[发明专利]用于检测发电机中的冷却剂泄漏的方法和系统

说明书

提供了一种用于检测发电机中的气体泄漏的系统和方法。系统包括非腐蚀性示踪气体源，和用于将非腐蚀性示踪气体引入到氢冷发电机中的子系统。红外线成像装置适合于与通告装置通信，以显示氢冷发电机的至少一部分和非腐蚀性示踪气体的图像。红外线成像装置包括冷却检测器和滤波器，该滤波器具有在大约3μm至大约5μm之间的光谱响应。检测器和/或滤波器冷却至大约‑80ºC至大约‑200ºC之间。气体泄漏将在通告装置上指示。发电机可为氢气冷却的，并且是在线或在网的。

技术领域

本文公开的主题大体涉及泄漏的检测，并且更具体地说涉及氢冷发电机中的冷却剂泄漏的在线检测。

背景技术

大型发电机典型地利用轻密度气体冷却。氢(H₂)由于其合乎需要的热物理特性而已经广泛用作冷却剂，该热物理特性包括当与其它冷却气体选择相比时低的风阻摩擦、高的散热能力和对电晕放电的高电阻。另外，H₂具有可容易得到且廉价的优点。

H₂的泄漏可阻止发电机有效操作，并且在某些情况下可产生发电停机。在发电机周围可能发生H₂泄漏的区域之中的是在定子外壳上的凸缘接头，其包括高压衬套、密封外壳和管凸缘。泄漏还可发生在冷却器、焊缝、螺栓头和端罩的界面周围。外端罩中的轴承包封、转子端子包装、集电器组件以及为了仪器配线穿透而制成的压盖也可易于泄漏。其它气密性过渡和焊接接头以及密封油排泄系统、气体管道和氢箱可为泄漏源。如果发电机是水冷发电机，则定子液体冷却的绕组也可为泄漏源。

H₂泄漏是难以检测的，因为H₂是无色无味的，分子结构对称的，并且由于其低密度，故当其泄漏到大气中时，其快速地消散。监测和检测潜在的H₂泄漏的技术挑战在于识别涡轮发电机中的H₂泄漏的精确位置，尤其在难以接近且空间有限的区域中。典型地，当发电机开始消耗比平常更多的氢时，指示氢泄漏。在该情况下，操作员意识到泄漏存在，但泄漏的位置是未知的。

常规的涡轮发电机泄漏检测方法需要涡轮发电机离网或离线进行空气净化，并且之后将其带到高达正常操作压力。接着，使用待审查的区域的长的检查列表和逐步消除方法。各个测试循环需要监测至少24小时。如果泄漏高于推荐值，则使用各种泄漏检测的方法。

例如，可使用肥皂水或相似的洗涤剂溶液执行气泡测试，其施加于可能泄漏的所有可接近的区域上面。另一途径是使用卤素泄漏检测器，其设计用于检测加压系统中的泄漏，其中卤素化合物气体(如二氯二氟甲烷12)用作示踪气体以检查泄漏。接着利用嗅探器探针扫描系统的外部，该嗅探器探针对卤素-承载气体的痕迹是敏感的。原理基于增加的阳离子(K或Na)排放，因为突然存在卤化物成分。

所有泄漏检测的常规方法需要检测器紧邻泄漏源，并且花费相当长的时间去实施。大多数常规方法使用接近或靠近接触“嗅探器”技术和探针。这些方法是辛苦费时的，并且在某些情况下错失了气体泄漏，如果它们发生来自内部密封的破裂。如果难以接近的H₂密封系统或受约束空间是可能的泄漏源，则可需要相当大的努力来拆卸涡轮发电机，通常导致日程延迟好几天。当涡轮发电机被迫离线时，动力生产者已经报告了接近每天操作收入的$1MM损失的价值。

长波气体检测照相机(10-11μm的检测器响应)已经用于电气分配工业，以检测来自高压开关装置和变压器的六氟化硫(SF₆)的泄漏。目前已经提出了结合背面散射/吸收技术使用SF₆作为在发电厂发电机中寻找H₂泄漏的示踪气体。背面散射/吸收泄漏检测过程使用主动扫描激光器来提供定向的能量源以照射目标区域。激光束反射回源照相机，其调谐至特定的频带。SF₆具有高的亲合力，以吸收该能量频率，并且在照相机监测器上看起来像黑云。照相机监测器通过示踪气体云的尺寸和暗度提供了泄漏有多严重的直接指示。