KR101457961B1 - 기력 발전기용 멀티브리지 여자기의 운전감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티브리지로 구성되는 여자기들의 동작 상태를 모니터링하여 발전기의 정지를 예방함으로써 설비의 안전운전을 가능하게 하는 멀티브리지 여자기의 운전감시 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 시스템은, 자기 고장진단기능을 갖고 동작모드에 따라 동작하면서 발전기의 계자에 제어된 직류전류를 공급하는 다수의 여자기; 다수의 여자기 출력을 계자에 브릿지 방식으로 연결하기 위한 브릿지수단; 여자기의 동작을 조작하기 위한 조작반; 각 브릿지의 출력전류를 감지하기 위한 분류기; 및 다수의 여자기로부터 동작모드와 자기 고정진단신호를 입력받아 여자기 시스템의 동작 상태를 표출하는 여자기 운전감시부로 구성된다.
본 발명에 따르면, 발전기의 정지를 방지하기 위해 다수의 여자기들을 브릿지로 연결하는 멀티 브릿지 방식에서 각 여자기들의 동작 상태를 모니터링하여 여자기 시스템의 운전상태를 운전자에게 알려줌으로써 장애 발생시 신속한 조치를 통해 발전기의 동작 중단을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.

Description

기력 발전기용 멀티브리지 여자기의 운전감시 시스템{ SYSTEM FOR MONITORING MULTIBRIDGE EXCITER SYSTEM FOR TURBINE GENERATOR}

본 발명은 발전기용 여자기 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멀티브리지로 구성되는 여자기들의 동작 상태를 모니터링하여 발전기의 정지를 예방함으로써 설비의 안전운전을 가능하게 하는 멀티브리지 여자기의 운전감시 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 화력 발전이란 석탄, 석유, 가스등 화석연료가 갖고 있는 열에너지를 보일러 또는 스팀 발전기, 및 터빈 발전기 등의 기계장치를 통해 전기로 변환하는 것을 의미한다. 예컨대, 석탄을 이용한 기력 발전소는 도 1에 도시된 바와 같이, 보일러, 터빈, 발전기 등의 주기기와, 연료공급 및 처리계통, 응축수 및 급수계통, 냉각수계통, 재처리계통 등과 같은 보조기기(Balance of Plant:BOP)로 구성되어 연료를 보일러에서 연소시켜 고온.고압의 과열증기를 만들고 증기터빈을 고속회전시켜 터빈에 연결되어 있는 발전기에 의해 전기에너지를 생성하는 장치이다. 이러한 기력 발전기는 증기의 온도 및 압력에 따라 초임계압, 아임계압, 초초임계압 발전 등으로 구분되기도 한다.

한편, 여자 시스템은 직류 발전기를 이용한 직류 여자기 방식과, 여자변압기와 사리이스터 변환기로 구성된 정지형 여자방식, 교류 여자기 발전기와 다이오드 정류기로 구성된 교류 여자기 방식으로 구분할 수 있는데, 발전기의 계자 권선에 직류전류를 공급하여 발전기 출력단자 전압을 일정하게 유지 또는 조정하는 설비이다. 또한 여자기 시스템은 마이크로프로세서를 사용하여 제어된 직류출력으로 계자전류를 조절하여 교류단자전압과 무효전력을 제어한다.

(특허문헌 1) KR10-0947975 B1

기력 발전기용 여자기는 마스터1(Master1), 마스터2(Master2), 프로텍션(Protection), 팔로워(Follower)로 이루어진 4개의 브리지로 구성되어 있는데, 종래에는 각 브리지의 운전상태의 건전성을 감시할 수 있는 설비가 없어 안전 운전에 지장을 초래하는 문제점이 있다. 즉, 종래에는 장애(Fault) 발생시 각 브릿지의 운전상태를 식별할 수 없으므로 운전부서의 즉각적인 대처가 어렵고, 이에 따라 발전이 정지될 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 멀티브리지로 구성되는 여자기들의 동작 상태를 모니터링하여 발전기의 정지를 예방함으로써 설비의 안전운전을 가능하게 하는 기력 발전기용 멀티브리지 여자기의 운전감시 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 시스템은, 자기 고장진단기능을 갖고 동작모드에 따라 동작하면서 발전기의 계자에 제어된 직류전류를 공급하는 다수의 여자기; 다수의 여자기 출력을 계자에 브릿지 방식으로 연결하기 위한 브릿지수단; 여자기의 동작을 조작하기 위한 조작반; 각 브릿지의 출력전류를 감지하기 위한 분류기; 및 다수의 여자기로부터 동작모드와 자기 고정진단신호를 입력받아 여자기 시스템의 동작 상태를 표출하는 여자기 운전감시부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 여자기는 제1 내지 제4 여자기가 Master1, Master2, Protection, Follower로 구분되는 4개의 동작모드 중 어느 하나로 동작하며, 2개의 Master중 하나가 동작 Master로 선택되면 다른 하나의 Master는 스탠바이(Stand-by) Master가 되고, 모든 브릿지 제어는 동작 마스터에 의해 이루어지게 되고, 상기 Protection 모드는 Master 내에 고장이 있는지를 감시하고 마스터를 절체하는 기능을 갖고, 상기 Follower 모드는 제어 기능은 없고 자체 고장진단기능 및 계자전류를 공급하는 기능만 있으며, 제1 내지 제4 여자기는 4대의 브릿지 중 2대 이상 정지시 Trip되는 것이다.

또한 상기 여자기 운전감시부는 멀티브리지를 구성하는 각 여자기들의 운전상태를 감시하기 위한 데이터를 입력받는 입력모듈과, 각 여자기들의 입력데이터를 소정의 알고리즘에 따라 분석하여 여자기 시스템의 동작상태를 Trip, Run, Fault로 판단하는 제어로직과, 상기 제어로직의 판단결과에 따라 여자기 시스템의 동작 상태를 표출하도록 Trip, Run, Fault 신호를 구동하는 출력모듈과, 상기 출력모듈의 구동에 따라 트립(Trip) 상태를 표출하기 트립 표시기와, 상기 출력모듈의 구동에 따라 런(Run) 상태를 표출하기 위한 런 표시기와, 상기 출력모듈의 구동에 따라 폴트(Fault) 상태를 표시하기 위한 폴트 표시기로 구성된 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 각 여자기로부터 제 1 내지 제 3 신호를 입력받는 단계; 입력된 제 1 신호로 트립을 판단하고, 반전된 제 1 신호와 제 3 신호를 논리곱 연산하여 런신호를 판단하며, 반전된 제1 신호와 반전된 제2 신호 및 제3 신호를 논리곱 연산하여 폴트신호를 판단하는 단계; 및 판단결과 런상태이면 런 표시기를 구동하여 런상태를 표시하고, 트립상태이면 트립 표시기를 구동하여 트립상태를 표시하며, 폴트상태이면 폴트상태 표시기를 구동하여 폴트상태를 표시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 발전기의 정지를 방지하기 위해 다수의 여자기들을 브릿지로 연결하는 멀티 브릿지 방식에서 각 여자기들의 동작 상태를 모니터링하여 여자기 시스템의 운전상태를 운전자에게 알려줌으로써 장애 발생시 신속한 조치를 통해 발전기의 동작 중단을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 각 여자기들의 자기 고장진단결과와 실제 동작상태를 검증하여 오동작을 방지하고, 설비의 안전운전을 통해 유지보수비용을 절감할 수 있으며, 설비의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

도 1은 일반적인 기력 발전소의 구성을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 기력 발전기의 구성을 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 멀티브리지 여자기의 운전감시 시스템을 도시한 구성 블럭도,
도 4는 도 3에 도시된 운전감시 시스템의 제어 로직을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 멀티브리지 여자기의 운전감시 절차를 도시한 순서도이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 기력 발전기의 구성을 도시한 개략도이다.

본 발명이 적용될 수 있는 기력 발전기는 도 2에 도시된 바와 같이, 미분기에서 분쇄되어 공급된 미분탄을 공기와 함께 연소시켜 급수된 물로부터 고압의 증기를 생성하는 보일러(10)와, 보일러의 증기에 의해 회전되는 터빈(20)과, 터빈(20)의 회전에 따라 고압의 삼상 교류전원을 생성하는 발전기(30)와, 발전기의 계자(32)에 제어된 직류를 공급하는 여자기(40; Exciter)와, 여자기(40)를 제어하여 발전전압을 안정되게 유지하는 AVR(Automatic Voltage Regulator;50)로 구성된다.

도 3은 본 발명에 따른 멀티브리지 여자기의 운전감시 시스템을 도시한 구성 블럭도이고, 도 4는 도 3에 도시된 운전감시 시스템의 제어 로직을 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 멀티브리지 여자기의 운전감시 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 자기 고장진단기능을 갖고 동작모드에 따라 동작하면서 발전기의 계자(32)에 제어된 직류전류를 공급하는 제1 내지 제4 여자기(40-1~40-4)와, 다수의 여자기 출력을 계자(32)에 브리지방식으로 연결하기 위한 브릿지수단(44)과, 여자기의 동작을 조작하기 위한 조작반(IOS; 42)과, 각 브릿지의 출력전류를 감지하기 위한 분류기(도시 생략함)와, 제1 내지 제4 여자기(40-1~40-4)로부터 동작모드와 자기진단신호를 입력받아 여자기 시스템의 동작 상태를 표출하는 여자기 운전 감시시스템(100)으로 구성된다.

도 3을 참조하면, 제1 내지 제4 여자기(40-1~40-4)는 Master1, Master2, Protection, Follower로 구분되는 4개의 동작모드 중 어느 하나로 동작하며, 2개의 Master중 하나가 동작 Master로 선택되면 다른 하나의 Master는 스탠바이(Stand-by) Master가 되고, 모든 브릿지 제어는 동작 마스터에 의해 이루어지게 된다. Protection 모드는 Master 내에 고장이 있는지를 감시하고 마스터를 절체하는 기능을 갖는다. Follower 모드는 제어 기능은 없고 자체 고장진단기능 및 계자전류를 공급하는 기능만 있다. 이와 같은 제1 내지 제4 여자기(40-1~40-4)는 4대의 브릿지 중 2대 이상 정지시 Trip되어 발전이 중지하게 된다.

조작반(IOS: Intelligent Operator Station;42)은 여자설비의 운영자 인터페이스로서, 기동/정지 명령, 조절기 변환신호와 조절기 동작 명령을 발생하며, 발전기 무효전력, 계자전류와 전압 및 조절기 평형 상태와 같은 설비상태를 화면으로 보여준다.

또한 여자기 운전 감시시스템(100)은 멀티브리지를 구성하는 각 여자기들의 운전상태를 감시하기 위한 데이터를 입력받는 입력모듈(110)과, 각 여자기들의 입력데이터를 소정의 알고리즘에 따라 분석하여 여자기 시스템의 동작상태를 Trip, Run, Fault로 판단하는 제어로직(120)과, 제어로직(120)의 판단결과에 따라 여자기 시스템의 동작 상태를 표출하도록 Trip, Run, Fault 구동하는 출력모듈(130)과, 트립(Trip) 상태를 표출하기 트립 표시기(102)와, 런(Run) 상태를 표출하기 위한 런 표시기(104)와, 폴트(Fault) 상태를 표시하기 위한 폴트 표시기(106)로 구성된다.

본 발명에 따른 운전 감시시스템의 제어로직(120)은 도 4에 도시된 바와 같이, 각 여자기(40-1~40-4)로부터 'Var 800'신호를 입력받아 트립신호를 구동하고, 반전된 'Var 800'신호와 'Var 811'신호를 논리곱 연산하여 런신호를 구동하며, 반전된 'Var 800'신호와 반전된 'Var 801'신호 및 'Var 811'신호를 논리곱 연산하여 폴트신호를 구동한다.

이어서, 상기와 같이 구성된 운전감시 시스템의 동작을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 멀티브리지 여자기의 운전감시 절차를 도시한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 각 브리지를 구성하는 여자기(40-1~40-4)로부터 Var 800, Var 801, Var 811신호를 입력받는다(S1). Var 800신호는 'TRIPFLT'신호로서 여자기 시스템 운전 중에 브리지가 트립이 발생한 것을 나타내고, Var 801신호는 'NOFAULT'신호로서 여자기 시스템 운전중 Fault가 쌓여있지 않거나 존재하지 않는 것을 나타내며, Var 811신호는 'RUNNING'신호로서 여자기 시스템이 정상 운전중인 것을 나타낸다.

이어 제어로직(120)에 의해 각 여자기(40-1~40-4)로부터 Var 800신호를 입력받아 트립신호를 판단하고, 반전된 Var 800신호와 Var 811신호를 논리곱 연산하여 런신호를 판단하며, 반전된 Var 800신호와 반전된 801신호 및 Var 811신호를 논리곱 연산하여 폴트신호를 판단한다(S2).

그리고 판단결과 RUN상태이면 런표시기(104)를 구동하여 런상태를 표시하고, 트립상태이면 트립표시기(102)를 구동하여 트립 상태를 표시하며, 폴트 상태이면 폴트 상태 표시기(106)를 구동하여 폴트상태를 표시한다(S3~S8).

한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 각 여자기에 설치된 분류기(shunt)로부터 감지값을 입력받아 여자기의 실제 동작상태가 감시신호와 일치하는지를 검증할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 발전기의 정지를 방지하기 위해 다수의 여자기들을 브릿지로 연결하는 멀티 브릿지 방식에서 각 여자기들의 동작 상태를 모니터링하여 여자기 시스템의 동작상태를 운전자에게 알려줌으로써 장애 발생시 신속한 조치를 통해 발전설비의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

10: 보일러 20: 터빈
30: 발전기 32: 계자권선
40,40-1~40-4: 여자기 50: AVR
100: 여자기 운전감시 시스템 102: 트립 표시기
104: 런 표시기 106: 폴트 표시기
110: 입력모듈 120: 제어로직
130: 출력모듈 42: 조작반
44: 멀티 브릿지

Claims (5)

1. 자기 고장진단기능을 갖고 동작모드에 따라 동작하면서 발전기의 계자에 제어된 직류전류를 공급하는 다수의 여자기;
   다수의 여자기 출력을 계자에 브릿지 방식으로 연결하기 위한 브릿지수단;
   여자기의 동작을 조작하기 위한 조작반;
   각 브릿지의 출력전류를 감지하기 위한 분류기; 및
   다수의 여자기로부터 동작모드와 자기 고정진단신호를 입력받아 여자기 시스템의 동작 상태를 표출하는 여자기 운전감시부로 구성된 것을 특징으로 하는 기력 발전기용 멀티브리지 여자기의 운전감시 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 여자기는
   제1 내지 제4 여자기가 Master1, Master2, Protection, Follower로 구분되는 4개의 동작모드 중 어느 하나로 동작하며, 2개의 Master중 하나가 동작 Master로 선택되면 다른 하나의 Master는 스탠바이(Stand-by) Master가 되고, 모든 브릿지 제어는 동작 마스터에 의해 이루어지게 되는 것을 특징으로 하는 기력 발전기용 멀티브리지 여자기의 운전감시 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 Protection 모드는 Master 내에 고장이 있는지를 감시하고 마스터를 절체하는 기능을 갖고, 상기 Follower 모드는 제어 기능은 없고 자체 고장진단기능 및 계자전류를 공급하는 기능만 있으며, 제1 내지 제4 여자기는 4대의 브릿지 중 2대 이상 정지시 Trip되는 것을 특징으로 하는 기력 발전기용 멀티브리지 여자기의 운전감시 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 여자기 운전감시부는
   멀티브리지를 구성하는 각 여자기들의 운전상태를 감시하기 위한 데이터를 입력받는 입력모듈과,
   각 여자기들의 입력데이터를 소정의 알고리즘에 따라 분석하여 여자기 시스템의 동작상태를 Trip, Run, Fault로 판단하는 제어로직과,
   상기 제어로직의 판단결과에 따라 여자기 시스템의 동작 상태를 표출하도록 Trip, Run, Fault 신호를 구동하는 출력모듈과,
   상기 출력모듈의 구동에 따라 트립(Trip) 상태를 표출하기 트립 표시기와,
   상기 출력모듈의 구동에 따라 런(Run) 상태를 표출하기 위한 런 표시기와,
   상기 출력모듈의 구동에 따라 폴트(Fault) 상태를 표시하기 위한 폴트 표시기로 구성된 것을 특징으로 하는 기력 발전기용 멀티브리지 여자기의 운전감시 시스템.
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