorliegende Erfindung ist demnach gekennzeichnet durch einen Turbinengenerator mit einem Wasserkühlsystem zum Kühlen der Innenseite der Statorwicklung mit Wasser, wobei das Wasserkühlsystem einen Wassertank zum Speichern von Was ser; Leitungen, die den Wassertank mit der Statorwicklung verbinden, wobei die Leitungen an der Einlaßseite und an der Auslaßseite des Generators vorgesehen sind; eine Injektions einheit für dekarbonisierte Luft, die mit den Leitungen an der Einlaßseite oder mit dem Wassertank verbunden ist; und eine Heizeinrichtung zum Aufheizen des Wassers umfaßt; wobei die Statorwicklung an den Oberflächen, die in Kontakt mit dem Wasser stehen, eine Oxidschicht aufweist, die vor Beginn des Betriebs des Generators durch Wasser ausgebildet wird, das von der Heizeinrichtung auf hohe Temperatur gebracht wurde und in das dekarbonisierte Luft injiziert wurde; und wobei eine Steuereinheit in der Folge dafür sorgt, daß während des Betriebs des Generators immer und kontinuierlich dekarboni sierte Luft in das Kühlwasser injiziert wird.

Die vorliegende Erfindung ist demnach weiter gekenn zeichnet durch einen Turbinengenerator mit einem Wasserkühl system zum Kühlen der Innenseite der Statorwicklung mit Was ser, wobei das Wasserkühlsystem einen Heiztank zum Heizen und Speichern des Wassers und zum Zuführen des Wassers zu einem Wassertank; einen Filter zum Entfernen von festen Teilchen aus dem Wasser, bevor das Wasser zu der Statorwicklung ge führt wird; einen Kunstharz-Ionenaustauscher zum Entfernen von Ionen aus dem Wasser; und ein Sauerstoff-Konzentrations meßgerät zum Messen des Sauerstoffgehaltes des Wassers um faßt, das den Filter durchlaufen hat; wobei die Statorwick lung an den Oberflächen, die in Kontakt mit dem Wasser ste hen, eine Oxidschicht aufweist, die vor Beginn des Betriebs des Generators durch Wasser ausgebildet wird, das im Heiztank auf hohe Temperatur gebracht wurde und in das dekarbonisierte Luft injiziert wurde; und wobei eine Steuereinheit in der Folge dafür sorgt, daß während des Betriebs des Generators immer und kontinuierlich dekarbonisierte Luft in das Kühlwas ser für die Statorwicklung injiziert wird, wobei die Menge an dekarbonisierter Luft, die im Betrieb in das Kühlwasser inji ziert wird, auf der Basis des Signals vom Sauerstoff-Konzen trationsmeßgerät gesteuert wird.

Die vorliegende Erfindung ist des weiteren gekenn zeichnet durch ein Verfahren zum Betreiben eines Turbinenge nerators, bei dem vor Beginn des Betriebs des Generators an den Oberflächen der Statorwicklung, die mit dem Kühlwasser in Kontakt kommen, durch Wasser hoher Temperatur, in das dekar bonisierte Luft injiziert wird, eine Oxidschicht ausgebildet wird; und bei dem während des Betriebs des Generators immer und kontinuierlich dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser injiziert wird.

Die vorliegende Erfindung ist des weiteren gekenn zeichnet durch ein Verfahren zum Betreiben eines Turbinenge nerators mit den Schritten des Ausbildens einer Oxidschicht an den Oberflächen der Statorwicklung, die mit dem Kühlwasser in Kontakt kommen, durch Wasser mit einer hohen Temperatur von über 50°C, in das dekarbonisierte Luft injiziert wird, vor Beginn des Betriebs des Generators; und des Zirkulierens des Kühlwassers beim Betrieb des Generators so, daß die Kon zentration an gelöstem Sauerstoff durch eine fortwährende und kontinuierliche Injektion dekarbonisierter Luft in das Kühl wasser zwischen 1 und 4 ppm bleibt, um die Oxidschicht auf der Innenseite der Wicklung zu erhalten; wobei das Verfahren zum Betreiben des Turbinengenerators das Injizieren eines Inertgases mit einer Inertgasinjektionseinrichtung in das Kühlwasser vor Beginn des Betriebs des Generators, wobei die Inertgasinjektionseinrichtung direkt mit einer Leitung ver bunden ist, die mit der Statorwicklung in Verbindung steht; und das Entfernen von Korrosionsprodukten aus der Statorwick lung und der Leitung mit einem mit der Leitung verbundenen Filter umfaßt; wobei danach, aber immer noch vor dem Beginn des Betriebs des Generators, an den Oberflächen der Stator wicklung, die mit dem Kühlwasser in Kontakt kommen, durch Wasser mit einer hohen Temperatur von über 50°C, in das de karbonisierte Luft injiziert wird, eine Oxidschicht ausgebil det wird; und wobei während des Betriebs des Generators das Kühlwasser so zirkuliert wird, daß die Konzentration an gelö stem Sauerstoff durch eine fortwährende und kontinuierliche Injektion dekarbonisierter Luft in das Kühlwasser zwischen 1 und 4 ppm bleibt, um die Oxidschicht auf der Innenseite der Wicklung zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung ist außerdem gekennzeichnet durch ein Kernkraftwerk mit einem Kernreaktor; einer Dampf turbine, die mit Dampf betrieben wird, der mit Energie vom Kernreaktor erzeugt wird; und mit einem Turbinengenerator, der von der Dampfturbine angetrieben wird, wobei der Turbi nengenerator ein dem obigen System entsprechendes Wasserkühl system zum Kühlen der Innenseite der Statorwicklung mit Was ser aufweist.

Die vorliegende Erfindung umfaßt auch noch ein Ver fahren zum Betreiben eines Kernkraftwerks mit einer Dampftur bine, die mit Dampf betrieben wird, der mit der Energie von einem Kernreaktor erzeugt wird; und mit einem Turbinengenera tor, der von der Dampfturbine angetrieben wird, wobei der Turbinengenerator ein Wasserkühlsystem zum Kühlen der Innen seite der Statorwicklung mit Wasser aufweist, wobei an der Oberfläche der Statorwicklung vor dem Beginn des Betriebs und während des Betriebs des Generators durch Injektion von de karbonisierter Luft in das Kühlwasser eine Oxidschicht ausge bildet und aufrechterhalten wird.

Erfindungsgemäß wird somit durch das Ausbilden und Aufrechterhalten der Kupfer(II)-Oxidschicht (Cuprioxid schicht, CuO-Schicht) an den Oberflächen der Statorwicklung, die mit Wasser in Kontakt kommen, jede Korrosion vollständig unterdrückt. Es wird dies dadurch erreicht, daß vor und wäh rend des Betriebs des Turbinengenerators oder immer und kon tinuierlich dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser bzw. in den Wassertank injiziert wird, wobei zur Ausbildung der Oxid schicht das Wasser vorzugsweise eine Temperatur von über 50°C hat und die Konzentration des im Kühlwasser gelösten Sauer stoffs bei 1 bis 4 ppm liegt. Vorzugsweise wird in das im Kühlsystem zirkulierende Wasser in bestimmten Abständen ein Inertgas wie Stickstoff injiziert, um Korrosionsprodukte aus dem Kühlsystem zu entfernen, wobei dann wieder dekarbonisier te Luft in das Wasser injiziert wird, dessen Temperatur vor zugsweise bei über 50°C liegt und wobei zur Ausbildung und Aufrechterhaltung der Schicht die Konzentration des im Kühl wasser gelösten Sauerstoffs bei 1 bis 4 ppm liegt. Vorzugs weise weist das verwendete Wasser eine hohe Reinheit auf, um lokale Korrosion wie Lochkorrosion zu verhindern. Vorzugswei se beträgt die Oxidierungstemperatur vor dem Betrieb 50 bis 90°C; die Oxidation erfolgt um so wirkungsvoller, je höher die Temperatur ist.

Atmosphärische Luft enthält normalerweise Kohlendi oxidgas in einer Menge von 0,04 Gew.-%. Die in das Kühlsystem injizierte Luft wird deshalb dekarbonisiert. Erfindungsgemäß ist die Menge an Kohlendioxid im Kühlwasser kleiner als 100 ppm, besser kleiner als 50 ppm, noch besser kleiner als 10 ppm und am besten 2 ppm.

Da die Korrosionsreaktion ein elektrochemischer Vor gang ist, kann die Elektronentransferreaktion isoliert und entsprechend die Korrosion durch Isolieren des Kupfers mit einer dielektrischen Substanz von der Umgebung unterdrückt werden. Da Kupfer(II)-Oxid (CuO) eine dielektrische Substanz mit einer Dielektrizitätskonstanten von 18,1 bei Raumtempera tur ist, kann durch das Bedecken der Oberfläche des Kupfers mit Kupfer(II)-Oxid (CuO) die Korrosion des Kupfers unter drückt und die Abgaberate von Korrosionsprodukten des Kup fer(I)-Oxids (Cuprooxid, Cu₂O) drastisch verringert werden, wobei das Kupfer(II)-Oxid eine harte Oxidschicht ist, die in engem Kontakt zu einem metallischen Material aufgebracht wer den kann.

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem für den Turbinengenerator eines Kernkraft werks ein Meßsystem zum Überwachen der Konzentration von ge löstem Sauerstoff im Kühlwasser umfaßt, wobei das Meßsystem im Kühlwassersystem angeordnet ist und wobei eine Steuerein heit vorzugsweise dann dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser injiziert, wenn die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Kühlwasser unter 1 ppm liegt.

Erfindungsgemäß ist es somit möglich, in einem Turbi nengenerator, insbesondere einem Turbinengenerator für ein Kernkraftwerk, die Korrosion der Statorwicklung durch das Ausbilden und das Aufrechterhalten einer Oxidschicht in der Statorwicklung im Betrieb zu unterdrücken. Die mit einer Kor rosion verbundenen Probleme werden dadurch vermieden; und die Lebensdauer der Statorwicklung des Turbinengenerators wird verlängert.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform eines Wasserkühlsystems für einen Turbinengenerator;

Fig. 2 schematisch die Statorwicklung eines Turbinen generators mit Wasserkühlung;

Fig. 3 ein Diagramm für die zeitliche Änderung des Ausmaßes der Korrosion von Kupfer;

Fig. 4 ein Diagramm für die zeitliche Änderung der Abgabe von Korrosionsprodukten;

Fig. 5 die Beziehung zwischen der Konzentration an gelöstem Sauerstoff und der Abgaberate von Korrosionsproduk ten;

Fig. 6 schematisch eine zweite Ausführungsform eines Wasserkühlsystems für einen Turbinengenerator;

Fig. 7 schematisch eine dritte Ausführungsform eines Wasserkühlsystems für einen Turbinengenerator; und

Fig. 8 schematisch eine vierte Ausführungsform eines Wasserkühlsystems für einen Turbinengenerator.

Gemäß dem folgenden Prozeß erfolgte eine Oxidations behandlung einer Hohldrahtprobe aus reinem Kupfer mit heißem Wasser. Der Hohldraht ist für die innen mit Wasser gekühlte Statorwicklung eines Turbinengenerators vorgesehen. Der Hohldraht hatte einen rechteckigen Querschnitt, die Öffnung für das Kühlwasser war 3,4 mm breit und 1,5 mm hoch, die Wanddicke betrug 1,0 mm und die Drahtlänge 5 m. Eine Anzahl von Hohldrähten, von denen Anlagerungen durch Waschen mit Säure entfernt worden waren, wurde gebündelt. An einem Ende der gebündelten Drähte wurde eine Einlaßöffnung für heißes Wasser ausgebildet. Die folgende Tabelle 1 zeigt die Bedin gungen für die Oxidationsbehandlung mit Luftsättigung (Konzentration an gelöstem Sauerstoff 4 ppm) und Sauerstoff sättigung (Konzentration an gelöstem Sauerstoff 20 ppm) im heißen Wasser. Die Tabelle zeigt auch die Ergebnisse für die Korrosionsrate und die Abgaberate von Korrosionsprodukten nach 100 Stunden Korrosionstest bei den Proben nach der Oxi dationsbehandlung, die mit reinem Wasser mit einer Temperatur von 65°C, einer Geschwindigkeit von 1,8 m/s und einer Konzen tration an gelöstem Sauerstoff von 10 ppb ausgeführt wurde. Die Korrosionsrate und die Abgaberate von Korrosionsprodukten wurden mit der Oxidationsbehandlung drastisch reduziert. Am effektivsten ist die Behandlung im Zustand der Sauerstoffsät tigung.

Tabelle 1

Es wurde dann die Korrosionsfestigkeit der oxidierten Proben in einem Langzeit-Korrosionstest untersucht.

Die Fig. 3 ist ein graphische Darstellung der von der Zeit abhängigen Änderung im Ausmaß der Korrosion der im Zu stand der Luftsättigung oxidierten Kupferproben und die Fig. 4 eine graphische Darstellung der von der Zeit abhängigen Änderung in der Menge der abgegebenen Korrosionsprodukte bei den im Zustand der Luftsättigung oxidierten Proben. Der Test wurde durchgeführt durch Injizieren von Luft in reines Wasser bei einer Temperatur von 65°C und einer Fließgeschwindigkeit von 1,8 m/s mit einer Konzentration an im Wasser gelösten Sauerstoff von 4 ppm bzw. im Zustand ohne Luft (20 ppb), der durch die Injektion von Stickstoffgas erhalten wurde. Es ist ersichtlich, daß das Ausmaß der Korrosion und die Menge der abgegebenen Korrosionsprodukte bei der erfindungsgemäßen Auf rechterhaltung des Zustandes der Luftsättigung (4 ppm) gegen über dem Fall mit 20 ppb Sauerstoff drastisch reduziert sind. Das Ausmaß der Korrosion und die Menge der abgegebenen Korro sionsprodukte können damit dadurch erheblich verringert wer den, daß ständig Luft in die Kühlflüssigkeit injiziert wird.

Die Fig. 5 zeigt das Ergebnis einer Studie über die Auswirkungen der Konzentration des in der Flüssigkeit gelö sten Sauerstoffs auf die Abgaberate von Korrosionsprodukten. Es ist zu sehen, daß das Ausmaß der Korrosion und die Menge der abgegebenen Korrosionsprodukte dadurch erheblich verrin gert werden kann, daß die Konzentration des in der Flüssig keit gelösten Sauerstoffs im Zustand der Luftsättigung im Bereich von 1 ppm bis 4 ppm gehalten wird. Wenn in die Flüs sigkeit Luft injiziert wird, kann die Konzentration des gelö sten Sauerstoffs diesen Wert nicht übersteigen. Da die elek trische Leitfähigkeit des Wasser durch die Auswirkungen des Kohlenstoffdioxids, das zu etwa 0,04% in atmosphärischer Luft enthalten ist, ansteigen kann, ist es erforderlich, als inji zierte Luft dekarbonisierte Luft zu verwenden.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Wasserkühl systems für den Turbinengenerator eines Kernkraftwerks. Das Wasserkühlsystem des Turbinengenerators umfaßt einen Lei tungskreis mit einer Pumpe 2, die das Wasser aus einem Was sertank 1 umpumpt, wobei die Temperatur des Wassers aus dem Wassertank 1 zuerst mit einem Kühler 3 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird und das Wasser durch einen Filter 4 geführt wird, bevor das Wasser dann zu dem Generator 5 gelei tet wird, in dem es das Innere der Statorwicklung 6 durch läuft. Vom Generator 5 kehrt das Wasser dann zum Wassertank 1 zurück. Um die Temperatur des Wassers im Wassertank 1 erhöhen zu können, ist ein Heiztank 18 mit einer Heizvorrichtung 19 vorgesehen. Zum Injizieren von dekarbonatisierter Luft in das Kühlsystem ist eine Flasche 20 mit dekarbonatisierter Luft und ein Luftzuführventil 21 vorgesehen. Das Kernkraftwerk umfaßt einen Kernreaktor, eine Dampfturbine, die mit Dampf betrieben wird, der mit Energie vom Kernreaktor erzeugt wird, und den Turbinengenerator, der von der Dampfturbine angetrie ben wird und der das genannte Wasserkühlsystem zum Kühlen der Statorwicklung 6 von innen mit Wasser umfaßt. In der Zeich nung sind nicht alle diese Komponenten dargestellt. Das Was serkühlsystem umfaßt neben dem Wassertank 1 zum Speichern des Wassers eine einlaßseitige Leitung 14 und eine auslaßseitige Leitung 15, die den Wassertank 1 mit der Statorspule 6 ver binden; sowie eine Injektionseinheit für dekarbonisierte Luft mit der Luftflasche 20 und dem Luftzuführventil 21, die mit der Leitung 14 an der Einlaßseite der Statorwicklung 6 ver bunden ist. Durch die geschlossene Struktur dieser Anordnung kann die dekarbonisierte Luft auch in das Wasser im Wasser tank 1 injiziert werden. Die Injektionseinheit 20, 21 für die dekarbonisierte Luft umfaßt eine (nicht gezeigte) Steuerein heit zum Steuern der Zufuhr von dekarbonisierter Luft. Die Steuereinheit sorgt dafür, daß im Betrieb immer und kontinu ierlich dekarbonisierte Luft in das Wasserkühlsystem inji ziert wird, so daß vor dem Betrieb des Generators eine Oxid schicht auf den Oberflächen der Statorwicklung 6 ausgebildet wird und diese Oxidschicht beim Betrieb des Generators auf rechterhalten bleibt.

Um die Reinheit des Kühlwassers aufrechtzuerhalten, weist das System einen Reinigungskreis 8 auf, in dem ein Teil des Wassers durch einen Kunstharz-Ionentauscher 7 geführt wird, und eine Abgabeleitung 9 zur Abgabe des Wasserstoffga ses nach außen, das sich im Wassertank 1 gesammelt hat. Wie in der Fig. 2 gezeigt, besteht die Statorwicklung 6 aus Lei tungen 10, die von den Hohldrähten der Wicklung gebildet wer den, deren Hauptbestandteil Kupfer ist. Die Oberfläche der Statorwicklung ist mit einer Isolierschicht 11 abgedeckt, und das Kühlwasser strömt durch das Innere der hohlen Drähte. Das Ende der Statorwicklung ist mit einem Lot, dessen Hauptbe standteil ebenfalls Kupfer ist, an einem Schaltkasten 13 mit einer Anschlußleitung 12 verbunden.

Die Oxidationsbehandlung der Teile der Statorwick lung, die mit Wasser in Berührung kommen, vor und während des Betriebs des Turbinengenerators wird gemäß der im folgenden beschriebenen Prozedur ausgeführt. Zuerst wird die Prozedur zur Ausbildung einer Kupfer(II)-Oxidschicht (Cuprioxid schicht, CuO-Schicht) auf der Oberfläche der Wicklungsteile vor dem Betrieb des Turbinengenerators erläutert.

1. Das Wasser im Heiztank 18 wird mit der Heizvorrich tung 19 auf 50 bis 90°C aufgeheizt und dem Wassertank 1 zuge führt.
2. Das Wasser aus dem Wassertank 1 wird über die Kühl wasserleitung umgewälzt.
3. Während das Wasser durch die Kühlwasserleitung um läuft, wird kontinuierlich oder zu vorgegebenen Perioden mit der Injektionseinheit 20, 21 dekarbonisierte Luft in die Kühlwasserleitung injiziert.

Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält die ver wendete dekarbonisierte Luft 100 ppm Kohlendioxidgas, die Dauer der Injektion beträgt etwa 20 Stunden, und die Injekti on erfolgt in einstündigen Intervallen für jeweils etwa 15 Minuten. Vorzugsweise wird während der Oxidationsbehandlung jedoch immer und kontinuierlich Luft injiziert. Wenn eine Instrumentenluft oder eine dekarbonisierte Luft mit weniger als 0,5 ppm Kohlendioxid als Luftquelle verwendet wird, ist es möglich, einen Anstieg in der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers und die Korrosion des Kupfers wirkungsvoll zu unterdrücken.

Um die Oxidsubstanzen, die sich an den Teilen der Statorwicklung befinden, die mit dem Wasser in Kontakt kom men, abzuwaschen und zu entfernen, wird anstelle der dekarbo nisierten Luft der Fig. 1 ein Inertgas wie Stickstoffgas dem Wasser zugegeben. Nach dem Entfernen der Oxidsubstanzen an den Teilen der Statorwicklung, die im Betrieb des Turbinenge nerators mit Wasser in Kontakt kommen, mit Wasser, in das Inertgas wie Stickstoffgas injiziert wurde, wird die Oxidati onsbehandlung ausgeführt. Die Oxidationsbehandlung wird gemäß der folgenden Prozedur ausgeführt. Zuerst wird die Prozedur zum Entfernen der anhaftenden Oxidsubstanzen erläutert.

1. Die vom Wassertank 1 der Kühlwasserleitung zugeführte Wassermenge wird gegenüber dem normalen Betrieb auf das etwa 5-fache erhöht. Wenn zum Beispiel normalerweise das Wasser mit einer Rate von 500 l/min zirkuliert, wird die umlaufende Wassermenge auf 3000 l/min erhöht.
2. Nach dem Umwälzen des Wassers unter den im Punkt 4) genannten Bedingungen für etwa 5 Stunden wird für etwa 15 Minuten Stickstoff in die Kühlwasserleitung injiziert, um den Wascheffekt durch die entstehenden Blasen zu erhöhen.
3. Die Zirkulation des Wassers wird gestoppt und die Innenseite der Leitung untersucht.
4. Nach einer dreimaligen Wiederholung der Prozesse 4) bis 6) wird der Filter 4 ausgetauscht.
5. Die Innenseite der Leitung wird durch eine dreimalige Wiederholung der Prozesse 4) bis 7) gespült.
6. Die Zirkulation des Wassers in der Kühlwasserleitung wird gestoppt, und das Wasser in der Leitung und im Wasser tank wird abgelassen.
7. Es wird frisches Wasser in den Wassertank eingefüllt.
8. Durch Ausführen der Prozesse 1) bis 3) erfolgt eine Oxidationsbehandlung der Innenseite der Kühlwasserleitung.

Die Kupfer(II)-Oxidschicht (CuO-Schicht) wird an der mit dem Wasser in Kontakt kommenden Oberfläche der Stator wicklung bei dieser Oxidationsbehandlung unter Bedingungen ausgebildet, die ähnlich sind wie die im Zusammenhang mit der Tabelle 1 genannten Bedingungen. Die Statorwicklung mit der Kupfer(II)-Oxidschicht (CuO-Schicht), die eine dunkelbraune Farbe hat, hält die Leistungsfähigkeit des Turbinengenerators aufrecht, da die Korrosion beim Betrieb des Generators nicht fortschreitet und keine Abgabe von Korrosionsprodukten er folgt, weshalb der Turbinengenerator sehr zuverlässig arbei tet. Wenn die Statorwicklung neu installiert ist, kann der gleiche Effekt erhalten werden, wenn der obige Spülvorgang zum Entfernen anhaftender Oxidsubstanzen weggelassen wird und nur der Prozeß der kontinuierlichen Ausbildung der Kup fer(II)-Oxidschicht (CuO-Schicht) ausgeführt wird.

Die Tabelle 2 zeigt das Ergebnis eines Vergleichsver suchs für die Korrosion in der Statorwicklung für die Fälle mit und ohne einer Oxidationsbehandlung der Innenseite der Statorwicklung, wenn der Turbinengenerator in Betrieb ist. Es ließ sich bestätigen, daß durch die beschriebene Oxidations behandlung die Korrosionsrate der Statorwicklung auf nahezu 1/20 verringert wird und die Abgaberate von Korrosionsproduk ten aus der Statorwicklung auf nahezu 1/5.

Tabelle 2

Im Betrieb steuert die Steuereinheit die Injektion der dekarbonisierten Luft in das Kühlwasser so, daß dies wäh rend der Periode immer und kontinuierlich erfolgt.

Das kontinuierliche Aufrechterhalten der Kupfer(II)- Oxidschicht (CuO-Schicht) an der Statorwicklung ergibt damit einen sehr zuverlässigen Turbinengenerator, dessen Leistungs fähigkeit erhalten bleibt, da die Korrosion im Betrieb des Generators nicht fortschreitet und die Abgabe von Korrosions produkten unterdrückt ist.

Die Fig. 6 zeigt ein Wasserkühlsystem für den Turbi nengenerator eines Kernkraftwerks mit einem Konzentrations meßgerät 24 für gelösten Sauerstoff im Kühlwassersystem. An sonsten ist das Wasserkühlsystem der Fig. 6 der Ausführungs form der Fig. 1 ähnlich. Das Konzentrationsmeßgerät 24 für gelösten Sauerstoff mißt und überwacht den Gehalt an im Kühl wasser gelösten Sauerstoff kontinuierlich. Wenn die Konzen tration an gelöstem Sauerstoff im Kühlwasser unter 1 ppm liegt, wird dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser injiziert, um die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Kühlwasser immer im Bereich zwischen 1 und 4 ppm zu halten.

Die Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform des Was serkühlsystems für den Turbinengenerator eines Kernkraft werks, bei der wie bei der Ausführungsform der Fig. 6 ein Konzentrationsmeßgerät 24 zur Messung der Konzentration von im Kühlwasser gelösten Sauerstoff vorgesehen ist, wobei das Signal, das bei einer Änderung der Konzentration des gelösten Sauerstoffs vom Konzentrationsmeßgerät 24 ausgegeben wird, von einem PID-Regler 25 für eine Proportional-, Integral- und Differentialregelung verarbeitet wird und das Luftzuführven til 21 vom PID-Regler elektrisch entsprechend angesteuert wird. Wenn zum Beispiel die Konzentration an gelöstem Sauer stoff im Kühlwasser auf 4 ppm eingestellt ist, wird die Kon zentration an im Kühlwasser gelösten Sauerstoff durch das entsprechende Steuern der dem Kühlwassersystem durch das Luftzuführventil 21 zugeführten Luft immer auf 4 ppm gehal ten.

Die Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Wasserkühlsystems für den Turbinengenerator eines Kernkraft werks. Die Ausführungsform der Fig. 8 unterscheidet sich von der der Fig. 7 dadurch, daß die Injektionseinheit 20, 21 zum Zuführen dekarbonisierter Luft über eine Leitung direkt mit dem Wassertank 1 verbunden ist. Das Verfahren zum Betreiben des Wasserkühlsystems der vorliegenden Ausführungsform vor und während des Betriebs des Generators ist ähnlich wie oben beschrieben, und es werden die gleichen vorteilhaften Auswir kungen wie oben erhalten.

Claims

1. Turbinengenerator mit einem Wasserkühlsystem zum Küh len der Innenseite der Statorwicklung (6) des Generators (5) mit Wasser, wobei das Wasserkühlsystem gekennzeichnet ist durch
einen Wassertank (1) zum Speichern von Wasser;
Leitungen (14, 15), die den Wassertank (1) mit der Statorwicklung (6) verbinden, wobei die Leitungen (14, 15) an der Einlaßseite und an der Auslaßseite des Generators (5) vorgesehen sind;
eine Injektionseinheit (20, 21) für dekarbonisierte Luft, die mit der Leitung (14) an der Einlaßseite oder mit dem Wassertank (1) verbunden ist; und durch
eine Heizeinrichtung (18, 19) zum Aufheizen des Was sers;
wobei die Statorwicklung (6) an den Oberflächen, die mit Wasser in Kontakt kommen, eine Oxidschicht aufweist, die vor Beginn des Betriebs des Generators (5) durch Wasser aus gebildet wird, das von der Heizeinrichtung (18, 19) auf hohe Temperatur gebracht wurde und in das dekarbonisierte Luft injiziert wurde; und
wobei eine Steuereinheit dafür sorgt, daß während des Betriebs des Generators (5) immer und kontinuierlich dekarbo nisierte Luft in das Kühlwasser injiziert wird.

2. Turbinengenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Filter (4) zum Entfernen von festen Partikeln aus dem Wasser, bevor das Wasser zu der Statorwicklung (6) ge führt wird.

3. Turbinengenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kunstharz-Ionentauscher (7) zum Entfernen von Ionen aus dem Kühlwasser.

4. Turbinengenerator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Sauerstoff-Konzentrationsmeßgerät (24) zum Messen des Sauerstoffgehalts im Kühlwasser, das den Filter (4) durchlaufen hat.

5. Turbinengenerator nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Menge der im Betrieb des Generators (5) in das Kühlwasser injizierten, dekarbonisierten Luft auf der Basis eines Signals vom Sauerstoff-Konzentrationsmeßgerät (24) gesteuert wird.

6. Verfahren zum Betreiben eines Turbinengenerators mit einer Statorwicklung (6), die von innen mit Wasser gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
vor Beginn des Betriebs des Generators (5) an den Oberflächen der Statorwicklung (6), die mit dem Kühlwasser in Kontakt kommen, durch Wasser mit einer hohen Temperatur, in das dekarbonisierte Luft injiziert wird, eine Oxidschicht ausgebildet wird; und daß
während des Betriebs des Generators (5) immer und kontinuierlich dekarbonisierte Luft in das Kühlwasser inji ziert wird.

7. Verfahren zum Betreiben eines Turbinengenerators nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Wasser, mit dem vor dem Beginn des Betriebs die Oxidschicht in der Statorwicklung (6) ausgebildet wird, eine Temperatur von über 50°C besitzt; und daß
das während des Betriebs des Generators zirkulierende Kühlwasser durch die Injektion der dekarbonisierten Luft eine Konzentration von gelöstem Sauerstoff im Bereich von 1 bis 4 ppm aufweist, um den Oxidfilm an der Innenseite der Stator wicklung (6) aufrechtzuerhalten.

8. Verfahren zum Betreiben eines Turbinengenerators nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Beginn des Betriebs des Generators (5) mit einer Inertgasinjektionseinrichtung ein Inertgas in das Kühlwasser injiziert wird, wobei die Inertgasinjektionsein richtung direkt mit der Leitung (14) verbunden ist, die zu der Statorwicklung (6) führt, und wobei mittels einem mit der Leitung verbundenen Filter Korrosionsprodukte aus dem Inneren der Statorwicklung (6) und der Leitung (14) entfernt werden;
daß danach vor dem Beginn des Betriebs des Generators auf den Oberflächen der Statorwicklung (6), die mit dem Kühl wasser in Kontakt kommen, durch Wasser mit einer Temperatur von über 50°C, in das dekarbonisierte Luft injiziert wird, eine Oxidschicht ausgebildet wird; und
daß während des Betriebs des Generators das Kühlwas ser so zirkuliert wird, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff durch die kontinuierliche Injektion der dekarboni sierten Luft in das Kühlwasser im Bereich von 1 bis 4 ppm liegt, um den Oxidfilm an der Innenseite der Statorwicklung (6) aufrechtzuerhalten.

9. Verfahren zum Betreiben eines Turbinengenerators nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konzentration des im Kühlwasser gelösten Sau erstoffs gemessen wird; und
daß die Menge der injizierten, dekarbonisierten Luft auf der Basis der gemessenen Sauerstoffkonzentration gesteu ert wird.

10. Verfahren zum Betreiben eines Turbinengenerators nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dekarbonisierte Luft so in das Kühlwasser injiziert wird, daß die Konzentra tion des im Kühlwasser gelösten Sauerstoffs nicht unter 1 ppm liegt.

11. Verwendung eines Turbinengenerators nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Kernkraftwerk mit einem Kernreak tor, einer Dampfturbine, die mit dem Dampf betrieben wird, der mit Energie vom Kernreaktor erzeugt wird, wobei die Dampfturbine den Turbinengenerator antreibt.

12. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 10 bei einem Turbinengenerator, der in einem Kernkraft werk verwendet wird, wobei der Dampf, der mit Energie vom Kernreaktor erzeugt wird, eine Dampfturbine antreibt, die ihrerseits den Turbinengenerator antreibt.