KR20160055879A - 단축 시스템의 과속도 보호 장치의 검사 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 가스 터빈(2), 발전기(4) 및 증기 터빈(3)을 포함하며, 증기 터빈(3)을 단축 시스템(1)에 결합시킬 수 있는 클러치(7)를 포함하는 단축 시스템(1)의 과속도 보호 장치의 검사를 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은, (a) 클러치(7)가 결합 해제되는 단계와, (b) 가스 터빈(2) 및 증기 터빈(3)이 정격 속도로 작동되는 단계와, (c) 증기 터빈(3)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하도록, 증기 터빈(3) 내로 도입되는 증기의 질량 유동이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 증기 터빈(3)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제1 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와, (d) 제1 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계를 포함한다.

Description

단축 시스템의 과속도 보호 장치의 검사 방법{METHOD FOR TESTING AN OVERSPEED PROTECTION SYSTEM OF A SINGLE-SHAFT UNIT}
본 발명은 단축 시스템의 과속도 보호 장치의 검사 방법에 관한 것이다.
전기 에너지의 생성을 위한 단축 시스템에서, 가스 터빈, 증기 터빈 및 발전기가 공동의 트레인(train) 상에 배열된다. 단축 시스템의 정상 작동 시에, 전기 에너지가 전력망에 공급되고, 트레인은 예를 들어 50Hz 또는 60Hz와 같은 단축 시스템의 정격 속도에 상응하는 속도로 회전한다. 장애 발생 시에, 특히 발전기에 연결된 전기 부하의 하강 시에, 속도는 정격 속도보다 높은 값으로 상승할 수 있다. 속도가 임계 속도에 도달하는 경우, 단축 시스템은 기계적으로 그리고 열적으로 과부하를 받으며, 이는 단축 시스템의 수명의 단축을 가져온다.
한계 속도의 도달 시에, 트레인의 속도의 추가의 상승을 차단하는 과속도 보호 장치가 결합되며, 한계 속도는 통상, 정격 속도와 임계 속도 사이에 있도록 선택된다. 통상, 과속도 보호 장치는, 시험 작동 중에 단축 시스템의 과부하를 방지하기 위해, 한계 속도가 정상 작동의 한계 속도에 비해 하강하는 시험 작동에서 단축 시스템이 작동되는 방식으로 검사된다.
그러나 정상 작동에서와 동일한 한계 속도가 시험 작동에서 사용되는 것이 바람직할 수도 있다. 또한, 이러한 시험은 예를 들어 한국과 같은 몇몇 나라에서 강제적으로 규정되어 있다.
본 발명의 과제는 단축 시스템의 과속도 보호 장치의 검사 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 단축 시스템의 과부하를 야기하지 않는다.
증기 터빈을 단축 시스템에 결합시킬 수 있는 클러치를 포함하며, 가스 터빈 및 증기 터빈을 포함하는 단축 시스템의 과속도 보호 장치를 검사하기 위한 본 발명에 따른 방법은, (a) 클러치를 결합 해제하는 단계와, (b) 가스 터빈 및 증기 터빈이 정격 속도로 작동되는 단계와, (c) 증기 터빈의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하도록, 증기 터빈 내로 도입되는 증기의 질량 유동이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 증기 터빈의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제1 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와, (d) 제1 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계를 포함한다. 단축 시스템의 정지 상태에서 클러치가 기계적으로 재구성 및 분해되는 방식으로, 클러치의 결합 해제가 수행될 수 있다. 대안적으로, 클러치가 유압식 또는 전기식으로 결합 해제되는 것도 가능하다. 클러치가 결합 해제됨으로써, 증기 터빈이 바람직하게는 가스 터빈보다 높은 속도로 회전할 수 있다. 이에 의해, 제1 과속도 보호의 검사 시에, 가스 터빈은, 가스 터빈이 과부하를 받지 않도록 낮은 속도로 회전함으로써, 본 발명에 따른 방법에 의해 가스 터빈의 긴 수명이 달성될 수 있다. 또한, 클러치의 결합 해제를 통해 증기 터빈이 발전기와 결합되지 않음으로써, 발전기에 연결된 전기 부하의 가능한 차단이 증기 터빈의 속도의 상승을 유도하지 않는다. 이에 의해, 그리고 증기 터빈 한계 속도가 증기 터빈 내로 도입되는 증기의 질량 유동의 증가를 통해 수행됨으로써, 증기 터빈 한계 속도가 느리게 도달될 수 있고, 이에 의해, 증기 터빈의 과부하를 야기할 수도 있는 임계 속도가 바람직하게 방지될 수 있다. 과속도 보호 장치의 검사 시에, 단축 시스템의 정상 작동에서와 동일한 증기 터빈 한계 속도가 사용되더라도, 증기 터빈의 임계 속도가 방지될 수 있다.
상기 방법은 바람직하게는, (d1) 제1 과속도 보호가 개시되는 경우, 증기 터빈 내로 도입되는 증기의 질량 유동이 차단되는 단계를 포함한다. 클러치가 결합 해제되기 때문에, 질량 유동의 차단이 어떠한 경우라도 가스 터빈에 대한 영향을 유도하지 않으며, 이로써, 가스 터빈이 과속도 보호 장치의 검사 중에 증기 터빈과는 무관하게 작동될 수 있다.
바람직하게는 상기 방법은, (e) 가스 터빈의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하도록, 가스 터빈의 속도가 증가되며, 과속도 보호 장치는, 가스 터빈의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제2 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와, (f) 제2 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계를 포함한다. 클러치가 결합 해제됨으로써, 제1 및 제2 과속도 보호가 바람직하게는 서로에 대해 독립적으로 검사될 수 있다. 또한, 가스 터빈 한계 속도 및 증기 터빈 한계 속도가 서로에 대해 독립적으로 선택될 수 있다. 이로써, 가스 터빈 한계 속도를 증기 터빈 한계 속도보다 크거나 동일하거나 작게 선택하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 단축 시스템은 전기 부하가 연결된 발전기를 포함하며, 전기 부하의 차단을 통해 단계(e)가 수행된다. 대안적으로, 가스 터빈 내로 도입되는 연료의 질량 유동의 증가를 통해 단계(e)가 수행된다.
바람직하게는, 전기 부하가 발전기에 연결되며, 상기 전기 부하는, 부하의 차단 후에, 가스 터빈의 속도가 가스 터빈 한계 속도보다 낮게 유지될 만큼, 가스 터빈의 속도가 증가되도록 작게 선택되며, 가스 터빈 내로 도입되는 연료의 질량 유동의 증가를 통해 단계(e)가 수행된다. 가스 터빈 한계값이 연료의 질량 유동의 증가를 통해 도달되는 경우, 가스 터빈 한계값이 느리게 도달될 수 있음으로써, 가스 터빈의 과부하를 야기할 수도 있는 임계 속도의 도달이 바람직하게 저지된다. 과속도 보호 장치의 검사 중에 단축 시스템의 정상 작동에서와 동일한 가스 터빈 한계 속도가 사용되더라도, 가스 터빈의 임계 속도는 방지될 수 있다.
이하, 첨부된 개략적인 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 방법이 상세히 설명된다.
도 1은 단축 시스템의 개략적인 도면을 도시한다.
도면에 도시된 바와 같이, 단축 시스템(1)은 가스 터빈(2), 증기 터빈(3) 및 전기 발전기(4)를 포함한다. 가스 터빈(2) 및 증기 터빈(3)은 회전 에너지를 생성하기 위해 사용되며, 회전 에너지는 발전기(4) 내에서 전기 에너지로 변환된다. 발전기(4)는 가스 터빈(2)과 증기 터빈(3) 사이에 배열된다. 가스 터빈(2)은 가스 터빈 축(5)을 포함하며, 증기 터빈(3)은 증기 터빈 축(6)을 포함한다. 도면에는, 발전기(4) 및 가스 터빈(2)이 함께 가스 터빈 축(5) 상에 배열되는 것이 도시된다. 그러나, 발전기(4)를 위해, 클러치를 통해 가스 터빈 축(5)에 결합되는 별도의 발전기 축이 제공되는 것도 가능하다. 또한, 단축 시스템(1)은 증기 터빈 축(6)과 가스 터빈 축(5)을 결합시킬 수 있는 클러치(7)를 포함한다.
단축 시스템(1)의 속도가 임계값으로 상승하는 것을 방지하기 위해, 단축 시스템(1)은 과속도 보호 장치를 포함한다. 과속도 보호 장치는, 증기 터빈(3)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제1 과속도 보호가 개시되며, 가스 터빈(2)의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제2 과속도 보호가 개시되도록 설치된다. 가스 터빈 한계 속도가 증기 터빈 한계 속도보다 작거나 동일하거나 클 수 있다. 제1 과속도 보호가 개시될 경우에, 예를 들어 증기의 질량 유동이 차단될 수 있다. 제2 과속도 보호가 개시될 경우에, 연료의 질량 유동이 차단될 수 있다.
과속도 보호 장치의 검사를 위해 클러치(7)가 결합 해제됨으로써, 가스 터빈(2) 및 증기 터빈(3)이 서로에 대해 독립적으로 회전할 수 있다. 클러치(7)의 결합 해제는 클러치(7)의 기계적인 재구성 또는 분해를 통해 수행될 수 있다. 대안적으로, 클러치(7)의 결합 해제는 전기 모터 또는 유압에 의해 수행될 수 있다.
가스 터빈(2)이 그 정격 속도로 회전하는 경우, 스위치(9)의 연결을 통해 전기 소비기(10)가 발전기(4)의 전기 연결부(8)에 연결될 수 있다. 소비기(10)의 전기 소비는 발전기(4)에 연결된 전기 부하에 상응한다. 가스 터빈(2) 내로 도입되는 연료의 질량 유동이 하강하지 않으면서, 발전기(4)에 연결된 부하가 하강할 경우에, 이는 가스 터빈(2)의 속도의 상승을 유도한다. 가스 터빈(2)이 가스 터빈 한계값으로 가속될 수 있도록, 스위치(9)의 개방을 통해, 전기 부하가 차단될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 방법이 두 개의 실시예를 참조로 상세히 설명된다.
제1 실시예에서, 가스 터빈(2), 전기 부하가 연결되지 않은 발전기(4) 및 증기 터빈(3)을 포함하며, 증기 터빈(3)을 단축 시스템(1)에 결합시킬 수 있는 클러치(7)를 포함하는 단축 시스템(1)의 과속도 보호 장치의 검사를 위한 방법이 이하의 단계로 수행된다: (a) 클러치(7)의 분해를 통해 클러치(7)가 결합 해제되는 단계와, (b) 가스 터빈(2) 및 증기 터빈(3)이 정격 속도로 작동되는 단계와, (c) 증기 터빈(3)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하도록, 증기 터빈(3) 내로 도입되는 증기의 질량 유동이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 증기 터빈(3)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제1 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와, (d) 제1 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계와, (d1) 제1 과속도 보호가 개시될 경우에, 증기 터빈(3) 내로 도입되는 증기의 질량 유동이 차단되는 단계와, (e) 가스 터빈(2)의 속도가 증기 터빈 한계 속도와 동일한 가스 터빈 한계 속도에 도달하도록, 가스 터빈(2)의 속도가 증가되며, 과속도 보호 장치는, 가스 터빈(2)의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제2 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와, (f) 제2 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계를 포함한다.
제2 실시예에서, 가스 터빈(2), 전기 부하가 연결된 발전기(4) 및 증기 터빈(3)을 포함하며, 증기 터빈(3)을 단축 시스템(1)에 결합시킬 수 있는 클러치(7)를 포함하는 단축 시스템(1)의 과속도 보호 장치의 검사를 위한 방법이 이하의 단계로 수행된다: (a) 클러치(7)가 결합 해제되는 단계와, (b) 가스 터빈(2)이 발전기(4)에 연결된 전기 부하를 가지며 정격 속도로 작동되며, 증기 터빈(3)이 그 정격 속도로 작동되는 단계와, (c) 증기 터빈(3)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하도록, 증기 터빈(3) 내로 도입되는 증기의 질량 유동이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 증기 터빈(3)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제1 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와, (d) 제1 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계와, (d1) 제1 과속도 보호가 개시될 경우에, 증기 터빈(3) 내로 도입되는 증기의 질량 유동이 차단되는 단계와, (e) 스위치(9)의 개방에 의한 전기 부하의 차단을 통해, 가스 터빈(2)의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하도록 가스 터빈(2)의 속도가 증가되며, 과속도 보호 장치는, 가스 터빈(2)의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제2 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와, (f) 제2 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계를 포함한다.
두 개의 실시예에서, 증기 터빈 한계 속도는 정격 속도의 104% 내지 107%일 수 있으며, 가스 터빈 한계 속도는 증기 터빈 한계 속도와 동일할 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 공개된 실시예로 한정되지 않으며, 다른 변형예들이 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 통상의 기술자에 의해 도출될 수 있다.

Claims (6)

  1. 가스 터빈(2), 발전기(4) 및 증기 터빈(3)을 포함하며, 증기 터빈(3)을 단축 시스템(1)에 결합시킬 수 있는 클러치(7)를 포함하는 단축 시스템(1)의 과속도 보호 장치의 검사를 위한 방법이며, 상기 방법은,
    (a) 클러치(7)가 결합 해제되는 단계와,
    (b) 가스 터빈(2) 및 증기 터빈(3)이 정격 속도로 작동되는 단계와,
    (c) 증기 터빈(3)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하도록, 증기 터빈(3) 내로 도입되는 증기의 질량 유동이 증가되며, 과속도 보호 장치는, 증기 터빈(3)의 속도가 증기 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제1 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와,
    (d) 제1 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계를 포함하는 과속도 보호 장치 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (d1) 제1 과속도 보호가 개시될 경우에, 증기 터빈(3) 내로 도입되는 증기의 질량 유동이 차단되는 단계를 포함하는 과속도 보호 장치 검사 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (e) 가스 터빈(2)의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하도록, 가스 터빈(2)의 속도가 증가되며, 과속도 보호 장치는, 가스 터빈(2)의 속도가 가스 터빈 한계 속도에 도달하는 즉시, 제2 과속도 보호가 개시되도록 설치되는 단계와,
    (f) 제2 과속도 보호가 개시되는 지의 여부를 검사하는 단계를 포함하는 과속도 보호 장치 검사 방법.
  4. 제3항에 있어서, 단축 시스템은 전기 부하가 연결된 발전기(4)를 포함하며, 전기 부하의 차단을 통해 단계(e)가 수행되는 과속도 보호 장치 검사 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 가스 터빈(2) 내로 도입되는 연료의 질량 유동의 증가를 통해 단계(e)가 수행되는 과속도 보호 장치 검사 방법.
  6. 제3항에 있어서, 단축 시스템은 전기 부하가 연결된 발전기(4)를 포함하며, 상기 전기 부하는, 부하의 차단 후에, 가스 터빈의 속도가 가스 터빈 한계 속도보다 낮게 유지될 만큼, 가스 터빈(2)의 속도가 증가되도록 작게 선택되며, 가스 터빈(2) 내로 도입되는 연료의 질량 유동의 증가를 통해 단계(e)가 수행되는 과속도 보호 장치 검사 방법.
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