DE2404298B2

DE2404298B2 - Anordnung zur Feststellung einer örtlichen Überhitzung eines Teils einer gasgekühlten elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE2404298B2
Application number: DE2404298A
Authority: DE
Inventors: Sterling Cheney Barton; Chester Carroll Ballston Spa Carson; Frederico Sergio Echeverria
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-02-26
Filing date: 1974-01-30
Publication date: 1979-08-16
Also published as: US3807218A; JPS5024712A; GB1444315A; DE2404298A1; JPS5410081B2

Description

gekennzeichneten Merkmale gelöst

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei einem Alarm, der von dem kontinuierlich arbeitenden Ionenkammerdetektor gegeben wird, eine Probeentnahmevorrichtung außerhalb der elektrischen Maschine mit organische Zersetzungspartikel enthaltendem Kühlgas beaufschlagt werden kann. Diese Zersetzungspartikel lassen sich qualitativ analysieren, so daß Rückschlüsse auf den Ort der Störung bzw. Überhitzung innerhalb der elektrischen Maschine gezogen werden können. Somit kann die Fehlersuche gezielt durchgeführt werden, so daß Stillstandszeiten der Maschine vermieden oder zumindest verkürzt werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert

F i g. 1 ist ein Teilschnitt einer Seitenansicht der dynamoelektrischen Maschine mil der daran angeschlossenen erfindungsgemäßen Anordnung Zur Feststellung der örtlichen Überhitzung eines Teils derselben;

F i g. 2 ist eine Schnittansicht einer Rohrleitung und zeigt eine erste Probeentnahmevorrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 3 ist ein Teilschnitt einer Seitenansicht des aus der Rohrleitung herausgenommenen inneren Teils der Probeentnahmevorrichtung;

F i g. 4 zeigt einen Teilschnitt einer perspektivischen Ansicht einer zweiten Probeentnahmevorrichtung gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine dynamoelektrische Maschine 11, beispielsweise ein Turbogenerator, mit einem Rotor 13 und einem Statorkern 15 in einem gasdichten Gehäuse 17 dargestellt Der Statorkern ist aus Teilblechpaketen 19 aufgebaut, die durch Kühlkanäle 21 getrennt sind. Die Statorbleche sind mit Nuten versehen, in denen die nicht dargestellten btatorwicklungen angeordnet sind. Diese Statorwicklungen bilden sitirnseitig jeweils Wickelköpfe 23. Ein gasförmiges Kühlmittel, z. B. Wasserstoff, wird durch den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und der äußeren Oberfläche des Ständers und durch Kühlkanäle 21 in dem Statorkern geleitet Wärmeaustauscher 25, von denen nur einer gezeigt ist dienen zur Rückkühlung des erwärmten Kühlgases, das durch einen auf dem Rotor montierten Lüfter 27 umgewälzt wird. Darüber hinaus ist es üblich, die Statorwicklungen dadurch weiter zu kühlen, daß ein flüssiges Kühlmittel durch die Statorwicklungen geleitet wird. Es ist bekanntlich seit langem üblich, die Statorbleche, Wickelköpfe usw. mit verschiedenen organischen Materialien zu überziehen, wie beispielsweise Epoxy- und Polymerharzen und Isoliermaterialien. Diese organischen Materialien emittieren bei Erhitzung organische Zersetzungspartikel als Pyrolyseprodukte, die sowohl feststellbar als auch identifizierbar sind, wie es im folgenden noch näher erläutert wird.

Ein Teil des Kühlgases wird von der Hochdruckseite der Maschine durch eine Abzugsleitung 31 abgezogen, in der ein Sperrventil 33 vorgesehen ist. Das Kühlgas wird dann in die Niederdruckseite des Maschinengehäuses durch eine Rückleitung 35 mit einem Schließventil 37 zurückgeleitet Somit wird durch Druckunterschiede innerhalb des Maschinengehäuses eine Gasströmung aus und in die Maschine Hervorgerufen. Zwischen die Abzugsleitung und die Rückleitung wird ein Ionenkammerdetektor ICD geschaltet, um des Vorhandensein von organischen Zersetzungspartikeln abzutasten, die von dem Kühlgas mitgetragen werden. Ein Filter F kann verwendet werden, um die Gültigkeit eines Detektoralarms durch Betätigung des Zweiwegeventils 41 selektiv zu ermitteln. Der Detektor ist elektrisch mit einem Verstärker A und einem Aufzeichnungsgerät R verbunden. Der insoweit beschriebene Aufbau der Einrichtung ist in der US-PS 34 27 880 mit weiteren

ίο Einzelheiten beschrieben.

In ähnlicher Weise wie der Ionenkammerdetektor ICD ist eine Probeentnahmevorrichtung S mit je einem vor- und einem nachgeschalteten Sperrventil 42, 44 in eine auf der Hochdruck- und Niederdruckseite der

1ϊ dynamoelektrischen Maschine angeschlossenen Leitung 43 gelegt Diese Sperrventile sind normalerweise bei allen Betriebsvorgängen geöffnet außer wenn die Probeentnahmevorrichtung S zur Analyse aus der Leitung 43 herausgenommen wird. Die Ventile können manuell betätigt werden. Die Probec ,inahmevorrichtung 3 ist in der F i g. 1 nur schematisch d?rgeste!lt und wird im folgenden noch näher beschrieben. Unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts von der Probeentnahmevorrichtung S befinden sich zwei Ventile 45 bzw. 47.

2ϊ Die VentMe 45 und 47 werden dazu verwendet die Probeentnahmevorrichtung gegenüber Verunreinigungen abzusperren, bis ein Alarm des Ionenkammerdetektors vorliegt Diese Ventile können ebenfalls manuell betätigt werden, vorzugsweise werden sie jedoch, wie es

jo gezeigt ist durch den lonenkammerdetektor über den Verstärker betätigt der bei einem Alarmsignal bewirkt daß sich die normalerweise geschlossenen Ventile öffnen. Somit können die Ventile 45 und 47 Magnetventile sein.

i"> Die F i g. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Probeentnahmevorrichtung gemäß der Erfindung. F i g. 2 zeigt im einzelnen einen Teil der Leitung 43, der unmittelbar hinter dem stromaufwärts gelegenen Ventil 45 und unmittelbar vor dem stromabwärts gelegenen Ventil 47 herausgenommen ist Eine Probeentnahme-Vorrichtung, die in F i g. 1 schematisch und nun in F i g. 2 im einzelnen gezeigt ist ist innerhalb eines rohrförmigen Behälters 51 angeordnet, der in einem Anschlag 53 an seinem mit der Leitung 43 in Verbindung stehenden

4) Ende endet und an seinem offenen Ende ein Innengewinde 55 aufweist Am offenen Ende des Rohrabschnitts wird ein herausnehmbarer Gewindestopfen 57 eingesetzt, um den inneren Teil der Probeentnahmevorrichtung festzuhalten.

~>ii F i g. 3 zeigt das eine Ausführungsbeispiel der Probeentnahmevorrichtung, die einen aus einem Drahtnetz bestehenden porösen Zylinder 61 und eine zwischen den Enden des Zylinders angeordnete Platte 63, ebenfalls aus einem Drahtnetz bestehend, aufweist

Yi Eine Buchse 65 ist in iem Zylinder angebracht und wird von der Platte 63 getragen. Der von der Buchse 65 und der Platte 63 gebildete Raum dient zur Aufnahme des absorbierenden Materials 67. Das absorbierende Material kann beispielsweise Siliziumdioxydgel sein. Die

Wi Hauptforderung an die Probeentnahmevorrichtung besteht darin, daß sie in der Lage sein muß Pyrolyseprodukte von dem Kühlmittelgas zu trennen.

F i g. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Probeentnahmevorrichtung, die einen am Ende

ti"> offenen Behälter 71 aufweist in dem eine Anzahl Leitbleche 73 angeordnet ist. Jede Oberfläche 75 von jedem Leitblech ist mit dem absorbierenden Material, wie beispielsweise Siliziumdioxydgel, überzogen, das in

Pulverform vorliegen kann. Der Vorteil dieser Vorrichtung liegt in der Größe der freiliegenden Oberfläche des Siliziutmlioxydgels relativ zum Gesamtvolumen des verwendeten Siliziumdioxydgels, was zu einer Probeentnahme höherer Konzentration führt Die Leitbleche können porös oder nicht-porös sein, solange ein Strömungspfad durch das Filter hindurch ausgebildet ist.

Wenn eine Maschine nach einem gültigen Alarmsignal geöffnet wird, ist die überhitzte Fläche als ein verkohlter Bereich normalerweise sichtbar. Es ist jedoch sehr wünschenswert, ohne öffnen der dynamoelektrischen Maschine zu wissen, welches Material thermisch zersetzt ist. Ein derartiges Wissen, das die Stelle der lokalisierten Überhitzung angibt, kann u. U. ein öffnen der Maschine ganz vermeiden oder wenigstens im voraus angeben, welche Korrektur erforderlich ist, um die Stillstandzeit der Maschine zu verkürzen.

Es stehen allgemein Techniken zum Identifizieren von Pyrolyseprodukten zur Verfügung, wozu die massenspektrometrische Analyse und die gaschromatographische Analyse gehören. Pyrolyseprodukte in der Form von organischen Zersetzungspartikeln werden auf dem Siliziumdioxydgel absorbiert, das in der Probeentnahmevorrichtung enthalten ist Die Probeentnahmevorrichtung kann dann aus der Maschine herausgenommen werden, und das erhitzte Siliziumdioxydgel gibt die Pyrolyseprodukte in der Form von Gasen und Dämpfen ab, die dann durch ein oder beide angegebene Verfahren analysiert werden können. Der Zweck der Analyse ist nicht strikt qualitativ, da das Interesse nicht so sehr darauf gerichtet ist, was überhitzt ist, sondern wo die Überhitzung auftritt. Da jedes erhitzte organische Material »Fingerabdrücke« in der Form von massenspektrometrischen oder gaschromatographischen Spitzen abgibt, ist es lediglich erforderlich, die Testinformation mit einer schablonenartigen Standard-Kurve für die normale Maschine zu vergleichen. Als eine Begleiterscheinung werden jedoch im allgemeinen die identifizierten Spitzen den Namen des Überhitzungsmaterials liefern

In der folgenden Tabelle I sind die Analyseergebnisse von verschiedenen organischen Materialien, die von Siliziumdioxydgel absorbierbar sind, und eine Meßreihe durch massenspektrometrische und gaschromatographische Techniken zusammengefaßt:

Tabelle I	Beschreibung	und massenspektrometrische und gaschromatographische	Massenspitzen Probe erhitzt von 50⁰C auf 35O°C	Zeit, Min.	: Analysen von	180
		Alarmaus lösende Temperatur		2,4	Gaschromatographische Spitzen Probt erhitzt auf 500⁰C 1000⁰C	640 304 80 76 20
Überhitzungsansprechtemperaturen Pyrolyseprodukten	Phenollack	⁰C	43. 57.58, 97, 168	2,4 2,9 3,2 3,7 6,6	Spitzenhöhe Spitzenhöhe	500 880 82 80
Proben Nr.	Epoxyglasverpreßte Zusammensetzung	260	94. 107. 121, 122, 135. 136	2,4 2,5 2.9 3,7 5,5 5,7	35	25 400 120 47
	Epoxyglas-Blatt- Zusammensetzung	240	77, 78,91. 103. 104, 117. 118	2,4 2,6 2.9 3,6	30 22	83 100
1	Glimmerglaslamelle	215	43, 57. 58, 97, 168	2,4 2,7	50 33 30	10
2	Silikongummi	190	50, 76, 104, 105, 147	2,4	-
3	Polymethylmethacrylat	180	39, 41, 69, 85, 100		30 18
4		160		10
5
6

Einige massenspektrometrische Ergebnisse sind für verschiedene Materialien ähnlich, wie beispielsweise für die Proben 1 und 4. Aus diesem Grunde kann die gaschromatographische Analyse vorzuziehen sein. Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß die meisten gaschromatographischen Spitzenwerte betont sind und deshalb zu dem Schluß führen, daß diese Analyse für die Zersetzungsprodukte von einem Material oder Oberzug, der sich thermisch zersetzt, den Bereich bzw. die Fläche angeben kann, wo die lokalisierte Überhitzung auftritt

Die Durchführung der Probeentnahme erfolgt folgendermaßen: Verschiedene Teile der dynamoelektrisehen Maschinen können organische Materialien enthalten oder mit organischen Materialien überzogen sein, die sich bei einer lokalisierten Überhitzung thermisch zersetzen. Die thermische Zersetzung des organischen Materials bewirkt, daß Zersetzungspartien keichen oder Pyrolyseprodukte in das Kühlgas übertreten. Das Kühlgas wird von einem Hochdruckbereich der dynamoelektrischen Maschine abgezapft In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zwei Hoch-

druckabzapfungen vorgenommen, d. h. eine für den lonenkammerdetektor und eine für die Probeentnahmevorrichtung. Selbstverständlich können jedoch auch andere Anordnungen vorgenommen werden, die nur eine Hochdruckabzapfung verwenden, wobei die Probeentnahmevorrichtung selektiv in der Leitung des Ionenkui.imerdetektors verwendet wird. Darüber hinaus kann mehr als eine Probeentnahmevorrichtung als ein Reserveteil enthalten sein. Pyrolyseprodukte in der Form von Zersetzungsprartikeln bewirken einen Alarm in der Ionendetektorkammer. Daraufhin werden die Ventile 45, 47 unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts von der Probeentnahmevorrichtung geöffnet, und es wird eine Probe entnommen. Die Probeentnahmevorrichtung kann manuell oder durch ein elektrisches Signal in gezeigter Weise betätigt werden. Die Richtigkeit des Alarmsignals kann dadurch überprüft werden, uau uas Zweiwegeventil 41 geüiiiici üiiu uic gesamte Gasströmung gefiltert wird. Wenn dann der lonenkammerdetektor ein normales Signal liefert, war das Alarmsignal korrekt. Die Probeentnahme kann auf ein Alarmsignal hin erfolgen oder sie kann periodisch zur Maschinenprüfung durchgeführt werden.

In der Leitung 43 bleiben die Sperrventile 42 und 44

offen bis der Einsatz der Probeentnahmevorrichtung S für die Analyse herausgenommen wird Zu dieser Zeit und bis ein neuer Einsatz in die Probeentnahmevorrichtung eingesetzt ist, bleiben die Ventile geschlossen. Die Ventile 45 und 47 sind normalerweise geschlossen, außer wenn eine Probeentnahme erfolgt Das redundante Ventilsystem (42, 44) dient der Sicherheit, um den Austritt von Kühlgas aus der Maschine zu verhindern, falls eines der als Magnetventile ausgeführten Ventile 45,47 versagen sollte, wenn die Probeentnahmevorrichtung aus der Maschine herausgenommen ist. Die Ventile 45 und 47 schützen die Siliziumdioxydgelfüllung vor Verunreinigung.

Die Probeentnahmevorrichtung kann in der in den F i g. 2 und 3 gezeigten Form oder in der in F i g. 4 gezeigten Form vorliegen. Nachdem eine ausreichende Probe der Leitung 43 entnommen worden ist, wird der Finsaiz der Frubeeninahmevorrichiung für Änaiysezwecke herausgenommen. Die massenspektrometrische oder gaschromatographische Analyse wird dann Spitzen zeigen, die mit den Spitzen der schablonenartigen Standard-Kurve der dynamoelektrischen Maschine verglichen werden, wodurch der Bereich der lokalisierten Überhitzung angezeigt wird.

llicr/u I Watt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Feststellung einer örtlichen Überhitzung eines Teils in einer gasgekühlten elektrischen Maschine durch Erfassung von im Kühlgas enthaltenen, an den überhitzten Stellen entstandenen organischen Zersetzungspartikeln in einem Ionenkammerdetektor, der an der Hochdruckseite des Kühlgaskreislaufes angeschlossen ist und der bei Vorhandensein von Zersetzungspartikeln ein Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß in einer außerhalb des Maschinengehäuses angeordneten, einen Teil des Kühlgasstromes führenden Leitung (43) eine die Zersetzungspar- tikel von dem Kühlgas trennende herausnehmbare Probeentnahmevorrichtung (S) angeordnet ist, die über je ein Ventil (45,47) auf beiden Seiten zu- und abschaltbar ist, wobei die Ventile bei Normalbetrieb geschlossen, öei Vorliegen eines Signals des lonenkammerdetektors (ICD)geöffnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probeentnahmevorrichtung (S) einen in die Leitung eingefügten Behälter (51; 71) aufweist, ein die Zersetzungspartikel absorbierendes Material (67) enthält und entweder einen durch Poren des Materials und/oder über seine Oberfläche verlaufenden Strömungsweg ermöglicht

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Zersetzungspartikel absorbie- in rende Material iliiziumdioxydgel ist

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Probeentnahmevorrichtung aufnehmende Behälter (51) -^:n Form eines in einem Winkel fest mit der Leitung (43) verbundenen Leitungsabschnittes ausgebildet ist dessen freies Ende ein Innengewinde (55) mit zugehörigem Gewindestopfen (57) aufweist und dessen mit der Leitung verbundenes Ende einen derart angeordneten Anschlag (53) für die Probeentnahmevorrichtung (S) aufweist daß diese in den Querschnitt der Leitung (43) hineinragt

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Probeentnahmevorrichtung (S) einen von der Behälterwand beabstandeten Einsatz, v-> bestehend aus einem porösen Zylinder (61) enthält, in dem eine undurchlässige Buchse (65) angeordnet ist die von einer zwischen den Enden des Zylinders angeordneten, porösen Platte (63) gehalten ist und bis zu dem Anschlag (53) reicht und die das ^r>o absorbierende Material aufnimmt

6. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der Behälter (71) der Probeentnahmevorrichtung (S) zahlreiche parallele und mit einem Überzug aus dem absorbierenden Material r> versehene, derart angeordnete poröse oder nichtporöse Leitbleche aufweist, daß ein die Oberfläche (75) der Leitbleche (73) berührender und/oder ein durch die Leitbleche hindurchführender Strömungsweg gebildet ist &o

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ventile (45, 47) bei Auftreten eines Signals des lonenkammerdetektors (ICD) automatisch geöffnet werden.

65 Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Feststellung einer örtlichen Überhitzung eines Teils einer gasgekühlten elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist aus der US-PS 34 27 880 bekannt

Eine lokalisierte Überhitzung in Statorkernen großer dynamoelektrischer Maschinen ist selten; ein durch Überhitzung beschädigter Kern kann jedoch zu <unem weitreichenden Maschinenausfall und kostspieligen Reparaturen führen. Einer der Wege, auf dem eine Überhitzung auftreten kann, ist die Beschädigung der Oberfläche eines Statorzahnes, so daß ein elektrischer Kontakt zwischen Lamellen bzw. Blechen auftreten kann, der zu einem elektrischen Stromfluß und zu Widerstandserhitzung führen kann, wenn eine Maschine belastet ist Eine lokalisierte Überhitzung dieser Art kann genügend Wärme entwickeln, um den die Kernlamellen bildenden Siliziumstahl zu schmelzen. Es ist deshalb wünschenswert, ein System zu schaffen, um eine lokalisierte Überhitzung in einer dynamoelektrischen Maschine in einem frühen Stadium festzustellen und die Stelle der Überhitzung zu identifizieren.

Aus der US-PS 34 27 880 ist ein Überhitzungs-Detektorsystem für eine dynamoelektrische Maschine bekannt Dort wird ein aus der US-PS 35 73 460 bekannter Ionenkammerdetektor dazu verwendet Zersetzungspartikel festzustellen, die von verschiedenen organischen Materialien in das Kühlmittelgas der dynamoelektrischen Maschine abgegeben werden, wenn gewisse Maschinenteile, die mit den organischen Materialien überzogen sind, überhitzt werden. Diese Zersetzungspartikel, die durch sich thermisch zersetzende organische Materialien aufgrund einer lokalisierten Überhitzung abgegeben werden, sind als Pyrolyseprodukte bekannt Pyrolyseprodukte von jeder organischen Materialart besitzen identifizierbare Charakteristiken, die durch massenspektrometrische oder gaschromatographische Analysetechniken bestimmbar sind. Die vorstehend erwähnte US-PS 34 27si8L> bezieht sich lediglich auf die Feststellung der Gegenwart von Pyrolyseprodukten in dem Kühlmittelgas, wogegen es darüber hinaus wünschenswert ist, die Quelle der Pyrolyseprodukte zu lokalisieren, die in das Kühlmittelgas der dynamoelektrischen Maschine eingeführt sind.

Aus der US-PS 34 28 838 ist ein Detektor zur Ermittlung von Verschleißerscheinungen in einer durch ein Kühlmittel gekühlten elektrischen Maschine bekannt Demzufolge werden relativ große Isolationspartikelchen, die mechanisch, z. B. durch Vibration, in einer dynamoelektrischen Maschine erzeugt werden, in einem strömenden Kühlmittel mitgerissen und außerhalb der Maschine auf einem Membranfilter eingefangen. Das Filter wird periodisch auf Abnutzungsteilchen untersucht Die vorliegende Erfindung ist dagegen auf die Feststellung einer lokalisierten Überhitzung durch Sammlung von organischen Zersetzungspartikeln und ihrer Analyse gerichtet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung zur Feststellung einer örtlichen Überhitzung eines Teils einer gasgekühlten elektrischen Maschine eine Vorrichtung zu schaffen, durch die im Störungsfall, d. h. bei Überhitzung einzelner Maschinenteile, die entstandenen organischen Zersetzungspartikel oder Pyrolyseprodukte auf einfache Weise aufgefangen werden, damit sie einer Analyse zur Feststellung der Art der Substanz und damit des Ortes der Überhitzung zugeführt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1