JPS6217945B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水素ガス冷却回転電機の冷却水系異常
検知装置に係り、特に固定子巻線を水冷却する水
素ガス冷却タービン発電機における固定子巻線、
絶縁ホース、これら両者を接続するロー付部等の
機内冷却水系統部品のクラツク発生という重大異
常を検知するに好適な冷却水系異常検知装置に関
する。

大容量タービン発電機において、固定子鉄心、
回転子鉄心、回転子巻線などは水素ガスにより直
接冷却する冷却方式がとられている。一方、固定
子巻線は、さらに冷却効果を向上させるため、そ
の導体を中空構造にして、その空間内に冷却水を
循環させる直接冷却方式がとられている。

第１図はこの様に固定子巻線を冷却する冷却水
の系統図である。

第１図において、１は水素ガス冷却タービン発
電機、２は中空構造の固定子巻線、３は固定子巻
線冷却水を導く絶縁ホース、４は固定子巻線２と
絶縁ホース３との接続部、５は冷却水の排水母
管、６は冷却水の貯水槽、７は排水母管５内の真
空現象を防止するためのバイパス管、８は貯水槽
６内の空気圧を大気圧に保つための大気管、９は
冷却水を循環させるためのポンプ、１０はクー
ラ、１１は固定子巻線冷却水の入口温度を一定に
保つためクーラ１０からの冷却水（冷水）とクー
ラ１０を介さない冷却水（温水）を適度に混合さ
せる減圧弁、そして１２は冷却水のフイルタであ
り、前記ポンプ９、クーラ１０、減圧弁１１およ
びフイルタ１２は冷却水の給水母管に接続されて
設けられている。

タービン発電機１の機内水素ガス圧力は、通常
運転時には固定子巻線冷却水の圧力より高く保持
されている。したがつて、機内の冷却水系統部品
にクラツクという重大異常が発生すると、そのク
ラツクを通して冷却水中に水素ガスが侵入するこ
とになる。

そのクラツクは、第２図ａの固定子巻線２、同
図ｂの絶縁ホース３、同図ｃの接続部４、等の部
品で発生することが考えられる。

第２図ａ〜ｃにおいて、２１は中空銅線、２２
は絶縁被覆、２３は冷却水通路、２４は中空銅線
２１と絶縁被覆２２に発生したクラツク、３１は
冷却水通路、３２は絶縁ホース３に発生したクラ
ツク、４１は固定子巻線２の接続線、４２は接続
部４のロー付部である。第２図ｃの接続部４では
ロー付部４２にクラツクが発生することが考えら
れる。

上記した各クラツクより冷却水通路内に侵入し
た水素ガスH₂は、貯水槽６で冷却水より分離し
て放出される。

したがつて、機内の冷却水系統部品のクラツク
発生という重大異常（欠陥）を検知するために
は、貯水槽６の空間の放出水素ガス量を監視する
必要がある。

また、貯水槽６内の空気が大気圧に保たれてい
るために、クラツクより冷却水通路内に侵入して
貯水槽６まで運ばれてきた水素ガスは、貯水槽６
の水面のわずかな変動による呼吸作用や、水素ガ
スの大気管８を通しての拡散現象のみによるだけ
では、大気（屋外）に十分に放出しにくい。した
がつて、貯水槽６の空間に水素ガスが滞溜して、
水素ガス濃度が爆発限界濃度（４％）に達するこ
とがあるために、クラツク発生という重大異常の
徴候を早期に検知して、そのクラツクに対する異
常（欠陥）対策をする必要がある。

本発明の目的は、上記必要性に鑑み、巻線を冷
却水により直接冷却する水素ガス冷却回転電機に
おける冷却水系統部品のクラツク発生という重大
異常の徴候を安全かつ確実に検知することのでき
る冷却水系異常検知装置を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明は、貯水槽空
間内の放出水素ガス濃度を測定する手段と、この
放出水素ガス濃度が第１の設定値からこの第１の
設定値よりも大きい第２の設定値以上になつたと
き貯水槽空間にキヤリア空気を強制的に流通させ
て前記放出水素ガス濃度を第１の設定値まで低下
させる手段と、第１の設定値を基準として前記放
出水素ガス濃度の時間的増加率を監視する手段と
を備え、この増加率より冷却水系統部品の異常徴
候を検知することを特徴とする。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。

第３図は本発明の一実施例に係る冷却水系異常
検知装置の概略構成図である。第３図において、
６０は水素ガス濃度センサ、６１はセンサ６０用
の増幅器等を内蔵した水素ガス濃度計、６２はセ
ンサ６０を水蒸気等による湿気から保護するため
の除湿膜、６３は貯水槽空間の水素ガスを大気管
８を通して大気に放出し水素ガス濃度を低下させ
るためのキヤリア空気、６４はキヤリア空気６３
通風時、貯水槽空間に塵埃を侵入させないための
フイルタ、６５はキヤリア空気６３の通風、停止
を調整する開閉弁、６６はキヤリア空気６３を強
制通風するための送風機、６７は６４〜６６を総
称したキヤリア空気通風装置、６８は水素ガス濃
度計６１の信号を入力して、クラツク発生という
重大異常の徴候を検知する処理を実行するととも
に弁６５、送風機６６の動作信号を出力する監視
装置である。

以下、キヤリア空気通風装置６７、監視装置６
８の動作を説明する。第２図に示すような冷却水
系統部品にクラツクという異常（欠陥）が生じる
と、貯水槽６の空間の水素ガス濃度の増加率が上
昇する。そこで、貯水槽６の空間の水素ガス濃度
の時間的変化から、クラツクによる放出水素ガス
量が予測できる。例えば、第４図に示すように、
水素ガス濃度がC₁からC₂に増加し、その増加時
間をＴとすると Ｑ_H2∝（C₂−C₁）２４／Ｔ〔／day〕……(1) １日当りの放出水素ガス量Ｑ_H2は(1)式のような関
係を持つ。そこで、C₁，C₂を水素ガス濃度の最
小設定濃度、最大設定濃度と固定すれば、放出水
素ガス量Ｑ_H2は増加時間Ｔの値のみで予測でき
る。

第１図に示す絶縁ホース３の材料がテフロンチ
ユーブ等のガス透過性を持つているために、絶縁
ホース３を含む冷却水系統部品が正常でも、１日
に数／dayの放出水素ガス量が発生する。そこ
で、クラツク発生という異常の徴候を検知する際
には、正常時における水素ガス濃度の増加時間Ｔ
（Tn）を基準にして、増加時間Ｔが正常時の増加
時間Tnより小さくなつたとき異常（欠陥）の徴
候有と判断する。

上述した異常検知アルゴリズムを、前述したよ
うに貯水槽６の空間の水素ガス濃度が爆発限界濃
度（４％）という高濃度状態で実施するのではな
く、水素ガス爆発の危険のない低濃度状態で実施
するために、貯水槽６にキヤリア空気通風装置６
７を第３図のように装着する。さらに、前述した
水素ガス濃度の最大設定濃度C₂を爆発限界濃度
以下（約1/10〜1/20）に設定し、最小設定濃度
C₁を(1)式の放出水素ガス量を予測するのに十分
な値に設定する。

監視装置６８の動作をフローチヤートで示すと
第５図のようになる。そのときの貯水槽６の空間
の水素ガス濃度と弁６５、送風機６６の動きを示
すと、第４図のようになる。監視当初、貯水槽６
の空間の水素ガス濃度Ｃが最小設定濃度C₁より
僅かに大きいと仮定した場合、まず水素ガス濃度
Ｃが最小設定濃度C₁以下である（Ｃ≦C₁）か否か
を確認する、もし、最小設定濃度C₁以下でない
（Ｃ＞C₁）ならば、キヤリア空気通風装置６７の
送風機６６を稼動し、さらに弁６５を開にしてキ
ヤリア空気６３を、フイルタ６４を介して貯水槽
６の空間に強制送風し、水素ガスを大気に放出し
て低濃度化を図る。水素ガス濃度Ｃが最小設定濃
度C₁以下になつた（Ｃ≦C₁）ならば、キヤリア空
気通風装置６７の送風機６６を停止し、さらに弁
６５を閉にしてキヤリア空気６３の強制通風を停
止する、それと同時に、第４図に示す増加時間Ｔ
の計測を開始する。次に水素ガス濃度Ｃが最大設
定濃度C₂以上になつた（Ｃ≧C₂）か否かをの監視
を実行する。水素ガス濃度Ｃが最大設定濃度C₂
に満たない（Ｃ＜C₂）ならば、最大設定濃度C₂以
上になる（Ｃ≧C₂）まで監視処理を継続する。こ
の監視条件が満足（Ｃ≧C₂）されると、キヤリア
空気６３を貯水槽６の空間に強制通風すると同時
に増加時間Ｔの計測を停止する。そして、この時
点で得た増加時間Ｔと正常時の増加時間Tnか
ら、冷却水系統部品の異常判定を実行する。実際
の異常判定設定値は増加時間Ｔの計測誤差等を考
慮して、正常時の増加時間Tnよりわずかに小さ
い値（Tn―α）に設定することが望ましい。こ
の異常判定で正常と判断されたときは、再び、キ
ヤリア空気を貯水槽６の空間に強制通風して、水
素ガス濃度が最小設定濃度C₁以下になつた（Ｃ
≦C₁）か否かの監視処理を実行する。もし、異常
すなわち欠陥徴候有と判断されたときは、再び増
加時間Ｔの計測（第５図の破線）を行ない、異常
を再確認するとともに、それらの異常結果からク
ラツクの程度や増加時間の減少率からクラツクの
進展度合を予測して、監視装置６８の表示器（図
示せず）に運転停止指示や点検指示を表示する等
の異常処理を実行する。

なお、前記実施例では、キヤリア空気を通風す
るために送風機６６を用いているが、これに代え
て、プラントに設置されている圧力空気源を利用
することもできる。

また、水素ガス濃度の時間的増加率を監視する
には、水素ガス濃度が最小設定濃度C₁以下にな
つて（Ｃ≦C₁）から所定時間経過後の水素ガス濃
度Ｃを計測してもよい。

以上説明した様に、本発明によれば、貯水槽空
間の水素ガス濃度を第１の設定値まで下げ、この
第１の設定値を基準として水素ガス濃度の時間的
増加率を監視し、この増加率より冷却水系統部品
のクラツク発生という異常の徴候を検知するの
で、この種異常の徴候を早期にかつ確実に検知す
ることができる。また、水素ガス濃度が第２の設
定値以上になつたときには、貯水槽内にキヤリア
空気を強制的に流通させて水素ガス濃度を低下さ
せるので、水素ガス濃度が爆発限界濃度よりも低
い安全な状態で異常の徴候を検知できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水素ガス冷却タービン発電機の固定子
巻線冷却水系の概略構成図、第２図ａ，ｂ，ｃは
各冷却水系統部品のクラツク発生個所を示す断面
図、断面図および側面図、第３図は本発明の一実
施例に係る冷却水系異常検知装置の概略構成図、
第４図は同冷却水系異常検知装置における水素ガ
ス濃度変化と送風機、弁の動作状態を示す説明
図、第５図は同冷却水系異常検知装置の動作を説
明するためのフローチヤートである。 ５……排水母管、６……貯水槽、８……大気
管、６０……水素ガス濃度センサ、６１……水素
ガス濃度計、６３……キヤリア空気、６７……キ
ヤリア空気通風装置、６８……監視装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機内に水素ガスが充填された水素ガス冷却回
   転電機と、機外に設置された貯水槽と、この貯水
   槽から前記回転電機の固定子巻線の冷却通路内へ
   冷却水を循環する給排水系とを備えたものにおい
   て、前記貯水槽の空間に放出された機内水素ガス
   の濃度を測定する手段と、この放出水素ガス濃度
   が第１の設定値からこの第１の設定値よりも大き
   い第２の設定値以上になつたとき前記貯水槽空間
   にキヤリア空気を強制的に流通させて前記放出水
   素ガス濃度を第１の設定値以下に低下させる手段
   と、この第１の設定値を基準として前記放出水素
   ガス濃度の時間的増加率を監視する手段とを備
   え、この増加率より冷却水系統部品の異常徴候を
   検知することを特徴とする水素ガス冷却回転電機
   の冷却水系異常検知装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記監視手
   段は、前記放出水素ガス濃度が第１の設定値から
   第２の設定値に達するまでの時間を監視するもの
   であることを特徴とする水素ガス冷却回転電機の
   冷却水系異常検知装置。