KR101295070B1 - 초고압 직류송전시스템의 밸브모듈 적층구조 및 방법 - Google Patents

초고압 직류송전시스템의 밸브모듈 적층구조 및 방법 Download PDF

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최용길
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Abstract

본 발명의 초고압 직류전송시스템의 밸브모듈 적층구조의 일 실시예는 복수개의 격자형 프레임들, 상기 각각의 프레임의 양측에 구비되는 교차형 링크, 상기 각각의 프레임의 각 모서리에 힌지에 의해 회동가능하게 결합된 절연애자를 포함하고, 상기 프레임들은 수직방향으로 적층되되, 상기 교차형링크 및 힌지형 절연애자들에 의해 상호 연결되거나, 분리될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

초고압 직류송전시스템의 밸브모듈 적층구조 및 방법{INSTALLATION STRUCTURE AND METHOD FOR HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT VALVE MODULE}
본 발명은 초고압 직류송전시스템의 밸브모듈의 구조를 개선하여, 변환소 내부에 적층시켜 장착하는 밸브모듈 적층체의 설치 및 해체의 편리성을 향상시킬 수 있는 밸브모듈의 구조와 적층방법에 관한 것이다.
전력 계통을 연계하는 방식에는 기존의 교류 전력 계통을 그대로 연계하는 방식과, 전력 변환기를 통해 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 계통을 연계하는 방식이 있다. 근래에는 교류 전력 계통을 그대로 연계하는 방식보다 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 전력 계통을 연계하는 방식에 대한 관심이 증대되고 있다. 국내에서도 전력 변환기를 이용한 고압 직류 송전(High Voltage Direct Current; HVDC) 시스템을 제주와 해남 사이에 설치하여 제주와 해남의 전력 계통을 연계하고 있다.
고압 직류 송전(HVDC) 방식이라 함은, 전기 송전 방식의 하나로서, 발전소에서 발전한 고압의 교류 전력을 직류 전력으로 변환시켜 송전한 후, 원하는 수전 지역에서 다시 교류 전력으로 재변환하는 공급 방식을 말한다. 직류 송전 방식의 장점은 여러 가지가 꼽힌다.
우선 직류 전압은 교류 전압의 최대 값에 비해 크기가 약 70%에 불과해 기기의 절연이 용이하고, 전압이 낮기 때문에 각 기기에 설치돼 있는 절연체의 수량 및 철탑의 높이를 줄일 수 있다. 동일한 전력을 보내는 경우 교류 방식에 비해 직류 방식이 송전 손실이 적기 때문에 송전 효율이 높아질 수 있는 것이 가장 큰 장점이다. 직류가 교류에 비해 2배 이상의 전류를 운송할 수 있다.
물론 전선 사용량을 줄일 수 있고 송전선로의 면적을 줄일 수 있어 효과적이며 전압이나 주파수가 다른 두 교류 계통 사이에 연결해 계통의 안정도를 향상시킬 수도 있다. 송전 거리에 대한 제약이 없고 450Km가 넘는 육지 전력 전송이나 40Km가 넘는 해저를 통한 전력 전송에 있어서도 직류 송전 방식이 건설비가 저렴하다. 최근에는 중국, 인도 등의 경우 발전소와 전기 사용자 사이의 거리가 1000Km 이상되기 때문에 고압 직류 송전 시스템의 보급이 급속하게 확장되고 있는 상황이다.
도 1은 이러한 고압 직류 송전 방식을 개략적으로 보여준다. 도 1을 참고하면, 발전소 등에서 생산된 교류 전력은 교류전력선(4)을 통해 송전측 변환소(5)로 전송된다. 변환소(5)에는 입력 교류 전력을 송전용 교류 전력으로 변환하는 변압기(10)와, 스위칭 소자를 포함하는 전력 변환기(20)가 구비된다. 상기 전력 변환기(20)는 상기 변압기(10)에 연결되며 송전용 교류 전력을 직류 전력으로 변환하거나, 직류 전력을 송전용 교류 전력으로 변환하는 기능을 한다.
상기 전력변환기(20)를 통해 직류로 전환된 전력은 직류전력선(30)을 통해 수전측 변환소(55)로 송전된다. 수전측 변환소(55)는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전력 변환기(40)와, 변압기(50)를 구비한다. 그에 따라 직류 전력을 교류전력으로 변환하여 교류전력선(54)을 통해 전송하게 된다.
상기 전력 변환기(20,40)는 복수의 스위칭 소자들로 구성된다. 여기서, 스위칭 소자들은 전력용 반도체로서, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 모스펫(MOSFET) 등의 트랜지스터일 수 있으나, 전류 제어가 가능한 사이리스터(Thyristor)를 주로 사용한다. 전력 변환기는 송전측에서 직류 전력으로 변환하는 정류기(Rectifier)와, 수전 측에 구비되어 직류 케이블을 통해 수전한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(Inverter)를 포함한다. 정류기와 인버터는 각각 복수의 사이리스터로 구성된 사이리스터 밸브를 포함하여 구성된다.
도 2는 변환소(5) 내부에 장착되는 밸브모듈 적층체(60)를 보여준다. 밸브모듈은 스위칭소자(전류형의 경우 사이리스터 등의 전류형 스위칭소자, 전압형의 경우 IGBTm IPM 등의 전압형 스위칭 조자를 직렬 또는 병렬로 연결한 상태에서 기구물로 클램핑한 것을 말한다) 및 게이트소자(gate electronics), 리엑터(saturable reactor), 버스바(bus bar), 절연체 등의 주변 구성품을 통칭하여 일컫는다.
밸브모듈은 적층되어 적층체 형태로 장착되는데, 지진 및 절연에 대한 밸브의 보호를 위해 변환소 상부에 구비되는 접지프레임에 매달아 설치하는 것이 최근의 추세이다. 도 2를 참고하면, 밸브모듈 적층체는 여러개의 밸브모듈(61)을 절연애자(62)로 적층되어 직렬로 연결되어 있다. 상기 절연애자(62)는 서로 연결되는 밸브모듈(61)간의 절연을 위하여 일정 간격을 유지시키면서 연결한다.이러한 밸브모듈 적층체(60)은 변환소(5) 상부의 접지프레임(63)에 매달아서 장착된다. 한편 이러한 작업을 위해서는 작업자는 전동 고소 작업대(70)를 이용한다.
도 3은 변환소의 접지프레임(63)에 연결되어 장착된 밸브모듈 적층체(60)를 해체하는 과정을 보여준다. 도 3을 참고하면, 밸브모듈 적층체(60)를 분리하기 위하여 우선 작업자는 전동 고소 작업대(70)를 사용하여 우선 변환소 상부의 접지프레임에 매달린 밸브모듈 적층체의 최하단 밸브모듈(61)의 양단에 변환소의 상부에 구비된 호이스트(무거운 물체를 상하로 이동시키는 데 사용하는 기계장치)에 연결된 쇠사슬(64)을 연결한다.
그 후 쇠사슬이 연결된 밸브모듈(61)의 절연애자(62)를 분리한다. 절연애자를 분리하면 밸브모듈은 변환소 상부에 설치된 호이스트에 의해 지지되면서 밸브모듈 적층체(60)로부터 분리된다. 그 후 다시 최하단의 밸브모듈에 쇠사슬을 연결하고 분리하는 작업을 반복하게 된다. 이 경우, 작업자는 전동 고소 작업대(70)의 높이를 높여서 상층의 밸브모듈에 대한 분리작업을 진행하게 된다.
상기 작업은 밸브모듈 적층체를 이루는 각각의 밸브모듈들이 절연애자에 의해 연결되기 때문에, 밸브모듈을 분리시키기 위해서는 최하층의 절연애자를 분리시키는 작업을 순차적으로 진행시켜야 한다.
밸브모듈 적층체는 여러 개의 밸브모듈로 이루어져 있다. 따라서, 특정 부분의 밸브모듈을 교체하기 위해서는 해당 밸브모듈만 분리시킬 수는 없고, 도 3에 도시된 바와 같이 최하단의 밸브모듈부터 순차적으로 분리작업을 해야 하는 문제점을 가진다.
또한, 이러한 분리 및 설치, 해체작업은 상당한 시간과 인원이 투입되어야 하기 때문에 시간적, 비용적 소요가 크다. 또한, 작업자가 높은 위치에서 작업을 수행해야 하기 때문에 작업자의 안전을 위해서 많은 안전장비가 필요하며, 사고의 위험성도 높은 문제점이 있다.
일본 공표특허공보 특표2010-505378호(2010.02.18.) 일본 공개특허공보 특개평11-341808호(1999.12.10.)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 밸브모듈의 구조를 개선하여, 밸브모듈 적층체의 설치 및 해제작업시에 복잡성과 어려움을 개선할 수 있는 밸브모듈 적층구조 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 밸브모듈 적층체를 해체시에 순차적으로 최하단의 밸브모듈부터 분리시키는 것이 아니라 전체를 일시에 해체시킬 수 있는 구조를 구비하여, 작업의 편리성 및 시간적, 비용적 절감 효과를 발생시킬 수 있는 밸브모듈 적층구조 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 작업자가 굳이 높은 위치에서 작업할 필요없이 밸브모듈 적층체를 낮은 위치에서 작업할 수 있도록 하여 작업 편의성 및 안정성을 향상시킨 밸브모듈 적층구조 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.
본 발명의 초고압 직류송전시스템의 밸브모듈의 일 실시예는 격자형 프레임;
상기 프레임의 양측에 구비되는 교차형 링크; 상기 프레임의 각 모서리에 힌지에 의해 회동가능하게 결합된 절연애자;를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 밸브모듈이 적층되어 이루어지는 밸브모듈 적층구조의 일 실시예는, 복수개의 격자형 프레임들; 상기 각각의 프레임의 양측에 구비되는 교차형 링크; 상기 각각의 프레임의 각 모서리에 힌지에 의해 회동가능하게 결합된 절연애자;를 포함하고, 상기 프레임들은 수직방향으로 적층되되, 상기 교차형링크 및 힌지형 절연애자들에 의해 상호 연결되거나, 분리될 수 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 교차형 링크는 힌지에 의해 상호 교차되는 제1링크와 제2링크를 포함하고, 상기 제1링크 및 제2링크의 일단은 상기 어느 일 프레임에 회동가능하게 결합되고, 타단은 상기 수직 상부에 적층되는 프레임에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1링크 및 제2링크의 회동가능하게 결합되는 일단은 상기 프레임 상에서 슬라이딩 가능하게 결합되어, 상기 제1링크 및 제2링크의 회동가능하게 결합되는 일단의 슬라이딩에 의해 상기 어느 일 프레임과 수직 상부에 적층되는 프레임간의 간격이 조절될 수 있다.
또한, 상기 어느 일 프레임의 각 모서리에 구비된 절연애자는, 상기 교차형 링크에 의해 형성된 상기 어느 일 프레임과 수직 상부에 적층되는 프레임간의 간격에 맞추어 상기 수직 상부에 적층되는 프레임에 결합된다.
한편, 초고압 직류송전시스템의 밸브모듈 적층방법의 일 실시예는, 각 프레임에 구비된 교차형 링크를 상부에 적층되는 프레임에 연결하는 단계; 변환소의 상부에 연결된 쇠사슬을 밸브모듈의 적층체의 상단에 연결한 후 쇠사슬을 당겨 밸브모듈의 적층체를 변환소의 상부로 부양하는 단계; 상기 밸브모듈 적층체의 부양으로 교차형 링크에 의해 프레임간의 간격이 형성되면, 절연애자를 수직으로 적층되는 프레임들 사이에 연결하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은 밸브모듈의 구조를 개선하여, 밸브모듈 적층체의 설치 및 해제작업시에 복잡성과 어려움을 개선하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 밸브모듈 적층체를 해체시에 전체를 일시에 해체시킬 수 있는 구조를 구비하여, 작업의 편리성 및 시간적, 비용적 절감 효과를 발생시킬 수 있으며, 그에 따라 전력 변환소의 운영 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 밸브모듈 적층체를 교체시에 수 개의 밸브 모듈 중에서 간편하게 선택적으로 밸브 모듈을 교체할 수 있어서, 작업의 편리성 및 시간적, 비용적 절감 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 작업자가 굳이 높은 위치에서 작업할 필요없이 밸브모듈 적층체를 낮은 위치에서 작업할 수 있도록 하여 작업 편의성 및 안정성을 향상시키는 효과를 가진다.
도 1은 고압 직류 송전(HVDC) 방식의 개략도.
도 2는 종래의 밸브모듈 적층체를 보여주는 개략도.
도 3은 도 2의 밸브모듈 적층체를 해체하는 과정을 보여주는 개략도.
도 4는 본 발명의 밸브모듈의 일 실시예를 보여주는 개략도.
도 5는 도 4의 밸브모듈에서 교차형 링크의 동작상태를 보여주는 개략도.
도 6은 도 4의 밸브모듈에서 절연애자의 동작상태를 보여주는 개략도.
도 7은 변환소 내부의 작업상태를 보여주는 개략도.
도 8 내지 도 10은 밸브모듈 적층체가 장착되는 과정을 보여주는 개략도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 통해 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명의 밸브모듈의 일 실시예를 보여주는 개략도이다. 도 4에서는 초고압 직류송전시트템의 적층구조를 이루는 개별의 밸브모듈을 보여준다. 도 4를 참고하면, 본 실시예의 밸브모듈(100)은 격자형 프레임(110), 상기 프레임의 양측에 구비되는 교차형 링크(120), 상기 프레임의 각 모서리에 힌지에 의해 회동가능하게 결합된 절연애자(130)를 포함하여 구성된다.
상기 격자형 프레임(110)은 내부에 스위칭 소자 등의 각종 부품들을 수용하는 공간을 형성하도록 격자형으로 형성된다. 다만, 상부는 개방되어 있어서 수용된 부품들이 대기중에 노출되도록 구성되어 있다.
상기 프레임(110)의 양측에는 교차형 링크(120)가 구비된다. 상기 교차형 링크(120)는 힌지에 의해 상호 교차되는 제1링크(121)와 제2링크(122)를 포함하여 구성된다. 상기 제1링크(121) 및 제2링크(122)의 일단은 상기 프레임에 회동가능하게 결합된다. 한편, 상기 제1링크(121) 및 제2링크(122)의 타단은 후술하겠지만 수직 상부에 적층되는 다른 프레임에 연결될 수 있다.
도 5는 상기 교차형 링크(120)가 회동된 상태를 보여준다. 상기 제1링크 및 제2링크의 회동가능하게 결합되는 일단(121a,122a)은 상기 프레임 상에서 슬라이딩 가능하게 결합된다. 그에 따라 상기 프레임에 결합되는 제1링크의 일단(121a)과 제2링크의 일단(122a)사이의 간격은 줄어들게 된다. 하지만, 상기 프레임에 대한 제1링크와 제2링크의 타단(121b,122b)의 높이는 높아지게 된다. 그에 따라 후술하겠지만, 상기 제1링크 및 제2링크의 회동가능하게 결합되는 일단의 슬라이딩에 의해 상기 프레임과 수직 상부에 적층되는 다른 프레임간의 간격이 조절될 수 있다.
상기 프레임(110)의 각 모서리에는 힌지에 의해 회동가능하게 결합된 절연애자(130)가 구비된다. 도 6은 상기 절연애자가 회동된 상태를 보여준다. 상기 절연애자(130)는 상기 프레임에 대해 눕혀진 상태에서 힌지에 의해 회동되어 상기 프레임에 대해 수직으로 세워진 상태가 된다. 여기서 상기 절연애자의 일단은 힌지에 의해 프레임에 결합되고, 후술하겠지만 타단은 수직 상부에 적층되는 다른 프레임에 결합된다.
본 발명의 밸브모듈 적층구조의 일 실시예는 상기와 같은 밸브모듈이 다수개가 적층되어 이루어진다. 그에 따라 복수개의 밸브모듈들이 수직방향으로 적층되어 적층구조를 이룬다.
상기 밸브모듈 적층구조는, 복수개의 격자형 프레임(110)들과, 상기 각각의 프레임의 양측에 구비되는 교차형 링크(120), 상기 각각의 프레임의 각 모서리에 구비되는 힌지형 절연애자(130)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 프레임들(110)은 수직방향으로 적층되되, 상기 교차형 링크(120) 및 힌지형 절연애자(130)들에 의해 상호 연결되거나, 분리될 수 있다. 여기서, 상기 교차형 링크를 구성하는 제1링크 및 제2링크의 일단은 상기 어느 일 프레임에 회동가능하게 결합되고, 타단은 상기 수직 상부에 적층되는 다른 프레임에 연결된다.
또한, 상기 제1링크 및 제2링크의 회동가능하게 결합되는 일단은 상기 프레임 상에서 슬라이딩 가능하게 결합되어, 상기 제1링크 및 제2링크의 회동가능하게 결합되는 일단의 슬라이딩에 의해 상기 제1링크 및 제2링크의 타단의 높이가 높아져 상기 어느 일 프레임과 수직 상부에 적층되는 프레임간의 간격이 형성된다.
또한, 상기 어느 일 프레임의 각 모서리에 구비된 절연애자는, 상기 교차형 링크에 의해 형성된 상기 어느 일 프레임과 수직 상부에 적층되는 프레임간의 간격에 맞추어 상기 수직 상부에 적층되는 다른 프레임에 결합된다.
한편, 초고압 직류송전시스템의 밸브모듈 적층방법의 일 실시예는, 각 프레임에 구비된 교차형 링크를 상부에 적층되는 프레임에 연결하는 단계와, 변환소의 상부에 연결된 쇠사슬을 밸브모듈의 적층체의 상단에 연결한 후 쇠사슬을 당겨 밸브모듈의 적층체를 변환소의 상부로 부양하는 단계와, 상기 밸브모듈 적층체의 부양으로 교차형 링크에 의해 프레임간의 간격이 형성되면, 절연애자를 수직으로 적층되는 프레임들 사이에 연결하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 각 프레임에 구비된 교차형 링크를 상부에 적층되는 프레임에 연결하는 단계는 수직방향으로 적층되는 복수개의 프레임(110)들 사이를 교차형 링크(120)로 결합시키는 단계를 말한다.
상기 밸브모듈 적층체를 변환소의 상부로 부양하는 단계는 도 7과 도 8에 도시되어 있다. 도 7과 도 8을 참고하면, 변환소의 상부(150)에 연결된 쇠사슬(160)을 밸브모듈의 적층체(100a)의 상단에 연결한 후 쇠사슬을 당겨 밸브모듈의 적층체를 변환소의 상부로 부양하는 과정을 말한다. 이 경우에는 아직 절연애자(130)는 프레임에 대해 접혀진 상태이다. 또한, 자중에 의해 교차형 링크는 프레임들 간에 간격을 형성하게 된다.
도 9와 도 10은 절연애자를 프레임들 사이에 연결하는 단계를 보여준다. 상기 밸브모듈 적층체의 부양으로 교차형 링크에 의해 프레임간의 간격이 형성되면, 절연애자(130)를 힌지를 중심으로 회전시켜 수직으로 적층되는 프레임들 사이에 연결하게 된다. 도 9에서는 절연애자를 프레임에 대해 회전시키는 상태를 보여주고, 도 10에서는 절연애자가 완전히 회전되어 프레임들 사이를 연결한 상태를 보여준다.
한편, 이러한 상태에서 밸브모듈 적층구조를 분리 또는 해체하는 경우에는 전술한 단계를 역순으로 수행하면 된다. 즉, 도 7에 도시되는 바와 같이 변환소의 상부(150)에 연결된 쇠사슬을 늘여서 적층체(100a)를 아래로 내린 후, 절연애자에 의한 프레임간의 결합을 해제하고, 교차형 링크의 결합을 해제하면 된다. 그러면, 작업자는 항상 낮은 위치에서 작업할 수 있게 된다.
한편, 상기 밸브모듈 적층구조에서 일부 밸브모듈만 선택적으로 교체할 때에도, 해당 밸브모듈에 쇠사슬을 연결하고, 교차형 링크 및 절연애자를 분리하는 것에 의해서 간편하게 교체가 가능하다.
이상 첨부도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 그러한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니되고 후술하는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 결정된다. 그리고 특허청구범위에 기재되어 있는 발명의 당업자에게 자명한 개량, 변경, 수정 등도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.
100 : 밸브모듈 100a : 밸브모듈 적층체
110 : 프레임 120 : 교차형 링크
121 : 제1링크 122 : 제2링크
130 : 절연애자 150 : 변환소의 상부
160 : 쇠사슬 200 : 변환소

Claims (5)

  1. 격자형 프레임;
    상기 프레임에 구비되며, 상기 프레임의 상부 또는 하부에 배치되는 다른 프레임을 상기 프레임에 대해 간격이 조절되도록 연결하는 교차형 링크;
    상기 프레임의 각 모서리에 힌지에 의해 회동가능하게 결합된 절연애자;를 포함하는,
    초고압 직류송전시스템의 밸브모듈.
  2. 복수개의 격자형 프레임들;
    상기 각각의 프레임에 구비되며, 상기 프레임의 상부 또는 하부에 배치되는 다른 프레임을 상기 프레임에 대해 간격이 조절되도록 연결하는 교차형 링크;
    상기 각각의 프레임의 각 모서리에 힌지에 의해 회동가능하게 결합된 절연애자;를 포함하고,
    상기 프레임들은 수직방향으로 적층되되, 상기 교차형링크 및 절연애자들에 의해 상호 연결되거나, 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    초고압 직류송전시스템의 밸브모듈 적층구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 교차형 링크는 힌지에 의해 상호 교차되는 제1링크와 제2링크를 포함하고,
    상기 제1링크 및 제2링크의 일단은 상기 어느 일 프레임에 회동가능하게 결합되고, 타단은 상기 프레임의 수직 상부에 적층되는 프레임에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    초고압 직류송전시스템의 밸브모듈 적층구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1링크 및 제2링크의 회동가능하게 결합되는 일단은 상기 프레임 상에서 슬라이딩 가능하게 결합되어,
    상기 제1링크 및 제2링크의 회동가능하게 결합되는 일단의 슬라이딩에 의해 상기 어느 일 프레임과 수직 상부에 적층되는 프레임간의 간격이 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    초고압 직류송전시스템의 밸브모듈 적층구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 어느 일 프레임의 각 모서리에 구비된 절연애자는,
    상기 교차형 링크에 의해 형성된 상기 어느 일 프레임과 수직 상부에 적층되는 프레임간의 간격에 맞추어 상기 수직 상부에 적층되는 프레임에 결합되는 것을 특징으로 하는,
    초고압 직류송전시스템의 밸브모듈 적층구조.
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