23.08.2005: Beschreibung Generator und Schadensursache

Der Generator

Grundsätzliches

Der Generator ist starr an den Niederdruckteil der Turbine gekuppelt. Die in der Turbine vor­handene Bewegungsenergie wird über deren Welle (Achse) auf die Generatorwelle übertra­gen. Durch die schnelle Drehung der auf der Generatorwelle befestigten Elektromagnete wird in den Wicklungen im Gehäuse des Generators Strom erzeugt. Der Generator wandelt die gewaltige mechanische Kraft der Turbine (1'665 x 103 PS) in elektrische Energie um.

Es handelt sich hier um den gleichen Vorgang wie in den Lichtmaschi­nen von Autos oder den Dynamos von Fahrrädern, nur ist die Leistung des Generators in Kernkraftwerken unvergleichbar grösser.
Der zweipolige KKL-Generator ist weltweit die einzige und grösste voll­tourige Maschine dieser Bau­art (3'000 U/min bei 50 Hz), also ein Unikat. Er erbringt eine Nennscheinleistung von 1318 MVA (Mega Volt Am­père). Es wird die für Grossge­neratoren übliche gemischte Kühlung ange­wandt: Rotor­wicklung, Luft­spalt und Statorblechpaket mit Wasser­stoff­gas und Stator­wicklung mit Wasser. Zur Erregung und Regelung des Generators dient ein statisches Erregersystem mit Thyristoren. Die Erre­gerleistung wird über einen Anpass­transformator direkt an den Ge­nera­torableitun­gen abgenommen.

Technische Daten des KKL-Generators

Hersteller BBC
Baujahr 1980
Nennleistung 1318 MVA
(Mega Volt Ampère)
Nennspannung 27'000 Volt
Drehzahl 3000 U/min
Frequenz 50 Hz
Phasenzahl 3
Gewicht Stator 520 t
Länge Stator 8 m
Gewicht Rotor 95 t
Wicklungsstäbe 96
(à 200 kg)
Wirkungsgrad bei
Nennlast ca. 98.7 %
Wellenlänge 15 m
Gehäuselänge 10 m
Gehäusehöhe 4 m

Ein kleines Stück Kaiseraugst rotiert im KKL

KKL verfügt über einen Ersatzrotor aus dem Restbestand des nicht ge­bauten Kernkraftwerks Kaiseraugst. Er stand unterdessen zwischen 1991 und 2004 während rund 103'600 Stunden problemlos im Einsatz. Wäh­rend der letzten Jahresrevision machte er wieder dem Origi­nalrotor Platz, um in Birr bei Alstom überholt zu werden. Statt erst in zehn Jahren wird er nun bereits nach wenigen Monaten wieder eingebaut. Es handelt sich um eine Vorsichtsmassnahme, weil sich kleine Eisenteile, herrührend vom Statorschaden, im Rotor festgesetzt haben könnten.

Ein- und Ausbau ein kniffliges Stück Arbeit

Da Generatoren im Gegensatz zu Turbinen nicht horizontal geteilt sind (und in Teilen nach oben ausgehoben werden können), muss der Rotor "nach hinten" auf die Nicht-Antriebsseite herausgezogen werden. Dabei gleitet er auf der Turbinenseite auf einem Stickstoff-Lufkissen, während die andere Seite am Kran hängt. Mit Unterstützung weiterer Hilfsmittel ist beim Ein- und Ausbau Millimeterarbeit gefragt. Der Zeitbedarf liegt bei rund fünf Tagen.

Vier meldepflichtige Ereignisse im Bereich Generator

Seit Betriebsaufnahme am 15. Dezember 1984 traten beim KKL-Gene­rator vier Ereignisse mit Meldepflicht an die Hauptabteilung für die Si­cherheit der Kernanlagen (HSK) ein; allesamt auf Stufe 0 der Ines-Skala:

  • 15. Dezember 1994: Automatische Ab­schaltung in Zusammenhang mit einer defekten Oel-Umwälz­pumpe am Generator
  • 31. August 2000: Automatische Abschaltung aufgrund eines schadhaf­ten Transformators im Erreger-System des Generators
  • 1. Oktober 2004: Automatischen Abschaltung nach Fehler im Erreger­system des Generators
  • 28. März 2005: Generatorabschaltung nach Erdschluss, anschlies­send Abfahren des Reaktors

Seit Beginn intensive «Zuwendung»

Der KKL-Generator ist ausgelegt auf 40 Jahre. Ihm schenken die Werksverantwortlichen seit Beginn besondere  «Zuwendung». Während des Betriebes wird er sorgfältig überwacht, namentlich bezüglich Tempe­ratur, Kühlung, Verunreinigungen und elektrischen Grössen (z.B. Belas­tung). Jährlich werden Inspektionen und Prüfungen während der Ab­stellung im Rahmen eines Mehrjahresprogramms durch Experten des Herstellers vorgenommen. Im Sommer 2004 wurde der Generator sogar geöffnet und der Rotor ausgefahren sowie ausgewechselt, um in einer Zehnjahreswartung den Generator umfassend auf seinen Zustand zu prüfen. Die Spezialisten beurteilten den Zustand des Generators als gut und machten keinerlei Einschränkungen für die nächsten Jahre.

Die Aktion trägt den Namen GERDA

Im Kernkraftwerk Leibstadt macht eine neue Wortschöpfung die Runde. Die in Zusammen­hang mit dem Ereignis vom 28. März 2005 gestarteten Aktivitäten laufen unter dem Kürzel GERDA: Generator-Erdschluss-Ab­schaltung.

Technischer Defekt: Eine Verkettung von Ursachen

Der Schaden am Stator des KKL Generators ist auf eine Wärmeaus­dehnung von metallischen Pressplattensegmenten zurückzuführen. Nachrechnungen mit modernsten Methoden sowie die Analyse der ge­schädigten Stellen im Materiallabor zeigen, dass der Spalt von 0.6 Milli­meter unter den zum Zeitpunkt des Schadens vorherrschenden Be­triebstemperaturen zu klein war. Es kam zum Kontakt der Segmente mit der Folge des Kurzschlusses und der Aufschmelzung der Kontaktstelle.

Zu den starken Wärmedehnungen aufgrund der besonderen Tem­pera­turbelastung führten drei Hauptursachen, die in Kom­bi­nation auftreten mussten, um zum Schaden zu führen.
Hinweise auf die Leistungserhöhung als die mass­gebende Ursache er­weisen sich nicht als tragfähig. Zwar wird der Generator seit Herbst 2002 stärker beansprucht, aber die Be­lastung entspricht seiner Auslegung und die Kühlung wurde für die gefahrene Leistung ange­passt. Sie hatte bis­lang keine Prob­leme zur Folge wie die umfassende In­spektion noch im August 2004 auch bestätigte.
Im August 2004 wurde während der Jahresrevision der Original­rotor nach einer zehnjährigen Pause wieder ein­gesetzt. Seine leicht andersar­tige Bauweise führte zu ge­änderten magnetischen Feldern und insbe­sondere im Be­reich der Pressplatten zu einer Erhöhung der Temperatur.

Es brauchte noch einen weiteren Grund, um eine Tempera­tur zu errei­chen, welche die Platten so weit dehnte. Es war die spezielle Belastung in der Nacht zum Ostermon­tag. Der Generator wurde dazu verwendet, das Netz zu stabilisieren. Er musste dafür, lai­enhaft gesagt, Spannung vernichten. Der Gene­rator wurde kapa­zi­tiv gefahren, um Blindleistung aus dem Netz aufzuneh­men.

Korrespondenzadresse:

Leo Erne
Leiter Information
Kernkraftwerk Leibstadt
Tel. 056 267 71 11
Fax 056 267 71 00
E-Mail medien@kkl.ch

 

 

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Das KKL startet Vorversuche mit Chlordioxyd zur Desinfektion des Hauptkühlwassers.

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