DE2751964B1

DE2751964B1 - Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung von Kuehlwasserleckagen an elektrischen Maschinen

Info

Publication number: DE2751964B1
Application number: DE19772751964
Authority: DE
Inventors: Juergen Klaar
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1977-11-21
Publication date: 1979-02-15
Also published as: BR7807292A; JPS6327651B2; ATA829978A; JPS5482284A; GB2033092B; AT360613B; CH636737A5; DE2751964C2; GB2033092A

Description

Die Hauptanmeldung 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 ^w 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, insb. S. 16 und 17, bekannt Die Hauptanmeldung befaßt sich mit der Aufgabe, bei solchen elektrischen Maschinen mit zumindest im Ständer wassergekühlten Wicklungen und zusätzlicher Wasserstoff-Gaskühlung eine sichere Ermittlung von Kühlwasserleckagen durch Feuchtigkeitsänderungen ^ω gemessen werden.

Bei einem derartigen, in der Patentanmeldung P 26 35 8292-3 geschützten Verfahren wird zunächst ein stationärer Feuchtezustand für die Kühlgasströmung geschaffen, so daß anschließend evtL auftretende Feuchtigkeitsänderungen einen eindeutigen Rückschluß auf Kühlwasserleckagen geben können. Neben der Ermittlung von Kühlwasserleckagen werden bei Anwendung dieses Verfahrens auch Feuchtigkeitsniederschläge an gefährdeten Maschinenteilen weitgehend vermieden. Die über die Feuchtigkeitsänderungen erfaßten Leckagen können in den wassergekühlten Wicklungen der elektrischen Maschinen, d.h. in der wassergekühlten Ständerwicklung oder ggf. 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung so zu verbessern, daß in den wassergekühlten Wicklungen evtL auftretende Leckagen gesondert erfaßt werden können. Die Erfindung bezieht sich damit auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Hierbei wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst 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 evtl. auftretende Leckagen werden hierbei durch die vom stationären Zustand abweichenden Feuchtigkeitsänderungen und den im Kondensat vorhandenen Indikator erfaßt Ist im Kondensat kein Indikator vorhanden, so ist eine festgestellte Leckage auf andere Ursachen, insbesondere auf Leckstellen der Rückkühler zurückzuführen. Das erfindungsgemäße 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.

Aus der DE-PS 21 54 979 ist zwar bereits eine Einrichtung zur Ermittlung von Leckstellen 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.

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.

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 in den Kondensat-Sammelbehälter angeordneten, auf den Indikator ansprechenden Detektor aufweist. Über die ι ο 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.

Ein Szintillator oder Szintillationszähler arbeitet nach folgendem Prinzip: Dringt Strahlung in seine Szintillationssubstanz (z. B. NaJ-Kristall), so entstehen pro Strahlungsquant oder pro Strahlungsteilchen kleine Uchtblitze (Szintillationen). Die Lichtblitze gelangen auf die Fotokathode eines Sekundär-Elektronen-Vervielfachers (Multiplier), und die nach Vervielfachung an der Anode ankommende Elektronenwolke ergibt am Gitter einer galvanisch angekoppelten Kathodenstufe einen entsprechenden Spannungsimpuls, der an der Kathode ausgekoppelt und auf den Verstärker des nachgeschalteten Strahlungsmeßgerätes gegeben wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt die Zeichnung in stark vereinfachter schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Generator mit der Prinzipschaltbildern der Kühlanordnungen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind in dem druck- und gasdicht ausgeführten Gehäuse 1 des Generators das Ständerblechpaket 2 mit der wassergekühlten Ständerwicklung 2a sowie der Läufer 3 angeordnet. Der Läufer 3, der über eine Welle 4 von « einer nicht näher dargestellten Turbine angetrieben wird, kann, wie an späterer Stelle näher ausgeführt werden soll, ebenfalls wassergekühlt sein. Zur ergänzenden Kühlung des Ständerblechpaketes 2 und anderer Maschinenteile ist das Gehäuse 1 mit Wasserstoff als Kühlgas gefüllt. Dieses Kühlgas wird über die auf der Welle 4 angeordneten Lüfter 5 und 6 umgewälzt und in den an den Enden des Generators innerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Kühlern 7 rückgekühlt. Die Kühlgasströmung ist dabei für das rückgekühlte Gas durch ausgezogene Pfeile 8 und für den aufgewärmten Zweig des Kühlgasstromes durch gestrichelte Pfeile 9 angedeutet.

Zur Abkühlung der Verlustwärme sind zwei getrennte Kühlwasserkreisläufe vorgesehen. Im ersten Kühl-Wasserkreislauf wird das sogenannte Primärwasser von einer Wasseraufbereitungsanlage UO über eine Zuleitung 120 einer Ringleitung 11 zugeführt, von der aus die einzelnen Hohlleiter der Ständerwicklung 2a mit dem Primärwasser beaufschlagt werden. Auf der anderen Seite des Ständerblechpaketes 2 wird das aus der Ständerwicklung 2a abströmende Primärwasser über eine weitere Ringleitung 11 und einen Abfluß 150 in ein oberhalb des Gehäuses 1 angeordnetes Kühlwasserausdehnungsgefäß 16 geleitet. Von diesem Kühlwasserausdehnungsgefäß 16 wird das Primärwasser dann über eine Leitung 17 zu der Wasseraufbereitungsanlage HO, die gleichzeitig nicht näher dargestellte Kühler und Pumpen umfaßt, zurückgeleitet und von dort aus erneut im Kreislauf der Ständerwicklung 2a zugeführt. Im zweiten Kühlwasserkreislauf wird das sogenannte Sekundärwasser durch die einzelnen Kühlschlangen 10 der Kühler 7 geleitet. Wie es in der Zeichnung angedeutet ist, kann der zweite Kühlwasserkreislauf auch in mehrere Teilkreisläufe gegliedert sein. Die Kühlung und Aufbereitung des Sekundärwassers ist hierbei nicht näher dargestellt.

Damit ein innerhalb des Gehäuses 1 evtl. auftretendes Leck in einem der beiden Kühlwasserkreisläufe frühzeitig festgestellt werden kann, wird innerhalb des Gehäuses 1 ein stationärer Feuchtezustand des Kühlgases geschaffen, so daß dann eine Feuchtigkeitsmessung zur Erfassung von Kühlwasserleckagen zu eindeutigen Ergebnissen führt. Dazu muß innerhalb des Kühlgaskreislaufes 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. Zu diesem Zweck ist in einer Bypaßleitung 13 zum Kühlgaskreislauf ein Gastrockner 12 mit einem Verdampfer 21 herkömmlicher Bauart vorgesehen, an dem sich die Feuchte definiert niederschlägt und als Kondensat 22 über eine Leitung 23 in einen Kondensat-Sammelbehälter 24 geführt wird. Dieser Kondensat-Sammelbehälter 24 kann von Zeit zu Zeit über ein Abflußventil 25 entleert werden, wobei die Entleerung über eine entsprechende Pegelstandsanzeige selbsttätig vorgenommen werden kann. In einer weiteren Bypaßleitung 14 zum Kühlgaskreislauf ist ein Feuchtemeßgerät 15 angeordnet, mit dem Feuchtigkeitsschwankungen und Absolutgrößen ermittelt werden können. Werden mit Hilfe des Feuchtemeßgerätes 15 vom stationären Feuchtezustand abweichende Feuchtigkeitsänderungen gemessen, so kann auf ein Leck in einem der beiden Kühlwasserkreisläufe geschlossen werden.

Mit Hilfe der Feuchtigkeitsmessung kann also festgestellt werden, ob ein Leck vorhanden ist. Eine Aussage darüber, in welchem Kühlwasserkreislauf ein festgestelltes Leck sich befindet, ist hierbei jedoch noch nicht möglich. Eine derartige Aussage wäre jedoch wichtig, da in den Wicklungen auftretende Leckagen besonders ernst zu nehmen sind und zu größeren Folgeschäden führen können.

Damit eine im ersten Kühlwasserkreislauf der Wicklungen auftretende Leckage von an anderer Stelle auftretenden Leckagen unterschieden werden kann, wird das Primärwasser des ersten Kühlwasserkreislaufes mit einem Indikator versetzt und das im Gastrockner 12 gebildete Kondensat auf das Vorhandensein dieses Indikators überwacht Zu diesem Zweck ist an die Leitung 17 eine Einspeisevorrichtung 28 angeschlossen, über die radioaktives Tritium als Indikator dem Primärwasser zugegeben wird. Dabei ist jedoch die Zuführung des Tritiums auch an jeder anderen Stelle innerhalb des ersten Kühlwasserkreislaufes möglich. Bei einer Leckage in der Ständerwicklung 2a gelangt dann das Tritium über das Kühlgas in das Kondensat 22 und kann dort nachgewiesen werden. Zum Nachweis des Tritiums wird zweckmäßigerweise im Kondensat-Sammelbehälter 24 ein Szintillator 29 angeordnet, der ein

durch den Pfeil 19 angedeutetes Signal abgibt Bei einer mit Hilfe des Feuchtemeßgerätes 15 festgestellten Leckage gibt dieses Signal 19 darüber Aufschluß, ob Tritium im Kondensat 22 vorhanden ist, d.h. ob die festgestellte Leckage im ersten Kühlwasserkreislauf liegt

Wie bereits an früherer Stelle erwähnt wurde, kann auch der Läufer 3 des Generators mit einer wassergekühlten Wicklung ausgerüstet sein. In diesem FaB wird zusätzlich von der Zuleitung des Primärwassers über eine Zweigleitung 20 und den Kühlwasseranschhißkopf 26 ein Teil des Primärwassers in die Welle 4 eingeführt und nach Durchströmen der Läuferwicklung über den Kühlwasseranschlußkopf 26 aus dem Läufer 3 wieder abgeführt und über eine weitere Leitung 27 in das

Kühlwasserausdehnungsgefäß 16 zusammen mit dem über den Abfluß 150 zugeführten Ständerkühlwasser eingeleitet Auch hierbei wird eine Leckage in der Wicklung des Läufers 3 oder — wie bereits beschrieben — in der Ständerwicklung 2a durch ein entsprechendes Signal 30 des Szintillator 29 angezeigt

Mit Hilfe der Erfindung können also beliebige Leckagen innerhalb des Gehäuses einer elektrischen Maschine festgestellt werden, wobei besonders ernst zu nehmende Leckagen in der Ständerwicklung oder der Läuferwickhing gesondert angezeigt werden. Durch das frühzeitige Erkennen derartiger Leckagen können weitergehende Schädigungen der Maschine sicher verhindert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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, bei welchem 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, nach <^s Patentanmeldung P26358292-3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kühlwasser für die Wicklungen ein leicht nachweisbarer Indikator zugegeben wird und daß das in der Wärmesenke (12) gebildete Kondensat (22) auf das Vorhandensein dieses Indikators überwacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Indikator ein radioaktiver Stoff verwendet wird

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Indikator ein radioaktives Isotop in Form von Tritium verwendet wird

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem als Wärmesenke parallel zum Kühlgasstrom angeordneten externen Gastrockner und einem Feuchtemeßgerät, gekennzeichnet durch eine an den Kühlwasserkreislauf für die Wicklungen angeschlossene Einspeisevorrichtung (28) für den Indikator, einen mit dem Gastrockner (12) verbundenen Kondensat-Sammelbehälter (24) und einen in dem Kondensat-Sammelbehälter (24) angeordneten, auf den Indikator ansprechenden Detektor.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Szintillator (29) ist

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