KR20090018741A - Generator Stator Cooling Water System Leakage Hydrogen Gas Monitoring Method and Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대용량 발전소 핵심설비 중의 하나인 발전기에서 회전자 냉각용으로 사용되는 수소가스가 고정자 냉각수 계통으로 누출되는 것을 감시하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자 냉각수 계통에 부식에 의해 핀홀이 생기거나, 연결부위가 느슨해져 틈새가 생기게 되면 이곳을 통하여 냉각수 측으로 누출되는 수소가스가 냉각수 저장탱크 내의 상부 공간으로 빠져나오게 되므로 냉각수 저장탱크 상부 공기 중의 수소가스를 전기화학적인 수소센서로 검출하여 수소누출 여부를 감시하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for monitoring the leakage of hydrogen gas, which is used for cooling the rotor, into a stator cooling water system in a generator, which is one of the core facilities of a large capacity power plant, and more specifically, a pinhole by corrosion in the stator cooling water system. If there is a gap or a gap is created, hydrogen gas leaking to the coolant side is discharged to the upper space in the coolant storage tank through the electrochemical hydrogen sensor to detect the hydrogen gas in the air above the coolant storage tank. It's about how to monitor for leaks.
이를 위하여 본 발명에서는 고정자 냉각수 계통으로 누출되는 수소가스를 검출하는데 있어서, 공기펌프로 냉각수 저장탱크 수면 상부의 공기가 수소가스 검출장치 내로 흐르도록 순환시키는 단계, 순환가스 중의 수소가스를 전기화학적인 수소가스 센서로 검출하는 단계, 냉각수 저장탱크 배기구로 나가는 공기의 유량을 검출하는 단계, 수소가스 센서와 유량계로부터 신호를 받아 가스농도와 유량을 산출하고 누출량을 계산하여 표시하는 단계, 수소농도가 일정치를 초과하면 경보를 발령하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.To this end, in the present invention, in detecting hydrogen gas leaking into the stator cooling water system, circulating air in the upper surface of the cooling water storage tank with an air pump to flow into the hydrogen gas detection device, and hydrogen gas in the circulating gas is electrochemical hydrogen. Detecting gas flow rate, detecting flow rate of air to the cooling water storage tank exhaust port, receiving signals from hydrogen gas sensor and flow meter, calculating gas concentration and flow rate, calculating and displaying leakage amount, and hydrogen concentration If exceeded is characterized in that the step consisting of an alarm.
Description
본 발명은 대용량 발전소 핵심설비 중의 하나인 발전기에서 회전자 냉각용으로 사용되는 수소가스가 고정자 냉각수 계통으로 누출되는 것을 감시하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자 냉각수 계통에 부식에 의한 핀홀이 생기거나, 연결부위가 느슨해져 틈새가 생기게 되면 이곳을 통하여 냉각수 측으로 누출되는 수소가스가 냉각수 저장탱크 내의 상부공간으로 빠져나오게 되므로 냉각수 저장탱크 상부 공간 공기 중의 수소가스를 전기화학적인 수소센서로 검출하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for monitoring the leakage of hydrogen gas, which is used for cooling the rotor, into a stator cooling water system in a generator, which is one of the core facilities of a large capacity power plant, and more specifically, a pinhole due to corrosion in the stator cooling water system. If the connection part is loosened or there is a gap, hydrogen gas leaking to the coolant side escapes to the upper space in the coolant storage tank through the electrochemical hydrogen sensor. It is about a method.
대용량 발전기에서 회전자 코일에서 발생하는 열을 제거하여 절연재의 열화를 억제하기 위하여 수소가스가 사용되고 있다. 수소가스는 밀도가 작아 풍손(회전체가 회전할 때 주위의 가스상 물질과의 마찰에 의해서 생기는 손실)이 적고, 비열과 열전도도가 높아 고속으로 회전하는 회전자 코일에서 발생하는 열을 제거하는데 적합한 가스이다. Hydrogen gas is used to remove the heat generated from the rotor coil in the large-capacity generator to suppress the deterioration of the insulating material. Hydrogen gas has a low density, low windage (loss caused by friction with surrounding gaseous material when the rotor rotates), high specific heat and high thermal conductivity, and suitable for removing heat generated from a rotor coil rotating at high speed. Gas.
발전기에서 회전자와 고정자는 같은 공간 내에 위치하고 있어, 고정자 코일을 냉각하는 목적에 사용되는 냉각수 계통에 부식으로 인한 핀홀이나, 이음새 부분에 틈이 생기면 이곳을 통하여 수소가스가 고정자 냉각수 계통으로 누출된다. In the generator, the rotor and the stator are located in the same space, so if there is a pinhole due to corrosion in the cooling water system used for cooling the stator coil or a gap in the seam, hydrogen gas leaks through the stator cooling water system.
수소가스는 폭발범위가 넓고, 폭발등급 및 발화등급이 낮기 때문에 폭발위험성이 큰 가스로 고정 냉각수 계통으로 누출된 수소가스가 발전소 내에 정체되어 있다가 폭발을 일으킬 수 있다. 또한, 수소누출 부위를 통하여 냉각수가 발전기 내부로 유입되면 절연이 저하되어 단락사고를 일으킬 수 있으며, 고정자 냉각수 탱크 상부에 정체되어 냉각수가 공기와 접촉하는 것을 방해하여 냉각수 중의 용존산소를 낮추어 부식을 촉진하기도 한다. Hydrogen gas has a wide explosive range, low explosion rate and low ignition grade, and is a gas that is highly explosive. Hydrogen gas leaked into a fixed cooling water system may be stagnant in a power plant and cause an explosion. In addition, when the coolant flows into the generator through the hydrogen leakage site, insulation may be degraded, which may cause a short-circuit accident.It may be stagnant in the upper part of the stator coolant tank, preventing the coolant from contacting the air, thereby lowering dissolved oxygen in the coolant to promote corrosion. Sometimes.
그러므로 대용량 발전기의 냉각계통에서 수소가스가 냉각수 계통으로 누출되지 않도록 상시 감시할 필요가 있다. Therefore, it is necessary to constantly monitor the hydrogen system in the cooling system of the large capacity generator to prevent leakage of hydrogen gas into the cooling water system.
현재 발전기 고정자 냉각계통으로 누출되는 수소가스 감시에 사용되는 방법은 발전기 고정자 냉각계통의 냉각수 탱크의 하부로부터 일정량의 공기를 불어 넣어 냉각수 중의 수소가스를 추출하여 주입공기와 함께 배출되는 수소가스를 열전도도법에 의하여 검출하는 방법이다(상품명 SLMS, 미국 GE 사 개발). 이 방법은 누출되는 수소가스 량에 따라서 주입되는 공기량을 조절하지 않으면 안된다. 즉 누출되는 수소가스 량에 비하여 주입공기량이 너무 적으면 수소가스 농도가 너무 높아 센서의 측정범위를 벋어나게 되고, 주입공기량이 너무 많으면 수소가스 농도가 희박해지기 때문에 검출이 어렵게 된다. 또한, 주입되는 공기의 유량과 수소가스 검출 센서의 유량을 정밀하게 조절하여야 하기 때문에 운영유지가 어렵다는 단점이 있다.Currently, the method used to monitor the hydrogen gas leaking into the generator stator cooling system is to extract the hydrogen gas from the cooling water by blowing a certain amount of air from the lower part of the cooling water tank of the generator stator cooling system, and then conduct the hydrogen gas discharged with the injected air. Detection method (trade name SLMS, developed by GE Corporation, USA). This method must adjust the amount of air injected according to the amount of hydrogen gas leaked out. In other words, if the amount of injected air is too small compared to the amount of leaked hydrogen gas, the concentration of hydrogen gas is too high, and the measurement range of the sensor is exceeded. If the amount of injected air is too high, the concentration of hydrogen gas is diminished, making detection difficult. In addition, since the flow rate of the injected air and the flow rate of the hydrogen gas detection sensor must be precisely controlled, it is difficult to maintain the operation.
종래기술의 문헌 정보Literature Information of the Prior Art
[문헌1] stator leackage monitoring system, GE, USA [1] stator leackage monitoring system, GE, USA
본 발명은 대용량 발전기에서 냉각용으로 사용되는 수소가스가 고정자 냉각수 계통으로 누출되는 것을 감시하여 누출 수소가스에 의한 폭발사고를 예방하고, 냉각수가 발전기 내로 유입되어 절연을 저하시키는 것을 방지하는 한편, 발전기 고정자 냉각계통의 부식을 억제하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention monitors the leakage of hydrogen gas used for cooling in a large-capacity generator to the stator cooling water system to prevent an explosion accident caused by leaking hydrogen gas, and prevents the cooling water from flowing into the generator to reduce insulation. It is an object of the present invention to provide a method of suppressing corrosion of a stator cooling system.
공기펌프로 냉각수 저장탱크 상부의 공기를 검출기 내로 순환시키는 단계, 전기화학적인 수소가스 센서로 순환공기 중의 수소가스를 검출하는 단계, 냉각수 저장탱크 배기구로 나가는 공기의 유량을 검출하는 단계, 수소가스 센서와 유량계로부터 신호를 받아 가스농도와 유량을 산출하고 누출량을 계산하여 표시하는 단계, 누출량이 일정치를 초과하면 경보를 발령하는 단계로 이루어진 것에 그 특징이 있다.Circulating air in the upper portion of the coolant storage tank with an air pump into the detector, detecting hydrogen gas in the circulating air with an electrochemical hydrogen gas sensor, detecting a flow rate of air exiting the cooling water storage tank exhaust port, and hydrogen gas sensor It is characterized by consisting of receiving a signal from the flow meter and calculating the gas concentration and flow rate, calculating and displaying the leak amount, and issuing an alarm when the leak amount exceeds a certain value.
본 발명은 대용량 발전기 고정자 냉각수 계통으로 누출되는 수소가스를 검출하는 방법으로 장치의 설치 및 운영이 간편할 뿐만 아니라 검출감도가 높아 발전기 고정자 냉각수 계통으로 누출되는 수소가스를 높은 감도로 감시하여 수소가스 누출에 의한 사고를 예방하고, 냉각수가 발전기 내로 유입되어 절연이 저하되거나, 누 출수소에 의하여 냉각수 중의 산소농도가 저하되어 부식이 촉진되는 것을 방지할 수 있다.The present invention is a method for detecting the hydrogen gas leaked into the large-capacity generator stator cooling water system is not only easy to install and operate the device, but also has high detection sensitivity to monitor the hydrogen gas leaking into the generator stator cooling water system with high sensitivity to leak hydrogen gas. It is possible to prevent accidents caused by the coolant, to prevent the coolant from being introduced into the generator to lower the insulation, or to prevent corrosion from being accelerated due to the decrease of oxygen concentration in the coolant by the leaking hydrogen.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 발전기 고정자 냉각수 계통으로 누출되는 수소가스를 감시하는 장치의 구성도로서, 냉각수 저장탱크의 냉각수(10)는 발전기 고정자 냉각계통(9)을 순환한다. 발전기 고정자 냉각수 계통에서 돌아온 냉각수 중에 포함된 수소가스는 냉각수로부터 분리되어 냉각수 저장탱크 상부의 공기 중에 확산된다. 공기펌프(1)를 돌리고, 유량조절 발브(2)를 조절하여 유량계(3)를 통하여 검출부(4)에 유량이 100㎖/min이 흐르도록 한다. 공기는 검출부(4)의 수소가스 센서(5)를 지나 냉각수 저장탱크로 되돌아간다. 공기 중에 포함된 수소가스는 전기화학적인 수소가스 센서(5)에 의해서 검출된다. 수소가스 센서로부터 전류신호가 콘트롤러(6)로 보내져 전류 크기에 따라 가스농도로 변환된다. 냉각수 저장탱크 배기구에 설치된 배출공기 유량계(8)에서 측정된 배기 유량은 콘트롤러(6)로 전송되고, 콘트롤러에서는 수소가스 농도와 배출구 공기유량을 이용하여 누출량을 계산하여 표시부에 나타낸다. 콘트롤러에서는 신호를 기록계(7)에 전송하여 기록, 저장하고, 누출 수소량이 일정치를 초과하면 경보를 발령한다. 1 is a configuration diagram of a device for monitoring the hydrogen gas leaked into the generator stator cooling water system, the
공기 중의 수소가스의 검출에 사용되는 전기화학적 수소가스 센서는 양극(작용전극)과 음극(대극)의 두 전극으로 이루어져 있는 2전극형이나, 두 전극 사이에 비교전극이 있어 양극의 전위가 일정하게 유지되도록 하는 3전극 형이 사용될 수 있다. 두 형의 수소가스 센서에서 수소가스는 양극에서 산화되어 수소이온(H+)으로 되면서 2개의 전자를 방출하고, 동시에 음극(대극)에서 공기구멍을 통하여 들어온 산소가 외부회로를 통하여 양극으로부터 이동해온 전자를 받아 환원반응에 의해서 수산이온(OH-)으로 된다. 양극에서 생성된 수소이온과 수산이온이 반응하여 물로 된다.The electrochemical hydrogen gas sensor used to detect hydrogen gas in the air is a two-electrode type consisting of two electrodes of anode (working electrode) and cathode (counter electrode), but there is a comparison electrode between the two electrodes so that the potential of anode is constant Three-electrode types can be used that are retained. In both types of hydrogen gas sensors, hydrogen gas is oxidized at the anode and becomes hydrogen ions (H + ), releasing two electrons. At the same time, oxygen entering through the air hole at the cathode (the cathode) is moved from the anode through the external circuit. is a - receive an e-hydroxyl ions (OH) by a reducing reaction. Hydrogen ions and hydroxyl ions produced at the anode react to form water.
H2 2H+ + 2e- H 2 2H + + 2e -
(1)(One)
2e- + 1/2O2 +H2O 2OH- (2) 2e - + 1 / 2O 2 + H 2 O 2OH - (2)
2H+ + 2OH- 2H2O 2H + + 2OH - 2H 2 O
(3)(3)
이 때 이부회로를 통하여 흐르는 전류는 수소농도에 비례하므로 전류를 측정함으로서 수소농도를 알 수 있다.At this time, the current flowing through the secondary circuit is proportional to the hydrogen concentration, so the hydrogen concentration can be known by measuring the current.
누출 수소량(ℓ/day)은 다음의 관계에서 계산된다. The amount of leaked hydrogen (l / day) is calculated from the following relationship.
누출 수소가스량(ℓ/day) = 배출 공기량(ℓ/hr) × 수소가스 농도(vppm, ㎖/㎘) × 24 hr/dayLeakage hydrogen gas (ℓ / day) = Exhaust air volume (ℓ / hr) × Hydrogen gas concentration (vppm, ㎖ / ㎘) × 24 hr / day
본 발명의 발전기 고정자 냉각계통의 누출수소 감시 방법의 성능을 알아보기 위하여 도 2와 같은 시험장치를 구성하여 시험하였다. 공기봄브(1)의 발브(3)를 열고 질량유량계(5)를 통하여 공기가 100㎖/min로 흐르도록 한다. 공기는 검출부(6)로 들어가 수소가스 센서(7)를 지나 배출된다. 콘트롤러(8)의 지시치가 안정적으로 "0"을 나타내는지 확인한다. 지시치가 안정적으로 "0"을 지시하면 공기 봄브 발브(3)을 닫고, 1,000ppm의 수소가스가 들어 있는 봄브(2)의 발브(4)를 연 다음, 수소가스가 공기와 같은 유속으로 흐르도록 조정한다. 콘트롤러(8)의 가스농도 출력을 기록계(9)로 전송하여 저장하였다. 가스농도 지시치가 계속적으로 증가하다가 더 이상 증가하지 않고 일정한 값을 지시한 상태에서 시험을 중지하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다. 표준 수소가스 주입후 3분이 지나 수소가스 농도가 상승하기 시작하여 30분 정도 경과 후 1,000ppm에 도달하여 일정한 값울 나타내었다.In order to find out the performance of the method for monitoring the leakage hydrogen of the generator stator cooling system of the present invention was configured and tested the test apparatus as shown in FIG. Open the
도 1은 발전기 고정자 냉각계통 누출수소 감시 장치의 구성도1 is a block diagram of a generator stator cooling system leak hydrogen monitoring device
도 2는 발전기 고정자 냉각계통 누출수소 감시 장치의 성능시험 장치의 구성도2 is a configuration diagram of a performance tester of the generator stator cooling system leakage hydrogen monitoring device
도 3은 발전기 고정자 냉각계통 누출수소 감시 장치의 성능시험 결과3 is a performance test result of the generator stator cooling system leakage hydrogen monitoring device
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20070818 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20081113 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20090120 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20081113 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |
|
| PG1501 | Laying open of application |