KR200306294Y1 - 수냉식 발전기 고정자권선 배수/건조 및 누설시험장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 수력발전소 등에 사용되는 수냉식 발전기에 있어서 발전기의 고정권선의 건전성을 확인하는 수냉식 발전기 고정자권선 배수/건조 및 누설시험장치이다.

본 고안에 따른 장치는 외부의 공기를 도입하여 건조공기를 만드는 공기건조기(10)와, 건조공기(10)과 배관으로 연결되어 건조공기를 소정의 압력으로 저장하여 고정자 권선(1)의 내부공간으로 공급하는 공기저장탱크(20)와, 고정자 권선(1)과 배관으로 연결되어 그 내부공간의 공기를 뽑아내는 진공펌프(30)와, 공기저장탱크(20)에 연결된 관의 일단에 형성되어 고정자권선(1)의 워터헤드(3)와 연결하는 제1연관용 조인트(40)와, 진공펌프(30)에 연결된 관의 일단에 형성되어 고정자권선(1)의 워터헤드(4)와 연결하는 제2연관용 조인트(40')와, 고정자권선(1) 내부에 설치되어 내부의 습도를 체크하는 이슬점센서(60)와, 이슬점 -20 이하의 순도높은 공기를 고정자권(1)내에 공급하여 최고 620Kpa까지 가압후 포핑하여 대기압 까지 감압하는가압배수모드 및 정자권선 내부를 -760mmHg 까지 감압하는 진공건조모드를 수행한 후 고정자권선(1)내부의 압력누설시험 및 진공누설시험을 수행하도록 하는 제어부(50)로 구성된다.

Description

수냉식 발전기 고정자권선 배수/건조 및 누설시험장치{Water cold generator stater leak taste equipment}

본 고안은 수력발전소 등에 사용되는 수냉식 발전기에 있어서 발전기의 고정권선의 건전성을 확인하는 수냉식 발전기 고정자권선 배수/건조 및 누설시험장치이다.

일반적으로, 수냉각 터어빈 발전기의 고정자 권선은 기전력을 직접적으로 발생시키는 역할을 하는 부품으로서 유도 기전력에 의해 고열이 발생된다. 따라서 고정자 권선은 발생되는 열을 냉각시켜 주어야 한다.

발전기의 고정자 권선의 냉각방식은 발전기의 용량에 따라 나뉘어 지는데, 낮은 용량일 경우 공기 또는 수소로 냉각시키는 간접 냉각 방식을 채택하고, 300W 이상의 고용량의 발전기의 경우에는 중공소선의 내부로 가스 혹은 액상의 냉각수를 순환시키는 직접 냉각방식이 사용된다.

이러한 냉각방식 가운데 수냉각 방식을 사용하는 고정자 권선은 내부가 비어 있는 작은 중공 소선(hollow strands)과 내부가 채워져 있는 중실 소선(solid strand)으로 구성되며, 이들은 구리-인(Cu-P) 경납으로 접합되어 있고, 이들은 또한 워터헤더의 내부 벽면과도 브레이징(Brazing) 접합되어 있다.

이에 대한 구조를 자세히 설명하면 도 1은 수냉각 방식의 발전기에 사용되는 고정자 권선(Stator bar)의 개략도로서, 입구측 냉각수 튜브(5)로 부터 냉각수가 들어와서 입구측 워터헤더(3)(water header)를 통과한 후 고정자 권선(1)의 내부를냉각시키고 출구측 워터헤더(2)를 거쳐 출구측 냉각수 튜브(4)를 통해 배출된다.

또한, 수냉식 고정자 권선(1)은 중공 소선 및 중실 소선으로 구성되는 방식과 중공 소선만으로 구성되는 방식이 있으며, 두 방식 모두 소선과 소선 사이 그리고 소선과 워터헤더의 내벽 사이는 구리-인(Cu-P) 합금으로 브레이징(brazing) 접합된다.(도시생략) 이 브레이징(brazing) 접합부는 고정자 권선을 장기간 사용시 냉각수와 브레이징 합금과의 화학적 반응등 여러가지 원인에 의해 부식형태의 구조적 열화(劣化)가 발생되고, 이 결함들이 계속 진척되어서 절연체까지 도달하면 절연체가 손상되기 때문에 그 사이로 냉각수가 유출되어 발전소 사고로 이어질 수 있다.

이것을 방지하기 위하여 제안된 선행기술중 미국 제 5,793,014의 보수 방법은 냉각수가 내부로 흐르는 워터헤더의 캡(Cap)을 제거 후 레이저 빔을 이용해 보수 부위를 클리닝하고, 브레이징 용가재를 스프레이 건으로 도포한 후 레이저 빔을 이용해 브레이징 용가재를 접합시켜 보수하는 방법이 제안되어 있다.

그러나, 상기와 같은 방법은 레이저 빔을 이용해 워터헤더 자체를 절단하지 않고 효율적으로 결함이 있는 브레이징(brazing) 부위를 보수할 수 있으나 보수 후 워터 캡(Cap)을 다시 브레이징(brazing)에 접합해야 하는 번거로운 문제뿐만 아니라 브레이징 용가재를 분무하는 방법으로 보수 부위에 도포하기 때문에 그 도포막이 엷어 충격이나 부식에 의해 브레이징 부위에 0.3mm 이상 깊은 균열이 발생하면 적용하기가 힘들게 되고 중공 소선에 브레이징 용가재가 동시에 도포되는 단점을 아울러 갖게 된다.

한편, 미국 제 5,581,869와 같이 고정자 권선의 일단을 감싸는 워터헤더의 절단후 소선 브레이징 접합부의 기공과 같은 결함을 구리- 인(Cu-P) 합금의 브레이징 용가재를 이용하여 브레이징 보수하는 방법은 보수 부위의 영구성 견고성을 얻을 수 있으나 워터헤더를 절단 후 다시 브레이징(Brazing) 하여야 하기 때문에 그 과정에서 절연체가 손상될 수 있고 작업공정 시간이 90일 이상 소요될 수 있는 단점이 있다.

또한, 미국 제 5,875,539의 낮은 점성 수지의 진공침투 보수 방법은 워터헤더의 절연체를 제거한 후 외부에 낮은 점성(粘性)의 자연경화성 수지를 절연체가 제거된 워터헤더의 외부에 도포한 후 워터헤더의 내부에 진공을 유도하여 소선의 결함 부위 내부로 자연 경화성 수지가 침투되도록 하는 것이다.

그러나 이 방법 또한 누수부위의 정확한 위치를 찾기 힘든 경우에는 유용하지만 자연경화성 수지에 의한 보수 부위의 영구성 및 견고성이 매우 부족하여 절연체를 제거한 후에 재 설치해야 하는 단점이 있다.

미국 제 5,605,590의 에폭시 경화법은 워터헤더를 절단하지 않고 보어스코프와 주입기를 이용하여 에폭시를 누수 부위에 도포한 후 경화시켜 보수하는 방법으로서 워터헤더를 절단하지 않아 절연체를 손상 시키지 않고 작업시간이 단축될 수 있으나 보수부위의 견고성 및 영구성은 보장되지 않는다.

이상에서 살펴본 바와 같이 수냉식 발전기의 고정자 권선에서 누수가 되면 사고로 바로 연결되므로 고정자 권선에서 누수를 방지하기 위하여 다양한 방안이 제안되고 있으나 냉각수와 브레이징 합금과의 화학적 반응등 여러가지 원인에 의해부식형태의 구조적 열화(劣化)가 발생되고, 이 결함이 절연체의 손상으로 이어져 발생되는 고정자 권선의 냉각수 누설을 근본적으로 차단하기 불가능한 것이다.

따라서 발전소에서는 주기적으로 발전기의 가동을 중단하고 고정자 권선의 냉각수 누설여부 즉 고정자 권선 체크하여 사고의 발생을 미연에 방지하고 있다.

이같은 냉각수 누설여부를 체크하는 수단으로 종래에는 미국 G.E사 등에서 개발한 수동식 시험장비를 사용하여 고정자권선의 누설시험에 적용하고 있는데 수동식이기에 번거롭고 시험자체가 그만큼 불완전하다.

본 고안에 따른 수냉식 발전기 고정자권선 배수/건조 및 누설시험장치는 수냉식 발전기 고정자권선의 건전성 확인을 위한 배수/건조 및 압력/진공시험에 있어서 신속하고 효율적인 시험을 수행 하게 함에 있으며, 기타 장기간 발전기 배수/정지시 고정자권선의 부식 방지를 위한 순도 높은 건조공기 가압/유지 기능을 수행한다. 또한 본고안에 따른 시험장치는 모든 수냉식 발전기에 적용이 가능하며, 제어용 컴퓨터에 입력된 프로그램에 의하여 모든 시험절차가 자동제어 되며, 필요시 수동제어 기능도 제공하는데 그 특징이 있다.

도 1 은 수냉식 발전기의 고정자권선의 정면도

도 2 는 본 고안에 따른 장치의 배치 구성도

도 3 은 본 고안에 따른 장치의 평면도

도 4 는 본 고안에 따른 장치의 정면도

***도면의 주요부호 설명***

1 : 고정자권선 3, 4 : 워터해드

10 : 공기건조기 20 : 공기저장탱크

30 : 진공펌프 40, 40' : 제1, 제2 연관용 조인트

50 : 제어기 60 : 이슬점센서

본 고안에 따른 수냉식 발전기 고정자 권선 배수/건조 및 누설시험장치는 도 2 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 공기건조기(10)와 공기저장탱크(20),진공펌프(30), 한벌의 연관용 조인트(40, 40') 및 제어기(50)와 제2연관용 조인트(40')에 설치되어 고정자권선(1) 내부의 습도를 체크하는 이슬점센서(60)로 구성되고 이들 각 장치가 관으로 연관되어 있으며 수냉식 발전기 고정자권선의 건전성 확인을 위한 배수/건조 및 진공/누설 시험을 제어기(50)를 구성하는 컴퓨터 프로그램에 의해 자동으로 수행하고, 또한 수냉식 발전기의 예방정비등 장기간 정지시 고정자권선 내부 부식 방지용 순도 높은 건조공기 가압/유지 수단을 제공한다.

상기 공기건조기(10)는 에어펌프(도시 생략)와 상기 공기압력탱크(20) 사이에 배치된 것으로 에어펌프를 통해 공기를 공급받음에 있어서 에어필터(11)로 공기를 필터링하여 공급받아 도입된 공기에 포함된 수분을 제거하여 건조공기화하여 공기저장탱크(20)에 저장한다.

상기 연관용(連管用)조인트(40 40')는 도 1 에 도시된 바와 같이 상기 공기저장탱크(20)의 압축공기를 피시험체인 고정자 권선(1)의 입구측 워터헤더(3)(water header)와 출구측 워터헤더(2)에 송입시키기 위한 접합장치로 상기 워터헤더(2, 3)와 관을 연결하는 것이다.

상기 시험장비의 모든 기능은 상기 제어기(50)로 제어된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 고안에 따른 장치는 수냉식 발전기 고정자권선의 배수/건조 및 진공/압력 누설시험을 위해 다음의 기능을 수행 한다.

1) 가압배수 모드

발전기 고정자권선(1) 내부에 공기저장탱크(20)의 압축공기를 송입시켜 최고 620Kpa까지 가압후 대기압 까지 감압하는 싸이클(Cycle)을 입력시간에 의해 자동 또는 수동수행 되어야 한다.

이같은 가압후 감압은 쳄버 즉 고정자권선(1)의 내부공간의 압력을 고압상태로 한 후 일시에 밸브를 개방하여 내부공간의 압력을 일거에 감압하도록 한다(이하 이작용을 포핑(poping)이라 한다.)

이같은 포핑작용으로 인하여 고정자권선(1)내에 있는 수분이 외부로 제거된다. 즉 고정자권선(1)내의 압력을 고압으로 유지하게 되면 내부에 스며들어 있던 수분의 점착력이 상대적으로 약화되어 고정자권선(1)내의 측벽에 부착되어 있지 않고 내부공간에 떠 있는 상태가 되며, 더욱이 건조공기가 송입되므로 수분이 응결되지 않고 증발상태를 유지하기 용이하게 되므로 고정자권선(1)내에 있는 수분은 포핑작용으로 인하여 외부로 방출되는 배수과정이 이루어진다.

가압배수 모드 수행을 위해 필요한 공기를 공급처에서 공급받아 이슬점 20 이하의 순도높은 공기 공급이 가능해야 한다.

자동 가압/감압 기능은 절연저항센스를 통해 제어용 컴퓨터에 의해 제어되어야 한다. 제어에 사용되는 계측기는 오차 0.1% 이상의 정밀급을 사용한다.

2) 진공건조 모드

발전기 고정자권선(1) 내부를 -760mmHg 까지 자동 또는 수동으로 감압하여 진공건조 할 수 있어야 한다.

진공건조의 기능은 이슬점센서를 통해 제어용컴퓨터에 의해 제어되어야 한다. 이 모드를 수행하기 위하여 진공펌프를 가동하여 달성한다.

제어에 사용되는 계측기는 오차 0.1% 이상의 정밀급을 사용한다.

3)진공누설 시험

발전기 고정자권선(1)을 요구하는 압력까지 감압하여 내부압력 변화를 요구하는 시간 단위로 감시, 저장 및 누설량 산출이 가능해야 한다.

제어에 사용되는 계측기는 오차 0.1% 이상의 정밀급을 사용한다.

진공건조후 감압시 주 발전기 고정자 권선 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위하여 여과장치(air filter)를 설치해야 한다.

4) 압력누설 시험

발전기 고정자권선을 요구하는 압력까지 가압하여 내부압력 변화를 요구하는 시간 단위로 감시, 저장 및 누설량 산출이 가능해야 한다.

제어에 사용되는 계측기는 오차 0.1% 이상의 정밀급을 사용한다.

압력누설시험 수행을 위해 필요한 공기는 발전소 계기공기 공급계통에서 공급받아 본설비로 건조후 이슬점(Dew Point)온도 -20℃ 이하의 공기를 사용한다.

이상과 같은 구성 및 작용을 하는 본 고안에 따른 수냉식 발전기 고정자 권선 배수/건조 및 누설시험장치는 수 차례의 가압/배수 모드를 수행하고 이슬점센서로 고정자 권선의 내측에 수분을 측정하여 소정의 측정값에 이를때까지 반복하여 상기 모드를 수행한다.

본 고안에 따른 시험장치는 상술한 바와 같이 공기건조설비, 공기저장설비, 진공펌프, 설비연결장치, 시험장비 제어기(컴퓨터, PLC) 및 기타 부속장비로 구성되어 상기 기능을 수행함에 적합하도록 옥내 이동 및 고정에 용이하게 되어있다.

본 고안에 따른 장치는 수냉식 발전기 고정자권선 건전성 시험을 자동화하여 그 기술력 확보함에 큰 특징이 있고, 수냉식 발전기 고정자권선 누설시험에 있어서 기존의 수동식 측정장치에 비하여 소요시간이 1/3 이상 단축되므로 발전소 이용율 향상에 기여하고 있다.

Claims (1)

1. 수냉각식 고정자 권선의 건전성을 측정하는 장치에 있어서, 외부의 공기를 도입하여 건조공기를 만드는 공기건조기(10)와;

   건조공기(10)과 배관으로 연결되어 건조공기를 소정의 압력으로 저장하여 고정자 권선(1)의 내부공간으로 공급하는 공기저장탱크(20)와;

   고정자 권선(1)과 배관으로 연결되어 그 내부공간의 공기를 뽑아내는 진공펌프(30)와;

   공기저장탱크(20)에 연결된 관의 일단에 형성되어 고정자권선(1)의 워터헤드(3)와 연결하는 제1연관용 조인트(40)와;

   진공펌프(30)에 연결된 관의 일단에 형성되어 고정자권선(1)의 워터헤드(4)와 연결하는 제2연관용 조인트(40')와;

   제2연관용 조인트(40')에 설치되어 고정자권선(1) 내부의 습도를 체크하는 이슬점센서(60)와;

   이슬점 -20℃ 이하의 순도높은 공기를 고정자권(1)내에 공급하여 최고 620Kpa까지 가압후 포핑하여 대기압 까지 감압하는가압배수모드 및 정자권선 내부를 -760mmHg 까지 감압하는 진공건조모드를 수행한 후 고정자권선(1)내부의 압력누설시험 및 진공누설시험을 수행하도록 하는 제어부(50)로 구성된 수냉식 발전기 고정자 권선 배수/건조 및 누설시험장치