KR20160060407A - 발전소 변압기 고전압측 상별 전류측정을 통한 개방위상상태 검출 시스템 및 그 방법 - Google Patents

발전소 변압기 고전압측 상별 전류측정을 통한 개방위상상태 검출 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출 시스템은 발전소 변압기 고전압 측에 연결되어, 상기 변압기의 전압 인가에 따른 여자 전류 또는 부하 전류를 전달받는 변류기; 상기 변류기 2차 회로에 유기된 전류 또는 전압을 입력받아, 발전소 변압기 고전압 측의 개방위상상태를 검출하는 개방위상상태 검출기를 포함한다.

Description

발전소 변압기 고전압측 상별 전류측정을 통한 개방위상상태 검출 시스템 및 그 방법{System and Method for Detecting Open-Phase Conditions by Measuring Phase Current on High Voltage Side of Transformer in Power-plant}
본 발명은 변압기 무부하 또는 경부하 운전 중 작은 여자전류 및 부하전류를 상별로 계측함으로써 변압기 고전압측에서 발생한 개방위상상태로 인한 고장을 검출할 수 있는 개방위상상태 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.
국내외 발전소의 소내용 전력은 운전 상태 및 정비 여부에 따라 다른 경로를 통해 공급되며, 발전소 외부 전력계통은 발전소 주변압기와 대기보조변압기를 통해 연결된다.
일반적으로 주변압기 권선은 Y-△ 결상으로, 대기보조변압기 권선은 Y-Y-△로 결상하여 운전하며, 이러한 결상방식을 사용하는 변압기들은 무부하나 경부하 운전 중 스위치 야드 또는 전력계통에서 개방위상상태(결상 및/또는 단선)가 발생 할 경우 고장검출을 못하는 단점이 있다.
발전소 정상출력 운전 중 발전기 및 주변압기 등에 고장이 발생할 경우 발전소 소내부하는 대기보조변압기로 절체되는데, 원자력발전소의 경우 대기보조변압기와 연계된 계통의 개방위상상태(결상 및/또는 단선)로 인한 고장 상태에서 소내전원절체 또는 비상디젤발전기 기동시 안전모선의 정상전원공급을 실패하는 문제가 발생한다. 이와 같은 사례로는 2012년 1월 30일 미국 Byron 원전 보조변압기 연결상로 1상 단선되어 발전 정지했던 경우나 2013년 5월 30일 스웨덴 Forsmark 연결상로 2상 상실하여 원자로 잔열제거계통 정지된 경우가 있었다.
무부하 또는 경부하에서는 변압기 고전압측 전력계통에 개방위상상태(결상 및/또는 단선)이 발생하여도 변압기 △ 권선에 의해 Y 권선에 정상전압이 재유기 되어 변압기 저전압측 부하모선에 전압강하나 전압불평형이 발생하지 않으며, 이러한 현상 때문에 부하모선에 설치된 저전압계전기가 부동작하게 된다.
이를 해결하기 위한 시도로 EPRI(Analysis of Station Auxiliary Transformer Response to Open-Phase Conditions, 2013.07.30)에서는 대기보조변압기의 중성선에 영상전류 검출장치를 설치하여 대기보조변압기와 연계된 계통의 개방위상상태로 인한 고장을 검출하는 방법을 제안하였으나,비접지식 변압기에는 적용할 수 없으며 개방위상상태가 발생한 상 구별이 불가능하며, 지락고장 시 오작동을 하게 되는 한계가 있다.
한국특허공개공보 10-2013-0044247
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 변압기 고전압측 상별 전류측정을 통한 개방위상상태 검출 시스템 및 그 방법에 의하면, 변압기 무부하 또는 경부하 운전 중 변압기 고전압측의 각 상에는 소정 전류값 이상의 여자전류 및 부하전류 흐름을 감지하나, 변압기 고전압측에서 개방위상상태로 인한 고장 발생시 개방된 상에는 전류가 흐르지 않는 것을 감지하여, 변압기 고전압 측의 개방위상상태 여부 및 개방된 상을 검출하여 원자력발전소 운전 중 발생할 수 있는 고장 및 발전소 정지를 미연에 방지하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출 시스템은 전류를 전달받는 변류기; 상기 변류기 2차 회로에 유기된 전류 또는 전압을 입력받아, 발전소 변압기 고전압 측의 개방위상상태를 검출하는 개방위상상태 검출기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 개방위상상태 검출기는 상기 변류기 2차회로에 유기된 전류를 전압으로 변성하는 전류계측부; 상기 전류 계측부로부터 전압을 입력받아 노이즈를 필터링하는 필터부; 상기 필터부로부터 전압을 입력받아 디지털화하는 제1신호입력부; 차단기로부터 차단기 상태정보를 입력받아 디지털화하는 제2신호입력부; 및 상기 제1신호입력부로부터 전달받은 디지털 전압과 상기 제2신호입력부로부터 전달받은 디지털 차단기 상태정보를 연산하는 연산부를 포함할 수 있다.
상기 연산부는 상기 제1신호입력부로부터 전달받은 디지털 전압을 디지털 전류값으로 변환하는 변환유닛; 상기 제2신호입력부로부터 차단기 상태정보 입력받아, 차단기가 투입된 상태에서, 상기 변환유닛으로부터 입력된 디지털 전류값이 소정 전류값 이하가 되는 경우에 상기 발전소 변압기 고전압측에 고장이 발생된 것으로 결정하는 동작전류값을 설정하는 동작값 설정유닛; 상기 동작값 설정유닛으로부터 전달받은 디지털 전류값이 상기 동작전류값 이하로 소정 시간 유지되는 경우에 경보가 발생하는 동작지연시간을 결정하는 동작지연시간 설정유닛;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 동작지연시간 설정유닛은 경보부와 연결되어, 상기 동작지연시간이 경과 후에, 상기 경보부에서 경보를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출 시스템은 발전소 변압기로부터 여자 전류 또는 부하 전류를 입력받아 변류기 2차 회로에 전류 또는 전압으로 유기하는 변류단계; 상기 유기된 전류를 입력받아 전압으로 변성하는 전류계측단계; 상기 변성된 전압을 입력받아 노이즈를 필터링하는 필터링단계; 상기 필터링된 전압을 입력받아, 디지털화하고, 차단기로부터 차단기 개폐정보를 입력받아 디지털화하는 신호입력단계; 및 상기 디지털된 전압과 상기 디지털 차단기 개폐정보를 입력받아 발전소 변압기 고전압측 상별 전류를 연산하는 연산단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연산단계는상기 신호입력단계에서 출력된 디지털 전압을 입력받아 디지털 전류값으로 변성시키는 전류계측단계; 상기 신호입력단계에서 출력된 디지털 차단기 개폐정보와 상기 전류 변성단계에서 출력된 디지털 전류값 입력받아 차단기가 투입된 상태에서, 상기 디지털 전류값이 소정 전류값 이하가 되는 경우에 발전소 변압기 고전압측에 고장이 발생된 것으로 결정하는 동작전류값 설정단계; 상기 디지털 전류값이 동작전류값 이하로 소정시간 유지되는 경우에 경보신호가 발생하도록 동작지연시간을 설정하는 동작지연설정단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 변압기 고전압측 상별 전류측정을 통한 개방위상상태 검출 시스템 및 그 방법에 의하면, 변압기 부하에 상관없이 발전소 주변압기 및 대기보조변압기의 고전압측 개방위상상태로 인한 고장을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 변압기 고전압측 상별 전류측정을 통한 개방위상상태 검출 시스템 및 그 방법에 따르면, 발전소 변압기 고전압측 상별 고장을 검출하여 사전 조치함으로써 주전력계통 고장발생시 소내전원 절체를 원활하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 고전압측 상별 개방위상상태 검출 시스템의 블록도이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방위상상태 검출기를 도시한 것이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 연산부를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방위상상태 검출기의 모의동작 파형을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상별 개방위상상태 검출방법을 도시한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 개방위상상태란 변압기(100) 고전압 측의 상이 개방된 상태로 결상과 단선을 지칭하는 것이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출 시스템(1000)은 변류기(200), 개방위상상태 검출기(300), 차단기(400), 경보부(500)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 변압기(100)에 전압이 인가되면 여자전류 또는 부하전류가 흐르게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기(200)는 변압기(100) 고전압측에 설치되며, 변압기(100)에 흐르던 여자전류 또는 부하전류는 변류기(200) 2차회로에 전류 또는 전압으로 유기된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 변류기(200)를 로고스키 코일 변류기를 이용하는 경우에, 여자전류 또는 부하전류는 변류기(200) 2차회로에 전압 형태로 출력될 수 있다.
변류기(200)의 1, 2차 변류비는 여자전류의 정확한 측정을 위해 가능하한 한 최소가 되어야 하나 발전기가 100% 출력내는 정상운전상태에서 2차측 전격전류인 5A(단, 765kV는 1A)를 초과하지 않아야 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 개방위상상태 검출기(300)는변류기(200)에서 출력된 변류기(200) 2차 회로에 유기된 전류를 전압으로 변성하여, 발전소 변압기(100) 고전압측 상별 단선 및/또는 결상을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 개방위상상태 검출기(300)는 외부 전자계 영향이 없도록 차폐될 수 있다. 예컨대, 개방위상상태 검출기(300) 외부를 티타늄 소재의 엔클로져에 수납하여 외부 전자계로부터 개방위상상태 검출기(300)를 차폐시켜 각 상별 전류 측정 시 오류를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 개방위상상태 검출기(300)는 수십 mA 수준의 전류까지 계측할 수 있도록 정밀도가 높게 설계될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방위상상태 검출기(300)를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 개방위상상태 검출기(300)는 전원공급부(미도시), 전류 계측부(310), 필터부(320), 신호입력부(330), 연산부(340)를 포함할 수 있다.
도 2를 계속 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급부(미도시)는 별도의 외부전원(미도시)으로부터 전원을 공급받아 개방위상상태 검출기(300)의 내부 부품(예컨대, 전류 계측부(310), 연산부(340) 등)의 구동전원으로 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전류 계측부(310)는 변류기(200) 2차 회로에 유기된 전류를 전압으로 변성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(320)는 전류 계측부(310)로부터 공급된 제공된 아날로그 전압 신호 값을 외부써지와 고조파 등의 노이즈를 필터링 하여 신호입력부(330)로 전달할 수 있다.
신호입력부(330)는 제1신호입력부(331)와 제2신호입력부(332)를 포함할 수 있다. 제1신호입력부(331)는 필터부(320)로부터 전달된 아날로그 전압을 디지털화하여 연산부(340)로 전달할 수 있다. 또한, 제2신호입력부(332)는 차단기(400)로부터 차단기 상태정보를 입력받아 디지털화하여, 디지털화된 차단기 상태정보를 연산부(340)로 전달할 수 있다. 여기서, 차단기 상태정보는 차단기 개폐정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연산부(340)는 제1신호입력부(331)으로부터 전달받은 디지털화된 전압과 제2신호입력부(332)로부터 전달받은 디지털 차단기 상태정보를 연산하여 발전소 변압기(100) 고전압측 상별 전류를 측정하도록 설계될 수 있다.
도 3을 참조하면 본 발명의 연산부(340)는 변환유닛(341), 동작값 설정유닛(342), 동작지연시간 설정유닛(343)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변환유닛(341)은 제1신호입력부(331)부터 입력받은 디지털 전압을 디지털화된 전류값을 변환하여 수치적으로 표현할 수 있다.
도 3과 도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작값 설정유닛(342)은 변환유닛(341)으로부터 디지털화된 전류값를 입력받고, 제2신호입력부(332)로부터 디지털 차단기 상태정보를 입력받아, 차단기가 투입된 상태에서, 디지털 전류값이 소정 전류값 이하가 되는 경우에 발전소 변압기(100) 고전압측에 고장(결상 및/또는 단선)이 발생된 것으로 결정하도록 동작전류값을 설정할 수 있다. 여기서 차단기 상태정보는 상기 제2신호입력부(332)에서 디지털화되어 상기 동작값 설정유닛으로 입력될 수 있다.
즉, 동작값 설정유닛(342)은 제2신호입력부(332)로부터 디지털 차단기 상태정보를 입력받아, 변압기 고전압측에 설치된 스위치야드 차단기가 투입된 상태에서의 소정 디지털 전류값을 동작전류값으로 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 동작값 설정유닛(342)은 동작전류값 이하로 전류가 떨어지는 경우에 전류를 실시간으로 동작지연시간 설정유닛(333)으로 전달할 수 있다.
도 3과 도4를 계속 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작지연시간 설정유닛(333)은 경보부(500)와 연결되며, 동작값 설정유닛(342)에서 전달된 전류값이 동작전류값 이하로 소정시간 유지되는 경우에 경보부(500)에서 경보신호가 발생하도록 동작지연시간을 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 동작지연시간은 0 내지 3600초가 될 수 있다. 다만 이는 하나의 실시예이며, 운전원 또는 발전소 상황에 따라 다르게 설정될 수도 있다.
도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출방법은 변류단계(S100), 전류계측단계(S200), 필터링 단계(S300), 신호입력단계(S400), 연산단계(S500)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변류단계(S100)는 변압기(100)로부터 전달받은 여자전류 또는 부하전류를 변류기(200) 2차 회로에 전류 또는 전압으로 유기되는 단계를 포함한다. 여기서 변류기(200)의 1, 2차 변류비 여자전류의 정확한 측정을 위해 가능한 최소가 되어야 하나 발전기가 100% 출력내는 정상운전상태에서 2차측 정격전류인 5A(단, 765kV는 1A)를 초과하지 않아야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전류계측단계(S200)는 변류기(200) 2차 회로로 유기된 전류를 전압으로 변성시키는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터링단계(S300)는 전류계측단계(S200)에서 제공된 아날로그 전압의 노이즈를 필터링 하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호입력단계(S400)는 필터링단계(S300) 이후에 필터링된 아날로그 전압을 입력받아 디지털화여 출력하고, 차단기로부터 차단기 상태정보(개폐정보)를 입력받아 디지털화하여 출력하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연산단계(S500)는 신호입력단계(S400)에서 출력된 디지털 전압과 디지털 차단기 개폐정보를 연산하여 발전소 변압기 고전압측 상별 전류를 측정하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연산단계(S500)는 전류변성단계, 동작값 설정단계, 동작지연시간 설정단계을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전류변성단계는 신호입력단계(S400)에서 디지털화된 전압을 디지털화된 전류값으로 변환시켜, 수치적으로 표현하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동작값 설정단계는 전류변성단계에서 출력된 디지털 전류값과 디지털 차단기 개폐정보를 입력받아 차단기가 투입된 상태에서, 디지털 전류값(발전소 변압기 고전압측 상별 전류)이 소정 전류값 이하가 되는 경우에 발전소 변압기 고전압측에 고장이 발생된 것으로 결정하는 동작전류값을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동작지연시간 설정단계는 상기 디지털 전류값이 상기 동작전류값 이하로 소정시간 유지되는 경우에 경보신호가 발생하도록 동작지연시간을 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 상별 개방위상상태 검출 시스템 및 방법에 의하면 변압기(100)의 부하에 상관 없이 발전소 주변압기및 대기보조 변압기의 대기보조변압기계통의 개방위상상태(결상 및/또는 단선)을 검출하도록 하여, 결상 및/또는 단선 운전으로 인한 발전기 및 주변압기 계통 고장을 검출할 수 있다. 그렇게 함으로써 대기 보조 변압기 계통으로 절체되어 결상 및/또는 단선 고장으로 인한 절체 실패가 발생하여 비상디젤발전기 기동이 실패하여, 소내전원상실이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상별 개방위상상태 검출 시스템 및 방법에 의하는 경우, 원자력 발전소의 경우에는 핵연료냉각시스템에 안전적인 전원을 공급이 가능하고, 화력 등 일반 발전소의 경우에는 가동률이 향상될 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.

Claims (6)

  1. 발전소 변압기 고전압 측에 연결되어, 상기 변압기의 전압 인가에 따른 여자 전류 또는 부하 전류를 전달받는 변류기; 및
    상기 변류기 2차 회로에 유기된 전류 또는 전압을 입력받아, 발전소 변압기 고전압 측의 개방위상상태를 검출하는 개방위상상태 검출기를 포함하는 발전소 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개방위상상태 검출기는
    상기 변류기 2차회로에 유기된 전류를 전압으로 변성하는 전류계측부;
    상기 전류 계측부로부터 전압을 입력받아 노이즈를 필터링하는 필터부;
    상기 필터부로부터 전압을 입력받아 디지털화하는 제1신호입력부;
    차단기로부터 차단기 상태정보를 입력받아 디지털화하는 제2신호입력부; 및
    상기 제1신호입력부로부터 전달받은 디지털 전압과 상기 제2신호입력부로부터 전달받은 디지털 차단기 상태정보를 연산하는 연산부를 포함하는 발전소 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연산부는
    상기 제1신호입력부로부터 전달받은 디지털 전압을 디지털 전류값으로 변환하는 변환유닛;
    상기 변환유닛으로부터 디지털 전류값을 입력받고, 제2신호입력부로부터 디지털 차단기 상태정보 입력받아, 차단기가 투입된 상태에서, 상기 변환유닛으로부터 입력된 디지털 전류값이 소정 전류값 이하가 되는 경우에 상기 발전소 변압기 고전압측에 고장이 발생된 것으로 결정하는 동작전류값을 설정하는 동작값 설정유닛; 및
    상기 동작값 설정유닛으로부터 전달받은 디지털 전류값이 상기 동작전류값 이하로 소정 시간 유지되는 경우에 경보가 발생하는 동작지연시간을 결정하는 동작지연시간 설정유닛;을 포함하는 발전소 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 동작지연시간 설정유닛은 경보부와 연결되어, 상기 동작지연시간이 경과 후에, 상기 경보부에서 경보를 발생시키는 발전소 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출 시스템.
  5. 발전소 변압기로부터 여자 전류 또는 부하 전류를 입력받아 변류기 2차 회로에 전류 또는 전압으로 유기하는 변류단계;
    상기 유기된 전류를 입력받아 전압으로 변환하는 전류계측단계;
    상기 변성된 전압을 입력받아 노이즈를 필터링하는 필터링단계;
    상기 필터링된 전압을 입력받아, 디지털화하고, 차단기로부터 차단기 개폐정보를 입력받아 디지털화하는 신호입력단계; 및
    상기 디지털된 전압과 상기 디지털 차단기 개폐정보를 입력받아 발전소 변압기 고전압측 상별 전류를 연산하는 연산단계;를 포함하는 발전소 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 연산단계는
    상기 신호입력단계에서 출력된 디지털 전압을 입력받아 디지털 전류값으로 변성시키는 전류계측단계;
    상기 신호입력단계에서 출력된 디지털 차단기 개폐정보와 상기 전류계측단계에서 출력된 디지털 전류값을 입력받아 차단기가 투입된 상태에서, 상기 디지털 전류값이 소정 전류값 이하가 되는 경우에 발전소 변압기 고전압측에 고장이 발생된 것으로 결정하는 동작전류값 설정단계; 및
    상기 디지털 전류값이 동작전류값 이하로 소정시간 유지되는 경우에 경보신호가 발생하도록 동작지연시간을 설정하는 동작지연설정단계;를 포함하는 발전소 변압기 고전압측 상별 개방위상상태 검출방법.
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