KR20130024537A - 터빈 발전기 과속도 제어 장치 및 방법 - Google Patents

터빈 발전기 과속도 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

터빈 발전기 과속도 제어 장치 및 방법을 제시한다. 터빈 발전기 과속도 제어 장치는 터빈 발전기의 회전체에 인접 설치된 속도 감지부로부터 회전체의 회전 속도를 입력받아 터빈 발전기의 회전 속도를 검출하는 속도 검출부, 터빈 발전기와 송전 계통을 연결하는 차단기로부터 신호를 입력받아 차단기의 차단 동작 상태를 판단하는 차단기 상태 판단부 및 터빈 발전기의 회전 속도와 차단기의 차단 동작 상태에 대한 차단기 개방 검출 신호를 입력받아 터빈 발전기의 과속도 발생을 확인하고, 과속도 억제 신호를 생성하여 터빈 발전기에 연결된 제동 부하의 투입을 제어하고 작동 유체를 차단하는 제어부를 포함한다.

Description

터빈 발전기 과속도 제어 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING OVERSPEED OF TURBINE}
본 발명은 터빈 발전기 과속도 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
발전 시스템에 있어서 증기터빈은 발전기와 기계적으로 동일한 축으로 연결되어 있으며, 안정된 상태에서는 발전기의 전기부하와 증기터빈의 구동력이 동등하여 회전속도가 일정하게 유지된다.
그러나, 송전선로 등 외부의 조건변화로 인해 발전기의 전기부하가 감소하여 증기터빈의 구동력보다 적어지면 회전속도가 상승하고, 그 차이가 상당히 커지면 과속도 즉, 위험속도에 이르게 된다.
따라서, 증기터빈과 발전기의 운전상태를 항상 감시하면서 특정한 조건이 나타나면 과속도 발생을 예측하고 제어할 필요가 있다.
한국등록특허 제10-0326523호
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 소용량 발전소에서 전력계통에 병렬운전 중인 동기발전기의 차단기가 전력계통에서 분리되는 경우에 발생하는 터빈의 과속도를 방지하기 위한 터빈 발전기 과속도 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 터빈 발전기 과속도 제어 장치는, 터빈 발전기의 회전체에 인접 설치된 속도 감지부로부터 회전체의 회전 속도를 입력받아 터빈 발전기의 회전 속도를 검출하는 속도 검출부, 터빈 발전기와 송전 계통을 연결하는 차단기로부터 신호를 입력받아 차단기의 차단 동작 상태를 판단하는 차단기 상태 판단부 및 터빈 발전기의 회전 속도와 차단기의 차단 동작 상태에 대한 차단기 개방 검출 신호를 입력받아 터빈 발전기의 과속도 발생을 확인하고, 과속도 억제 신호를 생성하여 터빈 발전기에 연결된 제동 부하의 투입을 제어하고 작동 유체를 차단하는 제어부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 터빈 발전기 과속도 제어 방법은, 속도 검출부가 터빈 발전기의 회전 속도를 검출하는 단계, 차단기 상태 판단부가 터빈 발전기와 송전 계통을 연결하는 차단기의 차단 동작 상태를 판단하는 단계, 제어부가 터빈 발전기의 회전 속도와 차단기의 차단 동작 상태에 기초하여 과속도 발생을 확인하는 단계, 확인 결과에 기초하여 제어부가 과속도 억제 신호를 발생시켜 터빈 발전기로의 유체 공급을 제한하고 제동 부하를 투입하는 단계 및 제어부가 터빈 발전기의 상태를 확인하여 제동 부하의 투입을 차단하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 터빈 발전기가 전력 게통에 병렬로 운전 중인 상태에서 차단기가 개방되는 경우 제동 부하를 투입하여 상실된 부하를 다시 투입하고 작동 유체는 차단하여 과속도 수준을 현저히 감소시키고 안정성을 증진시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 발전기 과속도 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 발전기 과속도 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 발전기 과속도 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 발전기 과속도 제어 장치(100)는 속도 감지부(105), 속도 검출부(110), 차단기 상태 판단부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
먼저, 터빈 발전기 과속도 제어 장치(100)를 구성하는 요소들의 설명에 앞서 발전소의 문제 발생 원인을 설명한다. 발전소에서 터빈 발전기(50)는 정상 운전 중에 기계적 구동력과 전기적 제동력이 평형을 이루어서 일정한 속도로 운전한다. 그런데 발전소 내부 또는 외부 원인으로 송전 계통과 연결된 차단기(70)가 개방되는 등 전기적인 고장으로 부하가 상실되는 경우에는 기계 에너지 과잉에 따른 과속도로 인해 회전체(60)가 위험할 수 있다. 이러한 위험 상황이 발생할 경우 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 발전기 과속도 제어 장치(100)는 터빈 발전기(50)에 과속도를 제어하기 위한 제어를 수행한다.
속도 감지부(105)는 터빈 발전기(50)의 회전체(60)가 회전하는 속도를 감지한다. 이러한 속도 감지부(105)는 터빈 발전기(50)의 회전체(60)에 인접하여 설치될 수 있다. 그리고 속도 감지부(105)는 감지된 회전 속도를 속도 검출부(110)로 제공할 수 있다.
속도 검출부(110)는 터빈 발전기(50)의 회전 속도를 검출한다. 여기서 속도 검출부(110)는 터빈 발전기(50)의 회전 속도를 감지하는 속도 감지부(105)로부터 회전 속도 정보를 입력받을 수 있다. 그리고 속도 검출부(110)는 속도 감지부(105)로부터 입력받은 회전 속도 정보로부터 터빈 발전기(50)의 회전 속도를 검출할 수 있다. 속도 검출부(110)는 검출한 터빈 발전기(50)의 회전 속도를 반영하는 발전기 속도 신호를 제어부(130)로 제공할 수 있다. 이러한 발전기 속도 신호가 정상적으로 생성되는 것은 터빈 발전기(50)가 운전 중인 것을 의미할 수 있다.
차단기 상태 판단부(120)는 터빈 발전기(50)와 송전 계통을 연결하는 차단기(70)의 차단 동작 상태를 판단한다. 여기서 차단기 상태 판단부(120)는 계통 병입용 차단기(70)로부터 디지털적인 차단기 개방 신호를 입력받을 수 있다. 예를 들면, 차단기(70)가 개방된 경우 차단기 상태 판단부(120)는 입력받은 차단기 개방 신호를 통해 차단기 개방 검출 신호를 생성하고 제어부(130)로 차단기 개방 검출 신호를 전송할 수 있다.
제어부(130)는 터빈 발전기(50)의 제동 부하 투입 및 밸브(90)의 작동 유체 공급을 제어한다. 여기서 제어부(130)는 속도 검출부(110)부터 발전기 속도 신호를 입력받을 수 있다. 그리고 제어부(130)는 차단기 상태 판단부(120)로부터 차단기 개방 검출 신호를 입력받을 수 있다.
제어부(130)는 입력받은 발전기 속도 신호의 분석을 통해 터빈 발전기(50)의 회전 속도가 설정된 기준치 이상 상승하는 경우 과속도 억제 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 제어부(130)는 입력받은 차단기 개방 검출 신호의 분석을 통해 차단기(70)가 개방된 경우 과속도 억제 신호를 발생시킬 수 있다. 이러한 제어부(130)는 과속도 억제 신호를 발생시켜 터빈 발전기(50)와 연결된 제동 부하(140)를 투입할 수 있다. 이때, 제동 부하(140)는 터빈 발전기(50)와 차단기(70) 사이에 연결되는 적어도 하나의 저항으로 구성될 수 있다.
제동 부하(140)의 투입을 위해 제어부(130)는 제동 부하(140)와 접지단(150) 사이를 연결하는 스위치(160)에 과속도 억제 신호를 제공할 수 있다. 예를 들면, 제어부(130)는 과속도 억제 신호를 스위치(160)에 제공하여 스위치(160)를 턴온 상태로 변경시킬 수 있다.
그리고 제어부(130)는 과속도 억제 신호를 이용하여 터빈 발전기(50)로의 작동 유체 공급을 제한할 수 있다. 예를 들면, 제어부(130)는 터빈 발전기(50)에 작동 유체를 공급하는 유체 공급부(80)와 터빈 발전기(50) 사이에 설치된 밸브(90)를 닫아 작동 유체 공급을 제한할 수 있다. 여기서 제어부(130)가 밸브(90)를 닫고 제동 부하(140)는 투입하면 잉여 에너지가 제동 부하(140)에서 소비되므로 터빈 발전기(50)의 과속도가 억제되고 안정성이 증진될 수 있다.
제어부(130)는 과속도를 억제시켜 터빈 발전기(50)가 정격 속도에 도달하면 과속도 억제 신호의 공급을 중지하여 스위치(160)를 턴오프 상태로 개방할 수 있다. 그리고 터빈 발전기(50)는 정격 속도를 유지한 상태에서 전력 계통 병입을 대비할 수 있다.
여기서 제어부(130)는 터빈 발전기(50)의 출력에 따라 제동 부하의 크기를 조절하여 보다 유연하게 과속도 제어를 수행할 수 있다.
터빈 발전기 과속도 제어 장치(100)는 소수력 발전소나 분산형 전원인 바이오 가스터빈 등의 마이크로 가스터빈과 같이 제동 부하(140)를 장착하기 용이하고 소용량인 발전 설비에 적용될 수 있다. 뿐만 아니라, 터빈 발전기 과속도 제어 장치(100)는 이동식 발전기, 풍력발전기, 파력발전기, 조력/조류발전기 및 전기차의 감속 장치에 적용될 수도 있다. 이러한 터빈 발전기 과속도 제어 장치(100)는 발전소의 발전 용량이 커지는 경우 제동 부하(140)를 발전 용량보다 작게 하여도 과속도 수준을 저감할 수 있다. 또한, 터빈 발전기 과속도 제어 장치(100)는 발전 용량이 커지는 화력 발전기나 원자력 발전기의 과속도 수준을 저감시키기 위해 제동 부하(140)를 대용량으로 설정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 발전기 과속도 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 발전기 과속도 제어 방법은 터빈 발전기의 회전 속도를 검출하는 단계(S110), 터빈 발전기와 송전 계통을 연결하는 차단기의 차단 동작 상태를 판단하는 단계(S120), 터빈 발전기의 회전 속도와 차단기의 동작 상태에 기초하여 과속도 발생을 확인하는 단계(S130), 과속도 억제 신호를 발생시켜 터빈 발전기로의 작동 유체 공급을 제한하고 제동 부하를 투입하는 단계(S140) 및 터빈 발전기의 상태를 확인하여 제동 부하의 투입을 차단하는 단계(S150)를 포함한다.
단계 S110에서는 속도 검출부가 터빈 발전기의 회전체에 인접 설치된 속도 감지부를 통해 회전체의 회전 속도를 입력받아 터빈 발전기의 회전 속도를 검출한다.
단계 S120에서는 차단기 상태 판단부는 터빈 발전기와 송전 계통을 연결하는 차단기로부터 디지털적인 차단기 개방 신호를 입력받아 차단기의 동작 상태를 판단한다. 차단기가 개방된 경우 차단기 상태 판단부는 차단기 개방 검출 신호를 생성하여 제어부로 전송할 수 있다.
단계 S130에서는 제어부가 속도 검출부로부터 입력받은 발전기 속도 신호와, 차단기 상태 판단부로부터 입력받은 차단기 개방 검출 신호를 이용하여 터빈 발전기의 회전 속도와 차단기의 동작 상태를 확인한다. 그리고 제어부는 터빈 발전기의 회전 속도가 설정된 기준치 이상 도달하는 경우 과속도 발생을 확인할 수 있다. 또한, 또한, 제어부는 차단기가 개방된 상태인 경우 과속도 발생을 확인할 수 있다.
단계 S140에서는 과속도 발생을 확인한 제어부가 과속도 억제 신호를 생성한다. 그리고 제어부는 생성한 과속도 억제 신호를 제동 부하와 접지단을 연결하는 스위치에 제공할 수 있다. 또한, 제어부는 생성한 과속도 억제 신호를 터빈 발전기와 유체 공급부를 연결하는 밸브에 제공할 수 있다. 이를 통해 제어부는 터빈 발전기로의 작동 유체 공급을 제한하고, 과속도에 의한 터빈 발전기의 잉여 에너지를 제동 부하에서 소비시킬 수 있다.
단계 S150에서는 제어부가 터빈 발전기가 정상 속도에 도달하면 과속도 억제 신호의 출력을 중지하여 제동 부하의 투입을 차단한다. 그리고 제어부는 작동 유체 공급의 제한을 중지시킬 수 있다. 그리고 제어부는 터빈 발전기의 정격 속도를 유지시킨 다음 송전 계통 병입에 대비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 발전기 과속도 제어 장치 및 방법은 터빈 발전기가 전력 게통에 병렬로 운전 중인 상태에서 차단기가 개방되는 경우 제동 부하를 투입하여 상실된 부하를 다시 걸어줘 과속도 수준을 현저히 감소시키고 안정성을 증진시킨다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 발전기 과속도 제어 장치 및 방법은 터빈 발전기가 최고 속도에 도달한 후 회전 손실에 의한 자연 감속분과 제동 부하에 의한 감속분이 동시에 작용하여 운전 속도에 도달하는 시간이 단축될 수 있다. 따라서 정격 속도를 초과하여 과속도에 머무르는 시간이 단축될 수 있다.
이상의 설명은 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 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
50: 터빈 발전기
60: 회전체
70: 차단기
80: 유체 공급부
90: 밸브
100: 터빈 발전기 과속도 제어 장치
105: 속도 감지부
110: 속도 검출부
120: 차단기 상태 판단부
130: 제어부
140: 제동 부하
150: 접지단
160: 스위치

Claims (8)

  1. 터빈 발전기의 부하 상실시 과속도를 제어하는 장치에 있어서,
    터빈 발전기의 회전체에 인접 설치된 속도 감지부로부터 회전체의 회전 속도를 입력받아 상기 터빈 발전기의 회전 속도를 검출하는 속도 검출부;
    상기 터빈 발전기와 송전 계통을 연결하는 차단기로부터 신호를 입력받아 상기 차단기의 차단 동작 상태를 판단하는 차단기 상태 판단부; 및
    상기 터빈 발전기의 회전 속도와 상기 차단기의 차단 동작 상태에 대한 차단기 개방 검출 신호를 입력받아 상기 터빈 발전기의 과속도 발생을 확인하고, 과속도 억제 신호를 생성하여 상기 터빈 발전기에 연결된 제동 부하의 투입을 제어하고 작동 유체를 차단하는 제어부를 포함하는 터빈 발전기 과속도 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 터빈 발전기의 회전 속도가 미리 설정된 기준치 이상에 도달하는 경우와 상기 차단기가 개방된 상태인 경우 상기 과속도 억제 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기 과속도 제어 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 접지단과 상기 제동 부하를 연결하는 스위치를 턴온시켜 상기 제동 부하를 투입시키는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기 과속도 제어 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제동 부하의 투입으로 상기 터빈 발전기가 정상 속도를 회복할 경우 상기 과속도 억제 신호를 제거하여 상기 제동 부하의 투입을 차단하는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기 과속도 제어 장치.
  5. 터빈 발전기의 부하 상실시 과속도를 제어하는 방법에 있어서,
    속도 검출부가 터빈 발전기의 회전 속도를 검출하는 단계;
    차단기 상태 판단부가 상기 터빈 발전기와 송전 계통을 연결하는 차단기의 차단 동작 상태를 판단하는 단계;
    제어부가 상기 터빈 발전기의 회전 속도와 상기 차단기의 차단 동작 상태에 기초하여 과속도 발생을 확인하는 단계;
    확인 결과에 기초하여 상기 제어부가 과속도 억제 신호를 발생시켜 상기 터빈 발전기로의 유체 공급을 제한하고 제동 부하를 투입하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 터빈 발전기의 상태를 확인하여 제동 부하의 투입을 차단하는 단계를 포함하는 터빈 발전기 과속도 제어 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 터빈 발전기의 회전 속도가 미리 설정된 기준치 이상에 도달하는 경우와 상기 차단기가 개방된 상태인 경우 상기 과속도 억제 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기 과속도 제어 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는 접지단과 상기 제동 부하를 연결하는 스위치를 턴온시켜 상기 제동 부하를 투입시키는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기 과속도 제어 방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제동 부하의 투입으로 상기 터빈 발전기가 정상 속도를 회복할 경우 상기 과속도 억제 신호를 제거하여 상기 제동 부하의 투입을 차단하는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기 과속도 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109415949A (zh) * 2016-07-08 2019-03-01 通用电器技术有限公司 涡轮速度与加速度限制器

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CN109415949A (zh) * 2016-07-08 2019-03-01 通用电器技术有限公司 涡轮速度与加速度限制器

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