KR100361868B1 - 에이브이알 제어설비용 진단시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전설비 중 AVR 여자기 전압제어설비를 적절한 시기에 보수유지가 가능하게 하는 에이브이알 제어설비용 진단시스템에 관한 것이다. 본 진단시스템은 발전기를 가지며, 에이브이알 여자기의 성능변화를 진단하기 위한 것으로써, 상기 발전기와 online으로 연결하기 위한 코어분리형 전류변성기가 구비되어 있으며, 이로부터 단자전압과 필드전압과 유효전력과 무효전력에 대한 실제값을 샘플링에 알맞는 신호체계에 알맞는 진단 범위의 전압/전류 데이타로 변환하도록 처리하는 신호처리부와, A/D변환기를 구비하고 상기 신호처리부에서 처리된 진단데이터를 취득하는 데이터취득부와, 상기 여자기와 AVR의 여러 가지 형태에 해당하는 가상적인 수학적 모델을 저장한 후에 실제 측정시 상기 신호처리부를 통한 모델응답과 상기 데이터취득부의 진단데이타를 소정의 진단알고리즘(또는 GUI프로그램)으로 비교, 분석하여 그 결과를 사용자에게 디스플레이하는 PC조립체를 포함한다. 이에 따라, AVR 제어설비를 간편하게 진단하여 유지, 보수함으로써 전력공급의 신뢰도 향상, 전력설비 유지관리 기능강화, 전력예비율을 향상시키고 전기품질을 향상시키는 효과가 있다.

Description

에이브이알 제어설비용 진단시스템{diagnosis system of AVR control equipment}

본 발명은 에이브이알 제어설비용 진단장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 발전설비 중 AVR 여자기 전압제어설비를 적절한 시기에 보수유지가 가능하게 하는 에이브이알 제어설비용 진단장치에 관한 것이다.

일반적으로 발전설비는 급속한 경제성장과 더불어 전기에너지의 사용확대로 발전플랜트의 성능평가와 진단 안전유지에 관한 기술개발의 요구가 증대되고 있다.

이와 같은 발전설비의 수명은 통상적으로 25년~30년으로 제작되고 있지만, 제어계측설비 중의 하나인 AVR 여자기 전압제어설비는 10년 정도밖에 되지 않기 때문에 부속품의 교체와 장비노후화로 인한 제어설비의 유지보수에 어려움이 있으며, 이는 발전기의 고장의 원인이되고, 성능저하의 원인이 된다. 그리고, 발전소의 특성상 빈번한 기동/정지를 할 수 없고, 진단을 위해서는 수백에서 수천만원대의 고가의 장비들이 필요한 실정이다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 장비들이 개발되어 있는 실정이다. 특히, 근래에 들어 국내의 발전 플랜트기술에 대한 연구개발이 시작되어 발전시스템에 대한 특성시험과 모델링기술, 발전기 전압조정장치의 국산화 및 전압공급제어시스템 기술 그리고, 보일러터빈 제어시스템기술 등이 각 연구소를 중심으로 수행 또는 진행중에 있다.

예를들어, 전력계통 안정도해석용 발전기 제어계 모델링 결정연구(1993~1996; 전력계통의 안정도해석관련 발전기/제어계의 특성시험 및 정밀 모델링기술)와, 발전소용 자동전압조정장치 개발 및 실용화(1991~1994;발전기 AVR의 설계제작기술 개발, 여수화력발전소에서 상업운전 중)와, 발전기용 디지탈 EXCITER 개발(1994~1997;화력발전기용 디지탈 익사이테이션 시스템 개발, 여수 화력 1호기에 실용화 설치 및 시험완료)과, 제어설비 진단기술 개발(1997~198;국내 발전기의 제어시스템 및 고장이력에 관한 조사와 AVR 여자시스템, B/T제어시스템의 성능진단을 위한 시스템 설계)과, 발전기 제어설비 안정화장치(PSS) 개발연구(1998~2001;여자시스템을 이용한 PSS설계 개발 및 현장설치 검증시험) 등이 있다.

그런데, 이와 같은 장비들은 부속품의 교체와 장비의 노후화로 인한 제어설비의 유지보수를 위해서 Off line으로 진단하여야 하기 때문에 발전기의 비상정지에 따르는 위험성이 동반되고, 따라서, 발전소의 특성상 빈번한 기동/정지를 할 수 없고, 진단을 위해서는 수백에서 수천 만원대의 고가의 장비들이 필요한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 발전설비를 정지시키지 않고 측정, 진단, 감시 등의 기능을 수행하는 시스템을 한 대의 장비로 통합하여 발전설비의 안정화은 물론 최저의 비용으로 유지, 보수할 수 있는 on line진단을 하도록 한 에이브이알 제어설비용 진단시스템을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 에이브이알 제어설비용 진단시스템을 나타낸 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 신호처리부를 상세하게 나타낸 모듈회로도이rh,도 3은 본 발명에 따른 CT를 나타낸 사시도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

1 ; 발전기 3 ; AVR

4 ; 여자기 5 ; 신호처리부

6 ; PC조립체

상기 목적은, 본 발명에 따라, 발전기를 가지며, 에이브이알 여자기의 성능변화를 진단하는 에이브이알 제어설비용 진단시스템에 있어서, 상기 발전기와 online으로 연결하기 위한 코어분리형 전류변성기가 구비되어 있으며, 이로부터 단자전압과 필드전압과 유효전력과 무효전력에 대한 실제값을 샘플링에 알맞는 신호체계에 알맞는 진단 범위의 전압/전류 데이타로 변환하도록 처리하는 신호처리부와, A/D변환기를 구비하고 상기 신호처리부에서 처리된 진단데이터를 취득하는 데이터취득부와, 상기 여자기와 AVR의 여러 가지 형태에 해당하는 가상적인 수학적 모델을 저장한 후에 실제 측정시 상기 신호처리부를 통한 모델응답과 상기 데이터취득부의 진단데이타를 소정의 진단알고리즘(또는 GUI프로그램)으로 비교, 분석하여 그 결과를 사용자에게 디스플레이하는 PC조립체를 포함하는 에이브이알 제어설비용 진단시스템에 의해 달성된다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에이브이알 제어설비용 진단시스템을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 에이브이알 제어설비용 진단시스템을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 신호처리부를 상세하게 나타낸 모듈회로도이고, 도 3은 본 발명에 따른 CT를 나타낸 사시도이 다.

본 에이브이알 제어설비용 진단시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 발전기(1)와, 상기 발전기(1)로부터 발생되는 교류전압을 인출하여 일정한 전압으로 자동조절하는 AVR(Auto-voltage regulator)(3)과, 상기 AVR(3)에서 출력되는 전압에 따라 여자전류와 여자전압을 출력하는 여자기(4)와, 상기 발전기(1)로부터 단자전압/전류과 필드전압/전류과 부하각과 유효전력과 무효전력 및 주파수에 대한 실제값 즉 수 밀리볼트/암페어에서부터 수천 볼트/암페어에 이르기까지 다양한 그레이드의 값들을 소정의 신호체계에 알맞는 진단 범위의 전압/전류 데이타로 변환하도록 처리하는 신호처리부(5)와, 상기 신호처리부(5)에서의 전압/전류 데이터를 취득하기 위한 데이터취득부를 가지고 있으며, 상기 데이터취득부의 진단데이타를 소정의 진단알고리즘(또는 GUI프로그램)으로 분석하여 사용자에게 디스플레이하는PC조립체(6)를 가지고 있다. 이 때, 상기 데이터취득부는 신호처리부의 아날로그 신호를 PC에서 이용할 수 있는 디지털 신호로 바꾸어 전달하기 위하여 A/D변환기와 D/A변환기와 디지탈I/O를 가지고 있다.

여기서, 상기 신호처리부(5)는 도 2에 도시된 바와 같으며, 측정시 측정대상에 영향을 미치지 않도록 설계되어 있고, 실제 큰 전압을 PC 내부 카드에서 읽기 적당한 신호로 변환하는 장치로서 단지 신호를 손실없이 전달해 주는 것으로, 상기 단자전압과 필드전압과 유효전력과 무효전력에 대한 실제값 즉 수 밀리볼트/암페어에서부터 수천 볼트/암페어에 이루기 까지 다양한 그레이드의 값으로 산출하기 위한 다수개의 비교부와, 이들의 동작알고리즘을 지원하고 그 변화데이터를 일시적으로 저장하는 처리모듈을 가지고 있으며, 상기 처리모듈과 상기 비교부의 주위에는 이들을 연결시키고 임피던스매칭시키기 위한 각종 저항과 콘덴서와 다이오드가 구비된 인터페이스(운전중 연결하여도 측정 대상에 연향을 미치지 않는 인터페이스)(미도시)와 코어분리형태의 전류변성기(CT;센서)가 마련되어 있다. 또한, 상기 신호처리부(5)는 상기 발전기와 상기 여자기를 연결시 발생할 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 내부 임피던스가 수 MΩ이상으로 설계되어 있다. 여기서, 상기 전류변성기는 도 3에 도시된 바와 같다.

상기 PC조립체(6)는 여자기(4)와 AVR(3)의 여러 가지 형태에 해당하는 가상적인 수학적 모델을 저장한 후에 실제 측정시의 모델응답과 실제 진단응답을 비교함으로써 진단을 하게 된다. 이 때, AVR의 유형은 크게 직류여자방식, 교류여자방식, 정지형 여자방식으로 나눌 수 있으며, 이러한 모델로는 EXAC1, EXPIC1, EXST1, EXST2, EXST3, IEEET1, IEEET3, IEEEX1, IEEEX2, IEEX2A, PTIST1, SCRX 등이 있다.

상술한 바와 같은 진단시스템의 동작은 먼저, 발전시스템의 기동을 정지시킨 상태에서 진단하는 것으로 가정한다. 즉, 신호처리부(5)에서 발전기로부터 발생된 출력값에 상응하는 진단데이터를 출력하면 데이터취득부에서 상기 진단데이터를 디지탈로 취득한다. 이 때, PC조립체(6)는 상기 진단데이터를 그래프 형태의 트랜드 화면으로 표현하여 디스플레이하면서 이를 소정의 진단알고리즘(또는 GUI프로그램)으로 분석하여 사용자에게 디스플레이한다. 여기서, 모든 작업은 실시간으로 진행되며, 취득된 진단데이터는 특정한 텍스터화일 형태로 변경되어 저장되고, 사용자가 소유한 분석프로그램에 능동적으로 호환된다.

상기와 같이, PC조립체(6)를 통하여 디스플레이되면 사용자는 분석프로그램을 이용하던지 또는 디스플레이된 화면을 통해서 성능저하 및 고장확율을 판단할 수 있다.

특히, 진단시스템은 사용자가 정의한 신호성분을 반영하여 수동적인 측정/분석이 아닌 능동적 측정/분석이 되도록 하며, 그 진단알고리즘은 파형진단과 고조파진단과 AVR조정값 진단 및 과여자, 부족여자기능진단을 위하여 미리 여자기와 AVR에 대한 여러 가지 형태의 가상적인 수학적 모델을 저장하고 있으며, 이를 이용하여 판단한다.

즉, 전압, 전류, 주파수, 유효전력, 무효전력 등을 직접적인 수치는 물론 오실로스코프처럼 파형으로 보여주는데, 이 파형의 모양이 표준 사인파, 직류에 대해서 얼마만큼 가상적인 모델보다 더 일그러져 있는 가를 보고 이상 유무를 판단할 수 있으며, 특히 각 신호들을 같은 시간대로 중첩하여 나타낼 수 있으므로 파형진단으로 비교 분석할 수가 있다.

또한, 고조파진단은 상기 각 파형에 포함된 고조파가 얼마나 포함되어 있는 가를 고조파 차수별로 나타내어 발전 설비가 이상이 있는지 향후 보수시 고려해야 할 사항 결정하는데 중요하게 사용되는 것으로써, 이러한 고조파는 발전설비에 대해서는 명확하게 얼마라고 나와 있지는 않고, 실험적으로 총합고조파가 기본파에 대하여 수% 이내를 기준으로 하고 있으며, 고조파 진단 항목 선택시 자동 계산되고 출력되어 사용자의 진단의 자료가 된다.

또한, AVR 조정(tuning)값 진단은 부하가 연결되어 있지 않은 상태에서 정격전압의 약 5%( ±10% 까지 가능)의 step 신호를 인가하여 그 응답 특성(응답의 속응성, 진동 특성)과 모델응답특성을 얻어서 AVR이 최적으로 설정되어 운전되고 있는 지를 진단하고 판단하며, 또 다른 방법으로는 주파수발생장치를 가지고 있는 시스템에서 주파수응답을 관찰하는 것인데, 발생된 주파수를 대상에 인가하여 그 응답을 다시 측정하여 보드선도를 해석하여 진단한다.

그리고, 과여자, 부족여자 기능 진단은 상응하는 유효전력과 무효전력 조건의 인가가 필요하며 이는 단자전압과 전류의 크기 및 위상이 가변되는 신호를 분석하여 진단한다.

본 발명은 각각의 장비들 간의 동기 문제나 외부의 간섭에 민감하게 반응하는 곳에서도 활용할 수 있도록 수 MΩ이상으로 임피던스를 고려함으로 측정대상에 영향을 최소화하여 시험할 수 있으며, 발전기의 제어게통의 민감한 특성을 고려하여 운전중에도 데이터 취득분석이 가능하며, 코어분리형태의 전류변성기와 같은 부품 적용시 필수적으로 수반되는 위상지연과 변환비 등을 해결하고 있으며, AVR 제어설비를 간편하게 진단하여 유지, 보수함으로써 전력공급의 신뢰도 향상, 전력설비 유지관리 기능강화, 전력예비율을 향상시키고 전기품질을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 발전기를 가지며, 에이브이알 여자기의 성능변화를 진단하는 에이브이알 제어설비용 진단시스템에 있어서;

   상기 발전기와 online으로 연결하기 위한 코어분리형 전류변성기가 구비되어 있으며, 이로부터 단자전압과 필드전압과 유효전력과 무효전력에 대한 실제값을 샘플링에 알맞는 신호체계에 알맞는 진단 범위의 전압/전류 데이타로 변환하도록 처리하는 신호처리부와;

   A/D변환기를 구비하고 상기 신호처리부에서 처리된 진단데이터를 취득하는 데이터취득부와;

   상기 여자기와 AVR의 여러 가지 형태에 해당하는 가상적인 수학적 모델을 저장한 후에 실제 측정시 상기 신호처리부를 통한 모델응답과 상기 데이터취득부의 진단데이타를 소정의 진단알고리즘(또는 GUI프로그램)으로 비교, 분석하여 그 결과를 사용자에게 디스플레이하는 PC조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 에이브이알 제어설비용 진단시스템.
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