KR100522391B1 - 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의사이리스터 고장검출방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 (thyristor) 고장검출방법에 관한 것으로, 특히 사이리스터의 고장 유무를 감시하여 고장을 검출함으로써 원전 가동율 향상에 기여하고자 함에 관한 것이다.
본 발명의 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출방법은 정류된 코일의 전압을 읽는 제1단계; 상기 코일에 흐르는 전류의 명령을 읽는 제2단계; 상기 전류 명령의 변경 여부를 검사하여 사이리스터의 고장 발생 여부를 검사하는 제3단계; 및 상기 고장이 발생하면 긴급경보를 하고, 고장이 발생하지 않으면 제1단계로 피드백하는 제4단계를 수행하는 방법에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출방법은 종래의 고장검출방법보다 더 안정적이고, 정지모드시에서도 사이리스터의 고장 유무를 상시 감시하여 고장을 검출함으로써 사이리스터의 고장에 의한 발전소의 불시 정지를 예방할 수 있기 때문에 원전 가동율 향상에 기여하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출방법에 관한 것으로, 특히 사이리스터의 고장 유무를 감시하여 고장을 검출함으로써 원전 가동율 향상에 기여하고자 함에 관한 것이다.
종래의 기저 부하를 담당하는 원자력 발전소에서 원자로 제어봉은 잦은 삽입, 인출 동작을 행하지 않고 거의 최대로 인출된 상태로 정지모드에 있게 된다. 미국 특허공개공보 제4021703호에서 볼 수 있듯이 종래의 Westinghouse 모델의 전력함 내의 사이리스터 위상 고장검출방법은 제어봉 동작명령에 따라 제어봉이 동작하는 경우에만 코일 전압에 나타나는 전압리플(voltage ripple)의 크기를 이용하여 사이리스터의 고장 유무를 판단한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 고장검출방법은 제어봉이 정지모드에 있는 경우에는 3종류의 사이리스터(정지, 이동, 올림 코일용)에서의 고장검출이 매우 어렵게 된다. 전류제어방법을 사용하여 제어봉 구동장치의 각 코일에 흐르는 전류를 제어하는 경우에 사이리스터 한 상이 빠뜨려져 구동되거나 사이리스터가 마치 다이오드처럼 동작하여도 전류의 크기는 변함없이 지령치를 잘 추종하지만, 정상적인 경우와 비교하면 과도상태에서의 특성이 나빠지게 되어 원활한 제어봉 삽입 또는 인출 동작이 이루어지지 못한다. 그리고, 정지모드에 있는 제어봉 집합체의 정지 집게 코일에 전류를 공급하는 3상 반파 정류기에서 고장이 발생하면 제어봉 추락의 우려가 있으므로 정지모드에서의 사이리스터의 고장검출이 요구된다. 또한, 대한민국 특허공개공보 제2002-0016182호에서의 주파수 스펙트럼 분석과 같은 방법은 제어봉의 동작시에 일관된 검출결과를 보이지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
전류제어방법을 사용하여 제어봉 구동장치의 각 코일에 흐르는 전류를 제어하는 경우에 상기와 같은 과도상태에서의 문제점을 개선하기 위하여 코일 전압의 측정을 통하여 사이리스터의 고장을 검출하는 것에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 정류된 코일의 전압을 읽는 제1단계; 상기 코일에 흐르는 전류의 명령을 읽는 제2단계; 상기 전류 명령의 변경 여부를 검사하여 사이리스터의 고장 발생 여부를 검사하는 제3단계; 및 상기 고장이 발생하면 긴급경보를 하고, 고장이 발생하지 않으면 제1단계로 피드백하는 제4단계를 수행하는 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 설명은 도면을 통하여 살펴보기로 한다.
사이리스터의 고장 발생 여부를 항상 판단하기 위하여 제어봉의 동작시(삽입/인출시)와 정지모드시로 분리하여 검출하도록 하며, 제어봉의 동작시에는 3개의 코일전압 파형의 리플크기를 이용하여 고장 발생을 판단하고, 제어봉의 정지시에는 3개 코일의 전압파형에 대한 이산 퓨리에 변환(DFT)을 이용하여 고장 발생을 판단한다.
도 1은 본 발명에 의한 일반적인 3개의 사이리스터 전력소자를 사용하여 구성한 3상 반파 정류기를 예시한 도면이다. 3상의 입력 전원에 대하여 3상의 사이리스터가 모두 정상인 경우와 어느 한 상이라도 고장이 난 경우의 차이를 감지하여 3상 반파 정류기에 사용한 사이리스터의 고장 검출을 한다.
도 2는 본 발명에 의한 사이리스터 고장검출방법에 대한 흐름도를 보여주는 도면이다. 먼저, 정류된 코일의 전압을 읽고, 상기 코일에 흐르는 전류의 명령을 읽는다. 다음으로, 상기 전류의 명령의 변경여부를 검사하여 사이리스터의 고장 발생 여부를 검사한다. 상기 전류명령의 변경 후에 한 주기(60Hz) 동안에만 고장 검출이 행해지게 되며, 전류의 명령이 변경되지 않으면 정지모드 고장검출기능을 호출하여 고장 발생 여부를 검사한다. 그러나, 전류의 명령이 변경되면 상위에서 하위로 또는 하위에서 상위로 변경되었는지 검사한다. 이 때, 상위에서 하위로 명령이 변경되면 다이오드 동작 여부를 검사하여 고장 발생 여부를 검사하고, 하위에서 상위로 변경되면 상 빠뜨림 여부를 검사하여 고장 발생 여부를 검사한다. 제어봉의 한 스텝 동작시에 각 코일에 인가되는 전류 명령의 변경은 정지 집게 코일에서는 4회, 이동 집게 코일에서는 2회, 그리고 올림 코일에서는 3회이므로 고장 검출 횟수는 정지 집게 코일에서는 4회, 이동 집게 코일에서는 2회, 그리고 올림 코일에서는 3회 실시된다.
사이리스터가 정상적인 경우에 정지 집게 코일에서의 전류 명령, 전압, 제어 신호 및 전압 파형에 대한 FFT 결과를 기준으로 사이리스터의 고장시에 이들 신호의 변화를 관찰하고자 한다.
도 3은 본 발명에 의한 정지 집게 코일에서의 정지 모드시의 신호파형이다. 전압에 대한 FFT 결과에서 알 수 있듯이 3상이 모두 정상적인 경우에 전압 신호는 180Hz에서 가장 큰 전력 스펙트럼(power spectrum)을 보이고 있다.
도 4는 본 발명에 의한 한 상 빠뜨림 고장시의 신호파형이다. 사이리스터를 이용한 3상 반파 정류기를 사용하여 코일 전류를 인가하는 경우에 어떤 원인으로 3상 중에 한 상이 동작되지 않을 때의 신호파형이다. FFT 결과로부터 알 수 있듯이 60Hz의 주파수에서 가장 큰 전력 스펙트럼이 생기고, 사이리스터의 고장을 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명에 의한 한 상의 사이리스터가 다이오드처럼 동작하는 경우의 고장신호파형이다. 사이리스터가 어떤 원인으로 다이오드처럼 동작하는 경우의 고장시에는 전류제어특성이 나빠지고, 궁극적으로 제어봉이 낙하하는 사고를 일으킬 수 있다. 다이오드처럼 동작하는 경우의 고장에서도 도 4의 위상 빠뜨림 고장과 마찬가지로 60Hz에서 가장 큰 전력 스펙트럼을 가지고 있다.
도 6은 본 발명에 의한 정지집게 코일에서의 최대 포지티브 포싱시의 신호파형이다. 제어봉의 동작시에 사이리스터가 정상일 때 하위에서 상위로의 전류 명령의 변경에 대한 코일 전압 및 제어 신호 파형을 나타내고 있다. 사이리스터가 정상적인 경우에는 코일 전압의 리플 크기는 약 0.5V 이내임을 알 수 있다. 최대 포지티브 포싱이 아닌 도 3과의 직접적인 비교는 되지 않지만, 도 4 또는 도 5와 같이 한 상이 빠뜨려지는 고장인 경우에는 리플 크기는 적어도 1V 이상이 되는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 정지집게 코일에서의 최대 포지티브 포싱(Maximum Positive Forcing)시의 신호파형이다. 제어봉의 동작시에 사이리스터가 정상일 때 하위에서 상위로의 전류 명령의 변경에 대한 코일 전압 및 제어 신호 파형을 나타내고 있다. 사이리스터가 정상적인 경우에는 코일 전압의 리플 크기는 약 0.5V 이내임을 알 수 있다. 최대 포지티브 포싱이 아닌 도 3과의 직접적인 비교는 되지 않지만, 도 4 또는 도 5와 같이 한 상이 빠뜨려지는 고장인 경우에는 리플 크기는 적어도 1V 이상이 되는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 의한 정지집게 코일에서의 최대 네거티브 포싱(Maximum Negative Forcing)시의 신호파형이다. 전류명령이 상위에서 하위로 변경된 경우에 코일 전류에 대한 최대 네거티브 포싱을 나타낸 예로 전류 명령이 변경된 후 10msec 이내에 최대 네거티브 포싱이 발생함을 보여 주고 있다. 이 때, 리플의 크기는 약 1V 정도 되며, 도 4와의 비교를 통하여 다이오드 동작의 발생 여부에 대한 판단을 한다.
따라서, 본 발명의 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출방법은 종래의 고장검출방법보다 더 안정적이고, 정지모드시에서도 사이리스터의 고장 유무를 상시 감시하여 고장을 검출함으로써 사이리스터의 고장에 의한 발전소의 불시 정지를 예방할 수 있기 때문에 원전 가동율 향상에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 일반적인 3개의 사이리스터(thyristor) 전력소자를 사용하여 구성한 3상 반파 정류기를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 사이리스터 고장검출방법에 대한 흐름도를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 사이리스터가 정상일 때의 신호파형이다.
도 4는 본 발명에 의한 한 상 빠뜨림 고장시의 신호파형이다.
도 5는 본 발명에 의한 한 상의 사이리스터가 다이오드처럼 동작하는 경우의 고장신호파형이다.
도 6은 본 발명에 의한 정지집게 코일에서의 최대 포지티브 포싱시의 신호파형이다.
도 7은 본 발명에 의한 정지집게 코일에서의 최대 네거티브 포싱시의 신호파형이다.
도 8은 본 발명에 의한 제어봉 동작 중의 FFT 측정결과 신호파형이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1: 정류된 코일 전압 읽음 2: 전류 명령 읽음
3: 명령 변경 여부 검사 4: 정지모드 고장검출기능 호출
5: 고장 발생 여부 검사 6, 10, 13: 긴급경보
7: 하위→상위 또는 상위→하위 여부 검사
8: 다이오드 동작 여부 검사 9, 12: 고장 발생 여부 검사
11: 상 빠뜨림 여부 검사 14, 18, 22, 26, 29, 32: 전류명령
15, 19, 23, 27, 30, 33: 전압 16, 20, 24, 28, 31, 34: 제어신호
17, 21, 25, 35: FFT 결과
Claims (7)
- 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출방법에 있어서,정류된 코일의 전압을 읽는 제1단계;상기 코일에 흐르는 전류의 명령을 읽는 제2단계;상기 전류 명령의 변경 여부를 검사하여 사이리스터의 고장 발생 여부를 검사하는 제3단계; 및상기 고장이 발생하면 긴급경보를 하고, 고장이 발생하지 않으면 제1단계로 피드백하는 제4단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출방법
- 제 1 항에 있어서,상기 제3단계에서 전류 명령이 변경되지 않으면 정지모드 고장검출 기능을 호출하여 고장 발생 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출방법
- 제 2 항에 있어서,상기 정지모드시 고장검출은 FFT를 이용하여 검사하는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출방법
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제3단계에서 상기 전류 명령이 변경되면 상위에서 하위로 또는 하위에서 상위로 변경되었는지 검사하여 고장 발생 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출방법
- 제 5 항에 있어서,제어봉의 동작모드시 상기 전류 명령이 상위에서 하위로 변경되면 최대 네거티브 포싱에 의해 발생되어지는 코일 전압의 리플 크기를 검출하여 다이오드처럼 동작하는가를 검사하여 고장발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출 방법
- 제 5 항에 있어서,제어봉의 동작모드시 상기 전류 명령이 하위에서 상위로 변경되면 최대 포지티브 포싱에 의해 발생되어지는 코일 전압의 리플 크기를 검출하여 상 빠뜨림 여부를 판단하여 고장 검출을 행하는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치 제어기기용 전력변환장치에서의 사이리스터 고장검출 방법
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