KR101919042B1 - 보호계전기 교육용 시뮬레이터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발전기의 사고 발생을 방지하기 위해 발전소의 발전기 보호반에 구비되는 보호계전기의 작동법을 확인하고 교육하기 위한 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 발전소 운용상 실제 발생 빈도가 낮은 발전기 사고를 발전소 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션하고, 발전기 사고 시뮬레이션를 통해 계산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 실제 보호계전기로 입력하여 보호계전기의 작동을 검출 분석하며, 상기 보호계전기의 작동정보 분석을 통해 보호계전기를 처음 접하는 초보 기술자도 보호계전기의 작동법 및 대처 방법을 용이하게 습득할 수 있도록 하는 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 관한 것으로,
본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터는, 발전기의 사고 발생을 방지하기 위해 발전소의 발전기 보호반에 구비되는 보호계전기의 작동법을 확인하고 교육하기 위한 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기를 포함하는 발전소 발전 설비계통을 수치해석 모델링하고, 다수의 발전기 사고 발생 유형 중 소정 발전기 사고 발생 유형을 수치해석 모델링한 후, 시뮬레이션하여 해당 발전기 사고 발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 발전기 사고 모델링부; 상기 발전기 사고 모델링부에서 출력되는 해당 발전기 사고 발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 입력받아 저장하고, 저장한 상기 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 시뮬레이터 제어부; 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환시켜 외부로 출력하는 보호계전기 신호 입력부; 다수의 발전기 보호요소 계전기를 포함하여 구성되며, 상기 보호계전기 신호 입력부로부터 소정 전류값 및 전압값을 입력받아 상기 다수의 발전기 보호요소 계전기 중 소정의 발전기 보호요소 계전기의 작동신호를 외부로 출력하는 보호계전기; 및, 상기 보호계전기에서 외부로 출력되는, 상기 다수의 발전기 보호요소 계전기 중 소정의 발전기 보호요소 계전기의, 작동신호를 검출하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하는 신호 검출부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터는, 발전기의 사고 발생을 방지하기 위해 발전소의 발전기 보호반에 구비되는 보호계전기의 작동법을 확인하고 교육하기 위한 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기를 포함하는 발전소 발전 설비계통을 수치해석 모델링하고, 다수의 발전기 사고 발생 유형 중 소정 발전기 사고 발생 유형을 수치해석 모델링한 후, 시뮬레이션하여 해당 발전기 사고 발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 발전기 사고 모델링부; 상기 발전기 사고 모델링부에서 출력되는 해당 발전기 사고 발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 입력받아 저장하고, 저장한 상기 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 시뮬레이터 제어부; 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환시켜 외부로 출력하는 보호계전기 신호 입력부; 다수의 발전기 보호요소 계전기를 포함하여 구성되며, 상기 보호계전기 신호 입력부로부터 소정 전류값 및 전압값을 입력받아 상기 다수의 발전기 보호요소 계전기 중 소정의 발전기 보호요소 계전기의 작동신호를 외부로 출력하는 보호계전기; 및, 상기 보호계전기에서 외부로 출력되는, 상기 다수의 발전기 보호요소 계전기 중 소정의 발전기 보호요소 계전기의, 작동신호를 검출하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하는 신호 검출부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 발전기의 사고 발생을 방지하기 위해 발전소의 발전기 보호반에 구비되는 보호계전기의 작동법을 확인하고 교육하기 위한 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 발전소 운용상 실제 발생 빈도가 낮은 발전기 사고를 발전소 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션하고, 발전기 사고 시뮬레이션를 통해 계산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 실제 보호계전기로 입력하여 보호계전기의 작동을 검출 분석하며, 상기 보호계전기의 작동정보 분석을 통해 보호계전기를 처음 접하는 초보 기술자도 보호계전기의 작동법 및 대처 방법을 용이하게 습득할 수 있도록 하는 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 관한 것이다.
일반적으로 보호계전기는 전기회로에 단락, 지락이나 순환전류 등의 이상상태가 발생했을 때, 이상상태가 발생한 부분을 회로에서 분리시키는 기능을 갖춘 장치이다. 이와 같은 보호계전기는 발전소로부터 생산된 전력을 각 수용가인 공장, 오피스빌딩 및, 가정 등에 안정적으로 공급하기 위해 전력을 생산하는 발전소의 발전기, 전력을 분배하는 변압기 및, 전력 공급 선로의 차단기 등을 제어하는 배전반에 설치되어 전력계통을 감시 보호한다.
또한, 보호계전기는 전력계통에 사용되는 각종 기기들의 동작상태 및 계측값을 확인하여, 이상상태 발생시 고장 구간을 분리하는 제어신호를 차단기에 송출하여 이상발생의 파급을 방지하는 등, 전력계통의 안정적 운영에 있어 필수적으로 구비되어야 하는 장치이다.
특히, 발전소에 구비되는 보호계전기는 발전소에서 전력을 생산하는 발전기의 내, 외부 사고를 방지하여 안정적으로 전력을 생산 공급할 수 있도록 하는 중요 장비로, 일반 보호계전기에 비해 대형 고가의 정밀 장치로 구성되며, 국내 대부분 발전소의 발전기 보호반에 구비되는 보호계전기는 현재 전량 해외 제조사로부터 수입하여 운용 중에 있다. 해외 제조사로부터 수입 운영되는 발전기 보호계전기의 경우, 해외 제조사의 판매 정책에 따라 보호계전기의 세부 자료는 공개하고 있지 않으며, 보호계전기의 운용에 필요한 필수 사용법만을 공개하고 있는 실정이고, 발전소의 특성상 발전기 사고가 빈번하게 발생하면 안 될 뿐만 아니라 실제 사고 발생률도 낮아 현장 운전원들은 발전기 사고에 대한 경험이 거의 없고, 또한 보호계전기에 대한 전반적인 정보도 부족하여 보호계전기의 오작동 및 이상 발생시 신속하고 적절한 대처 능력 부족으로 대형사고 발생의 위험이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 발전소 운용상 실제 발생 빈도가 낮은 발전기 사고를 발전소 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션할 수 있도록 하고, 상기 발전기 사고 시뮬레이션를 통해 계산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 실제 보호계전기로 입력하여 보호계전기의 작동을 검출 분석할 수 있도록 하며, 상기 보호계전기의 작동정보 분석을 통해 보호계전기를 처음 접하는 초보 기술자도 보호계전기의 작동법 및 대처 방법을 용이하게 습득할 수 있도록 하고,
또한, 현재 발전소 설비로 설치되어 운용중인 발전기 보호계전기를 별도로 해체 않고도 상기 기 설치된 보호계전기에 연결하여 보호계전기의 정상 작동 여부를 테스트할 수 있도록 한다.
상기 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 형태에서는, 발전기의 사고 발생을 방지하기 위해 발전소의 발전기 보호반에 구비되는 보호계전기의 보호원리를 확인하고 교육하기 위한 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기를 포함하는 발전소 발전 설비계통을 수치해석 모델링하고, 다수의 발전기 사고 발생 유형 중 소정 발전기 사고 발생 유형을 수치해석 모델링한 후, 시뮬레이션하여 해당 발전기 사고 발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 발전기 사고 모델링부; 상기 발전기 사고 모델링부에서 출력되는 해당 발전기 사고 발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 입력받아 저장하고, 저장한 상기 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 시뮬레이터 제어부; 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환시켜 외부로 출력하는 보호계전기 신호 입력부; 다수의 발전기 보호요소 계전기를 포함하여 구성되며, 상기 보호계전기 신호 입력부로부터 소정 전류값 및 전압값을 입력받아 상기 다수의 발전기 보호요소 계전기 중 소정의 발전기 보호요소 계전기의 작동신호를 외부로 출력하는 보호계전기; 및, 상기 보호계전기에서 외부로 출력되는, 상기 다수의 발전기 보호요소 계전기 중 소정의 발전기 보호요소 계전기의, 작동신호를 검출하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하는 신호 검출부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보호계전기 교육용 시뮬레이터를 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 상기 보호계전기 신호 입력부 및 상기 보호계전기를 구성하는 다수의 발전기 보호요소 계전기에, 각각의 작동에 필요한 소정의 작동 셋팅 신호를 출력할 수 있고,
바람직하게는, 상기 시뮬레이터 제어부는, 작동신호를 입력받은 상기 소정의 발전기 보호요소 계전기의 동작정보를 디스플레이 장치를 통해 외부로 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터는, 발전소 운용상 실제 발생 빈도가 낮은 발전기 사고를 발전소 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션할 수 있으며, 상기 발전기 사고 시뮬레이션을 통해 계산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 실제 보호계전기로 입력하고, 상기 입력받은 소정 전류값 및 전압값을 토대로 보호계전기가 외부로 출력하는 작동신호를 검출하여 보호계전기의 작동정보를 분석할 수 있고,
또한, 상기 보호계전기의 작동정보 분석을 통해 보호계전기를 처음 접하는 초보 운전원도 보호계전기의 작동법 및 대처 방법을 용이하게 습득할 수 있으며, 현재 발전소 설비로 설치되어 운용중인 발전기 보호계전기를 별도로 해체하지 않고도 상기 기 설치된 보호계전기에 연결하여 보호계전기의 정상 작동 여부를 테스트할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터를 나타내는 블록 선도;
도 2는 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기 사고 모델링부의 일 실시예로, 다수의 발전기 사고 발생 유형 중 발전기 단락 사고 발생을 나타내는 발전기 사고 모델링;
도 3은 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기 사고 모델링부에서 수치해석을 통해 발전기 단락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 컴트레이드(comtrade) 파일로 변환하여 시뮬레이터 제어부로 출력하는 데이터 레코더를 나타내는 발전기 사고 모델링부의 데이터 레코더 모델링;
도 4는 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기 사고 모델링부에서 수치해석 모델링을 통해 발전기 단락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형을 나타내는 그래프; 및,
도 5는 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 일 실시예로 발전기 단락 사고 발생에 따른 보호계전기의 동작정보를 보여주는 시뮬레이터 제어부의 디스플레이 화면;이다.
도 2는 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기 사고 모델링부의 일 실시예로, 다수의 발전기 사고 발생 유형 중 발전기 단락 사고 발생을 나타내는 발전기 사고 모델링;
도 3은 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기 사고 모델링부에서 수치해석을 통해 발전기 단락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 컴트레이드(comtrade) 파일로 변환하여 시뮬레이터 제어부로 출력하는 데이터 레코더를 나타내는 발전기 사고 모델링부의 데이터 레코더 모델링;
도 4는 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기 사고 모델링부에서 수치해석 모델링을 통해 발전기 단락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형을 나타내는 그래프; 및,
도 5는 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 일 실시예로 발전기 단락 사고 발생에 따른 보호계전기의 동작정보를 보여주는 시뮬레이터 제어부의 디스플레이 화면;이다.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터를 나타내는 블록 선도이고, 도 2는 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기 사고 모델링부의 일 실시예로, 다수의 발전기 사고 발생 유형 중 발전기 단락 사고 발생을 나타내는 발전기 사고 모델링이며, 도 3은 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기 사고 모델링부에서 수치해석을 통해 발전기 단락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 컴트레이드(comtrade) 파일로 변환하여 시뮬레이터 제어부로 출력하는 데이터 레코더를 나타내는 발전기 사고 모델링부의 데이터 레코더 모델링이다.
또한, 도 4는 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 발전기 사고 모델링부에서 수치해석 모델링을 통해 발전기 단락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형을 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 일 실시예로 발전기 단락 사고 발생에 따른 보호계전기의 동작정보를 보여주는 시뮬레이터 제어부의 디스플레이 화면이다.
본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터는, 발전기에서 발생하는 각종 사고로부터 설비를 보호하는 보호계전기의 보호원리를 확인하고 교육하기 위한 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 크게, 발전기를 포함하는 발전소 발전 설비계통 및 발전기 사고를 수치해석을 통해 시뮬레이션하기 위해 모델링하는 발전기 사고 모델링부와, 수치해석 모델링을 통해 상기 발전기 사고 모델링부에서 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 저장 및 출력하며, 보호계전기에서 출력되는 작동신호를 입력받아 보호계전기 동작정보를 외부로 디스플레이하는 시뮬레이터 제어부와, 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 데이터를 이용하여 실제 보호계전기로 소정 전류값 및 전압값을 입력하는 보호계전기 신호입력부와, 실제 하드웨어 장비로 형성되며, 다수의 발전기 보호요소 계전기를 포함하는 보호계전기와, 상기 보호계전기에서 출력되는 작동신호를 검출하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하는 신호 검출부를 포함하여 구성된다.
상기 발전기 사고 모델링부는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 발전기를 포함하는 발전소 설비계통을 수치해석으로 시뮬레이션하기 위한 수치해석 모델링부로, 발전기 전기자 권선의 단락 및 지락, 전기자 권선의 과전류, 계자 권선의 과부하 및 지락, 발전기 계자 상실, 과전압 및 부족전압, 발전기 단상 또는 불평형 운전 등의 발전소 사고 유형 중 소정 발전기 사고 발생을 모델링하여 시뮬레이션하고, 해당 발전기 사고 발생 시뮬레이션 결과로 나타나는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하게 된다.
상기 발전기 사고 모델링부로는, 종래 전자계 과도현상 해석프로그램으로 통용되고 있는 PSCAD(Power Computer Aided Design) 프로그램을 이용할 수 있으며, 상기 PSCAD를 통해 발전기를 포함하는 발전소 설비계통 및 소정 발전기 사고 유형을 수치해석 모델링하고, 전기적 현상에 대하여 시뮬레이션하며, 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 계전기 시험용 Comtrade(Common format for Transient Data Exchange for power system) 파일 형태로 출력하게 된다.
상기 시뮬레이터 제어부는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 발전기 사고 모델링부에서 수치해석 시뮬레이션 결과 출력되는 해당 발전기 사고 발생에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 입력받아 저장 장치에 저장하고, 저장한 상기 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 외부로 출력하게 되며, 상기 신호 검출부로부터 계전기 출력신호를 입력받게 된다.
바람직하게는, 상기 시뮬레이터 제어부는, 상기 신호 검출부로부터 상기 보호계전기 내에 구비되는 다수의 발전기 보호요소 계전기의, 각 작동신호를 입력받아 소정 발전기 사고 유형에 따라 동작된 소정 발전기 보호요소 계전기의 작동신호에 대한 동작정보를 디스플레이 장치를 통해 외부로 출력하여 발전기 보호계전기를 처음 접하는 초보 운전원 등도 용이하게 발전기 보호계전기의 동작정보를 습득할 수 있게 한다.
상기 보호계전기 신호 입력부는, 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환시켜 외부로 출력하게 된다. 상기 발전기 사고 모델링부로부터 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터는 실제 발전기 보호계전기 장치에서 인식할 수 없는 파일 형태로, 상기 보호계전기 신호 입력부는 상기 Comtrade 파일 형태의 전류 및 전압 파형 데이터를 상기 발전기 보호계전기 장치에서 인식할 수 있는 소정 전류값 및 전압값으로 변환하여 발전기 보호계전기 장치로 출력하게 되며, 바람직하게는, 소정 전류값 및 전압값으로 변환된 데이터를 발전기 보호계전기로 입력함과 동시에, 상기 신호 검출부를 통해 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하여 발전기 보호계전기의 동작정보를 외부로 출력하는 디스플레이 창의 동일 화면상에 출력하여 발전기 보호계전기의 동작조건 등의 검토에 활용할 수 있게 한다.
상기 발전기 보호계전기는, 실제 운용중인 발전소의 발전기 보호반을 구성하는 하드웨어 장비로, 내부에는 다수의 발전기 보호요소 계전기를 포함하여 구성되며, 상기 보호계전기 신호 입력부로부터 소정 전류값 및 전압값을 입력받아 상기 다수의 발전기 보호요소 계전기 중, 발생한 발전기 사고 유형에 따라 입력받은 상기 소정 전류값 및 전압값이 계전기 작동조건에 해당하는, 소정 발전기 보호요소 계전기의 작동신호를 외부로 출력하게 된다.
본 발명을 구성하는 상기 발전기 보호계전기는, 종래 발전소에서 운용중인 통상의 디지털 보호계전기로 구성되며, 일반적으로 발전소에서 운용중인 디지털 보호계전기의 경우, 비율차동계전기, 과여자보호계전기, 과전류보호계전기, 열동계전기, 결상계전기 등 다수의 발전기 보호요소 계전기로 구성되고, 종래 통상의 보호계전기에 대한 자세한 작동설명은 당업자에게 자명한 것으로 생략한다.
바람직하게는, 상기 시뮬레이터 제어부는, 상기 보호계전기 신호 입력부 및 상기 보호계전기를 구성하는 다수의 발전기 보호요소 계전기에, 각각의 작동에 필요한 소정의 작동 셋팅 신호를 출력할 수 있도록 하여, 상기 보호계전기 신호 입력부의 세부작동을 사용자가 용이하게 제어할 수 있게 하고, 시뮬레이션 결과를 실시간으로 확인하면서 즉각적으로 각각의 발전기 보호요소 계전기의 작동조건을 새롭게 셋팅할 수 있게 하며, 각각의 발전기 보호요소 계전기의 작동조건을 편리하게 검토 확인할 수 있게 한다.
즉, 종래 통상의 보호 계전기를 구성하는 다수의 발전기 보호요소 계전기는 각각의 보호요소를 보호하기 위한 동작조건이 사용자에 의해 설정되는 셋팅값으로 셋팅되어 운영되는데, 해외 제조사로부터 수입 운영되는 발전기 보호계전기의 경우, 해외 제조사의 판매 정책에 따라 보호계전기의 세부 자료는 공개하고 있지 않으며, 보호계전기의 운용에 필요한 필수 사용법만을 공개하고 있는 실정이고, 보호계전기에 대한 전반적인 정보도 부족하여 보호계전기의 오작동 및 이상 발생시 신속하고 적절한 대처 능력 부족으로 대형사고 발생의 위험이 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 다양한 종류의 발전기 사고 유형을 모델링한 후 시뮬레이션하고, 시뮬레이션 결과에 따른 소정 전류값 및 전압값을 상기 실제 발전기 보호계전기로 인가하여 각각의 발전기 보호요소 계전기의 작동조건을 검토 확인할 수 있으며, 검토 확인한 작동조건에 따라 보다 용이하게 각각의 보호요소 계전기를 셋팅할 수 있고, 최적 상태로 운전할 수 있게 된다.
상기 신호 검출부는, 상기 보호계전기에서 외부로 출력되는, 상기 다수의 발전 보호요소 계전기 중 소정의 발전기 보호요소 계전기의 작동신호를 검출하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하게 된다. 또한, 바람직하게는, 상기 보호계전기 신호 입력부에서 상기 보호계전기로 입력되는 입력신호를 검출하여 시뮬레이터 제어부로 출력함으로써, 시뮬레이션 제어부의 디스플레이 창을 통해 상기 보호계전기로 입력되는 소정 전류값 및 전압값을 확인하면서 보호계전기의 작동신호를 볼 수 있도록 하여, 상기 보호계전기로 입력되는 소정 전류값 및 전압값에 따른 발전기 보호요소 계전기의 동작정보를 즉각적으로 비교 확인할 수 있도록 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 대해 일 실시예를 들어 좀 더 상세하게 설명하면, 먼저, 도 2와 도3에 도시된 바와 같이, 상기 발전기 사고 모델링부로는 전자계 과도현상 프로그램인 PSCAD를 활용하며, PSCAD를 통해 종래 양수 발전소에 대한 발전 설비계통 즉, 조속기, 터빈, 발전기, 여자기, 송전선, 차단기, 변압기 등을 모델링하고, 여러 발전기 사고 유형 중, 발전기와 변압기 사이에서 A상이 지락되는 것으로 발전기 사고 발생을 모델링한 후, 전기적 현상에 대하여 시뮬레이션하여 RTP Recorder를 통해 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 계전기 시험용 Comtrade(Common format for Transient Data Exchange for power system) 파일 형태로 생성하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하게 된다.
상기 시뮬레이터 제어부는, 상기 발전기 사고 모델링부의 발전기 A-B 단락 사고 시뮬레이션를 통한 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 Comtrade 파일 형태로 입력받아 저장장치에 저장하고, 저장한 상기 Comtrade 파일 형태의 전류 및 전압 파형 데이터를 상기 보호계전기 신호 입력부로 출력하게 된다.
상기 보호계전기 신호 입력부는, 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 Comtrade 파일 형태의 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환하여 전기적으로 연결된 실제 보호계전기로 출력하며, 또한, 변환된 소정 전류값 및 전압값을 상기 신호 검출부를 통해 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하여 발전기 보호계전기의 동작정보를 외부로 출력하는 디스플레이 창의 동일 화면상에 출력하여 발전기 보호계전기의 동작조건 등의 검토에 활용할 수 있게 한다. 상기 보호계전기 신호 입력부로는, OMICRON 사의 CMC 256을 이용하여 구성할 수 있다.
상기 보호계전기는, 실제 양수발전소에서 운용 중인 ABB 사의 REG 670 모델을 사용해 구성하였고, 상기 제품의 경우 디지털 보호계전기로, 비율차동계전기, 과여자보호계전기, 과전류보호계전기, 열동계전기, 결상계전기 등의 발전기 보효요소 계전기들이 내장되어 있으며, 상기 보호계전기 신호 입력부로부터 소정 전류값 및 전압값을 입력받아 설치 초기시 셋팅되는 각 발전기 보호요소 계전기들의 작동조건에 따라 각 발전기 보호요소 계전기들이 작동하게 되며, 해당 작동조건에 따른 발전기 보호요소 계전기의 작동신호가 출력된다.
상기 신호 검출부는, 상기 보호계전기에 구비되는 상기 다수의 발전기 보호요소 계전기 각각의 작동신호선과 연결되어 상기 각 발전기 보호요소 계전기들의 작동신호를 검출해 내며, 또한, 상기 보호계전기 신호 입력부의 출력 신호선과도 연결되어 상기 보호계전기 신호 입력부에서 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 검출해 내고, 상기 각 발전기 보호요소 계전기 및 보호계전기 신호 입력부에서 검출해 낸 각각의 작동신호, 소정 전류값 및 전압값은 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하며, 상기 시뮬레이션 제어부는 입력받은 상기 각 발전기 보호요소 계전기의 작동신호, 소정 전류값 및 전압값을 디스플레이 창을 통해 확인하면서 상기 보호계전기로 입력되는 소정 전류값 및 전압값에 따른 발전기 보호요소 계전기의 작동정보를 즉각적으로 비교 확인할 수 있게 된다.
도 4는, 도 2에서 상기 발전기 사고 모델링부의 발전기 A-B 단락 사고 시뮬레이션을 통한 소정 전류 파형 및 전압 파형 그래프를 나타낸 것으로, 발전기 A-B 단락 사고 발생에 따라 전압은 사고 발생전과 큰 차이가 없으나, 전류는 b상의 전류 역상분이 증가하면서 c상의 전류는 감소하고 전체 전류값이 약 2배 정도 증가됨을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 일 실시예로 도 2에서 발전기 A-B 단락 사고 발생에 따른 보호계전기의 동작정보를 보여주는 시뮬레이터 제어부의 디스플레이 화면으로, 각 창의 기능을 간략히 설명하면 1)번 창은 사용자가 메인메뉴 또는 이전 화면으로 넘어갈 수 있도록 하는 선택 버튼이 구비되고, 2)번 창은 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터의 전체적이 구성, 사용법 및 메뉴얼 화면 및 해당 보호계전기의 전반적인 개요 설명 화면으로 넘어갈 수 있도록 하는 선택 버튼이 마련되며, 3)번 창은 해당 보호계전기의 각 보호요소의 작동 알고리즘, 정정치, 세팅치 및 작동 시뮬레이션 화면에 대한 선택버튼이 구비되고, 4)번 창은 해당 보호계전기의 각 보호요소의 정정치 및 세팅치 조절화면으로 넘어가는 선택버튼이 마련된다.
5)번 창은 시뮬레이션에 따른 Comtrade 파일을 불러들여 재생할 수 있고, 6)번 창은 해당 보호계전기에 포함되는 다수의 발전기 보호요소 계전기 중, 발전기 A-B 단락 사고에 의한 전류 역상분의 발생으로 작동하는 46 역상불평형계전기의 동작 알고리즘을 나타내는 그래프이다.
또한, 7)번 창은 발전기 A-B 단락 사고 발생에 의한 전류의 3상 벡터도와, 전류의 정상분, 역상분 및 영상분의 각 수치를 나타내고 있으며, 8)번 창은 발전기 A-B 단락 사고 발생에 의한 전류의 정상분, 역상분 및 영상분의 그래프를 나타내고, 9)번 창은 해당 보호계전기의 동작 상태를 램프로 표시하여 사용자에게 알려줄 수 있도록 하며, 10)번 창은 이벤트 상태 창으로 보호계전기의 동작 요소와 동작시간을 알려주고, 11)번 창은 시뮬레이션 작동시 해당 보호계전기에 포함되는 다수의 발전기 보호요소 계전기 중 소정 발전기 보호요소 계전기가 동작 되지 않도록 막아주는 Block 버튼들을 표시하며, 12)번 창은 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서, 실제 하드웨어 장치로 구성되는 다수의 보호계전기가 연결된 상태에서 교육을 위한 소정의 보호계전기를 선택할 수 있는 버튼이 구비된다.
이와 같이 본 발명에 따른 보호계전기 교육용 시뮬레이터는, 발전소 운용상 실제 발생 빈도가 낮은 발전기 사고를 발전소 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션할 수 있으며, 상기 발전기 사고 시뮬레이션를 통해 계산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 실제 보호계전기로 입력하고, 상기 입력받은 소정 전류값 및 전압값을 토대로 보호계전기가 외부로 출력하는 작동신호를 검출하여 보호계전기의 작동정보를 분석할 수 있고,
또한, 상기 보호계전기의 작동정보 분석을 통해 보호계전기를 처음 접하는 초보 운전원도 보호계전기의 작동법 및 대처 방법을 용이하게 습득할 수 있으며, 현재 발전소 설비로 설치되어 운용중인 발전기 보호계전기를 별도로 해체하지 않고도 상기 기 설치된 보호계전기에 연결하여 보호계전기의 정상 작동 여부를 테스트할 수 있게 된다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 여러 다른 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.
Claims (3)
- 발전기의 사고 발생을 방지하기 위해 발전소의 발전기 보호반에 구비되는 보호계전기에 연결되며, 발전기 사고를 발전소 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션하고, 발전기 사고 시뮬레이션을 통해 연산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 상기 보호계전기로 입력하여 상기 보호계전기의 작동법을 확인하고 교육하기 위한 보호계전기 교육용 시뮬레이터에 있어서,
발전기를 포함하는 발전소 발전 설비계통을 수치해석 모델링하고, 다수의 발전기 사고 발생 유형 중 소정 발전기 사고 발생 유형을 수치해석 모델링한 후, 시뮬레이션하여 해당 발전기 사고 발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 발전기 사고 모델링부;
상기 발전기 사고 모델링부에서 출력되는 해당 발전기 사고 발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 입력받아 저장하고, 저장한 상기 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 시뮬레이터 제어부;
상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환시켜 외부로 출력하는 보호계전기 신호 입력부;
다수의 발전기 보호요소 계전기를 포함하여 구성되며, 상기 보호계전기 신호 입력부로부터 소정 전류값 및 전압값을 입력받아 상기 다수의 발전기 보호요소 계전기 중 소정의 발전기 보호요소 계전기의 작동신호를 외부로 출력하는 보호계전기; 및,
상기 보호계전기에서 외부로 출력되는, 상기 다수의 발전기 보호요소 계전기 중 소정의 발전기 보호요소 계전기의, 작동신호를 검출하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하는 신호 검출부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보호계전기 교육용 시뮬레이터.
- 제1항에 있어서,
상기 시뮬레이터 제어부는,
상기 보호계전기 신호 입력부 및 상기 보호계전기를 구성하는 다수의 발전기 보호요소 계전기에, 각각의 작동에 필요한 소정의 작동 셋팅 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 보호계전기 교육용 시뮬레이터.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시뮬레이터 제어부는,
작동신호를 입력받은 상기 소정의 발전기 보호요소 계전기의 동작정보를 디스플레이 장치를 통해 외부로 출력하는 것을 특징으로 하는 보호계전기 교육용 시뮬레이터.
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2017
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