EP1456933A2 - Verfahren und vorrichtung zur detektion von leckagen in wassergek hlten elektrischen maschinen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur detektion von leckagen in wassergek hlten elektrischen maschinen

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Publication number
EP1456933A2
EP1456933A2 EP02799033A EP02799033A EP1456933A2 EP 1456933 A2 EP1456933 A2 EP 1456933A2 EP 02799033 A EP02799033 A EP 02799033A EP 02799033 A EP02799033 A EP 02799033A EP 1456933 A2 EP1456933 A2 EP 1456933A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
cooling
water
detector
tracer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02799033A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen DI KLAAR
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1456933A2 publication Critical patent/EP1456933A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/193—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil with provision for replenishing the cooling medium; with means for preventing leakage of the cooling medium

Definitions

  • the invention relates to a method for the detection of leaks in water-cooled electrical machines with a generator housing that is gas-tight to the atmosphere and filled with a cooling gas, and at least one closed cooling water circuit for removing the heat generated by the generator, the cooling water as a tracer, in particular a radioactive substance Tritium, contains, and wherein the cooling gas is examined by means of a detector for traces of the tracer substance.
  • the invention further relates to a device for performing this method.
  • the gas humidity measuring instruments being the relative and absolute gas humidity of one Measure the cooling gas, usually hydrogen, in the generator housing.
  • the measurement of the gas humidity may indicate a change in the gas humidity, the dew point temperature and the relative and / or absolute humidity, but these measured variables are not sufficient for the detection of a water leak, since the humidity or the dew point temperature in the generator housing is between +30 even without leakage ° C and -40 ° C can fluctuate.
  • the measuring devices commonly used are either for low dew point temperatures up to max.
  • the tracing of the cooling water with tritium for example, and the online monitoring of the cooling gas for tritium, or the additional measurement of the tritium content in the condensate of a condensate gas dryer, makes it easier to detect water leakage inside the generator housing.
  • a monitoring method is known for example from DE 27 51 964 C2. However, even with these methods it is not possible to determine the origin and quantity of the leakage water.
  • the object of the invention is to improve a method of the type mentioned at the outset in such a way that it enables a reliable statement to be made about the presence of a leak and, if possible, also about the amount of leakage and the origin of the leakage water. Furthermore, the invention has for its object to provide a device for performing the method.
  • the leakage is determined by means of a tracer detector.
  • the detector is first disconnected from the cooling gas supply and purged with an inert gas to determine whether the detector can also measure exactly a zero rate if there is definitely no tracer substance. If this test is positive, it can be clearly concluded from the tracer display that the detector has determined traces of the tracer substance and therefore a leak in the cooling water circuit can be assumed.
  • the detector is additionally subjected to a calibration, in the course of which pure cooling gas moistened with cooling water is fed to the detector.
  • Conclusions about the size of the leak can then be drawn from the rate of increase and the level of the pulse rate of the detected tracer substance.
  • the cooling gas is fed continuously to a gas dryer.
  • This process is characterized by the process steps:
  • the exchangeable cartridge filled with a hygroscopic gel has a known dry weight
  • a comparison of the weight with the weight of the wet cartridge after a known operating time with a known volume flow allows conclusions to be drawn about the amount of water per unit time, for example per hour, and thus the size of the leak .
  • the determined specific activity of the tracer substance found is also an important parameter for determining the amount of leakage.
  • the amount of leakage when using a gel dryer as a gas dryer can also be used to determine the weight of the entire gel filling of the gas dryer to determine the dry / moist weight difference. For this purpose, from the point of view of the device, it makes sense to provide the chamber containing the gel with a weighing device, since this eliminates the need to remove and separately weigh the gas dryer.
  • this method also has the possibility, at least in part, of determining the location of the leak. For example, if tracer substance is present in the secondary cooling water, it can be concluded that there is a leak in the area of the water / water cooler.
  • the tracer traces in the gas or in the liquid determined according to the various process variants are residual moisture containing tracers, which are stored in the machine for various reasons , it is further proposed that the specific activity of the tracer substance be increased by 50 to 100% between two measurements.
  • cooling gas can enter the cooling water circuit.
  • This gas is dissolved or transported in gas bubbles via the cooling water circuit to the expansion tank, where the gas leads to an increase in pressure in the expansion tank with a possible response of the pressure relief valve.
  • the determination of such leaks is important, since it can often be an early stage of a later larger leak with water entering the machine, which is why this error determination can avoid high repair costs and machine downtimes.
  • Figure 1 in a circuit diagram schematically the structure and in particular the cooling circuits of a turbogenerator
  • FIG. 2 shows a circuit diagram corresponding to FIG. 1, in particular illustrating possible leakage points and
  • Figure 3 is a schematic representation of a gel dryer.
  • the turbogenerator 1 shown in FIGS. 1 and 2 has a gas-tight generator housing 2, the interior 3 of which is filled with pressurized hydrogen as the cooling gas.
  • the hydrogen essentially cools the laminated core 5 of the stator which surrounds the shaft 4 forming the rotor.
  • the use of hydrogen as a cooling gas reduces the gas friction losses compared to air cooling.
  • the heat absorbed by the hydrogen is dissipated to the so-called secondary cooling water 7 in hydrogen coolers 6, the water pressure of the secondary cooling water 7 in the hydrogen coolers 6 usually being above the pressure of the hydrogen.
  • stator windings 11 with Teflon hoses for potential isolation, pipes 12 and compensators 13 are arranged.
  • the winding bars of the stator winding 11 have waveguides in which the so-called primary cooling water 14 of the generator cooling circuits flows in order to dissipate the heat loss.
  • the water pressure of this circuit of the primary cooling water 14 of the stator winding 11 is generally below the pressure of the hydrogen.
  • switching lines and current feedthroughs 16 are cooled via a separate primary water cooling circuit 15, the water pressure of this cooling circuit 15 being in part above the pressure of the hydrogen.
  • a rotor winding 17 is cooled via a further separate primary water cooling circuit 18, the water pressure of which due to the centrifugal forces of the rotating shaft 4 is always above the pressure of the hydrogen.
  • the cooling water of the circuit 18 of the rotor winding 17 is fed to the shaft 4 via corresponding pipelines 19 and discharged from the shaft 4 again via these pipelines 19.
  • a partial stream 20 of the hydrogen is fed to at least one gas dryer 21.
  • the gas dryer 21 is connected to the generator housing 2 via pipes 22 and valves.
  • Gel dryers and also condensate dryers are used as gas dryers, the collected water being discharged via a pipeline 23 in the form of water vapor when the gel dryer is regenerated, while the condensate is collected in the pipeline 23 when a condensate dryer is used.
  • Tubes 25 with liquid detectors 26, which detect the occurrence of leakage water and / or condensate, are connected to a current lead-through box 24 through which hydrogen flows and at the lowest points of the generator housing 2. Liquid detectors 26 are also installed in the power feed-through box itself.
  • a moisture meter 28 in the bypass is continuously supplied with hydrogen via a pipeline 27.
  • a tritium detector 29 is also continuously flowed through by hydrogen.
  • an outer cooling circuit In addition to the inner cooling circuits described above, there is an outer cooling circuit.
  • This comprises an expansion tank 30, in which the hot water of the three cooling circuits 14, 15 and 18 is collected in order to be subsequently cooled back in a water / water cooler 31.
  • the expansion tank 30 is flowed through with hydrogen at a slight overpressure via a feed line 32.
  • the Water / water cooler 31 removes the heat via the secondary water 7, the water pressure of which is normally below the primary water pressure.
  • a pump 33 is required, which can be arranged at the end of the shaft 4 in the so-called water connection head 34.
  • the excitation machine with the rectifiers 36 or slip rings are located between this water connection head 34 and a coupling 35 of the generator on the exciter side.
  • a drain and ventilation pipe system 37 is also connected to the pipe system of the outer cooling circuit. Further units, which are arranged in the outer cooling circuit for chemical water treatment, water return and water replenishment, have not been shown and / or not explained for reasons of a better overview and better understanding.
  • FIG. 2 shows the entry points through which water, moisture, oil, hydrogen, air and tritium can enter and / or exit the system.
  • a possible entry point for moisture into the interior 3 of the generator housing 2 is the ambient air 100 during manufacture or when the machine is opened during the revision.
  • so-called sub-dryers are installed when the machine is at a standstill to prevent the ingress of air humidity.
  • moisture is preferably stored in the machine as water vapor 101 in hygroscopic materials and capillaries.
  • Insulation materials can absorb water vapor down to the deep layers and under appropriate physical conditions Submit conditions gradually. Newer insulating materials with a high glass content absorb less water vapor in deeper layers, but can bind water 102 on the surface. This results in changes in moisture within the generator housing 2 due to the absorption and release of water vapor in accordance with the partial pressures of the water vapor in the stored state and in the adjacent gas.
  • the moisture bound in materials and capillaries can be more than dm 3 . It may take several weeks to expel this amount of moisture with the aid of a gas dryer 21.
  • the hydrogen cooler 6 If, at this time, the hydrogen cooler 6 is flowed through with cold secondary water 7, it can lead to condensation 104 on the cooling tubes and / or fins, or to the condensate 105 dripping off. In this case, a response of the liquid detector 26 cannot be ruled out.
  • the absorption of water takes place according to an e-function, that is to say the dryer practically no longer absorbs water after an operating time which is dependent on many functions. In this operating state, it can even release moisture under certain circumstances.
  • the operating time is determined according to the color change of the gel or the so-called breakthrough temperature.
  • So-called regeneration operation is required so that the dryer can absorb water again.
  • the dryer is shut off and the water 108 is extracted with warm air.
  • the dew point temperature in the hydrogen rises again during this regeneration of the dryer.
  • This average dew point temperature is not only dependent on the type of machine; rather, identical machines can have significantly different average dew point temperatures with the same mode of operation. Dew- point temperatures from -10 ° C to -15 ° C or even below -40 ° C can be reached.
  • the entry of moisture via the make-up of hydrogen 109 can be excluded with a high degree of probability.
  • moisture 110 is supplied to the gas cooling circuit from the outside via the shaft seal 9.
  • An oil exchange can occur in the shaft seal 9, in which air-saturated oil is mixed with hydrogen-containing oil.
  • the air-saturated oil or oil enriched with atmospheric air contains plant-specific and environmentally-specific high water vapor components that can penetrate the gas cooling circuit and influence the moisture level in the machine.
  • Secondary water 111 can get into the generator housing 2 via a leaky hydrogen cooler 6.
  • the moisture meters 28 cannot distinguish the entry of water from different sources, so that a moisture alarm of the moisture meters 28 does not necessarily mean that there is a leak, since the above explanations have shown that there are various causes that can lead to the accumulation of water and / or moisture in the machine without leakage.
  • Tritium is used as an aid for detection because the influencing factors of the humidity 100 to 111 make the detection of a leak more difficult in the machine.
  • the online monitoring of hydrogen on tritium with appropriate detec- gates 29 has proven itself for the fundamental determination of a leak in the primary water circuit. If tritium is displayed via the detector 29, the question arises as to the location and amount of the leak, the danger to the machine and the authenticity of the error message. With a correspondingly high effort, it is possible to detect even the smallest leaks ⁇ 10g / h.
  • Figure 3 shows a circuit variant of how the gas dryer 21 can be coupled to the machine via the pipeline 22.
  • the gas dryer 21 is designed as a gel dryer which has a chamber 38 filled with a hygroscopic gel.
  • an exchangeable cartridge 39 which is filled with a hygroscopic gel, is arranged in the circuit 22 towards the gas dryer 21 in this circuit.
  • the water consumption of the gel per unit of time can be determined with a known operating time and a known volume flow through the cartridge, which in turn enables a statement about the amount of leakage.
  • the gas dryer 21 does not necessarily have to be designed as a gel dryer, as is the case in the embodiment shown.
  • the use of a condensate dryer is also possible.
  • FIG. 3 shows a further possibility of determining the weight difference described above between the dry and the wet gel.
  • the chamber 38 filled with the gel is connected to a weighing device 40, so that it is not removed the chamber 38 or the entire gas dryer 21 enables the weight of the gel to be determined to determine the leakage size.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Leckagen in wassergekühlten elektrischen Maschinen mit einem gegenüber der Atmosphäre gasdichten und mit einem Kühlgas gefüllten Generatorgehäuse sowie zumindest einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf zum Abführen der von dem Generator erzeugten Wärme, wobei das Kühlwasser als Tracer eine radioaktive Substanz, insbesondere Tritium, enthält, und wobei mittels eines Detektors das Kühlgas auf Spuren der Tracersubstanz untersucht wird. Ein Verfahren der eingangs genannten, dass eine zuverlässige Aussage über das Vorliegen einer Leckage und möglichst auch über die Leckagemenge sowie die Herkunft des Leckagewassers ermöglicht, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a Feststellen von Spuren der Tracersubstanz im Kühlgas mittels des Detektors b Abtrennen des Detektors von der Kühlgas-Zufuhr und c Spülen des Detektors mit einem Inertgas und Durchführen einer Nullmessung zur Bestimmung der Nullrate des Detektors.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Leckagen in wassergekühlten elektrischen Maschinen
Die Erfindung betrifft ein- Verfahren zur Detektion von Leckagen in wassergekühlten elektrischen Maschinen mit einem gegenüber der Atmosphäre gasdichten und mit einem Kühlgas gefüllten Generatorgehäuse sowie zumindest einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf zum Abführen der von dem Generator erzeugten Wärme, wobei das Kühlwasser als Tracer eine radioaktive Substanz, insbesondere Tritium, enthält, und wobei das Kühlgas mittels eines Detektors auf Spuren der Tracersubstanz untersucht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .
Um zu verhindern, dass aufgrund einer Leckage Wasser beispielsweise in den Schaltleitungskreis eindringt und einen Kurzschluß verursacht und zum Abschalten der gesamten Anlage führt, ist es aus der Praxis bekannt, im Generatorgehäuse Flüssigkeitsmelder und auch Gasfeuchtemeßinstrumente anzuordnen, wobei die Gasfeuchtemeßinstrumente die relative und absolute Gasfeuchte eines im Generatorgehäuse befindlichen Kühlgases, meist Wasserstoff, messen. Die Messung der Gasfeuchte kannn zwar eine Änderung der Gasfeuchte, der Taupunkttemperatur und der relativen und/oder absoluten Feuchten anzeigen, für die Detektion einer Wasserleckage reichen diese Meßgrößen aber nicht aus, da die Feuchte oder die Taupunkttemperatur im Generatorgehäuse auch ohne Leckage schon zwischen +30°C und -40°C schwanken können. Die gebräuchlicherweise eingesetzten Meßgeräte sind entweder für niedrige Taupunkttemperaturen bis max. +10°C oder nur für Hochfeuchten bis +30°C meßsicher zu verwenden. Mit diesen herkömmlichen Geräten ist eine sichere Überwachung der Feuchte somit nur begrenzt möglich. Darüber hinaus ist das Verhalten der Feuchte in der Maschine auch ohne den Eintrag von Feuchte durch eine Leckage aufgrund unterschiedlicher Einflußgrößen sehr individuell, so dass üder die Feuchtemessung allein keine zuverlässige Aussage über das Vorliegen einer Leckage möglich ist.
Durch die Tracerung des Kühlwassers beispielsweise mit Tritium und die online-Überwachung des Kühlgases auf Tritium bzw. die ergänzende Messung des Tritiumgehalts im Kondensat eines Kondensat-Gastrockners wird der Nachweis einer Wasserleckage in Inneren des Generatorgehäuses erleichtert. Ein solches Überwachungsverfahren ist beispielsweise aus der DE 27 51 964 C2 bekannt. Aber auch mit diesen Verfahren ist eine Bestimmung der Herkunft und Menge des Leckagewassers nicht möglich.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass es eine zuverlässige Aussage über das Vorliegen einer Leckage und möglichst auch über die Leckagemenge sowie die Herkunft des Leckagewassers ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte :
a) Feststellen von Spuren der Tracersubstanz im Külgas mittels des Detektors; b) Abtrennen des Detektors von der Kühlgas-Zufuhr und c) Spülen des Detektors mit einem Inertgas und Durchführen einer Nullmessung zur Bestimmung der Nullrate des Detektors.
Gemäß diesem ersten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Leckagebestimmung mittels eines Tracer-Detektors. Um sicherzustellen, dass aus der Anzeige des Detektors wirklich auf das Vorliegen einer Leckage geschlossen werden kann, wird der Detektor zuerst von der Kühlgas-Zufuhr abgekoppelt und mit einem Inertgas gespült, um festzustellen, ob der Detektor auch exakt eine Nullrate messen kann, wenn definitiv keine Tracersubstanz vorliegt. Wird dieser Test positiv beendet, ist aus der Tracer-Anzeige eindeutig zu schließen, dass der Detektor Spuren der Tracersubstanz ermittelt hat und somit von einer Leckage im Kühlwasserkreislauf auszugehen ist.
Zur Ermittlung von Hinweisen auf die Größe der ermittelten Leckage wird gemäß einer bevorzugten ausführungsform vorgeschlagen, dass der Detektor zusätzlich noch einer Kalibrierung unterzogen wird, in deren Verlauf dem Detektor mit Kühlwasser befeuchtetes reines Kühlgas zugeführt wird. Aus der Anstiegsgeschwindigkeit und der Höhe der Impulsrate der de- tektierten Tracersubstanz lassen sich dann Rückschlüsse über die Leckagegröße herleiten.
Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante wird das Kühlgas kontinuierlich einem Gastrockner zugeführt. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte :
Durchleiten des zu trocknenden Kühlgases durch eine dem eigentlichen Gastrockner vorgeschaltete, auswechselbar in der Zuleitung angeordnete Gelpatrone mit einem festgelegten Trockengewicht ;
Wiegen der nassen Gelpatrone und Ermitteln der Wassermengenaufnahme pro Zeiteinheit und Untersuchen des Gels auf Spuren der Tracersubstanz.
Da die auswechselbare, mit einem hygroskopischen Gel gefüllte Patrone ein bekanntes Trockengewicht hat, kann durch einen Gewichtsvergleich mit dem Gewicht der nassen Patrone nach einer bekannten Betriebsdauer bei bekanntem Volumenstrom auf Wassermengenaufnahme pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Stunde, und somit auf die Größe der Leckage geschlossen werden. Ebenso ist die ermittelte spezifische Aktivität der festgestellten Tracersubstanz eine wichtige Größe zur Bestimmung der Leckagemenge. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung der Gelpatrone kann die Leckagemenge bei der Verwendung eines Geltrockners als Gastrockner auch das Gewicht der gesamten Gelfüllung des Gastrockners zur Ermittlung der trocken/feucht Gewichtsdifferenz herangezogen werden. Zu diesem Zweck ist es aus vorrichtungs- mäßiger Sicht sinnvoll, die das Gel beinhaltende Kammer mit einer Wägeeinrichtung zu versehen, da auf diese Weise auf einen Ausbau und eine gesonderte Wägung des Gastrockners verzichtet werden kann.
Neben den Möglichkeiten eine Leckage über Gasuntersuchungen zu ermitteln, besteht nach einer dritten Verfahrensvariante mit am Gehäuse angeordneten Flüssigkeitsmeldern die Möglichkeit, eine Leckage durch Untersuchungen von an verschiedenen Stellen an der Maschine aufgenommenen Flüssigkeiten zu ermitteln. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt :
Untersuchen des im Generatorgehäuse angesammelten Wassers und/oder Kondensats, des Sekundärkühlwassers, des Dichtöls der Wellendichtungen, der Feuchtigkeit im Kupplungsschutz der Erregerkupplung und/oder des Wassers am Austrittsrohrs beim Regenerierbetrieb des Gastrockners auf Spuren der Tracersubstanz .
Neben der Ermittlung einer Leckage beim Vorliegen von Spuren der Tracersubstanz in der untersuchten Flüssigkeit besteht bei diesem Verfahren zumindest teilweise die Möglichkeit, auch den Ort der Leckage zu bestimmen. So ist beispielsweise beim Vorliegen von Tracersubstanz im Sekundärkühlwasser darauf zu schließen, dass eine Leckage im Bereich der Wasser/ Wasser-Kühler vorliegt .
Um auszuschließen, dass es sich bei den nach den verschiedenen Verfahrensvarianten ermittelten Tracerspuren im Gas oder in der Flüssigkeit um tracerhaltige Restfeuchte handelt, die sich aus verschiedenen Gründen in der Maschine eingelagert hat, wird weiterhin vorgeschlagen, dass zwischen zwei Messungen die spezifische Aktivität der Tracersubstanz um 50 bis 100% erhöht wird.
Schließlich wird mit einer vierten Verfahrensvariante vorgeschlagen auch Leckagen zu ermitteln, die nicht oder aufgrund unterschiedlicher Druckverhältnisse noch nicht zum Eindringen von Feuchte oder Wasser in die Maschine geführt haben. Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt:
Bestimmen der Gasblasen und des Druckanstiegs im einem Ausdehnungsbehälter der Primärkühlkreisläufe zur Ermittlung einer Gasleckage mit Eintritt von Kühlgas in den Kühlwasserkreislauf .
Bei kleinen Leckagen kann Kühlgas in den Kühlwasserkreislauf eindringen. Dieses Gas wird gelöst oder in Gasblasen über den Kühlwasserkreislauf zum Ausdehnungsbehälter transportiert, wo das Gas zu einem Druckanstieg im Ausdehnungsbehälter mit eventuellem Ansprechen des Überdruckventils führt. Die Ermittlung solcher Leckagen ist wichtig, da es sich häufig um ein Frühstadium einer später größeren Leckage mit Wassereintritt in die Maschine handeln kann, weshalb durch diese Fehlerermittlung hohe Reparaturkosten und Ausfallzeiten der Maschine vermieden werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der der Aufbau einer elektrischen Maschine nur beispielhaft schematisch dargestellt ist, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In der Zeichnung zeigt :
Figur 1 in einem Schaltbild schematisch den Aufbau und insbesondere die Kühlkreisläufe eines Turbogenerators;
Figur 2 ein Figur 1 entsprechendes Schaltbild, insbesondere mögliche Leckagestellen darstellend und Figur 3 eine schematische Darstellung eines Geltrockners.
Der in Figur 1 und 2 dargestellte Turbogenerator 1 weist ein gasdichtes Generatorgehäuse 2 auf, dessen Innenraum 3 mit unter Druck stehendem Wasserstoff als Kühlgas gefüllt ist. Der Wasserstoff kühlt neben anderen Komponenten im wesentlichen die eine den Läufer bildenden Welle 4 umgebenden Blechpakete 5 des Ständers. Die Verwendung von Wasserstoff als Kühlgas reduziert die Gasreibungsverluste gegenüber einer Luftkühlung .
Die vom Wasserstoff aufgenommenen Wärme wird in Wasserstoffkühlern 6 an das sogenannte Sekundärkühlwasser 7 abgeführt, wobei der Wasserdruck des Sekundärkühlwassers 7 in den Was- serstoffkühlern 6 meist über dem Druck des Wasserstoffs liegt .
Damit zwischen der rotierenden Welle 4 und dem Generatorgehäuse 2 der Wasserstoff nicht in die Atmosphäre 8 entweichen kann, werden ölgeschmierte Wellendichtungen 9 verwendet, die neben Lagern 10 auf der Welle 4 angeordnet sind. Im Innenraum 3 des Generatorgehäuses 2 sind Ständerwicklungen 11 mit Teflonschläuchen zur Potentialtrennung, Rohrleitungen 12 sowie Kompensatoren 13 angeordnet . Die Wicklungsstäbe der Ständerwicklung 11 weisen Hohlleiter auf, in denen das sogenannte Primärkühlwasser 14 der Generatorkühlkreise zur Abführung der Verlustwärme strömt. Der Wasserdruck dieses Kreislaufs des Primärkühlwassers 14 des Ständerwicklung 11 liegt im allgemeinen unter dem Druck des Wasserstoffs.
Im Generatorgehäuse 2 werden über einen separaten Primärwasser-Kühlkreis 15 Schaltleitungen und Stromdurchführungen 16 gekühlt, wobei der Wasserdruck dieses Kühlkreises 15 zum Teil über dem Druck des Wasserstoffs liegt.
Eine Läuferwicklung 17 wird über einen weiteren separaten Primärwasser-Kühlkreislauf 18 gekühlt, dessen Wasserdruck aufgrund der Fliehkräfte der rotierenden Welle 4 immer über dem Druck des Wasserstoffs liegt. Das Kühlwasser des Kreislaufs 18 der Läuferwicklung 17 wird der Welle 4 über entsprechende Rohrleitungen 19 zugeführt und über diese Rohrleitungen 19 von der Welle 4 wieder abgeführt.
Zur kontinuierlichen Trocknung des Wasserstoffs wird ein Teilstrom 20 des Wasserstoffs mindestens einem Gastrockner 21 zugeführt. Der Gastrockner 21 ist über Rohrleitungen 22 und Ventile mit dem Generatorgehäuse 2 verbunden. Als Gastrockner 21 werden Geltrockner und auch Kondensattrockner verwendet, wobei beim sogenannten Regenerieren des Geltrockners das gesammelte Wasser über eine Rohrleitung 23 in Form von Wasserdampf abgeführt wird, während bei der Verwendung eines Kondensattrockners in der Rohrleitung 23 das Kondensat gesammelt wird.
An einem vom Wasserstoff durchströmten Stromdurchführungs- kasten 24 sowie an den tiefsten Punkten des Generatorgehäu- sese 2 sind sind Rohre 25 mit Flüssigkeitsmeldern 26 angeschlossen, die das Auftreten von Leckagewasser und/oder Kondensat detektieren. Auch im Stromdurchführungskasten selbst sind Flüssigkeitsmelder 26 installiert.
Zur Messung der Gasfeuchte im Wasserstoff wird über eine Rohrleitung 27 ein Feuchtemesser 28 im Bypass kontinuierlich mit Wasserstoff versorgt. Ebenso wird ein Tritium-Detektor 29 kontinuierlich von Wasserstoff durchströmt.
Ergänzend zu den voranstehend beschriebenen inneren Kühlkreisen existiert ein äußerer Kühlkreis. Dieser umfaßt einen Ausdehnungsbehälter 30, in dem das Warmwasser der drei Kühl- kreisläufe 14, 15 und 18 gesammelt wird, um anschließend in einem Wasser/Wasser-Kühler 31 zurückgekühlt zu werden. Für die chemische Konditionierung des Wassers der Primärkreisläufe wird der Ausdehnungsbehälter 30 bei leichtem Überdruck über eine Zuleitung 32 mit Wasserstoff durchströmt. Der Wasser/Wasser-Kühler 31 führt die Wärme über das Sekundärwasser 7 ab, dessen Wasserdruck normalerweise unterhalb des Primärwasserdrucks liegt. Zur Förderung des Primärwassers ist eine Pumpe 33 erforderlich, die am Ende der Welle 4 in dem sogenannten Wasseranschlußkopf 34 angeordnet sein kann. Zwischen diesem Wasseranschlußkopf 34 und einer erregerseitigen Kupplung 35 des Generators befinden sich die Erregermaschine mit den Gleichrichtern 36 oder nicht dargestellte Schleifringe .
An das Rohrsystem des äußeren Kühlkreis ist ferner ein Ent- leerungs- und Entlüftungsrohrsystem 37 angeschlossen. Weitere Aggregate, die im äußeren Kühlkreis zur chemischen Wasseraufbereitung, Wasserrückführung und Wassernachspeisung dienend angeordnet sind, wurden aus Gründen einer besseren Übersicht und eines besseren Verständnisses nicht dargestellt und/oder nicht erläutert .
Während anhand von Figur 1 der Aufbau des Turbogenerators 1 erläutert wurde, zeigt die Abbildung Figur 2 die Eintragstellen auf, über die Wasser, Feuchte, Öl, Wasserstoff, Luft und Tritium in das System eintreten und/oder aus diesem austreten können.
Eine mögliche Eintragstelle von Feuchte in den Innenraum 3 des Generatorgehäuses 2 ist die Umgebungsluft 100 während der Fertigung oder beim Öffnen der Maschine während der Revision. Um diese Menge klein zu halten, werden bei Maschinenstillständen sogenannte Munterstrockner installiert, die das Eindringen von Luftfeuchte verhindern sollen.
In Abhängigkeit von der Umgebungsfeuchte, der Temperatur, den Werkstoffen, den Fertigungsprozessen und anderen Faktoren wird in der Maschine Feuchte als Wasserdampf 101 bevorzugt in hygroskopischen Materialien und Kapillaren gespeichert. Isolationswerkstoffe können Wasserdampf bis in die tiefen Schichten aufnehmen und unter entsprechenden physikalischen Bedingungen wieder nach und nach abgeben. Neuere Isolierstoffe mit hohem Glasanteil nehmen weniger Wasserdampf in tiefere Schichten auf, können aber an der Oberfläche Wasser 102 binden. Somit ergeben sich Feuchteänderungen innerhalb des Generatorgehäuses 2 durch Aufnahme und Abgabe von Wasserdampf entsprechend der Partialdrücke des Wasserdampfs im eingelagerten Zustand und im angrenzenden Gas. Die in Werkstoffen und Kapillaren gebundene Feuchte kann dabei mehr als dm3 betragen. Zum Austreiben dieser Feuchtemenge mit Hilfe eines Gastrockners 21 können mehrere Wochen benötigt werden.
Wenn die Druckprobe des Generatorgehäuses 2 an der fertigen Maschine mit trockener Luft oder feuchter Luft durchgeführt wird, stellen sich über die Zeit neue Taupunkttemperaturen ein, die in der Regel von dem Feuchtemesser 28 gemessen werden. Beim Füllen des Generatorgehäuses 2 mit Wasserstoff ist dessen Taupunkttemperatur normalerweise sehr niedrig. Wird die Primärwassertemperatur mit einer Heizvorrichtung erhöht und das Primärwasser mit einer Umwälzpumpe durch die Wicklungen gedrückt, wird Feuchte aus den indirekt erwärmten Bauteilen frei und die Taupunkttemperatur im Gas steigt, bis sich bei konstanter Temperatur von Gas und Werkstoff ein neuer Gleichgewichtszustand der Wasserdampfpartialdrücke eingestellt hat. An Bauteilen, die kalt bleiben, wie beispielsweise den Gehäusewänden, kann es zu Taupunktunterschreitungen und zum Ausfall von Wasser 103 kommen. Wenn zu dieser Zeit die Wasserstoffkühler 6 mit kaltem Sekundärwasser 7 durchströmt werden, kann es hier zur Kondensation 104 an den Kühlrohren und/oder Lamellen, oder zum Abtropfen des Kondensats 105 führen. Ein Ansprechen der Flüssigkeitsmelder 26 ist in diesem Fall nicht auszuschließen.
Diese beschriebenen Vorgänge erfolgen auch, wenn sich das Kühlgas Wasserstoff beim Hochfahren der Maschine durch Reibungsverluste, insbesondere bei Maschinen mit Kompressoren, schnell erwärmt und das Gas schnell und mit großer Intensität freiwerdende Feuchte aus den Isolierstoffen und Kapillaren 106 aufnimmt. Um eine Betauung an den Wicklungen zu verhindern, wird regelungstechnisch die Primärwassertemperatur immer über der Gastemperatur gehalten. Die Wasserstoffkühler 6 werden jedoch, sobald das Sekundärwasser 7 diese zum Regeln der Gastemperatur durchströmt, zu Kältefallen im Generatorgehäuse 2. Bei diesem Anfahrvorgang können im Innenraum 3 der Maschine die Taupunkttemperaturen temporär bis auf +30°C ansteigen. Beim Zuschalten des Kühlwassers der Wasserstoffkühler 6 kann es zu einer schlagartigen Betauung und zum Abtropfen kommen.
Nach diesen Übergangsphasen stellen sich wieder stabilere Verhältnisse der Dampfpartialdrücke ein und durch den Betrieb der Gastrockner 21 zum Entzug von Wasserdampf 107 aus dem Gaskühlkreis sinkt die Taupunkttemperatur.
Kommen Geltrockner als Gastrockner 21 zum Einsatz, verläuft die Aufnahme von Wasser nach einer e-Funktion, das heißt, der Trockner nimmt nach einer von vielen Funktionen abhängigen Betriebszeit praktisch kein Wasser mehr auf. In diesem Betriebszustand kann er sogar unter Umständen wieder Feuchte abgeben. In der Praxis wird die Betriebszeit nach dem Farbumschlag des Gels oder nach der sogenannten Durchbruchstemperatur bestimmt.
Damit der Trockner wieder Wasser aufnehmen kann, ist ein sogenannter Regenerationsbetrieb erforderlich. Während dieses Betriebs wird der Trockner abgesperrt und das Wasser 108 mit warmer Luft entzogen. Die Taupunkttemperatur im Wasserstoff steigt während dieser Regenerierung des Trockners wieder an. Erfahrungsgemäß stellt sich nach mehreren Wochen bei konstantem Leistungsbetrieb des Generators eine mittlere Taupunkt- temperatur ein. Diese mittlere Taupunkttemperatur ist nicht nur vom Maschinentyp abhängig, vielmehr können baugleiche Maschinen bei gleicher Fahrweise der Leistung deutliche unterschiedliche mittlere Taupunkttemperaturen aufweisen. Tau- punkttemperaturen von -10°C bis-15°C oder auch unter -40°C können sich einstellen.
Sobald die thermischen Verhältnisse sich in der Maschine beim Leistungsbetrieb ändern, stellen sich neue Taupunkttemperaturen ein, selbst, wenn es nicht zu einer Kondensation an kalten Bauteilen kommt. Mit dem Feuchtemesser 28 werden diese erfaßt. Der Anstieg der Feuchte läßt aber keinen direkten Rückschluß auf das Vorliegen einer Primärwasserleckage zu.
Das Eintragen von Feuchte über die Nachspeisung von Wasserstoff 109 kann mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden.
Ferner besteht die Möglichkeit, dass dem Gaskühlkreis von außen Feuchte 110 über die Wellendichtung 9 zugeführt wird. In der Wellendichtung 9 kann es zu einem Ölaustausch kommen, bei dem luftgesättigtes Öl mit wasserstoffhaltigem Öl vermischt wird. Das luftgesättigte oder mit atmosphärischer Luft angereicherte Öl enthält anlagen- und umweltspezifisch hohe Wasserdampfanteile, die in den Gaskühlkreis eindringen und den Feuchtezustand in der Maschine beeinflussen können.
Über einen undichten Wasserstoffkühler 6 kann Sekundärwasser 111 in das Generatorgehäuse 2 gelangen. Die Feuchtemesser 28 können aber den Eintrag von Wasser aus unterschiedlichen Quellen nicht unterscheiden, so dass ein Feuchtealarm der Feuchtemesser 28 noch nicht zwangsläufig bedeutet, dass eine Leckage vorliegt, da die voranstehenden Darlegungen gezeigt haben, dass vielfältige Ursachen vorliegen können, die zur Ansammlung von Wasser und/oder Feuchte in der Maschine führen, und zwar ohne das Vorliegen einer Leckage.
Weil die Einflussgrößen der Feuchte 100 bis 111 in der Maschine die Detektion einer Leckage erschweren, wird Tritium als Hilfsmittel zur Detektion verwendet. Die online-Überwachung des Wasserstoffs auf Tritium mit entsprechenden Detek- toren 29 hat sich zur grundsätzlichen Feststellung einer Leckage im Primärwasserkreis bewährt. Wird über den Detektor 29 Tritium angezeigt, stellt sich die Frage nach Ort und Menge der Leckage, nach der Gefährdung der Maschine und nach der Echtheit der Fehlermeldung. Mit einem entsprechend hohem Aufwand ist es möglich auch Kleinstleckagen <10g/h nachzuweisen.
Die Abbildung Figur 3 zeigt eine Schaltungsvariante, wie der Gastrockner 21 über die Rohrleitung 22 an die Maschine angekoppelt sein kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gastrockner 21 als Geltrockner ausgebildet, der eine mit einem hygroskopischen Gel gefüllte Kammer 38 aufweist. Zur Bestimmung einer Leckage und der Leckagegröße ist bei dieser Schaltung in der Rohrleitung 22 hin zum Gastrockner 21 eine auswechselbare Patrone 39 angeordnet, die mit einem hygroskopischen Gel gefüllt ist. Beim Durchströmen dieser Patrone 39 mit Kühlgas aus der Maschine lagert sich Feuchtigkeit in dem Gel ab und führt zu einer Gewichtszunahme. Aus einem Vergleich des bekannten Gewichts der Patrone 39 mit trockenem Gel und der Patrone mit nassem Gel läßt sich bei bekannter Betriebsdauer und bekanntem Volumenstrom durch die Patrone die Wassermengenaufnahme des Gels pro Zeiteinheit bestimmen, die wiederum eine Aussage über die Leckagemenge ermöglicht.
Bei der Verwendung der mit dem Gel gefüllten Patrone 39' muß der Gastrockner 21 nicht unbedingt auch als Geltrockner ausgebildet sein, wie es bei der dargestellten Ausführungsform der Fall ist. Der Einsatz eines Kondensattrockners ist ebenso möglich.
Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform zeigt vielmehr eine weitere Möglichkeit, den zuvor beschriebenen Gewichtsunterschied zwischen dem trockenen und dem nassen Gel zu ermitteln. Zu diesem Zweck ist die mit dem Gel gefüllte Kammer 38 mit einer Wägeeinrichtung 40 verbunden, so dass ohne Ausbau der Kammer 38 oder des gesamten Gastrockners 21 die Gewichtsbestimmung des Gels zur Ermittlung der Leckagegröße ermöglicht wird.
Bei der vorgestellten Maschine lassen sich Leckagen der unterschiedlichsten Art sicher und schnell feststellen wobei in vielen Fällen zusätzlich eine Aussage über die Leckagemenge und/oder den Leckageort möglich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Detektion von Leckagen in wassergekühlten elektrischen Maschinen mit einem gegenüber der Atmosphäre gasdichten und mit einem Kühlgas gefüllten Generatorgehäuse sowie zumindest einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf zum Abführen der von dem Generator erzeugten Wärme, wobei das Kühlwasser als Tracer eine radioaktive Substanz, insbesondere Tritium, enthält, und wobei das Kühlgas mittels eines Detektors auf Spuren der Tracersubstanz untersucht wird, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verfahrensschritte: a) Feststellen von Spuren der Tracersubstanz im Kühlgas mittels des Detektors; b) Abtrennen des Detektors von der Kühlgas-Zufuhr und c) Spülen des Detektors mit einem Inertgas und Durchführen einer Nullmessung zur Bestimmung der Nullrate des Detektors.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h den sich an den Verfahrensschritt c) anschließenden Verfahrensschritt :
Kalibrieren des Detektors zur Bestimmung der Impulsrate durch Zuführen von mittels Kühlwasser befeuchteten reinen Kühlgases zum Detektor.
3. Verfahren zur Detektion von Leckagen in wassergekühlten elektrischen Maschinen mit einem gegenüber der Atmosphäre gasdichten und mit einem Kühlgas gefüllten Generatorgehäuse sowie zumindest einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf zum Abführen der von dem Generator erzeugten Wärme, wobei das Kühlwasser als Tracer eine radioaktive Substanz, insbesondere Tritium, enthält, und das Kühlgas einem Gastrockner zugeführt wird, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verfahrensschritte: Durchleiten des zu trocknenden Kühlgases durch eine dem eigentlichen Gastrockner vorgeschaltete, auswechselbar in der Rohrleitung angeordnete Gelpatrone mit einem festgelegten Trockengewicht ;
Wiegen der nassen Gelpatrone und Ermitteln der Wassermengenaufnahme pro Zeiteinheit und Untersuchen des Gels auf Spuren der Tracersubstanz.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei als Gastrockner ein Gel- trockner verwendet wird, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verfahrensschritte:
Wiegen des nassen Gels des Gastrockners vor dem Regenerieren; Vergleichen des ermittelten Gewichts mit dem Trockengewicht des Gels im Gastrockner zur Ermittlung der Wassermengenaufnahme pro Zeiteinheit und Untersuchen des Gels auf Spuren der Tracersubstanz.
5. Verfahren zur Detektion von Leckagen in wassergekühlten elektrischen Maschinen mit einem gegenüber der Atmosphäre gasdichten und mit einem Kühlgas gefüllten Generatorgehäuse sowie zumindest einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf zum Abführen der von dem Generator erzeugten Wärme, wobei das Kühlwasser als Tracer eine radioaktive Substanz, insbesondere Tritium, enthält, und das Generatorgehäuse mit mindestens einem Flüssigkeitsmelder versehen ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h den Verfahrensschritt :
Untersuchen des im Generatorgehäuse angesammelten Wassers und/oder Kondensats, des Sekundärkühlwassers, des Dichtδls der Wellendichtungen, der Feuchtigkeit im Kupplungsschutz der Erregerkupplung und/oder des Wassers am Austrittsrohrs beim Regenerierbetrieb des Gastrockners auf Spuren der Tracersubstanz.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen zwei Messungen die spezifische Aktivität der Tracersubstanz um 50 bis 100% erhöht wird, um Fehler durch eingelagerte Tracerrückstände in der Maschine ausschließen zu können.
7. Verfahren zur Detektion von Leckagen in wassergekühlten elektrischen Maschinen mit einem gegenüber der Atmosphäre gasdichten und mit einem Kühlgas gefüllten Generatorgehäuse sowie zumindest einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf zum Abführen der von dem Generator erzeugten Wärme, wobei das Kühlwasser als Tracer eine radioaktive Substanz, insbesondere Tritium, enthält, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h den Verfahrensschritt:
Bestimmen der Gasblasen und des Druckanstiegs im einem Ausdehnungsbehälter der Primärkühlkreisläufe zur Ermittlung einer Gasleckage mit Eintritt von Kühlgas in den Kühlwasserkreislauf.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4 zur Detektion von Leckagen in wassergekühlten elektrischen Maschinen mit einem gegenüber der Atmosphäre (8) gasdichten und mit einem Kühlgas gefüllten Generatorgehäuse (2) sowie zumindest einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf (14, 15, 18) zum Abführen der von dem Generator erzeugten
Wärme, wobei das Kühlwasser als Tracer eine radioaktive Substanz, insbesondere Tritium, enthält und das Kühlgas einem Gastrockner (21) zugeführt wird, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t, dass in der Rohrleitung (22) zum Gastrockner (21) auswechselbar eine mit einem hygroskopischen Gel gefüllte Patrone (39) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Gastrockner (21) als Geltrockner ausgelegt ist und zumindest eine das hygroskopische Gel beinhaltende Kammer (38) des Gastrockners (21) mit einer Wägeeinrichtung (40) verbunden ist.
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