KR100273502B1 - 터빈 조속기 제어계통 종합 성능 시험 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자력 발전소내 터빈 조속기 제어계통을 하나의 장치로 통합 제어할 수 있는 터빈 조속기 제어 계통 종합 성능 시험 시스템에 관한 것이다. 그 구성은 호스트 캐비넷(100)과 테스트 캐비넷(200)으로 크게 구성되고, 그 호스트 캐비넷(100)에서는 현장에 설치된 터빈 속도감지기와 동일하고 연속적인 모의 터빈 속도를 제어하기 위한 신호와, 조속기의 전압제어신호 및 로직신호와, 그리고 현장의 조속기에서 측정된 압력 및 밸브개도 측정 신호를 채널별로 선택하는 신호의 입출력들을 사용자의 컴퓨터 조작에 의해 독립적으로 제어한다. 이 제어에 따라 테스트 캐비넷(200)은, 상기 호스트 캐비넷(100)의 모의 터빈속도 제어신호에 따라 주파수와 진폭이 연속적으로 가변을 하는 모의 터빈속도 신호를 모의 터빈속도 신호 발생기(210)에서 발생하고, 상기 전압제어신호에 따라 비율 또는 계단전압신호를 비율 및 계단전압신호 발생부(220)에서 출력하고, 접점형 로직신호 입출력카드(230)에서는 외부 조속기에서 출력된 접점형 로직신호를 상기 시험장치의 컴퓨터에 사용되는 TTL로직신호로 출력하고 이를 역으로 수행하고, 현장 데이터 취득부(250)에서는 현장에서 측정된 압력 및 밸브 개도 상태를 모두 전압신호로서 측정하여 출력하고, 직류전원공급부(240)에서는 직류전원을 공급하는 안정되게 상기 각 부분에 제공한다. 이에 따라, 본 발명은 현장의 실제 속도감지와 동일한 안정적인 모의 터빈속도신호를 제공할 수 있고, 컴퓨터로 로직신호를 제공할 수 있고, 안정적인 전원을 공급하며, 시험횟수를 감소시키고, 발전소 정지에 따른 비용손실을 감소시키고, 증기조절밸브의 수명을 연장시키고, 적은 인력으로도 시험시간을 단축할 수 있다.

Description

터빈 조속기 제어계통 종합 성능 시험 시스템
본 발명은 원자력 발전소내 터빈 조속기 제어계통 제어함 시험 및 터빈 제어 밸브의 시험을 종합적으로 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 특히 울진 원자력발전소 1,2호기에 설치된 발전기 타입의 터빈 속도감지기와 이와 동일한 작동방식의 감시기에 대한 모의신호의 발생기능, 터빈의 고압 및 저압 제어밸브 10개에 대한 동시시험에 필요한 비율 및 계단 제어가능 전압신호 발생기능, 시험시 측정해야 할 30채널 기록계기능 및 복잡한 로직회로의 조건형성을 위한 20채널 접점형태의 로직신호 발생기능을 컴퓨터(PC)를 이용하여, 하나의 장치로 통합 제어할 수 있는 터빈 조속기 제어계통 종합 성능시험 시스템에 관한 것이다.
여기서, '조속기'란, 발전기의 회전속도를 조정하여 전력계통의 주파수가 일정하게 유지되도록 하는 설비로서, 발전소의 필수적인 제어계통중의 하나이다.
이러한 조속기가 사용되는 일반적인 1000MWe급 원자력발전소의 터빈 조속기 제어계통은, 고압조절밸브 4개와 저압조절밸브 6개로 구성되고, 이 제어밸브들을 동시에 제어하므로, 발전소 기동시, 계통 병입시 및 정상출력 운전시에 터빈속도조절을 통한 발전기 출력제어를 담당하는 설비이다.
이러한 계통 특성상 터빈 조속기 제어계통 설비의 점검 및 시험은, 항상 발전소가 정지된 상태에서만 수행가능하며, 또한 제어밸브의 동작 특성시험과 많은 제어카드로 구성된 루프 제어특성을 확인하기 위해서는 과다한 정비시간이 소요되는 문제점이 있다.
기존에는 이러한 여러가지 시험들을 수행하기 위하여 기록계, 전압신호발생기, 모의 터빈속도신호 발생기, 로직신호 발생(외부의 단자함에서 점퍼작업), 현장 밸브 개도 및 밸브 작동유 압력측정장치에 필요한 전원공급 및 측정장치 등 각각의 장비를 매 시험시마다 필요에 따라 적절히 구성하여 사용하였다.
이러한 종래의 방법은 과다한 시험시간과 주의가 요구되며, 한정된 수의 기록계로 10개 제어밸브의 각 종 변수를 동시에 측정할 수 없으므로 밸브의 과운전을 하게 된다. 이로 인해, 제어밸브에 피로현상이 누적되는 원인이 되고 있으며, 제어카드의 점검시에 항상 공급되어야 하는 모의 터빈속도신호의 정확한 공급장비가 없었기 때문에 발생되는 불안정한 모의 터빈속도신호의 사용으로 인해, 그 제어카드의 정비에 대한 신뢰성이 저하되는 원인이 되었다.
이와 같은 종래의 조속기 제어계통 장비는 다음과 같은 문제점들이 있다.
첫째, 불안정한 모의 터빈속도신호 제공으로 속도제어회로의 정확한 점검 및 교정이 불가능하였다.
둘째, 시험 수행을 위한 각 종 로직조건의 구성 작업이 곤란했다.
세째, 현장 밸브 시험용 센서의 전원 불안정으로 인한 신호분석이 곤란했다.
네째, 신호 취득장비의 부족으로 시험시간이 과다하게 소요되고 설비가 과운전되어 수명이 단축되었다.
다섯째, 발전소가 정지된 상태에서만 조속기 제어계통을 점검 및 정비해야 하기 때문에 발전소 정지로 인한 경제적 손실이 컸다.
이에 따라, 설비의 신뢰성 제고, 계획예방정비 및 공기 단축의 필요성이 있다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 본 발명에서는, 30채널 기록계기능, 비율 및 계단 제어가능 전압신호 발생기능, 모의 터빈속도신호 발생기능, 20채널의 접점형태의 로직신호 발생기능을 모두 한 대의 시험장비를 이용하여 종합적으로 시험하고, 컴퓨터를 이용하여 교정함으로써, 시험 소요시간을 획기적으로 단축하면서 시험의 신뢰성을 더욱 향상시키고, 터빈 조속기 제어밸브의 피로현상 누적을 방지하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 개략적인 외관 구성도,
도 2는 본 발명의 시스템 내부 블럭 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 현장 데이터 취득부의 내부 블록 구성도,
도 4a 및 도 4b는 종래 주파수 발생기의 출력 파형을 설명하기 위한 도면,
도 5a∼도 5d는 주파수 발생기, 주파수/전압 비례 증폭부, 전력증폭기, 신호격리 트랜스의 각 출력 파형도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 호스트 캐비넷 110 : 컴퓨터
120 : GPIB 인터페이스 카드 130 : 제 2 인터페이스부
140 : 프린터 150 : 전용 케이블
200 : 테스트 캐비넷 210 : 모의 터빈속도 신호 발생부
220 : 비율 및 계단 전압신호 발생부
230 : 접점형 로직신호 발생부 240 : 직류전원 공급부
250 : 현장 데이터 취득부 251 : 압력 측정부
252 : 밸브 개도 측정부 252 : 제어함 전압 신호 입력부
253 : 멀티채널 입력 격리부
상기 목적을 달성하기 위해 원자력 발전소내에 터빈 조속기 제어계통 성능시험 시스템은, 현장에 설치된 터빈 속도감지기와 동일하고 연속적인 모의 터빈 속도를 제어하기 위한 신호와, 조속기의 전압제어신호 및 로직신호와, 그리고 현장의 조속기에서 측정된 압력 및 밸브개도 측정 신호를 채널별로 선택하는 신호의 입출력들을 사용자의 컴퓨터 조작에 의해 독립적으로 제어하는 시험제어장치와; 상기 시험제어장치의 모의 터빈속도 제어신호에 따라 주파수와 진폭이 연속 적으로 가변을 하는 모의 터빈속도 신호를 발생하고, 상기 전압제어신호에 따라 비율 또는 계단전압신호를 출력하고, 외부 조속기에서 출력된 접점형 로직신호를 상기 시험장치의 컴퓨터에 사용되는 TTL로직신호로 출력하고 이를 역으로 수행하고, 현장에서 압력 및 밸브 개도 상태를 모두 전압신호로서 측정하여 출력하고, 직류전원을 공급하는 시험장치로 구성되어, 하나의 시험장치로 터빈 조속 제어계통을 종합적으로 통합제어하여 시험할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 모의 터빈속도 신호 발생부는, 주파수를 연속적으로 가변시켜 발생하는 주파수 발생기와, 주파수 발생기로 부터 발생된 연속적인 주파수의 가변에 따라 진폭을 연속적으로 가변하여 출력하는 주파수/전압 비례 증폭부와, 그 출력신호를 비례적으로 증폭하여 수십 W의 전력으로 사인파형을 출력하는 전력 증폭기와; 및 이 증폭되어 출력된 신호를 안정화시켜 주파수와 전압을 출력하고, 다른 조속기 전자장치 및 연결장치와의 상호 보호를 위한 1 : 1 트랜스방식의 신호 격리 트랜스로 구성되어, 연속적인 주파수 가변에 따른 진폭의 연속적 비례출력형태의 파형을 만들어 모의 터빈속도 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기에서 현장 데이터 취득부는, 직류전원 공급부에서 공급되는 직류전원을 개별적으로 받아 현장에 설치된 30채널의 압력 및 밸브개도 센서로 부터 그 압력 상태 및 밸브개도 상태를 감지하여 전압신호로서 출력하는 현장 데이터 감지부와; 상기 감지부에서 감지된 30개 채널의 전압신호를 안정되게 격리시켜 상기 시험제어장치에 전달하는 멀티채널 입력 격리부로 구성된다.
또한, 그 현장 데이터 감지부는, 현장의 압력을 센서로 동시에 또는 개별적으로 측정하여 전압신호로 출력하는 압력측정센서들과; 현장의 밸브개도의 변화에 따라 비례적으로 변화하는 저항 값에 비례하는 기준전압의 분압전압을 측정하여 전압신호로서 동시에 또는 개별적으로 측정하여 전압신호로 출력하는 밸브개도 측정센서들로 구성된다. 이때 밸브개도측정센서 및 압력측정센서의 양 끝단이 아니고, 양끝단중 어느 하나의 단과 중간단 사이의 전압을 측정하므로 무전압 공급형의 일반적인 기록계 기능의 측정기능을 할 수 있어 호스트 캐비넷(100)에서 전압신호를 측정할 수 있습니다. 이러한 동작 및 결선의 장점은 실제로 현장과 호스트 캐비넷의 신호값 측정을 동시에 수행하지 않으므로 30채널의 준비된 채널로 기준전압 및 동작전압 공급형 현장센서 30개 채널을 측정할 수 있고, 호스트 캐비넷에서 측정하는 무전원 공급의 30채널도 추가 설비 없이 측정할 수가 있다.
또한, 상기에서 멀티채널 입력 격리부는, 상기 현장 데이터 감지부에서 입력된 전압이 이상 고전압일 경우에 발생되는 회로의 고장을 방지하기 위한 과전압 보호회로와; 상기 과전압 보호회로로 부터 각기 출력된 전압신호의 임피던스를 극대화하여 외부 입력신호와 접속시 신호 감쇄를 최소화하는 입력버퍼회로와; 상기 입력버퍼회로에 연결되어 입력되는 입력신호와 출력신호간의 전기적 절연을 유지하면서 아날로그 전압신호를 전달하는 입력 격리회로로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1은 본 발명의 개략적인 외관도이다.
이에 도시된 바와 같이, 개인용 컴퓨터(PC), 프린터를 포함한 PC 부분인 호스트 캐비넷(100)과, 실제 시험을 담당하는 장비인 테스트 캐비넷(200)의 2개 부분으로 구성되고, 그 캐비넷들이 전용 케이블(150)을 통해 연결되는 구성이다.
도 2는 상기 도 1에 따른 본 발명의 내부 블럭 구성도이다.
호스트 캐비넷(100)은, 크게 병렬 포트를 갖고 전체 부분을 제어하는 컴퓨터(110)와, 이 컴퓨터(110)와 GPIB(General Purpose Instrument Bus) 버스(111)를 통해 연결되어 모의 터빈 속도 제어신호를 출력하는 GPIB 인터페이스 카드(120; 이하, '제 1 인터페이스부'라 칭함)와, 상기 컴퓨터(110)의 병렬 포트에 연결되어 비율 및 계단 전압신호, 로직 입출력 신호 및 현장 데이터 선택 및 변환 신호를 인터페이싱하는 제 2 인터페이스부(130)와, 그리고 컴퓨터(110)의 제어에 의해 사용자가 원하는 타임 차트, X-Y 차트, 로깅 형태 중 어느 하나의 자료를 출력하는 프린터(140)로 구성된다. 또한, 컴퓨터(110)는, 2채널의 모의 터빈속도신호 발생부(210), 2채널의 비율 및 계단 전압신호 발생부(220), 20채널의 접점형 로직신호 발생부(230) 및 현장 데이터 취득부(250)의 작동을 내장된 프로그램에 의해서 소프트웨어적으로 제어한다.
상기에서 제 2 인터페이스부(130)의 내부 구성은, D/A 변환기, 로직 입력, 로직 출력, A/D 변환기 및 30채널 선택기의 기능을 상기 컴퓨터(110)의 명령에 의해 제어 및 측정하기 위해 상기 컴퓨터의 하드웨어와 인터페이스 가능한 형식의 병렬포트로 구성된 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131)와, 이 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131)에 연결되어, 상기 컴퓨터의 프로그램에 의해 16 비트의 로직신호를 아날로그 전압신호로 변환하여 -10V∼+10V 로 출력하는 2개의 D/A 변환기(132a, 132b)와, 상기 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131)에 연결되어, 접점형 로직신호 발생부(230)로부터의 외부 로직 신호를 컴퓨터의 프로그램에 의해 8비트까지 받아 읽어들이는 기능으로 TTL 로직 레벨로 동작되는 로직입력부(133a)와, 상기 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131)에 연결되어, 접점형 로직신호 발생부(230)에 상기 컴퓨터의 프로그램에 의해 8비트의 로직상태를 TTL 레벨로 출력하는 로직 출력부(133b)와, 그리고 상기 로직회로(131)에 연결되어, 현장 데이터 취득부(250)에서 측정된 아날로그 전압을 선택 채널을 통해 상기 컴퓨터(110)에서 처리하기 위한 디지털 신호로 변환함으로써, 컴퓨터 외부의 자료 취득 및 제어에 사용하기 위한 신호 선택 및 변환부(134)로 구성된다.
상기 신호 선택 및 변환부(134)는, DAS(Data Acquisition System) 카드를 사용하되, 이는 상기 컴퓨터 내부의 슬롯에 장착하며 30채널로 구성되어 있고, 각 채널을 아주 짧은 시간에 순차적으로 접속시켜, 현장의 각각의 아날로그 신호를 컴퓨터가 디지털로 변환된 데이터로 입력받도록 하기 위해, 압력 측정부(251a)와 밸브 개도 측정부(251b)각각에서 측정된 데이터를 선택 및 변환하는 2개의 멀티플렉서(134a)와 2개의 A/D변환기(134b)로 구성된다. 즉, 멀티플렉서(134a)는, 15개의 채널에 해당하는 압력 감지 전압에서 어느 한 채널의 압력 감지전압을 컴퓨터(110)의 제어에 따라 선택하고, A/D변환기(134b)는 상기 멀티플렉서(134a)에서 선택된 채널의 아날로그 감지 압력을 상기 컴퓨터(110)의 주기억장치에 전달하기 위해 컴퓨터(110)에서 사용될 수 있는 디지탈 신호로 변환하여 상기 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131)에 제공한다. 이러한 멀티플렉서와 A/D변환기의 구성 및 동작은 밸브 개도 측정을 위해서도 동일하다.
한편, 테스트 캐비넷(200)은, 크게 2채널의 모의 터빈속도 신호 발생부(210), 2채널의 비율 및 계단 전압신호 발생부(220), 20채널의 접점형 로직신호 발생부(230), 직류전원 공급부(240), 그리고 현장 데이터 취득부(250)로 구성되고, 각 부분은 독립적으로 동작되고, 제어상태를 빠져 나와도 항상 현재값을 기억하므로 다음 동작의 연속성을 유지한다.
이와 같은 테스트 캐비넷(200)의 구성에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 2채널의 모의 터빈속도신호 발생부(210)는 채널 1, 2로 나누어지되, 각 채널의 구성이 동일하고, 울진 원자력 발전소 1, 2호기에 설치된 터빈 속도감지기의 출력신호와 같은 터빈속도를 모의로 공급하기 위한 속도신호 발생기이다. 그 현장에 설치된 터빈 속도감지기는, 발전기 형식의 속도감지기로서, 터빈 속도상승에 따른 주파수 변화신호와 이에 비례하는 교류전압신호가 함께 출력되는 형식이다. 즉, 현장에 설치된 터빈속도 감지기는, 터빈 속도가 0 ∼ 1800rpm까지 변화할 때, 0∼1200㎐의 주파수 신호와 이에 비례하는 0 ∼115V의 교류전압신호가 동시에 출력된다.
이와 같이 현장에 설치된 터빈속도 감지기의 출력에 상응하게 터빈 모의 속도신호도 연속적으로 공급되어야 한다. 그 이유는 실제 터빈속도가 연속적일 뿐만 아니라, 시험시의 단속적인 모의속도 신호공급은 속도제어 관련회로 및 제어밸브의 열림상태에서의 시험시에 터빈 제어밸브의 가속도 닫힘신호를 발생시켜 급격한 밸브닫힘신호를 유발하는 원인이 되므로 사용할 수 없게 되기 때문이다.
따라서, 실제 속도 감지기와 같은 연속되는 모의 속도신호를 터빈이 정지된 상태에서도 정확히 발생할 수 있는 장비가 필요하다. 그러나, 기존의 주파수 모의 신호장비는 주파수 발생기가 있는데, 이 장비는 10Vpp의 교류전압에 대해서 원하는 주파수의 가변이 가능하지만 주파수와 진폭의 동시가변이 불가능하였다. 즉, 주파수 가변을 위해 주파수 변조(FM)방식을 이용할 경우에는 진폭(교류출력전압)이 고정되며, 출력전압 가변을 위해 진폭 변조(AM)방식을 이용할 경우에는 주파수가 고정되는 방식으로서, 주파수에 비례하는 교류출력전압의 단속이 없는 주파수가변 출력형태의 구현이 불가능하다.
이러한 문제점을 해결하고 연속적인 주파수 가변에 따른 진폭의 연속적 비례출력형태의 파형을 만들기 위해서 2채널의 모의 터빈속도 신호 발생부(210)는, 10V교류전압에 대해서 고진폭(0∼2000Hz)의 주파수를 연속적으로 가변시켜 발생하는 주파수 발생기(211)와, 이 주파수 발생기(211)로 부터 발생된 연속적인 주파수의 가변에 따라 진폭을 연속적으로 가변하는 주파수/전압 비례 증폭부(212)와, 이 출력신호를 비례적으로 증폭(0∼150Vac, 0∼2000Hz)하여 수십 W의 전력으로 사인파형을 출력하는 전력 증폭기(213)와, 그리고 이 증폭되어 출력된 신호를 안정되게 하여 주파수와 전압을 출력하고, 또 연결장치와의 상호 보호를 위한 1 : 1 트랜스방식의 신호 격리 트랜스(214)로 구성된다.
위에 언급된 주파수/전압 비례 증폭부(212)는, 현장의 실제 속도 감지기와 동일한 안정적인 속도신호를 제공하는 것으로서, 그 내부 구성은, 콘덴서(C)와, 이 콘덴서(C)에 병렬 연결되는 저항(R)과, 저항(R)과 콘덴서(C)에 연결되어 증폭을 하는 OP 앰프(OP)로 구성된다. 이러한 주파수/전압 비례 증폭부(212)는 콘덴서(C)에 상기 주파수 발생기(211)에서 발생된 일정한 진폭의 주파수가 입력되고, 콘덴서(C)의 임피던스가 Zc=1/(2 π fc)로 주파수 f에 선형적으로 반비례하고, OP 앰프에 흐르는 전류(i)는 I = Vf/ Zc= 2 π fcVf가 되므로, 유일한 가변 변수인 주파수(f)에 따라 OP 앰프의 출력은 V = -R×i 에 의해 주파수에 비례하는 주파수/전압 비례 증폭부(212)의 출력이 만들어진다. 이러한 출력은 OP 앰프의 출력특성이 최대 10Vac, 100㎽이내이므로 전력증폭기(213)를 거쳐 사용에 적합한 출력의 주파수-전압 가변 발생기능을 달성할 수 있다.
이 경우 울진 원자력발전소 1,2호기에서 필요로 하는 0 ∼ 1200㎐에 대한 0 ∼ 115 Vac 교류출력전압의 설정은 일정한 증폭율의 전력증폭기(213)에 입력되는 주파수 발생기(211)의 진폭 설정값을 변경하므로 가능하다. 예를 들면, 교류증폭도를 '20'으로 두고 주파수 발생기(211)의 출력주파수를 1200㎐에 설정한 다음 전압을 5.75Vac보다 약간 높은값으로 설정하면 주파수 변화가 0∼1200㎐까지 변함에 따라 교류출력전압은 단속없이 0∼115Vac까지 비례적으로 가변될 것이다. 이 경우 5.75Vac(5.75×20＝115)보다 약간 높은 값으로 설정하는 이유는, 극한의 높은 주파수인 경우에 증폭도 20의 교류출력값이 나오므로, 사용자의 실제 사용주파수는 극한의 높은 주파수에 비해서는 상대적으로 낮은 주파수 범위이므로 설정된 이득보다는 낮은 증폭도가 나오나 비례특성은 유지되기 때문이다.
본 시험장비는 이러한 방식으로 구성된 각기 독립적으로 제어되는 2채널의 모의 터빈속도신호를 공급할 수 있도록 하여 실제 울진 원자력발전소 1,2호기에 설치된 터빈 속도 감지기와 출력특성이 같은 모의 터빈속도신호를 발생하도록 함으로써, 실제와 같은 조건으로 시험을 수행할 수 있도록 한다.
다음으로, 2채널의 비율 및 계단 전압신호 발생부(220)는, 채널 1, 2로 이루어지고, 각 채널에 해당되는 구성은 동일한 구성으로서, 조속기 제어함 시험 및 현장 밸브시험에 필요한, 각기 독립적으로 제어되는 2채널의 직류전압신호를 자체 개발된 프로그램을 갖는 컴퓨터(110)에 연결된 키보드를 통한 사용자 명령에 의해서 비율 및 계단신호로 선택하여 발생시킨다.
이를 위한 비율 및 계단 전압신호 발생부(220)의 구성은, 컴퓨터(110)의 키보드를 통한 사용자의 선택에 의해 D/A변환기(132)를 통해 출력되는 디지탈 교정 전압 신호를 비율 변화신호 또는 계단 전압 신호의 아날로그 전압으로 변환하여 출력하는 전압 변환기(221)와, 이 출력 전압이 제어계통에 영향을 미치지 않도록 그 출력신호를 격리시킴과 아울러 그 비율전압 또는 계단전압을 입력받아 1배 증폭하여 출력하는 신호 격리 회로(222)로 구성된다.
다음으로, 각 종 제어함의 시험에 필요한 시험조건의 형성을 위해 만들어지는 접점형태의 로직신호는, 기존에는 제어함의 단자함에서 수동적으로 접점신호를 점퍼를 잡거나 해제함으로써 가능하였다. 그러나, 본 발명의 접점형 로직신호 입출력 카드(또는 '접점형 로직신호 입출력부', 230)는, 시험에 필요한 로직 접점들에 대해서 20개까지 신호선을 단자함에서 본 로직신호 입출력카드의 접점 로직 단자에 연결한 후 컴퓨터(110)의 제어에 의해 자유롭게 제어가 가능하며, 장비의 전원이 유지되는한 제어모드를 빠져나와도 현상태가 유지되도록 하여 시험에 필요한 로직의 구성을 쉽게 구현하도록 하였다.
이러한 접점형 로직신호 입출력 카드(230)는, 조속기에서 발생된 접점형태의 온/오프 신호를 TTL 로직 레벨(+5V/0V)로 변환시켜 출력하는 로직신호 입력부(231)와, 상기 변환된 TTL 로직신호 출력을 받아 상기 로직 입력부(133a)에 전달하고, 외부 신호 기준전위와 컴퓨터 기준 전위간의 전기적 절연을 유지하여 전위차로 인한 오동작을 차단하는 광 결합기(232)와, 상기 컴퓨터의 로직출력 명령에 따라 상기 로직 출력부(133b)에서 출력된 로직상태를 TTL 로직 레벨(5V)로 변환하는 TTL 레벨 구동기(233)와, 그리고 상기 TTL 레벨 구동기(233)에서 변환된 신호에 따라 20개(20개 채널) 릴레이의 접점신호를 로직신호로서 출력하는 로직신호 출력부(234)로 구성되어 있다.
본 발명의 장비에서 채널이란, 입력신호 각각에 대해서 개별적으로 격리 및 처리할 수 있는 회로 구성을 말한다. 이러한 본 장비에서 사용되는 30채널은, 현장의 압력 및 밸브개도 측정을 위해 15개의 압력 센서 각각에 대해 24Vdc 직류전압을 직류전원공급부(240)에서 공급하고, 15개의 밸브개도 센서 각각에 대해 10Vdc 기준전압을 상기 직류전원 공급부(240)에서 공급함으로써, 각각의 센서에 측정되는 압력 및 저항변화에 따른 측정신호(전압신호)를 개별적으로(또는 동시에) 측정가능하며, 30개 각각의 측정신호는 전기적으로 완전히 격리된다는 의미에서 30채널이라 말한다.
이러한 30채널을 갖는 현장 데이터 취득부(250)의 구성은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 직류전원 공급부(240)에서 공급되는 직류전원을 개별적으로 받아 현장에 설치된 30채널의 압력 및 밸브개도 센서로 부터 그 압력 상태 및 밸브개도 상태를 감지하여 전압신호로서 출력하는 현장 데이터 감지부(251)와, 상기 감지부(251)에서 감지된 30개 채널의 전압신호를 안정되게 격리시켜 전달하는 멀티채널 입력 격리부(253)로 구성되어 있다. 상기 멀티 채널 입력 격리부(253)를 통해 출력된 압력 및 밸브개도 감지전압들을 상기 신호 선택 및 변환부(134)의 멀티플렉서(134a)에 출력한다.
그리고, 상기 멀티 채널 입력 격리부(253)에는 제어함(시험장비)에서 측정되어 전달되는 전압신호 측정값을 30채널(CH1∼CH30)을 통해 입력하는 제어함 전압신호 입력부(252a, 252b)가 더 포함된다.
위에서, 현장 데이터 감지부(251)는, 15개의 조속기 제어밸브 압력 측정 센서로 구성되고 상기 직류전원 공급부(240)에서 공급된 24Vdc를 공급받아 현장의 압력을 동시에 또는 개별적으로 측정하여 전압신호(Vout)로 출력하는 압력측정부(251a)와, 15개의 조속기 제어밸브 개도 측정센서로 구성되고 상기 직류전원 공급부(240)에서 공급된 10Vdc 기준전압을 공급받아 현장의 밸브개도 상태를 동시에 또는 개별적으로 측정하여 전압신호(Vout)로 출력하는 밸브개도 측정부(251b)로 구성된다. 여기서, 밸브 개도 측정부(251b)의 각 센서는, 밸브 개도의 변화에 따라 비례적으로 저항값의 변화를 일으키며 이 저항변화에 비례하는 기준전압의 분압전압을 측정하여 전압신호로서 출력한다. 구체적으로, 압력 측정센서는, 압력측정센서의 양단에 직류전원공급부에서 24Vdc가 공급되고, 상기 센서의 양단중 하나의 단과 중간단 사이의 전압을 측정하여 이를 출력한다. 밸브개도측정센서도 마찬가지로 결선되어 저항의 변화를 전압신호로서 출력한다.
상기 압력측정부(251a)와 밸브개도 측정부(251b)에서 측정된 전압신호는 전기적으로 완전히 격리되고, 동시에 측정가능 하다. 여기서, 동시의 의미는 측정은 순차적으로 수행하지만 전체신호를 아주 짧은 시간에 수행(30채널에 대해 100msec이내)하므로 동시신호로 간주한다.
또한, 상기 멀티채널 입력 격리부(253)는, 상기 압력측정부(251a) 및 밸브개도 측정부(251b)의 30개로 이루어진 압력 측정센서 및 밸브 개도 측정센서로부터 각각 입력된 전압이 이상 고전압일 경우에 발생되는 회로의 고장을 방지하기 위한 과전압 보호회로들(253a1∼253a30)과, 과전압 보호회로로 부터 각기 출력된 전압신호의 임피던스를 극대화하여 외부 입력신호와 접속시 신호 감쇄를 최소화하는 입력버퍼회로들(253b1∼253b30)과, 격리용 하이브리드 IC(AD210AN)를 사용하여 입력과 출력간의 전기적 절연을 유지하면서 아날로그 전압신호를 전달하는 입력 격리회로(253c1∼253c30)로 구성된다.
직류 전원 공급부(240)는, 종합 성능 시험 및 교정기를 구성하는 각 부분에 직류전원(10V, 18V, 15V, 24V 등)을 공급하되, 그 직류전원이 완전히 격리된 상태로 공급되도록 설계되어, 주전원의 문제발생이나 장비의 결함이 시험대상 설비에 영향을 미치지 않도록 설계된 것이다. 이와 같은 직류전원 공급부(240)는, 상기 현장 데이터 취득부(250)의 압력 측정부(251a)의 압력 측정센서와 밸브개도측정부(251b)의 밸브개도 측정센서에 24Vdc 및 10Vdc를 각각 공급하고, 이외의 도 2에 도시된 부분에 직류전원을 공급한다.
즉, 직류전원 공급부(240)는, 주전원(220Vac)에서 전압크기별로 감압 트랜스를 사용하여 1차적으로 각각의 구성요소에 필요한 교류전압을 만들어 주전원의 간섭을 피하고, 2차적으로 구성 회로마다 변환비 1:1의 격리트랜스를 거쳐 교류적으로 완전한 격리를 한 후 직류안정화 회로를 구성하였다. 특히, 직류안정화전원으로 사용되는 정류회로에는 일반적으로 안정화전원회로로 쓰이는 스위칭 전압제어방식인 정전압 IC를 사용하지 않고 별도의 아날로직(analogic) 안정화 직류 전원회로를 사용하여 스위칭 작용으로 인한 전원회로에서의 고주파 노이즈 발생이 근본적으로 일어나지 않도록 하였다. 또한, 현장설비에 설치된 압력 및 밸브 개도 측정센서(조속기 제어밸브 작동유 압력 측정센서, 조속기 제어밸브 개도 측정센서, 전기유압변환기 제어유 압력 측정센서)에서 데이터를 취득하기 위해서 그 센서에 상기한 바와 같이 직접 적정전압을 인가한다. 이러한 경우, 본 장비와 외부 센서의 신호를 격리하기 위해 AD210AN의 격리집적회로를 사용한다. 그리고 측정센서 공급전원으로 사용되는 23Vdc전원과 10Vdc 전원은 각각의 센서마다 교류적으로 격리하는 1 : 1 격리 트랜스를 거친 후 아날로직 안정화 직류전원을 만들어 센서에 공급하므로 정확한 측정 데이터를 상기 컴퓨터에 보낼 수 있도록 한다.
이와 같이 이루어진 본 발명의 터빈 조속기 제어계통의 교정은 다음과 같이 간단히 수행한다. 즉, 시험의 정확성을 위해서는 시험장비의 사용전 반드시 교정작업이 수행되어야 하므로 시험장비의 효율적이고 신속한 교정은 작업의 효율성과 직결된다. 따라서, 본 시험장비의 교정은 전압기준신호 발생기능으로 사용되는 DA(Digital Analog)교정과 30채널 측정신호로 사용되는 전압신호인 AI(Analog Digital)으로 나누어 수행되며, 소프트웨어적으로 교정을 수행한다. 여기서, DA는 도 2에서 컴퓨터(110)의 전압제어 출력신호와 함께 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131), D/A변환기(132a, 132b)를 포함한 비율 및 계단전압신호 발생부(220)를 포함하는 루프 전체를 말한다. 그리고, AI는 현장의 개도, 압력 및 제어함의 전압을 측정하는 부분을 포함하는 의미로서, 도 2에서 현장 데이터 취득부(250)와 멀티플렉서(134b)와 A/D변환기(134a) 및 컴퓨터(110)의 입력신호 처리 프로그램을 포함한 부분으로 이루어진 루프 전체를 말한다.
이와 같이 이루어진 본 발명의 터빈 조속기 제어계통 성능 시험 시스템의 작용을 설명한다.
먼저, 현장에 설치된 터빈 속도 감지기와 같은 연속적인 터빈 모의 속도신호를 발생하기 위해 다음과 같은 작용을 한다.
사용자는 호스트 캐비넷(100)의 컴퓨터(110)내에 구비된 프로그램에서 제어신호, 즉 원하는 주파수(1800rpm에 대해 1200Hz, 약 10Vpp)를 설정하고 측정시작을 수행한다. 이에 따라, 컴퓨터(110)에 의해 만들어진 제어신호는 16비트의 제어신호(8비트의 버스 제어신호, 8비트의 데이터 신호)가 도 2에 도시된 GPIB 버스(111)를 통하여 GPIB 인터페이스 카드(120)로 입력된다. GPIB 인터페이스 카드(120)는 상기 버스 제어신호에 의해 순차적으로 테스트 캐비넷(200; 또는 시험장비라 함)내에 구비된 모의 터빈 속도 신호 발생부(210)의 2채널의 주파수 발생기(211)에 제어신호(8비트 형태의 데이터신호, 즉 출력명령신호)를 출력한다. 이때, 제어신호는 주파수 발생기(211) 각각에 독립된 신호로서 공급이 가능하며, 극히 짧은 시간동안에 교번으로 이루어지는 주파수 발생신호는 동시에 이루어지는 효과와 같다.
상기 GPIB 인터페이스 카드(120)를 통해 8비트 명령을 받은 주파수 발생기(211)는 해당되는 출력신호(여기서의 일 예는, 1800rpm에 대해 1200Hz, 약 10Vpp, 사인파)를 출력한다. 이 출력 주파수는 고정된 진폭에서 주파수 가변만이 이루어지도록 상기 컴퓨터(110)에서 명령을 보낸다.
상기 주파수 발생기(211)로 부터 발생된 고정 진폭의 가변 주파수를 받은 주파수/전압 비례 증폭부(212)는, 미분회로로 구성되어 상기 주파수 가변에 따른 진폭의 가변이 이루어지도록 함으로써 단속이 없는 형태의 주파수-진폭 연속가변이 이루어지도록 한다. 이에 반해서, 현재 상용화된 주파수 발생기는 주파수 가변과 진폭 가변이 모두 가능하도록 되어 있으나, 이 경우 주파수와 진폭의 교대적인 명령에 의해 주파수와 진폭의 순차 가변형태를 취하여야 한다. 하지만 이러한 명령에 의해 주파수 가변이 이루어지는 경우 주파수 발생기의 제어모드가 진폭 변조(AM) 모드와 주파수 변조(FM) 모드를 왕복하므로 장비의 출력값이 동조가 이루어지 않으므로 명령이 연속적으로 이루어지지 않는다. 즉, 본 발명에서 구비되는 주파수/전압 비례증폭부(211)가 없는 상태에서 주파수와 진폭의 연속 가변을 하고자 한다면, 임의의 현재 주파수 600Hz에서 1200Hz까지 가변을 하면서 이에 비례한 진폭을 얻기 위해서는 한 번은 주파수 모드로 설정하고 600에서 601Hz로 가변하여 두고 다시 진폭모드로 설정을 바꾼 후에 5Vpp에서 계산된 전압 5.00833Vpp를 공급하여야 한다. 이러한 값은 프로그램에 의하여 동작할 경우에는 아주 순간적으로 이루어지므로 동시에 변하는 것으로 보이지만, 그 다음 동작으로 다시 주파수 모드로 설정하고 602Hz로 주파수 값을 변경하는 순간 모드 변경에 따라 파형의 동조가 불가능하여 도 4a와 같은 파형이 만들어진다. 이는 비정상적인 연속파형이 만들어지는 문제점이 있다.
따라서, 이와 같은 현상을 방지하고, 연속동작이 이루어지도록 주파수 발생기에서 출력되는 파형은 항상 동조가 이루어져야 한다. 하지만 기존의 모든 주파수 발생기는 동작모드 변경이 없을 경우에만 동조가 가능하다. 즉 주파수 변조모드내에서만 동작시킬 경우에는 도 4b와 같이 1Hz에서 순간적으로 1000Hz의 입력이 들어가도 동조가 이루어진다.
그리고, 상기 주파수/전압 비례 증폭부(212)로부터의 사인파 출력신호를 입력받은 전력증폭기(213)는 그 신호를 비례적으로 증폭하여 출력에 접속된 신호 격리 트랜스(214)에 수십[w]의 전력으로 사인파형을 출력한다. 상기 전력증폭기(213)의 출력전압을 신호 격리 트랜스(214)의 1차 권선에 공급받고, 2차 권선에서는 1:1 비에 의한 격리된 교류출력신호가 위상이 반전된 상태로 동일한 값으로 출력된다.
이와 같이 모의 터빈속도 신호 발생부(210)에서 상기 컴퓨터(110)의 명령에 의한 주파수 발생기(211)의 출력값을 10Vpp로 일정하게 유지하며, 주파수 변조를 통해 20Hz에서 1200Hz까지 연속 가변한다면 주파수 발생기(211), 주파수/전압 비례 증폭부(212), 전력 증폭기(213) 및 신호격리트랜스(214)의 각 출력 파형은 도 5a ∼ 도 5d에 도시된 바와 같다. 이러한 모의 터빈속도 신호 발생부(210)는, 주파수를 감소시킬 때도 같은 방식으로 동작하므로 사용자는 주파수의 지정만으로도 간단히 전압/주파수 비례 출력의 모의 터빈속도신호를 발생할 수가 있다. 물론, 이 경우 10Vpp의 값을 변경함에 따라 최대 출력의 교류전압 실효값도 변경 설정가능하며, 어떠한 경우에도 연속적인 비례출력이 가능하다.
한편, 본 호스트 캐비넷(100)내 컴퓨터(110)에 구비된 프로그램의 환경설정화면에서 임의의 주파수 출력에 대해 임의의 원하는 교류전압이 비례적으로 변화되며 나오도록 설정하여 두면, 이후 모의 터빈속도 신호 발생시에는 주파수 값만 명령하면 자동적으로 설정된 값으로 비례적으로 발생하도록 하므로 신호 발생이 간편히 이루어진다. 또한 상기 환경설정화면에서 임의의 주파수 범위의 상, 하한에 같은 교류전압값을 설정하면 주파수 변화에 상관없이 일정한 교류출력전압이 발생되며, 주파수 변화만 되므로 주파수 관련 다른 계통의 시험에도 쉽게 적용, 사용이 가능하다.
다음으로, 비율 및 계단 전압신호를 발생하기 위한 작용을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 사용자가 원하는 출력전압을 컴퓨터(110)에 구비된 프로그램에서 입력한다. 즉, 0에서 ±15Vdc에 대한 계단전압신호 또는 비율변화신호를 입력한다. 이때의 계단신호인 경우에는 초기값에서 최종값까지 순간적으로 변화하므로 기울기의 지정이 필요하다. 그러나, 비율변화신호인 경우에는 사용자가 지정하는 기울기를 컴퓨터(110) 내부의 계산에 의해 1mV 단위의 변화요구시간을 계산하여 자동적으로 연속출력전압 설정치를 변경하므로 목표값까지 일정한 기울기로 변화하도록 되어 있다. 한편, 상기와 같이 입력된 신호는 컴퓨터의 프로그램에 의해 0에서 ±10Vdc의 값으로 된 16비트의 디지털 값으로 기억되어 제 2 인터페이스부(130)내 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131)를 거쳐 D/A(디지탈/아날로그) 변환기(132)에서 ±10Vdc의 아날로그신호 변환된다. 이러한 값은 사용자에 따라 0에서 10Vdc 또는 0에서 ±10Vdc 로 변환하여 사용할 수 있으나, 본 시험장비에서는 시험에 필요한 전압값이 ±15Vdc이므로 출력값을 ±10Vdc가 나오도록 설정한다(D/A변환기 내부의 셀렉터 스위치에 의해 범위 설정가능). 이러한 D/A변환기의 출력값은 소프트웨어적으로 교정을 수행하여 사용자가 ±15Vdc 이내에서 설정하는 어떠한 값에도 정확히 출력되도록 D/A 변환기에서 ±10Vdc 값이 교정값에 따라 자동으로 설정되어 정확한 출력값이 될 수가 있다.
이와 같이 D/A 변환기(132)에서 변환 및 출력된 ±10Vdc 를 입력 받은 비율 및 계단 전압신호 발생부(220)의 전압 변환기(221)에서는 출력 이득이 1.5로 설정되어 있으므로 시험에 필요한 ±15Vdc 값을 출력하게 된다. 이에 따라 신호 격리 회로(222)에서는 그 전압 변환기(221)에서 출력된 시험용 직류전압값을 1배 증폭하여 조속기에 전달함과 아울러, 본 테스트 캐비넷(200)과 조속기 전자장치 사이의 전위차에 의한 오동작을 방지한다. 이러한 신호격리회로(222)는, 입력측과 출력이 절연상태를 유지하면서 직류 전압신호를 전달하기 위해, 입력 변조기, 결합트랜스, 복조 출력기, 전원 발생기를 내장하고 있다(도시되지 않음).
다음으로, 조속기 제어계통의 시험을 위해서는 정상운전 조건으로 만들어야 하며 시험항목에 따라서는 로직의 변경이 수시로 이루어져야 한다. 이러한 로직의 수시변경은 컴퓨터의 프로그램의 측정화면에서 가능하다.
이에따라, 접점형 로직신호 입출력부(230)의 로직신호 입력부(231)는 조속기가 발생하는 로직신호, 즉 접점형태의 온/오프 신호가 4채널로 수신되면, 그 접점형태의 온/오프신호를 TTL 로직신호레벨로 변환시키기 위해 내부 +5V의 전압을 접점에 공급하여 접점 온/오프신호를 +5V/0V 신호로 변환시켜 출력한다. 즉 4개의 접점신호를 TTL로직신호로 변환하여 출력한다. 이 출력을 받은 광결합기(232)는, 제 2 인터페이스부(130)내 로직입력부(133a), 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131), 컴퓨터(110)에 전달한다. 여기서의 광결합기(232)는 발광다이오드와 포토트랜지스터로 구성되어, 로직신호 입력부와 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131)간에는 전기적 절연이 유지되면서 로직신호만을 전달하게 된다. 이에 따라 전기적 절연유지(격리) 기능은 전체 시험장치와 조속기 전자장치간의 전위차로 인한 오동작을 방지한다.
상기와 같이 전달된 로직상태는 컴퓨터(110) 프로그램에 의해 모니터 화면에 출력된다.
아울러, 컴퓨터(110)에 의한 로직 제어명령이 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131)를 거쳐 로직출력부(133b)에 입력되어 출력된다. 이 출력을 받은 20채널의 TTL 구동기(233)에서는 20개(즉, 20채널)의 릴레이로 구성된 로직신호 출력부(234)를 구동시킨다. 이에 따라, 로직신호 출력부(234)는 조속기를 시험하는데 필요한 로직신호인 릴레이의 접점 개폐 신호들이 조합된 로직 신호를 출력한다. 이때, 로직신호 출력부(234)로 사용된 릴레이는 구동 코일과 접점 사이에 전기적으로 절연을 유지하므로 전체 시험장비와 조속기 전자장치간의 전위차로 인한 오동작도 방지한다. 이러한 TTL 구동기(233) 내부에는 자기 유지회로가 있어 장비의 전원이 유지되는한 로직제어모드를 빠져나와도 로직은 유지되도록 하고 있다.
다음으로, 현장 데이터 취득부(250)에서는 조속기의 15개 압력 측정센서아 15개 밸브개도 측정센서에서 발생되는 전압신호를 측정한다. 이렇게 측정된 신호는 신호 선택 및 변환부(134; DAS CARD)를 통해 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131) 및 컴퓨터(110)의 컴퓨터 프로그램 처리과정을 거쳐 화면에 표시된다.
이에 대한 구체적인 작용을 살펴보면, 직류전원 공급부(240)에서 압력 측정부(251a)에 24Vdc가 공급되고, 현장의 15개 채널을 통해 압력측정부에서 측정된 압력이 전압신호로 변환되어 출력(Vout)된다. 마찬가지로, 직류전원 공급부(240)에서 밸브개도 측정부(251b)에 10Vdc 가 공급되고, 현장의 15개 채널로 측정된 밸브개도 상태가 저항 변화에 따른 전압신호로 출력(Vout)된다. 그 출력된 값은 0에서 10Vdc 값으로 출력된다. 이렇게 출력된 전압신호는 해당 채널의 각 과전압 보호회로(253a1, ..., 253a30)를 거쳐 현장 센서 신호에서 이상 전압이 발생될 경우 후단 입력버퍼회로(253b1, ..., 253b30)로 전달하기 전에 억제하여 회로를 보호한다. 이 과전압 보호회로는 수동소자 저항기와 다이오드로 구성되어, ±15V이상의 전압 입력시 감쇄시킨다. 또한 ±15V 이하의 전압이 입력시에는 전달비율 1:1로 증폭/감쇄없이 정상적으로 출력된다. 연산증폭기와 정밀 저항기로 구성되는 입력버퍼회로에서는 상기와 같이 과전압 보호회로에서 출력된 전압에 대해 측정오차를 최소화하기 위해 입력 임피던스를 증가시키고, 후단 입력 격리회로((253c1, ..., 253c30)의 입력범위로 매칭시키기 위해 1/3배로 출력을 감쇄시킨다. 즉, 최대 측정전압인 ±15Vdc 에 대하여 ±5Vdc로 변환시킨다. 입력격리회로에서는 상기 외부 측정입력과 신호 선택 및 변환부(134)간의 기준전위차에 의한 오동작과 측정오차를 방지하기 위해 전용 IC 카드를 사용한다. 이때 입력격리회로에 공급되는 전압신호는 동일비율로 출력된다. 그리고 입력격리회로의 입력과 출력간에는 약 100MΩ 이상의 고절연을 유지한다. 이 입력격리회로의 출력신호는 0∼±5Vdc 범위로 제 2 인터페이스부(130)내에 설치된 멀티플렉서(MUX, 134a)에 입력된다.
이렇게 입력된 측정신호는 15채널의 2개의 멀티플렉서(134a)에 의해 순차적으로 입력채널 30개에 연결되며, 각각의 멀티플렉서 채널에 해당되는 A/D변환기(134b)의 입력을 통하여 30개 채널의 입력 측정값은 순차적으로 16비트의 디지털 값으로 변환처리되어 컴퓨터 인터페이스 로직회로(131)를 통해 컴퓨터(110)에 입력된다. 이 변환처리된 입력측정값은 컴퓨터(110)의 프로그램에 의해 10진수로 변환하여 화면에 수치로 지시한다. 이때 실제 현장에서 측정된 값은 0∼±15Vdc이며, A/D변환기(134b)를 거쳐 0∼±5Vdc로 변환되었으므로 다시 3배의 계산값을 취하여 나타내므로 실제 현장에서 측정된 값을 정확히 감시하며 데이터로서 사용되는 것이다.
한편, 상기 현장 데이터 취득부(250)의 멀티채널 입력격리부(253)에는 다른 시험장비로 부터 측정된 전압신호값 까지도 제어함 전압 신호 입력부(252a, 252b)를 통해 입력받음으로써, 다른 시험장비와도 데이터를 서로 공유할 수 있게 된다.
상기와 같이 테스트 캐비넷(200)을 통해 측정된 데이터를 사용자의 요구에 따라 타임차트, X-Y차트, 로깅형식으로 선택하여 프린터(140)에 의해 출력할 수 있다. 여기서, X축은 시간, Y축은 데이터로서, 하나의 시간축에 8개의 측정값을 동시에 나타낼 수 있으며, Y축의 입력 채널 각각에 대하여 독립적으로 출력 희망 범위를 입력하므로, 현장 조건에 맞는 출력범위의 자유로운 지정이 가능하다. 물론 한 번의 측정시 30채널 변수가 모두 기억되므로 Y축 측정값의 추가지정은 채널 선택을 바꿈으로써 가능하며, 화면상의 출력시 출력 순서대로 다른 색의 그래프를 표시하게 하여 채널별 구분이 쉽도록 출력할 수가 있다.
이상과 같은 본 발명을 이용하면 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다.
첫째로, 주파수/전압 비례 증폭부를 채용하여 현장의 실제 속도감지기와 동일한 안정적인 모의 터빈속도신호를 연속적으로 제공할 수가 있다.
둘째로, 컴퓨터로 로직신호를 조작함으로써 로직구성이 용이하다.
세째로, 안정화된 직류 공급회로를 이용하여 현장 시험용 센서에 안정적인 전원을 공급할 수 있다.
네째로, 입력 채널에 대한 격리회로를 사용하여 운전중 변수측정이 가능하다.
다섯째로, 30개의 입력채널을 확보하여 시험 횟수를 감소시킴으로써 발전소 정지에 따른 비용손실을 감소시킬 수 있고, 고, 저압 증기조절밸브의 수명을 연장시켜 유지보수 비용이 절감된다. 또, 적은 인력으로도 시험 시간을 단축할 수가 있다.

Claims (11)

  1. 원자력 발전소내에 터빈 조속기 제어계통 성능시험 시스템으로서,
    현장에 설치된 터빈 속도감지기와 동일하고 연속적인 모의 터빈 속도를 제어하기 위한 신호와, 조속기의 전압제어신호 및 로직신호와, 그리고 현장의 조속기에서 측정된 압력 및 밸브개도 측정 신호를 채널별로 선택하는 신호의 입출력들을 사용자의 컴퓨터 조작에 의해 독립적으로 제어하는 시험제어장치와;
    상기 시험제어장치의 모의 터빈속도 제어신호에 따라 주파수와 진폭이 연속 적으로 가변을 하는 모의 터빈속도 신호를 발생하고, 상기 전압제어신호에 따라 비율 또는 계단전압신호를 출력하고, 외부 조속기에서 출력된 접점형 로직신호를 상기 시험장치의 컴퓨터에 사용되는 TTL로직신호로 출력하고 이를 역으로 수행하고, 현장에서 압력 및 밸브 개도 상태를 모두 전압신호로서 측정하여 출력하고, 직류전원을 공급하는 시험장치로 구성되어, 하나의 시험장치로 터빈 조속 제어계통을 종합적으로 통합제어하여 시험할 수 있는 것을 특징으로 하는 터빈 조속기 제어계통 종합성능 시험 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시험 제어장치는,
    병렬 포트를 갖고 상기 시험장치를 소프트웨어적 및 독립적으로 제어하는 컴퓨터와;
    GPIB 버스를 통해 연결되어 상기 컴퓨터의 모의 터빈 속도 제어신호를 출력하는 제 1 인터페이스부와;
    상기 컴퓨터에 연결되어 비율 및 계단 전압신호, 로직 입출력 신호 및 현장 데이터 선택 및 변환 신호를 상기 컴퓨터에 상응한 신호로 인터페이싱하는 제 2 인터페이스부와; 및
    상기 컴퓨터의 제어에 의해 시험장치로부터 입력된 데이터를 사용자가 원하는 타임 차트, X-Y 차트, 로깅 형태 중 어느 하나의 자료로 출력하는 프린터로 구성된 것을 특징으로 하는 터빈 조속기 제어계통 종합성능 시험 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 인터페이스부는,
    D/A 변환기, 로직 입력, 로직 출력, A/D 변환기 및 30채널 선택기의 기능을 상기 컴퓨터의 명령에 의해 제어 및 측정하기 위해 상기 컴퓨터의 하드웨어와 인터페이스 가능한 형식의 병렬포트로 구성된 컴퓨터 인터페이스 로직회로와;
    상기 컴퓨터 인터페이스 로직회로에 연결되어, 상기 컴퓨터의 프로그램에 의한 16 비트의 로직신호를 아날로그 전압신호로 변환하여 출력하는 2채널의 D/A 변환기와;
    상기 컴퓨터 인터페이스 로직회로에 연결되어, 조속기로부터의 로직 신호를 컴퓨터의 프로그램에 의해 8비트까지 받아 읽어들여 TTL로직레벨로 동작되고 8비트의 로직상태를 TTL 레벨로 출력하는 로직 입력 및 출력부와; 및
    상기 인터페이스 로직회로에 연결되어, 현장에서 측정된 압력 및 밸브개도 상태의 아날로그 전압을 선택 채널을 통해 상기 컴퓨터에서 처리하기 위한 디지털 신호로 변환하는 신호 선택 및 변환부로 구성된 것을 특징으로 하는 터빈 조속기 제어계통 종합성능 시험 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신호 선택 및 변환부는,
    상기 현장에서 측정된 30채널의 압력 및 밸브개도측정 센서의 데이터를 상기 컴퓨터의 제어에 따라 선택하기 위한 2개의 멀티플렉서와;
    상기 멀티플렉서에서 선택된 현장의 압력 및 밸브 개도 측정 신호를 상기 컴퓨터 인터페이스 로직회로를 거쳐 컴퓨터에서 사용되는 디지털 신호로 변환하는 2개의 A/D 변환기로 구성된 것을 특징으로 하는 터빈 조속기 제어계통 종합성능 시험 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 시험장치는,
    상기 시험제어장치에서 출력된 연속적인 주파수 가변에 따른 진폭의 연속적 비례출력형태의 파형을 만들어 모의 터빈속도 신호를 발생하는 2채널의 모의 터빈속도 신호 발생부와;
    상기 시험장치로 부터 조속기 제어함 시험 및 현장 밸브 시험에 필요하게 입력된 계단전압신호 및 비율변화신호에 따라 비율 및 계단전압을 발생하는 비율 및 계단전압신호 발생부와;
    조속기가 발생하는 접점형태의 온/오프 로직신호를 TTL 로직신호 레벨로 변환시켜 로직입력부에 입력시키고, 상기 로직출력부를 통해 출력된 TTL 로직신호를 조속기에 접점형태의 로직신호로 출력하는 접점형 로직신호 입출력부와; 및
    현장의 조속기에 설치된 다수개 채널의 압력 및 밸브개도를 전압신호로서 상기 신호 선택 및 변환부에 출력하는 현장 데이터 취득부와;
    외부로부터 주전원(220Vac)을 받아 변환비 1:1의 격리트랜스를 거쳐 교류적으로 완전한 격리를 한 후 상기 각 부에 서로 다른 직류전원을 공급하는 직류전원 공급부로 구성된 것을 특징으로 하는 터빈 조속기 제어계통 종합성능 시험 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 모의 터빈속도 신호 발생부는,
    주파수를 연속적으로 가변시켜 발생하는 주파수 발생기와;
    상기 주파수 발생기로 부터 발생된 연속적인 주파수의 가변에 따라 진폭을 연속적으로 가변하여 출력하는 주파수/전압 비례 증폭부와;
    상기 출력신호를 비례적으로 증폭하여 수십 W의 전력으로 사인파형을 출력하는 전력 증폭기와; 및
    상기 증폭되어 출력된 신호를 안정화시켜 주파수와 전압을 출력하고, 다른 조속기 전자장치 및 연결장치와의 상호 보호를 위한 1 : 1 트랜스방식의 신호 격리 트랜스로 구성된 것을 특징으로 하는 터빈 조속기 제어계통 종합 성능 시험 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 주파수/전압 비례 증폭부는,
    상기 주파수 발생기에서 발생된 주파수가 입력되는 콘덴서(C)와; 이 콘덴서(C)에 병렬 연결되는 저항(R)과; 저항(R)과 콘덴서(C)에 연결되어 증폭을 하는 OP 앰프(OP)로 구성된 미분회로인 것을 특징으로 하는 터빈 조속기 제어계통 종합성능 시험 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 현장 데이터 취득부는,
    상기 직류전원 공급부에서 공급되는 직류전원을 개별적으로 받아 현장에 설치된 30채널의 압력 및 밸브개도 센서로 부터 그 압력 상태 및 밸브개도 상태를 감지하여 전압신호로서 출력하는 현장 데이터 감지부와;
    상기 감지부에서 감지된 30개 채널의 전압신호를 안정되게 격리시켜 상기 시험제어장치에 전달하는 멀티채널 입력 격리부로 구성된 것을 특징으로 하는 터빈 조속기 제어계통 종합 성능 시험 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 현장 데이터 감지부는,
    현장의 압력을 센서로 동시에 또는 개별적으로 측정하여 전압신호로 출력하는 압력측정부와;
    센서를 이용하되, 현장의 밸브개도의 변화에 따라 비례적으로 변화하는 저항 값에 비례하는 기준전압의 분압전압을 측정하여 전압신호로서 동시에 또는 개별적으로 측정하여 전압신호로 출력하는 밸브개도 측정부로 구성된 것을 특징으로 하는 터빈 조속기 제어계통 종합 성능 시험 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 멀티 채널 입력 격리부에는,
    다른 시험장비에서 측정되어 전달되는 전압신호 측정값을 30채널을 통해 입력 받기 위한 제어함 전압신호 입력부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 터빈 조속기 제어계통 종합 성능 시험 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 멀티채널 입력 격리부는,
    상기 현장 데이터 감지부에서 입력된 전압이 이상 고전압일 경우에 발생되는 회로의 고장을 방지하기 위한 과전압 보호회로와;
    상기 과전압 보호회로로 부터 각기 출력된 전압신호의 임피던스를 극대화하여 외부 입력신호와 접속시 신호 감쇄를 최소화하는 입력버퍼회로와;
    상기 입력버퍼회로에 연결되어 입력되는 입력신호와 출력신호간의 전기적 절연을 유지하면서 아날로그 전압신호를 전달하는 입력 격리회로로 구성된 것을 특징으로 하는 터빈 조속기 제어계통 종합 성능 시험 시스템.
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