DE19840763C2

DE19840763C2 - Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators

Info

Publication number: DE19840763C2
Application number: DE1998140763
Authority: DE
Inventors: Tetsuji Sorita; Shintaro Minami; Hiroshi Adachi; Mitsuru Takashima; Masayuki Misawa
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2018-09-08
Also published as: CA2244040A1; US6175111B1; CA2244040C; JPH11108832A; DE19840763A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von Komponenten, die innerhalb eines Turbinengenerators zur Energieversorgung verwendet werden, um durch dieses Verfahren den Zustand eines Gases innerhalb des Turbinengenerators zur Diagnose der Komponenten zu untersuchen.

Zur Diagnose von innerhalb eines Turbinengenerators verwendeten Komponenten durch Untersuchung eines Gases innerhalb des Turbinengenerators waren im wesentlichen zwei Verfahren bekannt.

Eines dieser Verfahren wird in einer "Generator-Condition- Monitor" genannten Vorrichtung verwendet, einem Erzeugnis von Environment-One, United States, wie z. B. in Publikation 1 (IEEE Conference Paper, 71C, Seite 154 (1971)) beschrieben. Diese Vorrichtung ist bereits im Handel erhältlich.

Der Generator-Condition-Monitor und der Ion-Chamber-Detector (Ionisationskammer-Detektor) verwenden beide das gleiche Wirkprinzip und den gleichen Diagnoseweg.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines üblichen Ion- Chamber-Detectors. Dieser Ion-Chamber-Detector wird zunächst beschrieben.

In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 7 eine Leitung eines Energieversorgungsinstrumentes zur Einführung eines Gases aus einem Turbinengenerator. In der Publikation 1 wird als dieses Gas Wasserstoffgas verwendet. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Vorrichtungsbehälter, und das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Quelle für α-Strahlung zur Bestrahlung des in den Vorrichtungsbehälter 9 eingeführten Gases mit α-Strahlen. Die Bezugszeichen 11 und 12 bezeichnen eine Elektrode zur Anlegung einer Spannung bzw. eine Elektrode zur Anlegung einer Spannung mit einer der Polarität der Elektrode 11 entgegengesetzten Polarität. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet ein Amperemeter zur Messung eines elektrischen Stromes, der zwischen der Elektrode 12 und dem Vorrichtungsbehälter 9 beim Potential 0 fließt. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Gasauslaß.

Als nächstes wird die Funktionsweise der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung beschrieben.

Ein Teil des in den Turbinengenerator eingefüllten Wasserstoffgases wird zur Leitung 7 des Energieversorgungsinstrumentes geführt, und dann durch die Öffnung der Leitung 7 des Energieversorgungsinstrumentes in den Vorrichtungsbehälter 9 eingeführt. Das in den Vorrichtungsbehälter 9 eingeführte Wasserstoffgas wird durch Bestrahlung mit α-Strahlen aus der α-Strahlenquelle 10 ionisiert. Dann wird das Gas durch ein zwischen der Elektrode 11 und der Elektrode 12 ausgebildetes elektrisches Feld geführt, und nach dem Gasauslaß 8 wieder in den Turbinengenerator geführt.

Wenn das Wasserstoffgas innerhalb des Turbinengenerators frei von organischen Substanzen ist, sind die ionisierten Wasserstoffmoleküle leicht und leicht beweglich. Diese Moleküle bewegen sich deshalb unter dem Einfluß des elektrischen Feldes zwischen der Elektrode 11 und 12 leicht, und erreichen die Elektrode 12. Als Ergebnis wird durch das Amperemeter 13 ein bestimmter elektrischer Strom festgestellt. Wenn andererseits das Wasserstoffgas innerhalb des Turbinengenerators organische Substanzen enthält, sind die ionisierten organischen Substanzen schwer und wenig beweglich. Dies führt dazu, daß ein verringerter Anteil des Wasserstoffgases die Elektrode 12 erreicht. Dadurch wird durch das Amperemeter 13 ein geringerer elektrischer Strom festgestellt als bei einem Wasserstoffgas, das keine organischen Substanzen enthält.

Wenn das Gas im Turbinengenerator frei ist von organischen Substanzen, fließt somit ein relativ großer Strom durch das Amperemeter 13. Wenn jedoch das Gas im Turbinengenerator organische Substanzen enthält, fließt durch das Amperemeter 13 nur ein geringer Strom. Der Abfall der Stromstärke unterscheidet sich außerdem jenach der Menge der organischen Substanzen, die in den Vorrichtungsbehälter 9 eintreten. Je größer die Menge der organischen Substanzen ist, desto größer wird der Abfall der Stromstärke, weshalb der Wert der Stromstärke sich 0 Ampere annähert.

Es wird nun ein konventionelles Verfahren zur Diagnose unter Verwendung des in Fig. 6 dargestellten Ion-Chamber-Detectors beschrieben.

Wenn angenommen wird, daß der Turbinengenerator normal arbeitet, wird durch das Amperemeter 13 ein bestimmter elektrischer Stromwert bestimmt. Dieser Wert wird als Strom während eines normalen Betriebes aufgezeichnet. Zur Bestimmung eines elektrischen Stromes wird konstant, oder wenn erforderlich, Gas durch die Gaseinleitungsleitung 7 in den Vorrichtungsbehälter 9 eingeführt. Wenn der Wert dieses Stromes geringer ist als der früher festgestellte normale Wert, wird angenommen, daß die Gesamtmenge der organischen Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators sich gegenüber einem normalen Betrieb erhöht hat. Diese Erhöhung der Menge der organischen Substanzen im Gas bedeutet, daß Komponenten aus organischen Materialien innerhalb des Turbinengenerators thermisch zersetzt werden könnten. Eine Überwachung des Abfalles des Stromes, und damit der Gesamtmenge der organischen Substanzen im Gas, macht somit eine Diagnose möglich, ob die Komponenten innerhalb des Turbinengenerators sich überhitzen oder nicht.

Eines der konventionellen Diagnoseverfahren war es somit, die Gesamtmenge der organischen Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators zu überwachen, und abzuschätzen, ob in den organische Materialien enthaltenden und im Turbinengenerator verwendeten Komponenten ein Überhitzen auftritt oder nicht.

Das zweite konventionelle Verfahren wird in Publikation 2 (IEEE Trans., PAS-100, Seite 4983 (1981)) und Publikation 3 (IEEE Trans., PAS-95, Seite 879 (1976)) beschrieben. Dieses Verfahren umfaßt das Hindurchleiten eines Gases eines Turbinengenerators durch einen Filter oder ein Adsorbens, und nachfolgendes Analysieren der im Filter oder Adsorbens zurückgehaltenen organischen Substanzen mittels Gaschromatographie, um die organischen Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators zu identifizieren.

In der Publikation 2 wird außerdem vorher eine Substanz, die beim Überhitzen einer Komponente innerhalb eines Turbinengenerators freigesetzt wird, in die Komponente eingebaut. Dann wird die auf obige Weise durch Gaschromatographie im Gas bestimmte Substanz darauf geprüft, ob sie identisch mit der eingebauten Substanz ist. Dadurch läßt sich die Diagnose stellen, ob die Komponente innerhalb des Turbinengenerators überhitzt wird oder nicht.

Die Publikation 3 beschreibt, daß die gaschromatographische Identifizierung der organischen Substanzen im Turbinengenerator zur Diagnose führen kann, ob ein Überhitzen auftritt oder nicht. Sie beschreibt jedoch kein konkretes Diagnoseverfahren, und auch keinen Zusammenhang zwischen einer Überhitzung und den organischen Substanzen.

Zusammengefaßt besteht eines der konventionellen Verfahren zur Diagnose darin, die Gesamtmenge an organischen Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators zu überwachen, wodurch auf die Gegenwart oder Abwesenheit einer Überhitzung der innerhalb des Turbinengenerators verwendeten organischen Materialien geschlossen wird. Nach dem anderen Verfahren werden die organischen Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators gesammelt und mittels eines Gaschromatographens identifiziert, wodurch auf die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Überhitzung der organischen Materialien in den innerhalb des Turbinengenerators verwendeten Komponenten geschlossen wird.

Eines der vorstehenden früheren Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb des Turbinengenerators bestimmt die Gesamtmenge der organischen Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators. Es kann deshalb nicht unter mehreren im Gas enthaltenen organischen Substanzen unterscheiden. Es kann aber der Fall auftreten, daß eine organische Substanz, die nicht in Beziehung zu den Materialien für die Komponenten steht, wie z. B. ein Schmieröl, im Gas vorhanden ist, und im Turbinengenerator keine Abnormalität auftritt. Dieses Verfahren diagnostiziert diesen Fall jedoch manchmal als Fall einer Überhitzung. Aber selbst bei einer korrekten Diagnose eines Überhitzens war es mit diesem Verfahren nicht möglich, festzustellen, welche Komponente von einer Überhitzung betroffen war.

Gemäß dem anderen Diagnostizierverfahren ist es möglich, die im Gas innerhalb des Turbinengenerators befindlichen organischen Substanzen mittels Gaschromatographie zu unterscheiden. Es liefert jedoch keine Information darüber, welche Substanz zur Verwendung als Standard zur Beurteilung zur Diagnose des Materials geeignet ist, oder welches konkrete Verfahren oder welche Methode für die Diagnose geeignet ist. Dies hat es extrem schwierig gemacht, eine Ist- Diagnose zu erstellen.

Darüberhinaus wird nach dem vorstehenden konventionellen Diagnoseverfahren vorher eine Substanz in die Komponente innerhalb des Turbinengenerators eingebaut, die beim Erhitzen leicht freigesetzt werden kann, wodurch eine Diagnose möglich ist, ob ein Überhitzen auftritt oder nicht, und die Identifizierung der überhitzten Komponente. Wesentlich für dieses Verfahren war es jedoch, bei der Herstellung des Turbinengenerators vorher ein spezielles Material in die Komponente einzubauen. Dies erforderte mehr Arbeitsaufwand und Kosten zur Herstellung der Komponente. Dieses Verfahren war außerdem nur auf einen Turbinengenerator anwendbar, der eine spezielle Substanz in den Komponenten enthielt. Bei einem früher hergestellten Turbinengenerator, der keine spezielle Substanz in den Komponenten enthält, wurden deshalb überhaupt keine Resultate erhalten. Nun enthalten die meisten früher hergestellten Turbinengeneratoren keine solche spezielle Substanz. Dieses Diagnoseverfahren ist deshalb nur für eine äußerst beschränkte Zahl von Turbinengeneratoren, die zur Zeit in Betrieb sind, anwendbar.

Außerdem konnte mit allen vorstehend beschriebenen Diagnoseverfahren, die zur Diagnose von Turbinengeneratoren verwendet wurden, bloß festgestellt werden, ob ein Überhitzen der Komponenten vorliegt oder nicht. Mit ihnen war es nicht möglich, eine Hitzebeschädigung bei einer Betriebstemperatur des Generators, die zu keinem Überhitzen führt, festzustellen, oder eine Beschädigung aufgrund von Entladungen, Korrosion oder Reibung.

Mit diesem Hintergrund ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators bereitzustellen, mit dem es möglich ist, eine Beschädigung der Komponente innerhalb des Turbinengenerators, die mit einer Erhitzung, Entladung, Korrosion oder Reibung verbunden ist, ohne Einbau einer speziellen Substanz in die Komponente innerhalb des Turbinengenerators zu bestimmen, und mit dem man die Lebensdauer der beschädigten Komponente aus dem Grad der Beschädigung voraussagen kann.

Weiterhin soll mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators bereitgestellt werden bereitzustellen, mit dem man die Stelle der Beschädigung durch Identifizieren der beschädigten Komponenten genau feststellen kann, mit dem man die Ursache der Beschädigung feststellen kann, und das rasche und geeignete Gegenmaßnahmen ermöglicht.

Um die vorstehenden Aufgabenstellung zu erfüllen, wird gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators bereitgestellt, das die Stufen umfaßt:

Sammeln von in einem Gas innerhalb des Turbinengenerators vorhandenen organischen Substanzen; Messen der gesammelten organischen Substanzen, um erste Daten der organischen Substanzen zu erhalten; vorausgehendes Messen der aus jeder Komponente innerhalb des Turbinengenerators aufgrund von Hitze, Entladung, Korrosion oder Reibung gebildeten organischen Substanzen, um zweite Daten der organischen Substanzen zusammenzustellen; und Vergleichen der ersten Daten und der zweiten Daten miteinander, um zu beurteilen, ob die gleichen Daten wie in den zweiten Daten in den ersten Daten vorhanden oder abwesend sind. Nach diesem Verfahren läßt sich eine durch Hitze, Entladung, Korrosion oder Reibung verursachte Beschädigung der Komponenten innerhalb des Turbinengenerators bestimmen, ohne vorher eine spezielle Substanz in die Komponente innerhalb des Turbinengenerators einzubauen.

Zweckmäßige Ausführungsformen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.

Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators bereitgestellt, das außerdem umfaßt die Stufe des Bestimmens von während der Zeit sich ergebenden Veränderungen in den gleichen Daten wie in den zweiten Daten, wobei die gleichen Daten in den ersten Daten vorhanden sind. Mit diesem Verfahren läßt sich die Lebensdauer der Komponente voraussagen.

Gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators bereitgestellt, das außerdem umfaßt die Stufe des Identifizierens einer Komponente, die einer Beschädigung unterliegt, oder des Bestimmens der Ursache der Beschädigung der Komponente, auf der Basis der gleichen Daten wie in den zweiten Daten, wobei die gleichen Daten in den ersten Daten vorhanden sind. Dieses Verfahren ermöglicht es rasche und geeignete Gegenmaßnahmen, wie z. B. die Eliminierung des Grundes der Beschädigung, durchzuführen.

Gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators bereitgestellt, bei dem mittels Gaschromatographie, Infrarotabsorptionsspektroskopie, Reflexions-Infrarotspektroskopie, Massenspektroskopie, oder Photoelektronenspektroskopie erhaltene Daten als die ersten Daten und die zweiten Daten verwendet werden. Dieses Verfahren erleichtert die Diagnose der Beschädigung.

Gemäß einem fünften erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators bereitgestellt, bei dem der Vergleich der ersten Daten und der zweiten Daten miteinander mittels eines Computers durchgeführt wird. Nach diesem Verfahren ist es möglich, die Diagnose der Beschädigung in kurzer Zeit durchzuführen.

Gemäß einem sechsten erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators bereitgestellt, bei dem nur Daten aromatischer Kohlenwasserstoffe mit einem Molekulargewicht von 92 oder mehr unter den ersten Daten und den zweiten Daten als Standard zur Beurteilung zum Zeitpunkt des Datenvergleichs verwendet werden. Dieses Verfahren ermöglicht es, daß das Diagnoseverfahren für den Turbinengenerator stark vereinfacht werden kann, wobei die Dauer der Diagnose verkürzt werden kann.

Gemäß einem siebten erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators bereitgestellt, nach dem das aus dem Turbinengenerator abgezogene Gas durch ein Adsorbens geleitet wird, um die im Gas innerhalb des Turbinengenerators vorhandenen organischen Substanzen zu sammeln. Dieses Verfahren ermöglicht es, die organischen Substanzen innerhalb des Turbinengenerators aufzukonzentrieren, um ihre Analyse zu erleichtern, und ein brennbares Gas, wie z. B. Wasserstoff, usw., braucht nicht zu einem Analysator geführt zu werden, wodurch das Verfahren sicherer durchgeführt werden kann.

Andere Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden können, werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen besser verständlich. In den Zeichnungen bedeuten:

Fig. 1 ein Betriebsablaufschema eines erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators;

Fig. 2 ist ein Betriebsablaufschema, das ein anderes erfindungsgemäßes Diagnoseverfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators zeigt;

Fig. 3 ist ein Betriebsablaufschema, das ein Diagnoseverfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;

Fig. 4 ist eine erläuternde Darstellung der Konfiguration eines Kollektors für ein Gas innerhalb eines Turbinengenerators für das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators;

Fig. 5 ist ein Betriebsablaufschema eines Diagnoseverfahrens zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform; und

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines üblichen Ion- Chamber-Detectors.

Bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.

Fig. 1 ist ein Betriebsablaufschema, das ein erfindungsgemäßes Diagnoseverfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators zeigt.

In einem Gas innerhalb des Turbinengenerators befindliche organische Substanzen werden gesammelt (Stufe ST1), und durch ein geeignetes Meßinstrument erhaltene Meßergebnisse werden als die ersten Daten verwendet (Stufe ST2).

Getrennt davon werden aus den gleichen Materialien oder ähnlichen Materialien wie den die Komponenten innerhalb des Turbinengenerator aufbauenden Materialien durch eine Beschädigung durch Hitze, Entladung, Korrosion oder Reibung gebildete organische Substanzen gemessen, und die erhaltenen Messungen als die zweiten Daten verwendet. Die erhaltenen zweiten Daten der entsprechenden Komponenten innerhalb des Turbinengenerators werden vorher zu einer Datenbank zusammengestellt (Stufe ST3).

Dann werden die ersten Daten mit den zweiten Daten verglichen (Stufe ST4). Wenn die in den zweiten Daten enthaltenen Daten in den ersten Daten vorhanden sind, zeigt dies eine Beschädigung aufgrund von Hitze, Entladung, Korrosion oder Reibung, die in irgendeiner der Komponenten innerhalb des Turbinengenerators auftritt, an (Stufe ST5, ST6 und ST7). Wenn die in der Gruppe der zweiten Daten vorhandenen Daten in den ersten Daten fehlen, wird daraus abgeleitet, daß in den Komponenten innerhalb des Turbinengenerators keine Beschädigung stattfindet (Stufe ST8).

Wenn das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Beschädigung nur einmal beurteilt wird, endet die Beurteilung mit den vorstehenden Verfahrensstufen (Stufe ST7 und ST8).

Wenn jedoch die Entwicklung der Beschädigung im Laufe der Zeit beurteilt wird, wird die Konzentration der organischen Substanz in den ersten Daten, die in den zweiten Daten vorhanden ist, periodisch gemessen (Stufe ST9), um die Konzentration dieser organischen Substanz auf Veränderungen zu überwachen (Stufe ST10). Eine sich im Laufe der Zeit ändernde (erhöhende) Konzentration führt zu der Beurteilung, daß die Beschädigung fortschreitet (Stufe ST11).

Auf diese Weise wird die Konzentration der organischen Substanz in der Gruppe der zweiten Daten, die in den ersten Daten vorhanden ist, periodisch gemessen, um Änderungen festzustellen. Diese Überwachung erlaubt es, die Lebensdauer der Komponente innerhalb des Turbinengenerators auf der Basis des Grades der Beschädigung vorherzusagen.

Im Betriebsablaufschema der Fig. 1, das den Diagnoseablauf zeigt, wird die im Gas innerhalb des Turbinengenerators vorhandene organische Substanz nicht identifiziert, sondern mit der Datenbank, die die zweiten Daten speichert, verglichen. Wenn die organische Substanz wie in der nachfolgenden Ausführungsform identifiziert wird, kann der Verlauf der Beschädigung genau diagnostiziert werden.

Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß das vorstehende Diagnoseverfahren die Notwendigkeit vermeidet, eine spezielle Substanz in die Komponenten innerhalb des Turbinengenerators einzubauen.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose der Komponenten innerhalb des Turbinengenerators wurde im Zusammenhang mit der Diagnose verschiedener Beschädigungsarten beschrieben. Eine Beschädigung aufgrund anderer Ursachen, wie z. B. einer Überhitzung, kann jedoch ähnlich wie bei der Diagnose der vorstehenden Beschädigungsarten diagnostiziert werden, wenn eine Datenbank zur Beschädigung der Komponenten aus solchen anderen Gründen einschließlich eines Überhitzens zur Verwendung bereitsteht.

Die Fig. 2 ist ein Betriebsablaufschema eines anderen erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators. In Fig. 2 sind die gleichen Verfahrensstufen wie im Betriebsablaufschema der Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, weshalb ihre detaillierte Erläuterung hier weggelassen wird.

Gemäß diesem Diagnoseverfahren werden die ersten Daten und die Gruppe der zweiten Daten (Datenbank) auf die gleiche Weise wie in dem in Fig. 1 dargestellten Diagnoseverfahren erhalten (Stufen ST1 bis ST3). Dann werden die ersten Daten und die zweite Datengruppen miteinander verglichen (Stufe ST4). Wenn Daten in der zweiten Datengruppen in den ersten Daten vorhanden sind, wird gefolgert, daß eine Beschädigung aufgrund von Hitze, Entladung, Korrosion oder Reibung in den Komponenten innerhalb des Turbinengenerators auftritt (Stufen ST5, ST6 und ST7). Wenn Daten in der zweiten Datengruppe in den ersten Daten fehlen, wird andererseits angenommen, daß keine Beschädigung in den Komponenten innerhalb des Turbinengenerators stattfindet (Stufe ST8).

In diesem Verfahren wird, wenn ein Vergleich der ersten Daten und der Daten der zweiten Datengruppe eine Beschädigung der Komponenten angezeigt hat, die Messung fortgesetzt (Stufe ST6). Es wird festgestellt, welcher Grund der Beschädigung welcher Komponente die organische Substanz gebildet hat, die den Daten in der zweiten Datengruppe, mit der die ersten Daten verglichen werden, erzeugt hat (Stufe ST12). Diese Identifizierung liefert die Kenntnis darüber, welche Art Zerstörung an welcher Komponente innerhalb des Turbinengenerators aufgrund welcher Ursache hervorgerufen wurde (Stufe ST13). Aus dieser Kenntnis kann der Betreiber rasche und geeignete Gegenmaßnahmen, wie z. B. eine Eliminierung der Ursache, durchführen.

Selbst wenn Daten in der zweiten Datengruppe in den ersten Daten vorhanden sind, können diese Daten auf einem Grund beruhen, der mit der Zerstörung der Komponenten nicht zusammenhängt, z. B. auf der Anwesenheit eines Schmieröls. In diesem Fall können diese Daten vernachlässigt werden, und eine Diagnose kann ohne Einfluß einer solchen Ursache gemacht werden.

Gemäß dem vorstehenden Diagnoseverfahren besteht natürlich keine Notwendigkeit, eine spezielle Substanz in Komponenten innerhalb des Turbinengenerators einzubauen.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb des Turbinengenerators wurde im Zusammenhang mit der Diagnose der vorstehend genannten verschiedenen Ursachen einer Beschädigung und der beschädigten Materialien beschrieben. Auf ähnliche Weise wie die Diagnose der vorstehenden Arten einer Beschädigung kann jedoch auch die Beschädigung aufgrund einer anderen Ursache, wie z. B. eines Überhitzens, durchgeführt werden, wenn eine Datenbank für die Beschädigung der Komponenten aufgrund solcher Ursachen, einschließlich eines Überhitzens, zur Verfügung steht.

Gemäß dem Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb des Turbinengenerators können, wenn die ersten Daten und die zweiten Daten Daten aus der Gaschromatographie, Infrarotabsorptionsspektroskopie, Reflexions- Infrarotspektroskopie, Massenspektroskopie oder Photoelektronenspektroskopie sind, die ersten und die zweiten Daten leicht erhalten werden.

Gemäß dem Verfahren zur Diagnose der Komponenten innerhalb des Turbinengenerators kann die Diagnose außerdem in einem kurzen Zeitraum durchgeführt werden, indem man die ersten Daten und die zweiten Daten einem Computer eingibt, und er miteinander vergleicht.

Gemäß dem Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb des Turbinengenerators werden außerdem vorzugsweise aromatische Kohlenwasserstoffe mit einem Molekulargewicht von 92 oder mehr als Standard zur Beurteilung der Diagnose verwendet, anstelle aliphatische Kohlenwasserstoffe als Standard zur Beurteilung der Diagnose zu verwenden. Auf diese Weise kann das Verfahren zur Diagnose des Turbinengenerators insbesondere stark vereinfacht werden, wodurch auch die Diagnosedauer verkürzt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird außerdem das Gas aus dem Turbinengenerator abgezogen und nur die in dem Gas vorhandenen organischen Substanzen in einem Adsorbens angereichert. Auf diese Weise werden innerhalb des Turbinengenerators die vorhandenen organischen Substanzen innerhalb des Turbinengenerators aufkonzentriert und ihre Analyse wird erleichtert. Außerdem muß ein brennbares Gas, wie z. B. Wasserstoff usw., nicht einem Analysator zugeführt werden, wodurch der Betrieb sicherer durchgeführt werden kann.

Ausführungsform 1

Fig. 3 zeigt ein Betriebsablaufschema, das ein Diagnoseverfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt. In dieser Zeichnung werden die gleichen Stufen, die den in den Stufen der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Betriebsablaufschemata entsprechen, mit den gleichen Stufennummern bezeichnet.

Es wird nun das Diagnoseverfahren der Ausführungsform 1 detailliert beschrieben.

Fig. 4 ist eine erläuternde Darstellung, die die Konfiguration eines in dieser Ausführungsform 1 verwendeten Gaskollektors für einen Türbinengenerator zeigt. In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Gasleitung zur Einführung des Gases in den Turbinengenerator. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine mit einem Adsorbens zur Adsorption einer organischen Substanz beschicktes Rohr. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Umgehungsleitung. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet ein Ventil. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Durchflußregler zur Regelung der Fließgeschwindigkeit des in den Gaskollektor eingeführten Gases, der die Fließgeschwindigkeit und den akkumulierten Durchfluß anzeigt. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Auslaß für das Gas. Das Rohr 2 zur Adsorption der organischen Substanz kann ein Stahlzylinder zur Aufbewahrung eines Gases sein.

Anstelle der Verwendung des in Fig. 4 dargestellten Gaskollektors kann das Gas innerhalb des Turbinengenerators auch direkt in einen Analysator, wie z. B. einen Gaschromatographen oder ein Infrarot-Absorptionsspektroskop, eingeführt werden.

Bei Stufe ST1 dieser ersten Ausführungsform ist es nicht erforderlich, irgendeine spezielle Substanz in die Materialien innerhalb des Turbinengenerators einzubauen. Wenn das Gas innerhalb des Turbinengenerators als solches verwendet wird, kann dieses Gas in den in Fig. 4 dargestellten Gaskollektor eingeführt werden, um die im Gas vorhandenen organischen Substanzen einzufangen.

Der in Fig. 4 dargestellte Gaskollektor wurde z. B. mit einer Leitung eines Wasserstoff-gekühlten Turbinengenerator mit einer abgegebenen Energie von 600 MW, der in Betrieb war, verbunden. Wasserstoffgas innerhalb des Turbinengenerators wurde in die Gaseinleitungsleitung 1 eingeführt, und Ventile an beiden Seiten von einem der Rohre 2 zur Adsorption organischer Substanzen wurden geöffnet, um das Wasserstoffgas zum Gasauslaß 6 zu führen. Das Rohr 2 zur Adsorption organischer Substanzen war aus Metall, und mit 2,5 g eines Adsorbens (eingetragenes Warenzeichen: TENAX, Enka Research Institute) beschickt. Das durch den Gasauslaß 6 abgelassene Gas wurde in die Atmosphäre abgegeben. Die Menge an durchgeführtem Wasserstoffgas wurde mittels des Fließgeschwindigkeitsreglers 5 auf 2 l/min eingestellt, und das Wasserstoffgas wurde durch das Rohr 2 zur Adsorption organischer Substanzen 25 Minuten lang hindurchgeleitet, wonach alle Ventile geschlossen wurden. Auf diese Weise wurden die in 50 l Wasserstoffgas enthaltenen organischen Substanzen in einem der Rohre 2 zur Adsorption organischer Substanzen eingefangen. Wenn gewünscht, kann das sich innerhalb des Turbinengenerators befindliche Gas durch das andere Rohr 2 zur Adsorption organischer Substanzen geführt werden, um die Zahl der Proben für die Analyse zu erhöhen. In dieser Ausführungsform wurde jedoch eine Probe pro Tag verwendet.

Nach Beendigung des Einfangens der in dem Wasserstoffgas enthaltenen organischen Substanzen wurde das Rohr 2 zur Adsorption der organischen Substanzen als Probe entfernt. Zur Messung der organischen Substanzen in Stufe ST2 wurde das Rohr 2 zur Adsorption der organischen Substanzen mittels einer an einen Gaschromatographen angeschlossenen Wärmedesorptionsvorrichtung oder eines Headspace-Probenehmers auf 250°C erhitzt. Die im Inneren des Rohres adsorbierten organischen Substanzen wurden in den mit einem Massenspektrometer ausgerüsteten Gaschromatograph eingeführt.

Die in den Gaschromatograph eingeführten organischen Substanzen wurden mittels einer programmierten Temperaturgaschromatographie unter Verwendung einer nicht polaren Säule analysiert. Dieses programmierte Temperaturverfahren wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: eine anfängliche Säulentemperatur von 40°C, eine Programmierrate von 5°C/min, und eine Endtemperatur von 260°C. Als Detektor wurde ein Quadrupol-Massenspektrometer verwendet, und die Bestimmung wurde mit einer Massenzahl im Bereich von 35 bis 500 durchgeführt.

Nach diesem Verfahren kann eine Vielzahl von organischen Substanzen, die in dem Gas innerhalb des Turbinengenerators enthalten sind, bestimmt werden. Auf der Basis der Massenspektren der so bestimmten organischen Substanzen (erste Daten) können die Substanzen identifiziert oder beurteilt werden (Stufe ST14). Als organische Substanzen innerhalb des Turbinengenerators wurden Toluol, Dimethylbenzol, Decan, Trimethyldecan und Phenolderivate, wie z. B. Dimethylethylphenol und Methylcarbamat, identifiziert.

Gleichzeitig mit der Identifizierung der organischen Substanzen wurden die Massen jeder organischen Substanz aus den gaschromatographischen Daten bestimmt, und die Konzentration jeder organischen Substanz im Turbinengeneratorgas berechnet.

Getrennt davon wurden aus den gleichen Materialien, wie sie für die Komponenten innerhalb des Turbinengenerators verwendet wurden, wie z. B. ein gehärtetes Epoxyharz, unter der Wirkung von Hitze oder Entladung gebildete organische Substanzen gemessen, und zur Verwendung als zweite Daten identifiziert. Eine Datenbank der aus dem gehärteten Epoxyharz hergestellten Substanzen wurde aus einer Gruppe der zweiten Daten zusammengestellt (Stufe ST3).

Es zeigte sich, daß Phenolderivate, d. h. Dimethylethylphenol und Methylcarbamat, in den aus dem gehärteten Epoxyharz gebildeten Substanzen vorhanden waren (zweite Daten).

Die obige Datenbank kann aus den Ergebnissen interner Experimente oder aus bekannten Daten erstellt werden.

Von dem in Fig. 3 veranschaulichten Diagnoseverfahren werden nun die nach Stufe ST13, der Stufe der Identifizierung der organischen Substanz, durchgeführten Stufen beschrieben.

Die Daten aus der Gaschromatographie und Massenspektrometrie der organischen Substanzen im Turbinengenerator (d. h. der ersten Daten) wurden in einen Computer eingegeben, und gegen die vorher aufgestellten zweiten Daten (z. B. die aus dem gehärteten Epoxyharz erzeugten Substanzen) im Computer verglichen (Stufe ST4). Dieser Vergleich zeigte, daß die Phenolderivate der zweiten Daten in den ersten Daten der organischen Substanzen innerhalb des Turbinengenerators vorhanden waren (Stufe ST15). Somit wurde eine Diagnose für die in dem aus gehärteten Epoxyharz bestehenden Anteil innerhalb des Turbinengenerators durch Hitze oder Entladung verursachte Beschädigung durchgeführt (Stufe ST16) Innerhalb der Turbinengenerators waren, wie dies festgestellt wurde, neben den Phenolderivaten viele Arten organischer Substanzen vorhanden. Es besteht deshalb keine Notwendigkeit, die Konzentrationen an organischen Substanzen im Gas, die auf solche aus dem gehärteten Epoxyharz beschränkt sind, zu bestimmen. Im vorausgehenden Fall können die Konzentrationen solcher anderer organischer Substanzen im Gas zusätzlich zu den Phenolderivaten bestimmt werden.

In der vorliegenden Ausführungsform wurden die von den ersten Daten und den zweiten Daten erfaßten organischen Substanzen identifiziert. Eine Beschädigung kann jedoch einfach diagnostiziert werden, wenn man weiß, ob die Daten der zweiten Datengruppe in den ersten Daten vorhanden sind oder nicht. Selbst wenn die organischen Substanzen nicht identifiziert werden, reicht es aus, wenn die Messungen im Laufe der Zeit erhöht werden, oder eine Gruppe von Spektraldaten des Gases vorhanden ist. Diese Parameter werden dann in die Datenbank eingegeben, um sie praktisch verwendbar zu machen.

Anstelle der Verwendung aller zweiten Daten von bestimmten Komponenten als Standard für eine Beurteilung ist es möglich, eine charakteristische Stelle in der zweiten Datengruppe festzustellen, und sie als Indikator zu verwenden. Dies erleichtert die Diagnose.

Die Erfinder haben jedoch festgestellt, daß aliphatische Kohlenwasserstoffe und aromatische Kohlenwasserstoffe mit einem Molekulargewicht von weniger als 92 mit einer Beschädigung oder einer Abnormalität der Materialien überhaupt nicht in Beziehung stehen. Sie wurden deshalb bei der Durchführung des Vergleichs als Standard für die Beurteilung nicht verwendet.

Die in dieser Ausführungsform bestimmten Phenolderivate waren alle aromatische Kohlenwasserstoffe mit einem Molekulargewicht von 92 oder mehr.

Es ist zweckmäßig, eine Datenbank auf der Basis organischer Substanzen aufzubauen, die auftreten, wenn soviel Komponenten wie möglich innerhalb des Turbinengenerators aus verschiedenen Gründen beschädigt werden. Es ist jedoch effektiv, eine Datenbank auf der Basis besonders wichtiger Materialien, wie in der vorliegenden Ausführungsform, zusammenzustellen.

Dann wurde der erste Teil des Betriebsablaufschemas der Fig. 3, d. h. die Sammlung (Stufe ST1) und Identifizierung (Stufe ST14) der organischen Substanzen im Gas in Abständen von einem Monat (Stufe ST17) wiederholt, um den Zeitverlauf der Konzentrationen an Phenolderivaten im Turbinengeneratorgas, wie z. B. Von Dimethylethylphenol und Methylcarbamat, zu bestimmen. Dieses Intervall ist nicht darauf beschränkt, es sollte aber zweckmäßigerweise verkürzt werden, wenn die Fluktuationen in den Konzentrationen groß werden.

Die Diagnose der Komponenten innerhalb des Turbinengenerators wurde auf der Basis der Größe der Veränderung der Konzentrationen der Phenolderivate Dimethylethylphenol und Methylcarbamat während der Zeit durchgeführt (Stufe ST10). Die Konzentration an Methylcarbamat blieb von der anfänglichen Messung bis zum Verstreichen eines Jahres konstant 0,2 ppb. Andererseits wurde die Konzentration an Dimethylethylphenol, die bei der anfänglichen Messung 0,8 betrug, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2 ppb und in dieser Folge ansteigend, was die Tendenz zu einem Anstieg um 0,1 ppb in Intervallen von einem Monat anzeigt.

Auf der Grundlage der vorstehenden Feststellungen wurde die Zeit, die verstrich, bis die Dimethylethylphenolkonzentration 10,0 ppb erreichte, als Lebensdauer des gehärteten Epoxyharzes innerhalb des Turbinengenerators angesehen. Wenn angenommen wird, daß diese Konzentration mit dieser Geschwindigkeit steigt, so wird sie nach 92 Monaten 10,0 ppb erreichen. Die Lebensdauer des gehärteten Epoxyharzes innerhalb des Turbinengenerators konnte deshalb mit ca. 92 Monaten, nämlich 7 Jahre und 8 Monate, beurteilt werden (Stufe ST11).

Diese gesamte Länge der geschätzten Lebensdauer zeigte, daß zur Zeit keine Notwendigkeit besteht, das in Frage stehende Material zu erneuern, und es ausreichen würde, eine Diagnose wieder nach ca. 5 Jahren von jetzt an gerechnet durchzuführen, und mit Vorbereitungen für eine Erneuerung des Materials zu beginnen.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde der Zeitraum bis zu einem Erreichen einer Konzentration von 10,0 ppb als Lebensdauer des Materials angesehen. Dies deshalb, weil, wenn die Konzentration ca. 10,0 ppb ist, die Menge an zersetztem Material ca. 5% beträgt, was das Material für einen Spannungsdurchschlag empfänglich macht. Die Konzentration, die die Lebensdauer festlegt, kann z. B. für eine erhöhte Sicherheit mit 5,0 ppb festgelegt werden, oder es kann aber auch eine höhere Konzentration von 50,0 ppb oder sogar 1000 ppb, abhängig vom Material, festgesetzt werden. Ein alternativer Weg zur Bestimmung der Konzentration zur Beurteilung der Lebensdauer kann es auch sein, einen Wert festzusetzen, der ein bestimmtes Vielfaches der derzeitigen Konzentration ist.

Wenn die geschätzte Lebensdauer innerhalb eines Jahres liegt, sollte das Material auf alle Fälle sofort erneuert werden, um einen möglichen Unfall zu verhindern. Wenn die Lebensdauer mit einem Jahr oder mehr diagnostiziert wurde, wird die Diagnose periodisch durchgeführt, um die Lebensdauer zu bestätigen, und ein Abstellen des Turbinengenerators und eine Erneuerung des Materials kann zu einem geeigneten Zeitpunkt erfolgen.

Die vorliegende Ausführungsform betrifft Proben des Gases aus dem Turbinengenerator während des Betriebs. Die Möglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden jedoch auch erhalten, wenn der Turbinengenerator abgestellt ist, oder während eines Leerlaufs.

Ausführungsform 2

Fig. 5 ist ein Betriebsablaufschema, das ein Diagnoseverfahren zeigt, das einem Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform entspricht. In diesem Schema werden die gleichen Stufen wie die Stufen der Betriebsablaufschemata der Fig. 1 bis 3 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In der vorliegenden Ausführungsform wurden ebenfalls organische Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators unter Verwendung des in Fig. 4 dargestellten Gaskollektors identifiziert. Zuerst wurden die organischen Substanzen im Gas auf gleiche Weise wie in der Ausführungsform 1 aus einem 250 MW Turbinengenerator während des Betriebs eingefangen (Stufe ST1). Das verbleibende Gas nach dem Einfangen der organischen Substanzen wurde in den Turbinengenerator zurückgeführt.

Dann wurde die Probe über eine Wärmedesorptionsvorrichtung in einen Gaschromatograph und ein Massenspektrometer auf die gleiche Weise wie in Ausführungsform 1 zur Durchführung einer Analyse (erste Daten) (Stufe ST2) eingeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wurde eine minimal-polare Säule verwendet, und die Programmierrate wurde mit 2°C/min festgesetzt. Die Analyse zeigte die Gegenwart von Toluol, Decan und Methylphenol als organische Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators (Stufe ST14).

Getrennt davon wurde eine Vielzahl von Komponenten, die im Turbinengenerator verwendet wurden, d. h. ein gehärtetes Epoxyharz (Typ A-gehärtetes Epoxyharz) als Erdisolierungsmaterial für eine Ständerspule, ein gehärtetes Epoxyharz (Typ B-gehärtetes Epoxyharz) als Material um die Ständerspule, und ein gehärtetes Phenolharz als Stator- Kleber, für die Messung herangezogen. Die aus den entsprechenden Materialien durch Hitze oder Entladung gebildeten organischen Substanzen wurde bestimmt (zweite Daten), und identifiziert, um vorab eine Datenbank aufzubauen (Stufe ST3).

Die Methoden und Verfahren zur Identifizierung der durch diese Materialien gebildeten organischen Substanzen können irgendwelche Methoden sein. In der vorliegenden Ausführungsform wurden die drei Materialarten herangezogen, aber es können auch mehrere Arten von organischen Materialien für Komponenten innerhalb des Turbinengenerators als Materialien ausgewählt werden.

Als nächstes werden die Verfahren zur Identifizierung des beschädigten Materials und die Bestimmung der Ursache der Beschädigung gemäß dem in Fig. 5 dargestellten Verfahren beschrieben.

Gemäß der vorstehenden Datenbank wurde Methylphenol als Substanz festgestellt, die durch Hitze aus dem gehärteten Epoxyharz (Typ B-gehärtetes Epoxyharz) (Material um die Ständerspule) gebildet wurde. Methylphenol wurde jedoch unter den durch Hitze oder Entladung erzeugten Substanzen aus dem gehärteten Epoxyharz (Typ A-gehärtetes Epoxyharz) und gehärteten Phenolharz, d. h. den Materialien, die von den Materialien um die Ständerspule herum verschieden sind, nicht beobachtet.

Wie bereits festgestellt, wurde in den im Turbinengeneratorgas enthaltenen organischen Substanzen Methylphenol gefunden. Damit wurde das Auftreten einer Beschädigung im Turbinengenerator diagnostiziert (Stufen ST15, ST16). Es wurde auch diagnostiziert, daß die Beschädigung oder Abnormalität in dem Teil des gehärteten Epoxyharzes um die Ständerspule innerhalb des Turbinengenerators (Typ B-gehärtetes Epoxyharz) auftrat, und daß diese Beschädigung eher aufgrund von Hitze als durch eine Entladung verursacht wurde (Stufe ST13).

Als Ergebnis der vorstehenden Diagnosen wurde der Turbinengenerator abgestellt, bevor ein Unfall auftreten könnte. Dann wurde das Material nur an dem aufgrund der Diagnose erwarteten Ort der Abnormalität erneuert, worauf der Betrieb innerhalb kurzer Zeit wieder aufgenommen wurde. Da Hitze als Grund für die Abnormalität angenommen wurde, könnte außerdem eine erforderliche Maßnahme getroffen werden.

Ausführungsform 3

Es wird nun ein Diagnoseverfahren als dritte erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. Diese Ausführungsform wird ebenfalls auf der Grundlage des in Fig. 3 veranschaulichten Verfahrens durchgeführt.

Das zur diagnostizierende Objekt war ein Wasserstoff gekühlter 200 mW-Turbinengenerator, der nicht im Betrieb war. Für die Analyse des Gases innerhalb des Turbinengenerators ist es besser, eine Gasprobe aus dem Turbinengenerator während des Betriebs zu entnehmen. Dies führt zu einer genauen Diagnose, aber es ist möglich, eine Diagnose auch während eines Stillstandes des Turbinengenerators durchzuführen.

Als Gaskollektor für den Turbinengenerator wurde der Gaskollektor der Fig. 4 verwendet, in dem das Rohr 2 zur Probenadsorption durch einen Stahlzylinder zur Probensammlung ersetzt war. 20 l, daß sich innerhalb des Turbinengenerators befand, wurden in diesem Probenahmezylinder eingefangen, und die Ventile beider Seiten des Zylinders geschlossen (Stufe ST1).

Das Wasserstoffgas aus dem Innern des Turbinengenerators, das im Zylinder gelagert wurde, wurde in eine Gaszelle eines Infrarotabsorptionsspektroskops mit einer optischen Weglänge von 20 m übertragen. Die Gaszelle wurde an einem Fourier- Transformations-Infrarotspektroskop (FTIR) zur Messung des Infrarot-Absorptionsspektrums des Gases innerhalb des Turbinengenerators (erste Daten) (Stufe ST2) angebracht. Die Messung zeigte, daß ein aromatischer Kohlenwasserstoff mit einer Hydroxy-Gruppe und ein aliphatischer Kohlenwasserstoff mit unbekannter Struktur innerhalb des Turbinengenerators vorhanden waren (Stufe ST14).

Bei der Identifizierung der organischen Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators ist es zweckmäßig, die Bezeichnungen der Substanzen so klar wie möglich zu ermitteln. Wie in dieser Ausführungsform gezeigt, erlaubt jedoch die Benennung der Arten an Substanzen eine erfindungsgemäße Diagnose.

Das gleiche Fourier-Transformations-Infrarotspektroskop, wie es zur Analyse des Gases innerhalb des Turbinengenerators verwendet wurde, wurde getrennt verwendet, um die organischen Substanzen (zweiten Daten), die beim Erhitzen des gehärteten Polyesterharzes vom gleichen Typ wie für die Komponente innerhalb des Turbinengenerators gebildet wurden, zu messen. Auf der Basis dieser Messungen wurde eine Datenbank zusammengestellt (Stufe ST3). In den zweiten Daten wurde die Gegenwart eines aromatischen Kohlenwasserstoffs mit einer Hydroxy-Gruppe festgestellt, während kein aliphatischer Kohlenwasserstoff bemerkt wurde.

Dann wurden die ersten Daten und die zweiten Daten miteinander verglichen (Stufe ST4), mit dem Ergebnis, daß das Gas innerhalb des Turbinengenerators ebenfalls den gleichen aromatischen Kohlenwasserstoff mit einer Hydroxy-Gruppe enthielt wie die organische Substanz, die aus dem gehärteten Polyesterharz durch Hitze gebildet wurde (Stufe ST15). Es wurde deshalb die Diagnose gestellt, daß in der Komponente innerhalb des Turbinengenerators eine Beschädigung durch Hitze stattfindet.

Als nächstes wurden die Veränderungen der Konzentration des Hydroxy-enthaltenden aromatischen Kohlenwasserstoffs innerhalb des Turbinengenerators während der Zeit untersucht, um die Lebensdauer zu diagnostizieren.

Wie im vorstehend genannten Verfahren wurde das Gas innerhalb des Turbinengenerators im Stahlbehälter in Intervallen von drei Monaten eingefangen und mit einem Fourier- Transformations-Infrarotabsorptionsspektroskop analysiert. Aus der Absorptionsintensität des aromatischen Kohlenwasserstoffs mit einer Hydroxy-Gruppe wurde die Konzentration gemessen (Stufe ST17). Die in Intervallen von drei Monaten gemessene Konzentration verblieb vom Datum der ersten Gasentnahme während der Dauer von 2 Jahren an ein konstanter Wert von 10 ppb (Stufe ST10).

Diese Feststellung führte zu der Diagnose, daß in den Komponenten innerhalb des Turbinengenerators kaum eine Beschädigung auftrat, was das Ziel der Diagnose dieser Ausführungsform war. Eine Erneuerung des Materials wurde deshalb als zur Zeit nicht erforderlich angesehen (Stufe ST11).

Ausführungsform 4

Es wird nun das Diagnoseverfahren gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform beschrieben. Diese Ausführungsform wird ebenfalls auf der Basis der in den Fig. 3 und 5 veranschaulichten Verfahren durchgeführt. Das zu diagnostizierende Objekt war ein wassergekühlter 1 GW- Turbinengenerator, der in Betrieb war.

Anstelle des in Fig. 4 dargestellten Gaskollektors wurde an die Gasleitung des Turbinengenerators direkt ein Quadrupol- Massenspektrometer angeschlossen. Zwischen der Gasleitung und dem Quadrupol-Massenspektrometer wurde feines Fließventil zur Einführung einer kleinen Gasmenge angebracht (Stufe ST1).

Eine kleine Gasmenge wurde konstant vom Inneren des Turbinengenerators eingeführt, wodurch die massenspektrometrischen Daten der organischen Substanzen konstant sofort erhalten werden (erste Daten) (Stufe ST2). Die erhaltenen Daten wurden über eine Leitung übertragen, damit sie kontinuierlich in einem getrennten Monitorraum überwacht werden.

In der vorliegenden Ausführungsform können die Daten so übertragen werden, daß eine Identifizierung der organischen Substanzen und eine Diagnose an einem vom Ort des Turbinengenerators entfernten Ort durchgeführt werden kann. Alternativ können die organischen Substanzen gleichzeitig mit der Entnahme des Gases am Ort identifiziert werden. Wenn es erforderlich ist, die Identifizierung der organischen Substanzen und die Diagnose häufig durchzuführen, ist eine Online-Überwachung, wie sie in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wurde, im Hinblick auf die Arbeitseffizienz von Vorteil.

Als Ergebnis der Analyse wurden viele relativ kleine Molekülfragmente mit einer Massenzahl von 90 oder weniger festgestellt, und relativ große Molekülfragmente mit Massenzahlen von 134 und 213 wurden ebenfalls in den ersten Daten aus der Massenspektrometrie oder den im Gas innerhalb des Turbinengenerators vorhandenen organischen Substanzen festgestellt (Stufe ST14). Mit dieser Analyse war es nicht möglich, die Substanzen spezifisch zu identifizieren, aber die bloße Feststellung der Massenzahlen der Molekülfragmente macht eine Diagnose ebenfalls oft möglich.

Getrennt davon wurde vorher eine Datenbank aufgestellt (Stufe ST3), die die Molekülfragmente von Substanzen erfaßte, die bei der Zersetzung durch Hitze, Entladung, Korrosion oder Reibung von drei Materialarten, einschließlich gehärteten Epoxyharzen, den Komponenten innerhalb des Turbinengenerators, gebildet wurden (zweite Daten). Diese Datenbank wurde durch Addition der vorhandenen Datenbank zu den erhaltenen Daten aufgestellt.

Dann wurden die im Turbinengeneratorgas festgestellten Molekülfragmente (erste Daten) im Computer mit der Datenbank verglichen (Stufe ST4). Die Molekülfragmente mit einer Massenzahl von 90 oder weniger wurden nicht nur in dem Turbinengeneratorgas festgestellt, sondern auch in den aus allen drei Materialarten gebildeten Gasen. Diese Molekülfragmente waren deshalb als Indikator für eine Diagnose von beschädigten Materialien schwer zu verwenden.

Von den Molekülfragmenten mit einer Massenzahl von 90 oder mehr waren jedoch die Molekülfragmente mit den Massenzahlen 134 und 213, die im Gas innerhalb des Turbinengenerators festgestellt wurden, die einzigen, die mit den Molekülfragmenten der aus den gehärteten Epoxyharzen der Komponenten innerhalb des Turbinengenerators durch Hitze erzeugten Gasen übereinstimmten. Die Fragmente mit den Massenzahlen 134 und 213 wurden deshalb als Standards zur Beurteilung für die Diagnose von beschädigten Materialien verwendet (Stufe ST15).

Die vorstehende Übereinstimmung zwischen Molekülfragmenten mit Massenzahlen von 134 und 213 im Turbinengeneratorgas und in den Molekülfragmenten der durch Hitze aus den gehärteten Epoxyharzen gebildeten Gase führte zu der Diagnose, daß die gehärteten Epoxyharze innerhalb des Turbinengenerators einer Beschädigung durch Hitze unterlagen (Stufen ST16, ST13).

Beim Vergleich der organischen Substanzen im Turbinengeneratorgas mit den gasförmigen Substanzen, die aus den Materialien innerhalb dieser Vorrichtung gebildet wurden, kann es schwierig sein, alle Substanzen zu vergleichen, die eine Überstimmung zeigten. In diesem Fall kann eine spezifische übereinstimmende Substanz oder ein Parameter, die/der leicht von den anderen Komponenten unterscheidbar ist, als Indikator für die Diagnose verwendet werden, so wie in der vorliegenden Ausführungsform.

Um den Grad der Beschädigung durch Hitze zu untersuchen, wurden die Veränderungen in den Intensitäten, d. h. Konzentrationen, der Molekülfragmente mit der Massenzahl 134 und 213 der organischen Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators im Laufe der Zeit während eines Monats überwacht (Stufe ST17). Es wurde gefunden, daß die Intensitäten der Indikator-Molekülfragmente mit einer Rate von 10% pro Woche stark anstiegen (Stufe ST10).

Deshalb wurde die Diagnose aufgestellt, daß die Beschädigung der gehärteten Epoxyharze innerhalb des Turbinengenerators durch Hitze rasch fortschritt, weshalb der Turbinengenerator gestoppt und die Materialien sofort erneuert werden sollten (Stufe ST11).

In der vorliegenden Ausführungsform wurde das Verfahren verwendet, bei dem ein Analysator direkt am Turbinengenerator vorgesehen war, um die Daten dort zu übertragen und zu überwachen. Die Verwendung eines Analysators, der von einem Quadrupol-Massenspektrometer verschieden ist, ermöglicht eine Online-Diagnose nach der gleichen Methode.

Ausführungsform 5

Es wird nun ein Diagnoseverfahren einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform beschrieben. Diese Ausführungsform wird auf der Basis des in Fig. 5 veranschaulichten Verfahrens durchgeführt. Das zu diagnostizierende Objekt war ein 400 MW-Turbinengenerator während eines Versuchsbetriebes kurz nach Erneuerung der Komponenten innerhalb des Turbinengenerators.

Auf die gleiche Weise wie in Ausführungsform 1 wurden die organischen Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators in einem Rohr 2 zur Adsorption organischer Substanzen unter Verwendung der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung eingefangen (Stufe ST1). Dann wurden die organischen Substanzen, die in dem Rohr zur Adsorption der organischen Substanzen gesammelt waren, über eine Hitzedesorptionsvorrichtung in einen Gaschromatographen mit einem Massenspektrometer übertragen, um die organischen Substanzen im Turbinengeneratorgas zu analysieren (Stufe ST2).

Gleichzeitig mit der Sammlung im Rohr 2 zur Adsorption der organischen Substanzen war dieses Rohr auch durch ein Glasrohr ersetzt. Im Glasrohr wurden 2 Metallstreifen angebracht, um eine Probe zur Analyse von Substanzen auszubilden, die auf den Oberflächen der Metallstreifen adsorbiert wurden. Nachdem die Metallstreifen aus dem Gaskollektor entnommen wurden, wurden ihre Oberflächen durch Reflexions-Infrarotspektroskopie und Photoelektronenspektroskopie analysiert (Stufe ST2).

Die Ergebnisse der Gaschromatographie und Massenspektrometrie (erste Daten) zeigten die Gegenwart der aromatischen Kohlenwasserstoffe Benzol und Toluol, eine Vielzahl von aliphatischen Kohlenwasserstoffen, und eine Substanz mit unbekannter Struktur und einem Molekulargewicht von ca. 126.

Die Analyse der Oberflächen der Metallstreifen identifizierte die vorstehend genannte Substanz mit einem Molekulargewicht von ca. 126 als Melamin (Stufe ST14).

Die durch Gaschromatographie und Massenspektrometrie identifizierte, von Melamin verschiedene Substanz, nämlich Benzol, ist ein aromatischer Kohlenwasserstoff mit einem Molekulargewicht von weniger als 92, und wurde deshalb nicht zur Diagnose verwendet. Auch die aliphatischen Kohlenwasserstoffen wurden nicht für die Diagnose verwendet.

Getrennt davon wurden die aus den Komponenten innerhalb des Turbinengenerators, d. h. dem gehärteten Epoxyharz, dem gehärteten Phenolharz und dem gehärteten Melaminharz, durch Einwirkung von Hitze oder Entladung gebildeten organischen Substanzen bereits vorher gemessen (zweite Daten), um eine Datenbank zu erstellen (Stufe ST3).

Das vorstehend genannte Melamin, das in den organischen Substanzen im Gas innerhalb des Turbinengenerators festgestellt wurde, wurde in den zweiten Daten, d. h. den Messungen der aus dem gehärteten Melaminharz durch Entladung gebildeten organischen Substanzen, ebenfalls festgestellt (Stufen ST4, ST15).

Es konnte deshalb die Diagnose aufgestellt werden, daß an der Stelle im Turbinengenerator, an der das gehärtete Melaminharz verwendet wurde, eine Beschädigung aufgrund einer Entladung auftrat (Stufen ST16, ST13). Der Teil, in dem das gehärtete Melaminharz verwendet wurde, wurde jedoch nicht als ernsthaftes Problem angesehen, wenn dort eine Entladung stattfindet. Der Turbinengenerator wurde deshalb ohne Erneuerung der Komponenten vom Versuchsbetrieb auf Vollbetrieb (großtechnischen Betrieb) geschaltet.

Wie in der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, einen Turbinengenerator während eines Versuchsbetriebs sofort nach der Erneuerung der Komponenten zu diagnostizieren, und zu beurteilen, ob der Versuchsbetrieb durch einen Vollbetrieb ersetzt sein kann.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Diagnose von Beschädigungen oder von Abnormalitäten von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators bereit, gibt aber keine direkte Anweisung zum Betrieb des Hauptteiles des Turbinengenerators. Selbst wenn deshalb irgendeine Beschädigung oder Abnormalität, wie in der vorliegenden Ausführungsform, diagnostiziert wird, könnte der Betrieb im Hinblick auf die Ergebnisse der Diagnose unverändert fortgesetzt werden.

Es wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei diese Beschreibungen aber nur veranschaulichenden Zwecken dienen sollen, und es ist verständlich, daß Veränderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne das Wesen und den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche zu verlassen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Gasleitung

2

Rohr mit Adsorbens

3

Umgehungsleitung

4

Ventil

5

Durchflußregler

6

Gasauslaß

7

Gaseinführungsleitung

8

Gasauslaß

9

Vorrichtungsbehälter

10

α-Strahlenquelle

11

Elektrode

12

Elektrode

13

Amperemeter

Claims

1. Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators, umfassend die Stufen:

- Sammeln von in einem Gas innerhalb des Turbinengenerators vorhandenen organischen Substanzen (ST1);
- Messen der gesammelten organischen Substanzen, um einen ersten Datensatz zu erhalten (ST2);
- vorausgehendes Messen der aus jeder Komponente innerhalb des Turbinengenerators aufgrund von Hitze, Entladung, Korrosion oder Reibung gebildeten organischen Substanzen, um einen zweiten Datensatz der organischen Substanzen zusammenzustellen (ST3); und
- Vergleichen des ersten und zweiten Datensatzes miteinander (ST4), um zu beurteilen, ob die gleichen, im zweiten Datensatz vorkommenden Daten im ersten Datensatz vorhanden oder abwesend sind (ST5).

2. Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem die Stufe umfaßt: Zeitlich periodisches Messen und Überwachen von Änderungen der Konzentrationen der im zweiten Datensatz vorhandenen Substanzen, die auch im ersten Datensatz enthalten sind.

3. Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem die Stufe umfaßt: Identifizieren einer einer Beschädigung unterliegenden Komponente des Turbinengenerators, oder Bestimmen des Grundes der Beschädigung der Komponente des Turbinengenerators, auf der Basis der Daten des zweiten Datensatzes (ST12, ST13), die auch im ersten Datensatz vorhanden sind.

4. Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten des ersten und des zweiten Datensatzes mittels Gaschromatographie, Infrarotabsorptionsspektroskopie, Reflexions- Infrarotspektroskopie, Massenspektroskopie oder Photoelektronenspektroskopie erhalten wurden.

5. Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichen der Daten des ersten Datensatzes und der Daten des zweiten Datensatzes miteinander mittels eines Computers durchgeführt wird.

6. Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur Daten von aromatischen Kohlenwasserstoffen mit einem Molekulargewicht von 92 oder mehr zur Durchführung des Datenvergleichs als Standard für die Beurteilung auf Schädigung oder Materialabnormalität verwendet werden.

7. Verfahren zur Diagnose von Komponenten innerhalb eines Turbinengenerators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Turbinengenerator abgezogene Gas durch ein Adsorbens geleitet wird, um die im Gas innerhalb des Turbinengenerators vorhandenen organischen Substanzen zu sammeln.