DE3535550C2

DE3535550C2 - Kühlmittel-Temperaturüberwachung für rotierende elektrische Maschinen

Info

Publication number: DE3535550C2
Application number: DE3535550A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Uematsu; Morio Matsusaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-10-04
Filing date: 1985-10-04
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2005-10-05
Also published as: DE3535550A1; US4733225A; CH673729A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittel-Temperaturüberwachung für rotierende elektrische Maschinen, bei denen die Stator spulen mit einem durch eine Vielzahl von Kühlmittelleitungen hindurchströmenden Kühlmittel gekühlt werden, mit einer Viel zahl von Temperaturmeßfühlern zur Messung der Temperaturen des Kühlmittels in den Auslässen der Kühlmittelleitung, mit einer Vorgabeeinrichtung für einen einstellbaren Temperatur alarmwert und mit einer Vergleichseinrichtung für eine Alarm einheit zum Vergleichen der Meßsignale der Temperaturmeßfüh ler mit dem vorgegebenen Temperaturalarmwert, die ein Alarm signal an die Alarmeinheit gibt, wenn das Ausgangssignal von irgendeinem der Temperaturmeßfühler den vorgegebenen Tempera turalarmwert überschreitet.

Bei einem herkömmlichen System dieser Art ist eine Kühlmit tel-Temperaturüberwachung eines Turbinengenerators gemäß Fig. 1, 2 und 3 vorgesehen. Fig. 1 zeigt schematisch den Luftströmungszustand eines Turbinengenerators, Fig. 2 zeigt einen Schnitt zur Erläuterung einer Statorspule, und Fig. 3 zeigt schematisch eine Überwachungsschaltung für die Temperatur des Kühlmittels im Auslaß der Kühlmittel leitung der Statorspule.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Gehäuse eines Generators, das gasdicht aufgebaut ist, um Wasserstoffgas darin dicht einzuschließen. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Statorkern; das Bezugs zeichen 3 bezeichnet eine Statorspule; das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Rotor; das Bezugszeichen 5 bezeichnet Lager zur Lagerung der beiden Enden einer rotierenden Welle 4a des Rotors 4. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Ventilator, der von dem Außenumfang an einem Ende des Rotors 4 vorsteht, und das Bezugszeichen 7 bezeich net einen Wasserstoffgaskühler. Das Bezugszeichen G1 bezeichnet einen Pfeil, der die Richtung der Wasserstoff gasströmung niedriger Temperatur angibt. Das Bezugszeichen G2 bezeichnet einen Pfeil, der die Richtung der Wasser stoffgasströmung in der Statorspule 3 angibt. Das Bezugs zeichen G3 bezeichnet einen Pfeil, der die Richtung der Wasserstoffgasströmung im Auslaß einer Kühlmittelleitung angibt, die in der Statorspule 3 vorgesehen ist. Das Bezugszeichen G4 bezeichnet einen Pfeil, der die Richtung der Wasserstoffgasströmung im Rotor angibt.

Als nächstes wird die Kühlwirkung des Wasserstoffgases näher erläutert. Das Wasserstoffgas ist im Gehäuse 1 dicht eingeschlossen und wird dem Wasserstoffgaskühler 7 mit dem am Rotor 4 vorgesehenen Ventilator 6 zugeführt und gekühlt. Das gekühlte Wasserstoffgas 8 niedriger Tem peratur strömt in Richtung des Pfeiles G1. Dann strömt das Wasserstoffgas 8 vom Gaseinlaß der Statorspule 3 axial durch die Statorspule 3 in Richtung des Pfeiles G2. Das Wasserstoffgas führt die erzeugte Wärme ab, beispielsweise aufgrund von Widerstandsverlusten der Statorspule 3 zu die sem Zeitpunkt, und wird aus dem Auslaß der Kühlmittelleitung der Statorspule 3 in Richtung des Pfeiles G3 abgelassen.

Außerdem strömt das Wasserstoffgas niedriger Temperatur, das der Rotorspule des Rotors 4 zugeführt wird, von beiden Enden der Rotorspule in axialer Richtung zum Zentrum, wie es mit den Pfeilen G4 angedeutet ist. Das Wasserstoffgas führt dann in der Rotorspule erzeugte Wärme ab und wird aus dem Zentrum der Rotorspule abgelassen.

Das abgelassene Wasserstoffgas höherer Temperatur wird vom Ventilator 6 dem Wasserstoffgaskühler 7 zu geführt. Dann erfolgt ein Wärmeaustausch des Wasserstoff gases mit dem Kühlwasser, so daß ein Wasserstoffgas niedri ger Temperatur erzeugt wird, das dann erneut in Richtung der Pfeile G1, G2, G3 und G4 zirkuliert.

Die Statorspule 3 hat dabei in ihrer Umgebung einen Aufbau, der in Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 12 einen Statorkern. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Statorschlitz, wobei die Statorspule 3 in den Schlitz 13 eingesetzt ist. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Masse-Isolierteil der Statorspule 3. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Statorspulenleiter. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Leitung, die in den Lei ter 15 eingebettet ist. Die Leitung 16 ist über die gesamte Länge der Statorspule vorgesehen, und das Wasserstoffgas durchströmt die Leitung 16, um dadurch die Statorspule 3 zu kühlen. Die Statorspule 3 ist zwischen Abstandshaltern 18 und 19 eingesetzt und in dem Statorschlitz 13 mit einem Schlitzkeil 20 festgehalten.

Eine Überwachungsschaltung für die Temperatur des Kühlmit tels ist in Fig. 3 dargestellt. Das Wasserstoffgas führt die Wärme der Statorspule 3 ab, wenn es an der Statorspule 3 entlang strömt, und wird aus dem Auslaß der Kühlmittel leitung und damit dem Auslaß der Leitung 16 abgelassen, wie es Fig. 2 zeigt. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet eine Vielzahl von Temperaturmeßfühlern, die im Auslaß der Kühlmittelleitung der Statorspule 3 vorgesehen sind, um die Temperatur des aus dem Auslaß abgelassenen Wasserstoff gases zu messen. Ein Temperatursignal vom jeweiligen Tem peraturmeßfühler 21 wird einem Aufzeichnungsmeßgerät 22 und einer Alarmeinheit 23 zugeführt.

Die Alarmeinheit 23 überwacht ständig gleichzeitig die Tem peratursignale von sämtlichen Temperaturmeßfühlern 21 und er zeugt einen Alarm, wenn die Temperatur von irgendeinem der Temperaturmeßfühler 21 einen vorgegebenen Alarmwert über schreitet. Der Alarmwert wird auf einen vorgegebenen Wert festgelegt, der nur von den Temperaturmeßwerten abhängt, unabhängig von der Größe der Last des Generators und somit der Amplitude des Ankerstromes.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammen hanges zwischen dem Ankerstrom, der Temperatur des Kühl mittels im Auslaß der Kühlmittelleitung und dem Alarmwert, wobei der Temperaturanstieg des Kühlmittels in bezug auf den Ankernennstrom mit dem Wert 1 (Leistungseinheit) bezeichnet ist.

Bei einer herkömmlichen Kühlmittel-Temperaturüberwachung mit einem derartigen Aufbau ist es daher schwierig, eine Fehlfunktion der Statorspule 3 festzustellen, bis irgend eines der Temperatursignale, die von der Vielzahl von Temperaturmeßfühlern an der Statorspule 3 geliefert werden, den Alarmwert überschreitet, um einen Alarm zu erzeugen. Somit tritt bei einer herkömmlichen Kühlmittel-Temperatur überwachung das Problem auf, daß die Abhilfe nach dem Auf treten der Fehlfunktion erst mit Verzögerung erfolgen kann.

Außerdem ändert sich die Temperatur des Kühlmittels im Auslaß der Kühlmittelleitung der Statorspule in Abhängig keit von der Amplitude des Ankerstromes, aber der Alarm wert ist unabhängig vom Ankerstrom konstant. Somit tritt bei der herkömmlichen Überwachung das Problem auf, daß in dem Bereich, in dem der Ankerstrom klein ist, der Alarmwert zu groß bemessen ist, mit der Folge, daß ein Temperaturanstieg des Kühlmittels nicht sogleich als Fehlfunktion erkannt wird. Andererseits besteht bei hohen An kerströmen die Tendenz, daß eine durch den hohen Ankerstrom bedingte hohe Kühlmitteltemperatur gegebenenfalls irrtümlich als Fehlfunktion bewertet wird.

Bei derartigen herkömmlichen Systemen ist es üblicherweise auch so, daß im Hinblick auf die Feststellung einer Fehlfunk tion der Statorspule 3 ein Bedienungsmann den Betrieb des Sy stems überwacht, also Änderungen des Ankerstromes sowie die zeitliche Änderung sämtlicher Temperaturwerte, die mit einem Temperaturaufzeichnungsgerät angegeben werden, um gegebenen falls einen Alarm zu erzeugen. Diese ständige Überwachung bringt eine beträchtliche Ermüdung des Bedienungspersonals mit sich, und die Entscheidung, ob eine Fehlfunktion der Sta torspule 3 vorliegt oder nicht, erfolgt im wesentlichen auf grund der Erfahrung des Bedienungspersonals, was leicht zu Fehlentscheidungen führen kann.

Eine Kühlmittel-Temperaturüberwachung der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 26 35 044 A1 bekannt, wobei dort eine Anord nung zur Überwachung des Kühlmitteldurchflusses durch die Wicklungen einer elektrischen Maschine angegeben ist, bei der mehrere parallele Kühlmittelkreise vorgesehen sind, in denen jeweils eine Meßsonde vorhanden ist, die ein Widerstandsther mometer enthält, welches seinerseits mit einem elektrischen Heizkörper in Wärmekontakt steht. Im Speisestromkreis der Heizkörper sind Einrichtungen vorgesehen, durch welche den Heizkörpern eine konstante elektrische Leistung zugeführt wird. Die Widerstandsthermometer sind an eine Auswerteein richtung angeschlossen, mit der die Meßwerte zyklisch abge fragt und miteinander verglichen werden. Wenn die Meßwerte von zwei Temperaturmeßfühlern voneinander abweichen, wird an einem Signalanzeigegerät ein Signal ausgelöst. Bei einer Va riante des herkömmlichen Systems bildet die Auswerteeinrich tung einen Mittelwert und vergleicht die gemessenen Tempera turwerte mit diesem Mittelwert, so daß erst dann ein Warnsi gnal ausgelöst wird, wenn ein Meßwert von dem erhaltenen Mit telwert abweicht.

Bei der Kühlmittel-Temperaturüberwachung gemäß der DE 26 35 044 A1 wird ein Prinzip verwendet, das auf der Aus gestaltung der parallelen Kühlkreisläufe basiert. Der dorti gen Zielsetzung entsprechend spielt die Temperatur des Kühl mittels in der Überwachung des Kühlmittelkreislaufes keine Rolle, denn dort geht es nur darum, Abweichungen der Tempera tur festzustellen, welche auf eine Verstopfung des Kühlmit telkreislaufes zurückzuführen sind. Bei dieser herkömmlichen Kühlmittel-Temperaturüberwachung sind somit die tatsächlichen Betriebsverhältnisse der zu überwachenden Maschine nicht be rücksichtigt, insbesondere nicht der durch die elektrische Maschine fließende Strom. Auch ist dort kein Alarmschwellwert in Betracht gezogen, der sich in Abhängigkeit von dem Be triebszustand der Maschine ändert.

Die DE 32 33 203 A1 beschreibt ein Schutzrelais für elektrische Maschinen, bei welchem die Auslösewerte während des Betriebes der elektrischen Maschine ständig aufgrund von Messungen von Maschinenparametern an der Maschine und deren Verwertung in Rechenschaltungen im Sinne einer zulässigen Grenzbelastung der Maschine steuerbar sind. Dabei werden die Auslösewerte des Schutzrelais durch Adaptiv-Maschinenparameter, wie z. B. Kühlmitteldruck, Kühlmitteltemperatur, Kühlmittelkonzentra tion, Vorbelastungen und Zusatzbelastungen ermittelt. Die einzelnen Adaptiv-Maschinenparameter können dort weiterhin miteinander verknüpft werden, um ein zur Momentanbelastung der Maschine proportionales Signal zu erzeugen.

Bei dem Schutzrelais gemäß der DE 32 33 203 A1 ist somit eine aufwendige Rechenschaltung erforderlich, um die Vielzahl von Meßwerten für die jeweiligen Parameter zu verarbeiten und miteinander zu verknüpfen, damit die zulässige Grenzbelastung ermittelt wird. Eine unmittelbare Vorgabe eines Temperatur alarmwertes aufgrund eines momentan fließenden Stromes ist dort nicht vorgesehen. Auch fehlen Angaben in dieser Druck schrift für die Ausgestaltung einer Kühlmittel-Temperatur überwachung mit einfachem Aufbau, die mit wenigen Meßgrößen auskommt und dennoch eine zuverlässige Temperaturüberwachung gewährleistet.

Aus der DE-AS 11 99 394 ist eine Einrichtung zur Kontrolle der Belastung und der Temperatur sowie der Güte der Kühlung von künstlich gekühlten Trockengleichrichteranlagen bekannt. Dort ist in einem Kühlluftkanal eine Vielzahl von Kühlelemen ten angeordnet, die von einem Lüfter mit Kühlluft beauf schlagt werden. Ein erster Temperaturfühler und ein zweiter Temperaturfühler sind in Strömungsrichtung vor bzw. hinter den Kühlelementen in dem Kühlluftkanal vorgesehen und Be standteile einer Brückenschaltung, um auf diese Weise die Temperatur zu überwachen und gegebenenfalls Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Mit einer derartigen Anordnung kann jedoch nur die Summe aller Temperatureinflüsse in dem Kühlluftkanal ge messen werden, wobei eine Unterscheidung hinsichtlich der lo kalen Gegebenheiten und deren Einfluß auf die Temperaturände rung nicht möglich ist. Die speziellen Verhältnisse bei einer rotierenden elektrischen Maschine, die mit verschiedenen elektrischen Strömen beaufschlagt wird, sind in dieser Druck schrift nicht berücksichtigt.

In der DE-PS 3 62 011 ist eine Einrichtung zur Kontrolle des Betriebszustandes von elektrischen Maschinen beschrieben. Eine Temperaturüberwachung erfolgt dort in der Weise, daß man am Eingang und am Ausgang des Kühlkanals jeweils einen Tempe raturmeßfühler anbringt, die in jeweils einen Zweig einer Brückenschaltung eingesetzt sind. Diese Brückenschaltungen geben ihre Ausgangssignale an ein Zeigerinstrument, das die beiden Temperaturen am Eingang und am Ausgang des Kühlkanals auf derselben Skala zur Anzeige bringt. Mit einer entspre chenden Skalenscheibe mit eingezeichneten Kurvenscharen ist es dann möglich, eine Feststellung zu treffen, ob die maximal zulässige Erwärmung überschritten wird oder nicht. Auch diese herkömmliche Einrichtung kann den Anforderungen der Praxis nur begrenzt Rechnung tragen, denn der Temperaturmeßfühler kann nur die resultierende Gesamttemperatur am Kanalausgang messen, aber keine lokalen Differenzierungen vornehmen. Wenn dort bei einer geringen Stromaufnahme der elektrischen Ma schine eine lokale Fehlfunktion mit starker Erwärmung auf tritt, wirkt sich dies in der Gesamttemperatur unter Umstän den nur geringfügig aus, so daß der kritische Zustand nicht rechtzeitig festgestellt wird, weil der ausgangsseitige Tem peraturmeßfühler nur die gesamte Temperaturerhöhung feststel len kann.

Schließlich ist in der US 44 70 092 eine programmierbare Mo torschutzeinrichtung beschrieben, die eine Vielzahl von Be triebsparametern berücksichtigt und mit Alarmgrenzwerten ver gleicht, um entsprechende Schutzfunktionen auszuüben. Bei spielsweise werden die Statorwicklungstemperatur, der Motor strom, der Massefehlerstrom, die Leitungsspannung und die La gertemperatur gemessen und direkt in einen Schutzmodul einge geben, in welchem sie mit den entsprechenden Grenzwerten verglichen werden. Wenn einer der gemessenen Werte den vorge gebenen Grenzwert überschreitet, wird ein Alarmsignal erzeugt und ein entsprechendes Relais ausgelöst. Die Motorschutzein richtung gemäß der US 44 70 092 ist jedoch kompliziert in ih rem Aufbau und berücksichtigt die Bedürfnisse der Praxis nicht hinreichend, wenn es um die Temperaturüberwachung für eine rotierende elektrische Maschine geht, bei der die Tempe raturüberwachung wenig Aufwand erfordern und trotzdem wir kungsvoll sein soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlmittel- Temperaturüberwachung für rotierende elektrische Maschinen der gattungsgemäßen Art anzugeben, die bei vergleichsweise einfachem Aufbau eine hohe Betriebssicherheit der Maschine unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Ma schine gewährleistet.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Kühlmittel-Temperaturüberwa chung der gattungsgemäßen Art so ausgebildet wird, daß eine Strommeßeinrichtung an die Stromzuführung für die Statorspu len angeschlossen ist und kontinuierlich den Ankerstrom mißt, daß die Vorgabeeinrichtung den Temperaturalarmwert in Abhän gigkeit von dem durch die Statorspulen fließenden Strom vor gibt, daß die Vergleichseinrichtung als Temperaturdifferenz überwachung einen Alarmkurvengenerator mit einem Speicher für Temperaturalarmwerte aufweist, der obere und untere Grenz werte als Temperaturalarmwerte, bezogen auf den in den Sta torspulen fließenden Strom, liefert, und die Temperaturdiffe renz zwischen einem der vorgegebenen Temperaturalarmwerte und den in den Auslässen von den jeweiligen Temperaturmeßfühlern gemessenen Temperaturen feststellt, und daß die Alarmeinheit ein Alarmsignal erhält, wenn irgendeine der von der Tempera turdifferenzüberwachung ermittelten Temperaturdifferenzen den oberen oder unteren Grenzwert als Temperaturalarmwert, bezo gen auf den durch die Statorspulen fließenden Strom, über schreitet.

In Weiterbildung dieser Ausführungsform der Kühlmittel-Tempe raturüberwachung ist vorgesehen, daß der Alarmkurvengenerator die oberen und unteren Grenzwerte als Funktion des Quadrates des Ankerstromes der elektrischen Maschine vorgibt.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Kühlmittel-Temperaturüberwa chung der gattungsgemäßen Art so ausgebildet wird, daß eine Strommeßeinrichtung an die Stromzuführung für die Statorspu len angeschlossen ist und kontinuierlich den Ankerstrom mißt, daß die Vorgabeeinrichtung den Temperaturalarmwert in Abhän gigkeit von dem durch die Statorspulen fließenden Strom vor gibt, daß die Vergleichseinrichtung als Temperaturdifferenz überwachung die Temperaturdifferenz zwischen einem der vorge gebenen Temperaturalarmwerte und einer Temperaturdifferenz, die zwischen zwei Temperaturmeßfühlern ermittelt wird, fest stellt, und daß die Alarmeinheit ein Alarmsignal erhält, wenn irgendeine der von der Temperaturdifferenzüberwachung ermit telten Temperaturdifferenzen den vorgegebenen Temperatur alarmwert, bezogen auf den durch die Statorspulen fließenden Strom, überschreitet.

In Weiterbildung dieser zweiten Ausführungsform der Kühlmittel-Temperaturüberwachung ist vorgesehen, daß aus der Vielzahl von Temperaturmeßfühlern zwei Temperaturmeßfühler ausgewählt sind, die aufgrund ihrer Positionen in den Ausläs sen der Kühlmittelleitungen bei Normalbetrieb der zu überwa chenden Maschine eine besonders geringe Temperaturdifferenz zeigen, und daß das Alarmsignal erzeugt wird, wenn die Tempe raturdifferenz dieser Temperaturmeßfühler einen vorgegebenen Temperaturalarmwert überschreitet.

In Weiterbildung dieser zweiten Ausführungsform der Kühlmit tel-Temperaturüberwachung ist vorgesehen, daß die Vorgabeein richtung bis zu einem vorgegebenen Ankerstrom einen festen Temperaturalarmwert und bei höheren Ankerströmen einen pro portional zum Quadrat des Ankerstroms ansteigenden Tempera turalarmwert vorgibt.

Mit den Kühlmittel-Temperaturüberwachungen gemäß der Erfin dung wird die Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst. Insbesondere kann nicht nur ein anormales Ansteigen der Kühl mitteltemperatur erfaßt werden, sondern es können auch Fehl funktionen in einem Temperaturmeßfühler erkannt werden, wenn beispielsweise ein unterer Grenzwert eines Temperaturalarm wertes erreicht wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Aus führungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beilie gende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaues eines herkömmlichen Turbinengenerators und eines Kühlgas-Strömungssystems;

Fig. 2 eine Schnittansicht der Umgebung einer Statorspule eines herkömmlichen Generators;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Kühlmittel-Temperaturüberwachung;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen dem Ankerstrom und dem vorgegebenen Alarm wert eines herkömmlichen Systems;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaues einer Kühlmittel-Temperaturüberwachung für rotierende elektrische Maschinen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Temperatur differenz-Überwachungsschaltung für das Kühlmittel;

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 6;

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen dem Ankerstrom und dem vorgegebenen Alarm wert;

Fig. 9 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaues einer Kühlmittel-Temperaturüberwachung für rotierende elektrische Maschinen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 ein Schaltbild zur Erläuterung der Temperatur überwachung des Kühlmittels gemäß Fig. 9;

Fig. 11 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungs weise der Schaltung gemäß Fig. 10; und in

Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen dem Ankerstrom und dem vorgegebenen Alarmwert.

Soweit nicht anders angegeben, haben die Bezugszeichen in Fig. 5 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1 bzw. Fig. 3.

In Fig. 5 sind mit dem Bezugszeichen 21 eine Vielzahl von Temperaturmeßfühlern bezeichnet, die im Auslaß einer Kühl mittelleitung in den Statorspulen 3 vorgesehen sind. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet ein Temperaturaufzeichnungs meßgerät, das an eine Vielzahl von Temperaturmeßfühlern 21 angeschlossen ist. Das Bezugszeichen 23 bezeichnet eine Alarmeinheit, die in gleicher Weise angeschlossen ist, um Schall- oder Lichtsignale zu erzeugen. Eine Temperaturdifferenzüberwachung 24 zur Berechnung der Dif ferenz von zwei gemessenen Temperaturen ist an die Tempe raturmeßfühler 21 angeschlossen, und die Alarmeinheit 23 wird auf der Basis des Ausgangssignals von der Temperatur differenzüberwachung 24 gesteuert.

Fig. 6 zeigt ein konkretes Beispiel der Temperaturdifferenz überwachung 24. In dieser Temperaturdifferenzüberwachung 24 werden die gemessenen Temperatursignale der Temperatur meßfühler 21 über Leitungen an Wandler 25, die an den je weiligen Statorspulen 3 vorgesehen sind, in Form von Schwankungen der Widerstandswerte von Temperaturmeßwider ständen oder in Form von Spannungen angelegt, die von Ther moelementen erzeugt werden. Die Wandler 25 liefern an ihrem Ausgang beispielsweise Eingangssignale in Form von stabilen Analogsignalen, die zu einem Zeitpunkt integriert und in einen Mikrocomputer 29 eingegeben werden. Außerdem wird der Ankerstrom des Generators mit einem Stromwandler 27 abgetastet, der in einer Schaltung einer Sammelschiene vor gesehen ist, um die erzeugte Leistung einem nicht dar gestellten Haupttransformator zuzuführen, wobei der ab getastete Strom in einen Wandler 28 eingegeben wird. Der Wandler 28 gibt den Strom als Signal, das der Amplitude des Ankerstromes entspricht, in einen Mikrocomputer 29 ein. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet ein Anzeigeinstrument, das stets die Temperaturdifferenz und die Amplitude des Ankerstromes als Ausgangssignale des Mikrocomputers 29 für das Bedienungspersonal anzeigt, wobei der Mikrocomputer 29 außerdem die Alarmeinheit 23 betätigt, wenn die Tempe raturdifferenz den oben angegebenen Alarmwert überschreitet.

Als nächstes wird die Wirkungsweise der Kühlmittel-Tempe raturüberwachung mit obigem Aufbau unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 7 näher erläutert.

(a) Die Kühlmitteltemperaturen T1 bis T_n im Auslaß der je weiligen Kühlmittelleitungen werden zunächst von der Viel zahl der Temperaturmeßfühler 21 an den jeweiligen Statorspu len 3 gemessen, die Ankerströme Iph werden vom Stromwand ler 27 gemessen, und die Meßsignale werden über die Wandler 25 und 28 von dem RAM des Microcomputers 29 gelesen.
(b) Der Rechner berechnet aus den vom RAM gelesenen Anker strömen und dem vorher in einem ROM gespeicherten Anker nennstrom den in Leistungseinheiten umgewandelten laufen den Stromwert I.
(c) Dann stellt der Rechner fest, ob der Stromwert I bei spielsweise größer ist als 0,7 des Wertes, der die Tempe raturmeßfühler 21 stark beeinträchtigt, oder nicht.
(d) Falls sich als Beurteilungsergebnis I<0,7 ergibt, wird die Temperatur ΔT_ANN auf den Wert ΔT_H×I² als Alarm wert gesetzt.
(e) Für den Fall I0,7 wird die Temperatur ΔT_ANN auf den Wert ΔT_L als Alarmwert gesetzt.
(f) Dann wird die Temperaturdifferenz ΔTi für zwei oder mehr Temperaturmeßfühler 21 ermittelt. Diese Temperaturdiffe renz ΔTi wird durch die Temperaturdifferenz von jeweils zwei der Vielzahl der Temperaturmeßfühler 21 erhalten, die für die Vielzahl von Statorspulen 3 vorgesehen sind.
(g) Bei diesem Schritt wird festgestellt, ob die Vielzahl von auf diese Weise erhaltenen Temperaturdifferenzen ΔTi größer ist als der Alarmwert ΔT_ANN oder nicht. Mit ande ren Worten, es wird überprüft, ob die Beziehung ΔTi<ΔT_ANN oder die Beziehung ΔTiΔT_ANN gilt.
(h) Für den Fall, daß die Beziehung ΔTiΔT_ANN erfüllt ist, liefert der Mikrocomputer 29 ein Ausgangssignal für die Alarmeinheit 23 und warnt das Bedienungspersonal, daß eine Fehlfunktion der Statorspule vorliegt.

Beim Betrieb der Temperaturdifferenzüberwachung ergibt sich, daß auch dann, wenn die Statorspule 3 normal ist, die Tem peratur des Kühlmittels im Auslaß der Kühlmittelleitung eine Unregelmäßigkeit von ungefähr 4°C bis 5°C beim Nenn strom des Generators aufweist. Um daher den Einfluß durch die Unregelmäßigkeit zu reduzieren und die Überwachungs genauigkeit zu erhöhen, werden die zwischen zwei der Tem peraturmeßfühler 21 erhaltenen Temperaturdifferenzen mit den beiden Temperaturmeßfühlern 21 eines Satzes überwacht, die in der Position angeordnet sind, wo die Kühlmittel-Tempe raturdifferenz für sämtliche Temperaturmeßfühler 21 kleiner ist, und zwar aufgrund des Ergebnisses eines Testbetrie bes des Generators, und es wird bevorzugt, einen Alarm zu erzeugen, wenn die Temperaturdifferenz den vorgegebenen Alarmwert überschreitet.

Bei einem derartigen Betrieb kann der Trend der Temperatur differenz, die zwischen dem Ausgang eines normalen Temperaturmeßfühlers 21 als Referenz und dem Ausgang eines anderen Temperaturmeßfühlers 21 auftritt, hinsichtlich ihres Wertes ohne weiteres abgetastet werden, wenn bei irgendeiner der Statorspulen 3 eine Fehlfunktion vorliegt. Mit anderen Worten, wenn der Trend oder die Tendenz der Temperaturdifferenz mit dem Anzeigeinstrument 30 überwacht wird, kann die Fehlfunktion in Relation zum Ankerstrom ent deckt werden, bevor der Alarm erfolgt.

In der oben beschriebenen Weise ändern sich die Kühlmittel temperaturen der Statorwicklungen 3 in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung und somit vom Ankerstrom des Genera tors, und die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperaturmeßfühlern 21 steigt an, wenn der Ankerstrom an steigt. Somit wird der Alarmwert in Abhängigkeit von dem Ankerstrom vorgegeben, wie es Fig. 8 zeigt. Die Alarmwerte in Abhängigkeit vom Ankerstrom werden vorher im Festwert speicher oder ROM des Mikrocomputers 29 gespeichert. Hier bei wird der zulässige Wert der Temperaturdifferenz zwi schen den beiden Temperaturmeßfühlern 21 mit 1 (Leistungs einheit) definiert, und dieser Wert kann für die einzel nen Generatoren einstellbar sein. Da die Temperaturdiffe renz des Alarmbereiches zur Zeit der niedrigen Belastung des Generators abnimmt, kann ein irrtümlicher Alarm er zeugt werden. Zu diesem Zweck wird der Minimumwert der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperaturmeß fühlern 21 vorher begrenzt.

Bei der oben angegebenen Ausführungsform ist ein Turbinen generator beschrieben, bei dem die Statorspule 3 mit Was serstoffgas gekühlt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt. Beispiels weise kann es sich dabei auch um eine Statorspule 3 bei einem Turbinengenerator handeln, die mit Wasser oder Öl gekühlt wird.

Gemäß der vor stehend beschriebenen Erfindung werden die Temperaturen des Kühlmittels in den Auslässen der Kühlmittelleitung in einer Vielzahl von Statorspulen 3 mit speziellen Temperaturmeßfühlern 21 gemessen, die Temperatur differenzen von zwei oder mehr Meßwerten ermittelt, und wenn irgendeine der Temperaturdifferenzen den vorgegebenen Alarmwert überschreitet, der vorher in Abhängigkeit von dem Wert des Ankerstromes vorgegeben worden ist, wird eine Fehlfunktion der Statorspule 3 festgestellt, um einen Alarm zu erzeugen. Somit kann ein thermischer oder Isolierdefekt aufgrund unzureichender Kühlung des Generators und ins besondere der Statorspule 3 vorher verhindert werden, so daß sich die Zuverlässigkeit des Generators verbessern läßt. Durch die automatische Überwachung mit der Alarm einrichtung werden Fehler durch Ermüdungserscheinungen des Bedienungspersonals vermieden.

Die Fig. 9 bis 12 zeigen eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung. Die Temperatur-Alarmwerte von oberen und unteren Grenzwerten werden in Abhängigkeit vom Ausgangs signal des Generators vorher für die Auslässe der Kühl mittelleitungen in der Statorspule 3 vorgegeben. Die Tempe raturen des Kühlmittels, die in den Auslässen der Kühl mittelleitung gemessen werden, werden mit den Temperatur- Alarmwerten verglichen, und wenn die Temperatur des Kühl mittels in den Bereich innerhalb der Temperatur-Alarmwerte der oberen und unteren Grenzwerte fällt, wird ein Alarm erzeugt. Bei der beschriebenen Ausführungsform kann die Spule nicht nur dann geschützt werden, wenn eine Fehl funktion im Generator auftritt, so daß die Temperatur der Spule und damit die Kühlmitteltemperatur anormal ansteigt, sondern auch dann, wenn eine Fehlfunktion in einem Tempe raturmeßfühler 21, wie zum Beispiel einer Tastspule oder ei nem Thermoelement, auftritt.

In Fig. 9 sind mit dem Bezugszeichen 21 Temperaturmeßfüh ler bezeichnet, die in den Auslässen einer Kühlmittellei tung in den Statorspulen 3 vorgesehen sind. Das Bezugs zeichen 22 bezeichnet ein Aufzeichnungsmeßgerät, das an die Temperaturmeßfühler 21 angeschlossen ist, um Schall- oder Lichtsignale zu liefern. Das Bezugszeichen 24A bezeich net Temperaturüberwachungseinheiten, welche Rechnungen durchführen, um die Temperatur-Alarmwerte der vorgegebenen oberen und unteren Grenzwerte in Abhängigkeit vom Ausgangs signal des Generators für die Temperaturen des Kühlmittels in den Auslässen der Kühlmittelleitung mit der Temperatur differenz aus den von den Temperaturmeßfühlern 21 gemessenen Temperaturen zu vergleichen, und die Alarmeinheit 23 lie fert ein Alarmsignal, wenn die Temperaturdifferenz eine Fehlfunktion angibt.

Fig. 10 zeigt einen konkreten Aufbau einer Temperaturüber wachungseinheit 24A. In der Schaltung der Temperaturüber wachungseinheit 24A werden die Temperaturmeßsignale der jeweiligen Temperaturmeßfühler 21 den für die Statorspulen 3 vorgesehenen Wandlern 25 über Leitungen eingegeben, und zwar zum Beispiel als Schwankungen des Widerstandswertes von Temperaturmeßwiderständen oder der von Thermoelemen ten erzeugten Spannungen. Die Wandler 25 liefern beispiels weise als Ausgangssignale stabile Analogsignale, die zu einem Zeitpunkt integriert werden, und geben die Signale an Komparatoren 31. Außerdem wird der Ankerstrom des Gene rators von einem Stromwandler oder Strommeßfühler 27 gemes sen, und der gemessene Strom wird über einen Wandler 28 den Komparatoren 31 zugeführt. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet einen Alarmkurvengenerator, der die Temperatur- Alarmwerte der oberen und unteren Grenzwerte der Kühlmit teltemperatur in Form einer zweiten Kurve in Abhängigkeit von der Amplitude des Ausgangssignals und somit des Anker stromes des Generators erzeugt. Somit vergleicht der Kompa rator 31 die gemessene Temperatur in Abhängigkeit vom Ankerstrom mit dem Temperatur-Alarmwert, und die Alarm einheit 23 liefert ein Alarmsignal, wenn die Differenz anormal ansteigt.

Als nächstes soll die Wirkungsweise der Kühlmittel-Tempe raturüberwachung mit obigem Aufbau anhand des Flußdiagram mes in Fig. 11 näher erläutert werden.

(a) Zunächst werden die Kühlmitteltemperaturen T₁ bis T_n mit der Vielzahl von Temperaturmeßfühlern 21 an den jewei ligen Statorspulen 3 gemessen, die Ankerströme Iph werden mit dem Strommeßfühler 27 gemessen, und die Meßsignale werden über die Wandler 25 und 28 von den Komparatoren 31 gelesen.
(b) Der in Leistungseinheiten umgewandelte laufende Strom wert I wird aus dem in den Komparator 31 eingegebenen Ankerstrom Iph und dem vorgegebenen Ankernennstrom ermittelt.
(c) Dann werden die Temperatur-Alarmwerte der oberen und unteren Grenzwerte in Abhängigkeit vom Ankerstrom in Form einer zweiten Kurve vorgegeben und gespeichert. Der Tempe ratur-Alarmwert ist ungefähr proportional zum Quadrat des Ankerstromes I im Temperaturanstiegswert des Kühlmittels.

Somit wird der obere Grenzwert folgendermaßen definiert:

T_ANN-H = A x I² + B x I + C,

während der untere Grenzwert definiert ist als

T_ANN-L = D x I² + E x I + F

wie es in Fig. 12 mit geeignetem Spielraum angegeben ist. Die Trends oder Tendenzen der beiden sekundären Kurven werden in geeigneter Weise gewählt, und zwar durch Wahl der jeweiligen Koeffizienten A, B, C und D, E, F. Auch wenn die Statorspule 3 normal arbeitet, haben die Tempe raturen des Kühlmittels eine Unregelmäßigkeit von ungefähr 4°C bis 5°C auch zu der Zeit, wo der Ankernennstrom fließt. Somit ist es erforderlich, die Alarmkurven in Abhängigkeit von den jeweiligen Temperaturmeßfühlern 21 zu speichern.

(d) Bei diesem Schritt wird zunächst festgestellt, ob die gemessenen Temperaturen T₁ bis T_n größer sind als der vor gegebene Temperaturwert T_ANN-H des oberen Grenzwertes oder nicht.
(e) Wenn irgendeiner der Temperaturwerte T₁ bis T_n größer als der oder gleich dem Wert T_ANN-H ist (T₁ bis T_n T_ANN-H), liefert der Komparator 31 ein Alarmsignal für die Alarmeinheit 23.

Die Kühlmitteltemperatur-Anstiegskurve (I), die mit einer strichpunktierten Linie in Fig. 12 dargestellt ist, zeigt ein Beispiel dieses Zustandes, um aufzuzeigen, daß die Temperatur der Spule anormal hoch ist.

(f) Wenn die Beziehung T₁ bis T_nT_ANN-H nicht erfüllt ist und wenn die Beziehung T₁ bis T_nT_ANN-L erfüllt ist, liefert der Komparator 31 ein Alarmsignal für die Alarmein heit.

Die Kühlmitteltemperatur-Anstiegskurve (II), die in Fig. 12 strichliert eingetragen ist, zeigt ein Beispiel dieses Zu standes. Dies zeigt den Alarmzustand für den Fall, wo eine Fehlfunktion eines Temperaturmeßfühlers 21 vorliegt. Mit ande ren Worten, wenn eine Fehlfunktion eines Temperaturmeßfühlers vorliegt, so daß die Kühlmitteltemperatur-Anstiegskurve gegenüber dem Normalwert gemäß der strichlierten Linie (II) verschoben wird, kann ein Alarmsignal so lange nicht ab gegeben werden, bis die Kühlmitteltemperatur beim Alarm bereich der oberen Grenze (am Punkt P₁) ankommt, wenn der Alarmbereich der unteren Grenze nicht vorhanden ist, und ein übermäßiger Strom fließt zu der Spule. Andererseits kann das Alarmsignal bereits früh beim Punkt P₂ abgegeben werden, wenn die Kühlmitteltemperatur beim Alarmbereich der unteren Grenze ankommt, indem man den Alarmbereich der unteren Grenze vorsieht, so daß verhindert wird, daß ein übermäßiger Strom zu der Spule fließt.

(g) In dem Falle jedoch, wo die Beziehung T_ANN-L<T₁ bis T_n<T_ANN-H erfüllt ist, ist die Kühlmitteltemperatur nor mal, wie es mit der Kühlmitteltemperatur-Anstiegskurve (III) in Fig. 12 eingetragen ist, und die Statorspule 3 wird normal betrieben, so daß kein Alarm erzeugt wird.

Wie oben angegeben, werden das Temperatursignal, das Anker stromsignal und das Temperatur-Alarmwert-Signal stets dem Komparator 31 eingegeben, und das Temperatursignal in Ab hängigkeit vom Ankerstrom wird stets mit der Alarmkurve verglichen. Die Werte des Temperatursignals und des Anker stromes werden ständig von dem Anzeigeinstrument 30 für das Bedienungspersonal angegeben. Der Wandler 25, der Alarm kurvengenerator 32 und der Komparator 31 sind integriert, um die Größe des Systems zu Zwecken der Massenherstellung zu verkleinern, und das Auftreten von Fehlfunktionen kann auf ein Minimum herabgesetzt werden.

Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen werden die Temperaturen des Kühlmittels in den Auslässen der Kühlmit telleitung in einer Vielzahl von Statorspulen ständig dar aufhin untersucht, ob sie in die Temperatur-Alarmwert- Bereiche der oberen und unteren Grenzwerte fallen, die vor her in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Generators vor gegeben worden sind. Wenn sie in die Temperatur-Alarmwert- Bereiche fallen, wird ein Alarm erzeugt, und wenn ein Tem peraturmeßfühler eine Fehlfunktion aufweist, kann das Auf treten eines thermischen oder Isolierdefektes aufgrund unzureichender Kühlung des Generators und insbesondere der Statorspule rasch erkannt werden, so daß die erforder liche Abhilfe geschaffen werden kann. Außerdem können Er müdungserscheinungen des Bedienungspersonals in ihren Aus wirkungen durch die automatische Überwachung ausgeschal tet werden.

Claims

1. Kühlmittel-Temperaturüberwachung für rotierende elektri sche Maschinen, bei denen die Statorspulen (3) mit einem durch eine Vielzahl von Kühlmittelleitungen hindurchströ menden Kühlmittel gekühlt werden,
mit einer Vielzahl von Temperaturmeßfühlern (21) zur Messung der Temperaturen des Kühlmittels in den Auslässen der Kühlmittelleitung,
mit einer Vorgabeeinrichtung (32) für einen einstellba ren Temperaturalarmwert,
und mit einer Vergleichseinrichtung für eine Alarmein heit (23) zum Vergleichen der Meßsignale der Temperatur meßfühler (21) mit dem vorgegebenen Temperaturalarmwert, die ein Alarmsignal an die Alarmeinheit (23) gibt, wenn das Ausgangssignal von irgendeinem der Temperaturmeßfüh ler (21) den vorgegebenen Temperaturalarmwert überschrei tet,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Strommeßeinrichtung (27, 28) an die Stromzufüh rung (26) für die Statorspulen (3) angeschlossen ist und kontinuierlich den Ankerstrom (Iph) mißt,
daß die Vorgabeeinrichtung (32) den Temperaturalarmwert in Abhängigkeit von dem durch die Statorspulen (3) flie ßenden Strom vorgibt,
daß die Vergleichseinrichtung als Temperaturdifferenz überwachung (24A) einen Alarmkurvengenerator (32) mit ei nem Speicher für Temperaturalarmwerte aufweist, der obere und untere Grenzwerte als Temperaturalarmwerte, bezogen auf den in den Statorspulen (3) fließenden Strom, lie fert, und die Temperaturdifferenz zwischen einem der vorgegebenen Temperaturalarmwerte und den in den Ausläs sen von den jeweiligen Temperaturmeßfühlern (21) gemesse nen Temperaturen feststellt,
und daß die Alarmeinheit (23) ein Alarmsignal erhält, wenn irgendeine der von der Temperaturdifferenzüberwa chung (24A) ermittelten Temperaturdifferenzen den oberen oder unteren Grenzwert als Temperaturalarmwert, bezogen auf den durch die Statorspulen (3) fließenden Strom, überschreitet.

2. Kühlmittel-Temperaturüberwachung für rotierende elektri sche Maschinen, bei denen die Statorspulen (3) mit einem durch eine Vielzahl von Kühlmittelleitungen hindurchströ menden Kühlmittel gekühlt werden,
mit einer Vielzahl von Temperaturmeßfühlern (21) zur Messung der Temperaturen des Kühlmittels in den Auslässen der Kühlmittelleitung,
mit einer Vorgabeeinrichtung (29) für einen einstellba ren Temperaturalarmwert,
und mit einer Vergleichseinrichtung für eine Alarmein heit (23) zum Vergleichen der Meßsignale der Temperatur meßfühler (21) mit dem vorgegebenen Temperaturalarmwert, die ein Alarmsignal an die Alarmeinheit (23) gibt, wenn das Ausgangssignal von irgendeinem der Temperaturmeßfüh ler (21) den vorgegebenen Temperaturalarmwert überschrei tet,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Strommeßeinrichtung (27, 28) an die Stromzufüh rung (26) für die Statorspulen (3) angeschlossen ist und kontinuierlich den Ankerstrom (Iph) mißt,
daß die Vorgabeeinrichtung (29) den Temperaturalarmwert in Abhängigkeit von dem durch die Statorspulen (3) flie ßenden Strom vorgibt,
daß die Vergleichseinrichtung als Temperaturdifferenz überwachung (24) die Temperaturdifferenz zwischen einem der vorgegebenen Temperaturalarmwerte und einer Tempera turdifferenz, die zwischen zwei Temperaturmeßfühlern er mittelt wird, feststellt,
und daß die Alarmeinheit (23) ein Alarmsignal erhält, wenn irgendeine der von der Temperaturdifferenzüberwa chung (24) ermittelten Temperaturdifferenzen den vorgege benen Temperaturalarmwert, bezogen auf den durch die Sta torspulen (3) fließenden Strom, überschreitet.

3. Temperaturüberwachung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß aus der Vielzahl von Temperaturmeßfühlern (21) zwei Temperaturmeßfühler ausgewählt sind, die aufgrund ihrer Positionen in den Auslässen der Kühlmittelleitungen bei Normalbetrieb der zu überwachenden Maschine eine beson ders geringe Temperaturdifferenz zeigen,
und daß das Alarmsignal erzeugt wird, wenn die Tempera turdifferenz dieser Temperaturmeßfühler (21) einen vorge gebenen Temperaturalarmwert überschreitet.

4. Temperaturüberwachung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alarmkurvengenerator (32) die oberen und unteren Grenzwerte als Funktion des Quadratwertes des Ankerstro mes der elektrischen Maschine vorgibt.

5. Temperaturüberwachung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabeeinrichtung (29) bis zu einem vorgegebe nen Ankerstrom einen festen Temperaturalarmwert und bei höheren Ankerströmen einen proportional zum Quadrat des Ankerstroms ansteigenden Temperaturalarmwert vorgibt.