KR101099022B1 - 발전기용 고장 진단 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기용 고장 진단 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 발전기 부하의 이상 상태를 실시간 검출하여 전송하고, 부하차단 명령 수신시 보호기능을 수행하는 발전기보호수단, 상기 발전기보호수단에서 감지한 이상 상태 정보를 원격에서 수집하여 해당 부하차단 명령 및 경고 메시지를 발생하는 중앙감시수단 및 상기 발전기보호수단과 중앙감시수단과의 데이터 통신을 위한 통신수단을 포함하여 구성한 시스템 및 그 제어방법을 제공함으로써, 실시간으로 발전기 부하의 이상 상태를 검출하여 그에 따른 부하로의 전력 공급을 차단함으로써 발전기를 보호함과 동시에 고신뢰성을 확보한 온라인 감시가 가능하다는 효과를 발휘한다.

발전기, 고장, 진단, 감시, 모니터링, 부하 차단, 경고 메시지

Description

발전기용 고장 진단 시스템 및 그 제어방법{Fault Daignostics System for Generator and Control Method thereof}

본 발명은 고장 진단 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 발전기의 오동작 및 보호를 위한 고장 진단 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

최근 전력설비 용량의 증가와 기술의 진보에 따라 터빈 발전기, 수차 발전기, 대형 전동기 등의 회전기가 대용량, 고전압화 됨에 따라 발전기 고장 예방을 위한 진단 시스템의 필요성이 점차 증대되고 있다. 이들 회전기 고장의 대부분은 권선의 손상에서 기인하며 회전기에서 전기적 절연 요소로써 가장 중요한 부분은 고정자의 전기자 권선과 회전자의 계자 권선을 들 수 있다. 고정자와 회전자에서 발생하는 절연 고장은 복구하는데 장시간이 요구되므로 회전기의 예측진단에 따른 정비와 더불어 고장을 사전에 발견하고 불시정지에 따른 불가피한 경제적 손실을 예방하기 위해서는 상시 감시기능이 요구된다.

일반적으로 국외에서 사용되고 있는 대표적인 발전기의 고장 진단 방법으로는, 발전기 운전 중 고정자 권선 부위에서 발생하는 부분방전을 측정하기 위하여 대용량 고압 전동기 및 발전기에 커플러를 설치하고 부분방전을 감시함으로써 고정 자 권선의 고장진단을 수행하는 것을 들 수 있다. 또한 절연열화 상태를 진단하는 연구는 1980년대 후반부터 본격적으로 시작 되었으며, 처음에는 부분방전분석기(PDA)를 이용하여 수력 발전기의 고정자 권선의 고장진단을 수행하였으며, 1990년대 초부터는 터빈 발전기 분석기(TGA)가 개발되어 화력 발전기에 확대 적용되고 있다. 여자 권선의 경우에는 보다 쉬운 방법으로 공극에서의 자속밀도를 홀센서나 픽업코일로 측정한 후 이를 분석하여 고장을 예측하는 방법이 사용되고 있다.

그러나 현재 국내에서는 대기업 및 중소기업을 중심으로 발전기의 진단 시스템을 개발하고 있으나, 연구개발이 아직 미진하여 외국제품에 비해 신뢰성이 많이 떨어지기 때문에 고신뢰성을 확보한 온라인 감시를 위한 진단 시스템의 국산화가 시급한 실정이다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 과전류, 역상 과전류, 지락 과전류 및 역전력을 실시간 모니터링하여 발생시 공급 전력 차단과 동시에 경고를 발생하는 고장 진단 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발전기용 고장 진단 시스템은, 발전기 부하의 이상 상태를 실시간 검출하여 전송하고, 부하차단 명령 수신시 보호기능을 수행하는 발전기보호수단, 상기 발전기보호수단에서 감지한 이상 상태 정보를 원격에서 수집하여 해당 부하차단 명령 및 경고 메시지를 발생하는 중앙감시수단 및 상기 발전기보호수단과 중앙감시수단과의 데이터 통신을 위한 통신수단을 포함하여 구성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 발전기용 고장 진단 시스템 제어방법은, 발전기 부하의 각 상 간의 심각한 위상 불균형, 역상순, CT 오결선, 퓨즈 불량을 검출하여 전송하는 단계, 상기 발전기 부하의 각 상의 최소 RMS값이 허용기준치 이상인가를 검출하여 전송하는 단계, 상기 발전기 부하의 중성선 전류의 RMS값이 기준치 이상인가를 검출하여 전송하는 단계, 상기 발전기 부하 전류의 위상이 동작영역의 정정치 안에 들어오면 방향 비교를 수행하고, 방향이 역방향시 유,무효 전력의 크기가 정 정치 이상인가를 검출하여 전송하는 단계 및 상기에서 검출하여 전송한 각 발전기 부하의 이상 상태 정보를 원격에서 수집하여 저장하고, 해당 발전기 부하의 차단 명령 및 경고 메시지를 발생하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발전기용 고장 진단 시스템 및 그 제어방법에 의하면, 실시간으로 발전기 부하의 이상 상태를 검출하여 그에 따른 부하로의 전력 공급을 차단함으로써 발전기를 보호함과 동시에 고신뢰성을 확보한 온라인 감시가 가능하다는 효과를 발휘한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전기용 고장 진단 시스템의 구성을 간략하게 보인 블록도이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고장 진단 시스템은 발전기보호부(100), 중앙감시부(120) 및 통신부(130)를 포함한다.

발전기보호부(100)는 발전기 부하의 이상 상태를 실시간 검출하여 전송하고, 부하차단 명령 수신시 보호기능을 수행하는 것으로, 다수개의 개별 모듈로 구성된 상기 발전기 부하의 각 상 간의 심각한 위상 불균형, 역상순, CT 오결선, 퓨즈 불량을 검출하는 역상과전류 검출모듈(110), 상기 발전기 부하의 각 상의 최소 RMS값이 허용기준치 이상인가를 검출하는 과전류검출모듈(111), 상기 발전기 부하의 중성선 전류의 RMS값이 기준치 이상인가를 검출하는 지락과전류 검출모듈(112) 및 상기 발전기 부하 전류의 위상이 동작영역의 정정치 안에 들어오면 방향 비교를 수행하고, 방향이 역방향시 유,무효 전력의 크기가 정정치 이상인가를 검출하는 역전력 검출모듈(113)을 포함한다. 이때, 상기 지락과전류 검출모듈(112)은 상기 중성선 전류의 RMS값이 기준치 이상인 경우 기 설정시간 동안 지연 후 다시 재 검출을 수행한다.

중앙감시부(120)는 상기 발전기보호부(100)에서 감지한 이상 상태 정보를 원격에서 수집하여 해당 부하차단 명령 및 경고 메시지를 발생하는 기능을 수행하는 것으로, 발전기 부하의 이상 상태 정보를 수집하여 저장하는 데이터저장부(121), 상기 발전기 부하의 이상 상태에 따른 경고 메시지를 발생하는 경고발생부(122) 및 상기 발전기보호부(100)에서 전송하는 발전기 부하의 이상 상태를 수신받아 부하차단 명령 및 경고 메시지 발생을 결정하는 모니터링부(123)를 포함한다.

이때, 중앙감시부(120)는 사용자의 키 조작에 따라 모니터링부(123) 및 데이터저장부(121)에 접속하여 각종 고장 원인, 정비 방법 및 고장 예측 부분을 수신할 수 있는 컴퓨터 등을 말하는 것이며, 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 중 어느 하 나일 수 있고, 모니터링부(123) 및 데이터저장부(121)에 접속하기 위한 접속 프로그램과 접속 프로그램을 저장하기 위한 메모리, 접속 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 제어부 등을 내장하고 있는 컴퓨터를 말한다.

또한, 상기 데이터저장부(121)는 비휘발성 메모리이고 바이트(Byte) 단위로 내용을 수정할 수 있는 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) 또는 블록(Block) 단위로 내용을 수정할 수 있는 플래시 메모리(Flash Meomory) 및 에스디램(SDRAM: Synchronous Dynamic Randdom Access Memory)을 포함한다.

또한, 중앙감시부(120)에서 사용되는 OS(Operating System)로는 윈도우즈(Windows) 또는 리눅스(Linux)가 이용될 수 있으나, 이는 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 윈도우즈(Windows) 또는 리눅스(Linux) 이외의 OS도 사용 가능할 것이다.

한편, 통신부(130)는 상기 발전기보호부(100)와 중앙감시부(120)의 데이터 통신(IEEE802.3 또는 이더넷 등)을 위한 것으로, 허브(HUB) 및 RTU를 포함한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 실시예에 따른 동작 과정을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발전기 부하의 이상 상태 검출에 따른 제어 과정을 보인 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 발전기보호부()는 일정주기로 발전기 부하의 이상 상태를 실시간 검출하여 전송한다.

즉, 발전기보호부(100)의 역상과전류 검출모듈(110)은 발전기 부하의 각 상 간의 심각한 위상 불균형, 역상순, CT 오결선, 퓨즈 불량을 검출하여 전송하는데(S210), 역상전류가 동작전류보다 큰 경우 이상 상태로 판단한다. 이때 역상전류를 구하는 방법은 삼상 아날로그 신호인 IC를 120°, IB를 240°만큼 회전시켜 이를 IA와 더하여 구하는 것이 일반적이며, 샘플링에 의한 디지털 신호를 이용하여 역상전류(IN)을 구하기 위해서는 IA의 샘플에 120°후에 취해진 IB의 샘플, 240°후에 취해진 IC의 샘플을 더하여 IA의 샘플링 시점에서의 역상전류(IN)를 구하는 것이다.

단계(S210)의 수행에서 이상 상태가 검출되지 않는 경우, 과전류 검출모듈(111)은 상기 발전기 부하의 각 상의 최소 RMS값이 허용기준치 이상인가를 검출하여 전송하는데(S220), 각 상의 RMS값이 허용기준치 이상 경우 단락고장으로 판정된다. 이때, 상기 RMS값은 R, S, T 각 상의 전류 입력값 중 가장 큰 값을 의미한다.

단계(S220)의 수행에서 이상 상태가 검출되지 않는 경우, 지락과전류 검출모듈(112)은 상기 발전기 부하의 중성선 전류의 RMS값이 기준치 이상인가를 검출하여 전송한다(S230).

단계(S230)의 수행에서 이상 상태가 검출되지 않는 경우, 역전력검출모 듈(113)은 상기 발전기 부하 전류의 위상이 동작영역의 정정치(최소각 <

< 최대각) 안에 들어오면 방향 비교를 수행하고, 방향이 역방향시 유,무효 전력의 크기가 정정치 이상(V×I×cosθ〉유효전력 정정치 또는 V×I×sinθ〉무효전력 정정치)인가를 검출하여 전송한다(S240).

상기 단계(S210~S240)에서 검출하여 전송한 각 발전기 부하의 이상 상태 정보를 원격에서 수집하여 저장하고(S250), 해당 발전기 부하의 차단 명령 및 경고 메시지를 발생한다(S260).

즉, 상기 역상과전류 검출시 한시 동작특성에 따라 일정시간을 기다린 후, 동작시간이 경과하면 역상과전류 검출모듈(110)로 부하차단 명령을 보내고, 고장 메시지를 출력하며, 동작시간이 경과하기 전에 역상전류 또는 전류입력차가 동작전류의 95%이하로 낮아지면, 이미 고장상태인 경우 부하 복귀를 명령하고, 대기상태인 경우 고장발생 시각으로부터의 경과시간 계산을 초기화한다.

또한, 상기 과전류 검출시 순시 동작특성에 의해 즉시 과전류 검출모듈(111)로 부하차단 명령을 보내고, 고장 메시지를 출력한다. 예를 들어, 처음 기동했거나 RMS값과 고장발생의 기준값의 비가 1.0을 넘지 않는 경우에는 정상 운전을 하고 있는 것으로 판단하지만, 그 비가 1.0을 초과하는 경우 순시 동직특성에 따라 즉시 부하를 차단시킬 것을 명령하고 운전상태는 고장상태로 변경한다. 이후 차단명령에 의해 전류입력이 중지되어 RMS값이 다시 작아지면, 차단된 부하를 복귀시킬 것을 명령하고 운전상태는 정상상태로 복귀한다.

또한, 상기 지락 과전류 검출시 고장종류와 계산된 고장전류 및 순시 및 한시치의 설정 값에 따라 지연시간을 계산하여 지연시간 이후에 고장상태 신호를 발생시키게 된다. 만약 지연시간 이후에 고장이 사라졌다면 고장상태 신호는 발생되지 않고 정상상태로 판정되어 다시 동작을 계속한다.

또한, 상기 역전력 판단시 역방향일때 전력의 크기가 정정치를 초과하면 정해진 시간에 선로 트립 신호가 나가고, 그 외는 다시 초기화 된다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전기용 고장 진단 시스템의 구성을 간략하게 보인 블록도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발전기 부하의 이상 상태 검출에 따른 제어 과정을 보인 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 발전기보호부 110 : 역상과전류 검출모듈

111 : 과전류 검출모듈 112 : 지락과전류 검출모듈

113 : 역전력검출모듈 120 : 중앙감시부

121 : 데이터저장부 122 : 경고발생부

123 : 모니터링부 130 : 통신부

Claims (6)

1. 발전기 부하의 이상 상태를 실시간 검출하여 전송하고, 부하차단 명령 수신시 보호기능을 수행하는 발전기보호수단;

   상기 발전기보호수단에서 감지한 이상 상태 정보를 원격에서 수집하여 해당 부하차단 명령 및 경고 메시지를 발생하는 중앙감시수단; 및

   상기 발전기보호수단과 중앙감시수단과의 데이터 통신을 위한 통신수단을 포함하되,

   상기 발전기보호수단은,

   상기 발전기 부하의 각 상 간의 심각한 위상 불균형, 역상순, CT 오결선, 퓨즈 불량에 따라 발생되는 역상과전류를 검출하는 역상과전류 검출부;

   상기 역상과전류 검출부에서 상기 역상과전류가 검출되지 않는 경우, 상기 발전기 부하의 각 상의 최소 RMS값이 허용기준치 이상인 과전류를 검출하는 과전류검출부;

   상기 과전류검출부에서 상기 과전류가 검출되지 않는 경우, 상기 발전기 부하의 중성선 전류의 RMS값이 기준치 이상인 지락과전류를 검출하는 지락과전류 검출부; 및

   상기 지락과전류 검출부에서 상기 지락과전류가 검출되지 않는 경우, 상기 발전기 부하 전류의 위상이 동작영역의 정정치 안에 들어오면 방향 비교를 수행하고, 방향이 역방향 시 유,무효 전력의 크기가 정정치 이상인가를 검출하는 역전력 검출부를 포함하는 것이고,

   상기 중앙감시수단은,

   상기 역상과전류 검출 시, 한시 동작특성에 따라 상기 역상과전류가 동작시간을 경과하여 검출되면, 상기 역상과전류 검출부로 부하 차단 명령을 전송하고, 상기 역상과전류가 상기 동작시간이 경과되기 전에 동작 전류의 기 정의된 범위 내로 줄어들면 부하 복귀 명령을 전송하고,

   상기 과전류 검출 시, 순시 동작특성에 따라 즉시 상기 과전류 검출부로 부하 차단 명령을 전송하고, 상기 부하 차단 명령에 따라 상기 발전기 부하에 전류 입력이 중지되어, 상기 RMS 값이 기준치 이하인 경우에는 부하 복귀 명령을 전송하고,

   상기 지락 과전류 검출 시, 고장종류와 계산된 고장전류 및 순시 및 한시 치의 설정 값에 따라 지연시간을 계산하여, 상기 지연시간 이후에 고장상태 신호를 출력하고, 이후 상기 지락 과전류가 검출되지 않으면 부하 복귀 명령을 전송하고,

   상기 역전력 판단 시, 역방향일 때 상기 유,무효 전력의 크기가 정정치 이상이면 선로 트립 신호를 출력하는 것

   인 발전기용 고장 진단 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 중앙감시수단은

   상기 발전기 부하의 이상 상태 정보를 수집하여 저장하는 데이터저장부,

   상기 발전기 부하의 이상 상태에 따른 경고 메시지를 발생하는 경고발생부 및

   상기 발전기보호수단에서 전송하는 발전기 부하의 이상 상태를 수신받아 부하차단 명령 및 경고 메시지 발생을 결정하는 모니터링부를 포함하는 것인 발전기용 고장 진단 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 지락과전류 검출수단은

   상기 중성선 전류의 RMS값이 기준치 이상인 경우 기 설정시간 동안 지연 후 다시 재 검출을 수행하는 것인 발전기용 고장 진단 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 발전기보호수단은

   해당 이상 상태 정보의 입,출력 상황과 이상 상태 확인을 위한 HMI(human machine interface) 기능을 포함하는 발전기용 고장 진단 시스템.
6. 발전기 부하의 각 상 간의 심각한 위상 불균형, 역상순, CT 오결선, 퓨즈 불량따라 발생되는 역상과전류를 검출하여 전송하는 단계;

   상기 역상과전류가 검출되지 않는 경우, 상기 발전기 부하의 각 상의 최소 RMS값이 허용기준치 이상인 과전류를 검출하여 전송하는 단계;

   상기 과전류가 검출되지 않는 경우, 상기 발전기 부하의 중성선 전류의 RMS값이 기준치 이상인 지락과전류를 검출하여 전송하는 단계;

   상기 지락과전류가 검출되지 않는 경우, 상기 발전기 부하 전류의 위상이 동작영역의 정정치 안에 들어오면 방향 비교를 수행하고, 방향이 역방향 시, 유,무효 전력의 크기가 정정치 이상인가를 검출하여 전송하는 단계;

   상기 단계에서 검출되어 전송된 각 발전기 부하의 이상 상태 정보를 원격에서 수집하여 저장하는 단계;

   상기 역상과전류 검출 시, 한시 동작특성에 따라 상기 역상과전류가 동작시간을 경과하여 검출되면, 역상과전류 검출부로 부하 차단 명령을 전송하고, 상기 역상과전류가 상기 동작시간이 경과되기 전에 동작 전류의 기 정의된 범위 내로 줄어들면 부하 복귀 명령을 전송하는 단계;

   상기 과전류 검출 시, 순시 동작특성에 따라 즉시 과전류 검출부로 부하 차단 명령을 전송하고, 상기 부하 차단 명령에 따라 상기 발전기 부하에 전류 입력이 중지되어, 상기 RMS 값이 기준치 이하인 경우에는 부하 복귀 명령을 전송는 단계;

   상기 지락 과전류 검출 시, 고장종류와 계산된 고장전류 및 순시 및 한시 치의 설정 값에 따라 지연시간을 계산하여, 상기 지연시간 이후에 고장상태 신호를 출력하고, 이후 상기 지락 과전류가 검출되지 않으면 부하 복귀 명령을 전송하는 단계; 및

   상기 방향 비교 수행 결과, 역방향일 때 상기 유,무효 전력의 크기가 정정치 이상이면 선로 트립 신호를 출력하는 단계

   를 포함하는 발전기용 고장 진단 시스템 제어방법.

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