DE2635829B2

DE2635829B2 - Verfahren zur Ermittlung von Kühlwasserleckagen an zumindest im Ständer wassergekühlten Wicklungen elektrischer Maschinen sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2635829B2
Application number: DE2635829A
Authority: DE
Inventors: Juergen 4330 Muelheim Klaar
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-08-09
Filing date: 1976-08-09
Publication date: 1978-08-03
Also published as: IN147995B; DE2635829A1; JPS5320997A; GB1566600A; US4139057A; CH615787A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung von Kühlwasserleckagen 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, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Eine derartige elektrische Maschine ist aus der Zeitschrift »Allis-Chalmers Engineering Review« Vol. 35, Nr. 2,1970, insbesondere S. 16 und 17, bekannt. Der in dieser Druckschrift beschriebene Turbogenerator weist eine wassergekühlte Ständerwicklung und eine zusätzliche Gaskühlung durch Wasserstoffgas auf, das innerhalb des geschlossenen Maschinengehäuses durch Ventilatoren umgewälzt und über Kühler innerhalb des Gehäuses rückgekühlt wird. Dieses Wasserstoffgas enthält stets eine gewisse Restfeuchte, deren Taupunkt normalerweise durch die Wassereintrittstemperatur der Rückkühler bestimmt wird. Bei betrieblicher Abschaltung oder bei Ausfall eines Rückkühlers kann es jedoch unter ungünstigen Bedingungen zu einer Taupunktunterschreitung kommen, wobei dann ein Wasserniederschlag an gefährdeten Teilen der elektrischen Maschine auftreten kann. Darüber hinaus ergeben sich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand der Rückkühler schwankende Mengen des an den Rückkühlern oder an anderen Bauteilen gebildeten Wasserniederschlages und somit Schwankungen des Feuchtigkeitsgehaltes des Wasserstoff-Gasütromes. Sollen nun bei einer derartigen elektrischen Maschine evtl. an den wassergekühlten Wicklungen auftretende Leckagen durch Feuchtigkeitsmessung innerhalb des geschlossenen Maschinengehäuses ermittelt werden, so erlaubt eine durch die Messung festgestellte Feuchtigkeitsänderung keinen eindeutigen Rückschluß auf eine etwaige Leckage. Die durch die Messung festgestellte Feuchtigkeitsänderung könnte auch durch Änderungen im Betriebszustand der Rückkühler bedingt sein.

Aus der DE-AS 12 89 573 ist eine Schutzeinrichtung zur Verhinderung von Kondenswasserbildung bei Schwachlastbetrieb in geschlossenen elektrischen Maschinen bekannt, welche eine Unterkühlung des Kühlgases und der darin enthaltenen Feuchtigkeit durch entsprechende Regelung der Kühlwassermenge des Luftkühlers verhindert Diese Schutzeinrichtung verhindert also einen Niederschlag des in der Kühlluft

ίο enthaltenen Wasserdampfes. Beim Auftreten einer Kühlwasserleckage würde durch die Schutzeinrichtung die Kühlwirkung des Luftkühlers so weit heruntergesetzt, daß die Kühlluft die zusätzlich anfallende Feuchtigkeit aufnehmen kann. Die im Falle einer Kühlwasserleckage steigende Drosselung der Kühlwirkung könnte dann aber zu zusätzlichen Schäden in der elektrischen Maschine führen.

Aus der AT-PS 1 76 901 ist es ferner bekannt, bei großen elektrischen Maschinen den aboluten Dampfgehalt der aus dem Freien angesaugten Kühlluft durch eine Klimaanlage derart zu regeln, daß sich Feuchtigkeitsniederschläge innerhalb der elektrischen Maschine mit Sicherheit vermeiden lassen. Dieses bekannte Prinzip erfordert jedoch einen offenen Kühlkreis und läßt sich auf elektrische Maschinen mit geschlossenem Maschinengehäuse und innerer Kreislaufkühlung mittels Wasserstoffgas nicht übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei elektrischen Maschinen mit zumindest im Ständer wassergekühlten Wicklungen und zusätzlicher Wasserstoff-Gaskühlung eine sichere Ermittlung von Kühlwasserleckagen durch Feuchtigkeitsmessung innerhalb des geschlossenen Maschinengehäuses zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der

3^r) eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines stationären Feuchtezustandes des Gasstromes innerhalb des Maschinengehäuses der Taupunkt durch eine gesonderte Wärmesenke im Bereich der Kühlgasströmung festgelegt und anschließend vom stationären Zustand abweichende Feuchtigkeitsänderungen gemessen werden. Durch die gesonderte Wärmesenke wird also der Feuchtigkeitsgehalt des Kühlgases auf einer definierten Höhe gehalten, die unabhängig von dem jeweiligen Betriebszustand der Rückkühler ist. Dadurch wird ein stationärer Zustand geschaffen, von dem aus Feuchtigkeitsänderungen gemessen werden, die durch eine etwaige Kühlwasserleckage eintreten können. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die gesonderte Wärmesenke den kältesten Punkt des gesamten Systems bildet und somit auch bei Ausfall eines der Rückkühler ein Niederschlag der im Wasserstoffgas enthaltenen Feuchtigkeit an gefährdeten Bauteilen der elektrischen Maschine vermieden wird.

Die Erfindung gibt ferner eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens an, bei welcher als Wärmesenke ein parallel zur Kühlgasströmung angeordneter externen Gastrockner mit einem Verdampfer sowie in einem weiteren Bypass ein Feuchtemeßgerät vorgesehen sind. Zweckmäßigerweise ist dabei parallel zu einem der Rückkühler eine Bypassleitung mit dem Gastrockner geführt.
Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt die Figur einen Längsschnitt durch einen Generator mit den Prinzipschaltbildern der Kühlanordnungen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind in dem druck- und gasdicht ausgeführten Maschinengehäuse 1 das Ständerblechpaket 2 mit der wassergekühlten Ständerwicklung sowie der Läufer 3 angeordnet, der ebenfalls wassergekühlt sein kann. Zur eigänzenden Kühlung des Ständerpaketes 2 und anderer Maschinenteile ist das Maschinengehäuse 1 mit Wasserstoffgas gefüllt, das über die auf der Welle 4 sitzenden Lüfter 5 und 6 umgewälzt und in den an den Enden der Maschine innerhalb des Maschinengehäuses 1 sitzenden Rückkühlern 7 rückgekühlt wird. Die Kühlgasströmung ist dabei für das rückgekühlte Wasserstoffgas durch ausgezogene Pfeile 8 und für den aufgewärmten Zweig durch gestrichelte Pfeile 9 angedeutet.

Das Kühlgas weist im allgemeinen einen gewissen Feuchteanteil auf, der aus Feuchtigkeitsrückständen bei der Montage der Maschine oder durch Austrocknung der Wicklungen oder anderer Anlagenteile bedingt ist. Die Feuchte des Kühlgases wird dabei üblicherweise durch die Kühlgastemperatur, die Eintrittstemperatur des Kühlwassers in den Kühlschlangen 10 der Rückkühler 7, die somit auch den Taupunkt festlegen, und durch den »Schlupf« der Gasfeuchte in den Rückkühlern 7 bestimmt, da stets ein Teil der dort niedergeschlagenen Feuchte von dem durchströmenden Kühlgas wieder mitgerissen wird. Dadurch ist zunächst einmal ein nichtstationärer Zustand der Feuchte innerhalb des Maschinengehäuses 1 gegeben, so daß eine Feuchtigkeitsmessung zur Ermittlung von Kühlwasserleckagen aus der Wicklung zu nicht eindeutigen 3u Ergebnissen führen würde.

Darüber hinaus kann aber auch bei betriebsmäßiger Abschaltung eines oder mehrerer der Rückkühler 7 der durch die Kühlwirkung festgelegte Taupunkt ansteigen, so daß dann andere Maschinenteile, wie beispielsweise die Kühlwasserringleitungen 11 für die Ständerkühlung, die ebenfalls mit kaltem Wasser beaufschlagt sind, einen kälteren Punkt im System bilden. Die sich an diesen Maschinenteilen niederschlagende Feuchtigkeit kann dann ggf. zu Überschlägen führen.

Aus diesen Gründen ist es erforderlich, Maßnahmen zu finden, mit denen einerseits ein Feuchtigkeitsniederschlag an gefährdeten Maschinenteilen sicher vermieden und mit denen andererseits ein stationärer Zustand der Feuchte innerhalb des Gehäuses erreicht werden ΐ^Γ) kann, so daß dann auch eine Feuchtigkeitsmessung zur Erfassung von Wasserleckagen zu eindeutigen Ergebnissen führt Dazu muß innerhalb des Kreislaufes der Kühlgasströmung eine Stelle in Form einer Wärmesenke geschaffen werden, die den kältesten Punkt des Systems darstellt und somit einen definierten Taupunkt festlegt, der in keinem Betriebsfall von anderen Maschinenteilen unterschritten werden kann. Hierzu ist in einem Bypass zur Kühlgasströmung ein externer Gastrockner 12 mit einem Verdampfer herkömmlicher Bauart vorgesehen, an dem sich die Feuchtigkeit definiert niederschlägt und von dort abgeführt werden kann. Dieser externe Gastrockner selbst ist dabei zweckmäßigerweise in einer Bypassleitung 13 zu einem der Rückkühler 7 angeordnet Der externe Gastrockner 12 bildet somit den kältesten Punkt im Kreislauf der Kühlgasströmung und legt damit auch den Taupunkt fest. An diesem externen Gastrockner 12 wird die zunächst noch im Kühlgas vorhandene und durch dieses gebundene Feuchtigkeit auskondensiert Dadurch wird innerhalb des Maschinengehäuses 1 ein stationärer Feuchtigkeitszustand der Kühlgasströmung geschaffen, der unabhängig davon ist, ob alle Rückkühler 7 einwandfrei arbeiten oder einer oder mehrere von ihnen abgeschaltet sind.

Wenn ein derartiger stationärer Feuchtezustand erreicht ist, können dann auftretende Feuchtigkeitsänderungen Rückschlüsse auf eine evtl. vorhandene Kühlwasserleckage in einer der wassergekühlten Wicklungen zulassen. Es ist also erst nach Erreichen dieses stationären Zustandes zweckmäßig, überhaupt die Feuchtigkeit des Kühlgases zu messen. Dazu kann in einer weiteren Bypassleitung 14 zum Maschinengehäuse 1 ein Feuchtemeßgerät 15 angeordnet sein, mit dem Feuchtigkeitsschwankungen und Absolutgrößen ermittelt werden können.

Damit erfüllt die Erfindung also zwei Aufgaben, nämlich einmal einen Feuchtigkeitsniederschlag an gefährdeten Maschinenteilen sicher zu verhindern und zum andern eine Feuchtigkeitsmessung zur Ermittlung von Kühlwasserleckagen an wassergekühlten Wicklungen zu ermöglichen. Darüber hinaus können auch Kühlwasserleckagen an den Rückkühlern erfaßt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung von Kühlwasserleckagen 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, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines stationären Feuchtezustandes des Gasstromes innerhalb des Maschinengehäuses der Taupunkt durch eine gesonderte Wärmesenke im Bereich der Kühlgasströmung festgelegt und anschließend vom stationären Zustand abweichende Feuchtigkeitsänderungen gemessen werden.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmesenke ein parallel zur Kühlgasströmung (8,9) angeordneter externen Gastrockner (12) mit einem Verdampfer sowie in einem weiteren Bypass (14) ein Feuchtemeßgerät (15) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem der Rückkühler (7) eine Bypassleitung (13) mit dem Gastrockner (12) geführt ist