KR20190024183A - 가스터빈 발전설비용 정비 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 가스터빈 발전설비용 정비 시스템은, 다수의 부품을 포함하는 가스 터빈을 운용함에 따르는 운용 정보를 저장하는 운용 정보 저장부와; 운용되는 상기 다수의 부품의 온도를 실시간으로 측정하고, 설정된 이상 고온을 이루는 고온의 부품을 감시하는 온도 모니터링 부와; 상기 다수의 부품 중, 상기 이상 고온을 이루는 부품을 이상 부품으로 선정하는 이상 부품 선정부; 및 상기 이상 부품이 선정되면, 외부로 선정된 상기 이상 부품의 교체에 대한 알람을 발생시키는 알람 발생부를 포함한다.

Description

가스터빈 발전설비용 정비 시스템{MAINTENANCE SYSTEM OF GAS TURBINE POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 가스터빈 발전설비용 정비 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이상 고온으로 상승되는 부품을 미리 감지하여, 이러한 고온 상승의 부품의 교체로 인해 실제 설비가 중지 또는 국부적으로 중지되지 않도록 할 수 있는 가스터빈 발전설비용 정비 시스템에 관한 것이다.
통상, 화력발전소는 연료의 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 에너지 변환 시설로, 보일러와 터빈(Turbine) 및 발전기로 구성되어 있다.
이중 터빈은 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 장치이며, 증기를 이용하면 증기터빈(Steam turbine)이고, 가스를 이용하면 가스터빈(Gas turbine)이라 한다.
이러한 가스터빈은 성능을 감시하여, 성능이 저하되는 경우에 정비를 필요로 한다.
한편, 가스터빈 부품 중에서도 매우 고가인 고온부품들의 관리가 중요시되고 있다.
고온부품이란 연소기와 터빈내부에 설치된 부품을 말하며, 일반적인 발전설비의 수명 관리와는 달리 연소가스가 직접 접촉하는 고온의 조건에서 운전되므로 고온부품은 일정시간 사용 후 주기적으로 교체해야 하는 특징이 있다.
고온부품을 수명기간까지 사용하기 위하여 주기적으로 점검한다는 것은 설비 안전과 부품수명 연장을 위하여 필요한 조치를 취한다는 면에서 매우 중요한 뜻을 지닌다.
따라서 고온부품의 점검은 적기에, 그리고 운전형태를 감안하여 높은 기준을 적용해서 수행되어야 할 필요가 있다.
특히 설비 제작사는 그 중요성을 설비 사용자에게 알리기 위하여 점검주기 추천 기준을 제공하는데, 이 제작사의 추천 기준은 제한된 운전조건을 전제로 한 일반적인 참고 내용으로 받아들여야 한다.
즉, 설비 사용자는 제작사가 전제로 한 운전조건을 이해하고 사용자의 조건에 맞게 현장에 적용할 효율적인 점검주기를 정해야 한다.
때문에 복수의 발전기에 사용되는 가스터빈의 호기별 고온부품들을 설비 사용자가 수작업으로 부품의 재생, 교체, 정비, 부품 조달 등을 일일이 관리하게 되면서 수작업에 따른 업무 효율성 저하 및 체계적 관리가 곤란한 문제점이 있다.
참고로, 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1010717(2011.01.24)의 "상태기반 발전소 운전 및 정비 관리시스템(문헌 1)"에는 발전소 설비에 대하여, 정비관리부, 신뢰도 관리부 및 위험도 관리부의 설비분류체계를 표준화시켜 이들 상호 간의 정보의 연계를 원활하게 하고, 코스트-타임 분석부를 통해 정비 대상 설비 및 정비 대상 설비에 대한 최적정비 시점을 판단할 수 있는 기술을 개시하고 있다.
그러나 종래 기술은 가스터빈의 성능 특성에만 맞춘 것이기 때문에 가스터빈의 정비 운용에는 상대적으로 적합도가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 문헌 1을 포함한 발전 관련 시스템에서 사용되는 사용자 모드를 보면, 도 1에 도시된 바와 같이 전체 시스템이 표출되어 있는 화면이 조잡하여 전체적인 시스템을 운용 관리하는 데 있어 최적화가 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
그리고 국내에서는 가스터빈 제작사마다 수명주기를 제시하는 기준이 달라서 부품의 정비, 재생, 폐기와 같은 정비 주기가 운용 발전사 간의 협상에 따라 가변적으로 결정되는 일이 비일비재하다.
따라서 가스터빈의 실시간 운전상태를 기반으로 한 정비의사결정 모델의 도입을 통한 효율적인 유지보수 관리 지원 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
더하여, 종래에는 수명 주기에 이른 부품에 대한 이루어지는 경우, 실제 설비가 중지 또는 국부적으로 중지되어야 하는 문제점이 있다.
이에 따라, 정비 주기에 이르는 고온으로 상승되는 고온 부품을 정비가 용이하게 이루어지도록 냉각을 자동으로 실시하며 실질적으로 정비가 이루어지는 동안에 전체적인 설비 운용 정보가 중지되지 않도록 할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
본 발명은, 선행문헌인 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1010717(2011.01.24)과 관련이 있다.
본 발명의 목적은, 이상 고온으로 상승되는 부품을 미리 감지하여, 이러한 고온 상승의 부품의 교체로 인해 실제 설비가 중지 또는 국부적으로 중지되지 않도록 할 수 있는 가스터빈 발전설비용 정비 시스템를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 가스터빈 발전설비용 정비 시스템은, 다수의 부품을 포함하는 가스 터빈을 운용함에 따르는 운용 정보를 저장하는 운용 정보 저장부와; 운용되는 상기 다수의 부품의 온도를 실시간으로 측정하고, 설정된 이상 고온을 이루는 고온의 부품을 감시하는 온도 모니터링 부와; 상기 다수의 부품 중, 상기 이상 고온을 이루는 부품을 이상 부품으로 선정하는 이상 부품 선정부; 및 상기 이상 부품이 선정되면, 외부로 선정된 상기 이상 부품의 교체에 대한 알람을 발생시키는 알람 발생부를 포함한다.
상기 온도 모니터링 부는, 상기 다수의 부품의 온도를 측정하는 온도 센서들과, 상기 온도 센서들로부터 측정되는 상기 다수의 부품의 온도가 상기 설정된 이상 고온에 해당되는 지의 여부를 판단하는 판단기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 이상 부품 선정부는, 정보 대체부를 포함하되,
상기 정보 대체부는, 상기 이상 고온을 이루는 부품으로 선정된 시점 전, 설정된 작동 시간에 해당되는 상기 이상 고온을 이루는 부품의 운용 정보를, 상기 이상 고온을 이루는 부품 이외의 부품의 운용 정보로 대체하는 것이 바람직하다.
상기 이상 부품 선정부는, 정보 대체부를 포함하되,
상기 정보 대체부는, 외부 설비 서버와 연결되되, 상기 외부 설비 서버는 상기 다수의 부품에 상응하는 다른 다수의 부품에 대한 운용 정보를 상기 정보 대체부로 실시간으로 제공하고,
상기 정보 대체부는, 상기 이상 고온을 이루는 부품으로 선정된 시점 전, 설정된 작동 시간에 해당되는 상기 이상 고온을 이루는 부품의 운용 정보를, 상기 다른 다수의 부품에 대한 운용 정보 중, 상기 이상 고온을 이루는 부품에 해당되는 운용 정보로 선정하여 대체하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 온도 센서들은, 상기 다수의 부품 각각에서, 설정된 경로를 따라 왕복 이동하면서, 다수의 위치에 대한 온도를 측정하는 것이 바람직하다.
상기 온도 센서들은, 상기 다수의 부품의 근방에 배치되는 레일에 배치되어, 상기 제어기로부터 제어되는 리니어 모터의 구동에 의해 설정되는 이동 속도로 상기 레일을 따라 이동되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이상 부품 선정부는, 발전소의 내부 장치에 사용되는 상기 이상 부품의 재생, 정비, 교체, 폐기 및 재고에 대한 이력을 관리하는 이상부품관리 모드와, 상기 판단기를 통해 판단된 상기 이상 부품의 운용 정보를 통해 상기 가스터빈의 최적의 오버홀 주기를 계산하는 오버홀주기 관리 모드와, 상기 이상부품관리 모드에서 산출되는 정보를 통해 상기 이상 부품의 재생 및 정비시 폐기율이 증가하지 않는 시점을 점검주기로 계산하는 이상부품점검 모드를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 판단기는, 상기 이상 부품의 운용 정보를 통해 압축기 효율, 터빈 효율, 출력, 배기가스 온도, 연료 소모율, 입구안내깃(Inlet Guide Vane. IGV) 각도에 대한 분석 결과를 산출하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 이상 고온으로 상승되는 부품을 미리 감지하여, 이러한 고온 상승의 부품의 교체로 인해 실제 설비가 중지 또는 국부적으로 중지되지 않도록 할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 압축부 등의 영역에 포함되는 부품들의 온도를 감지하는 경우, 이동식 온도 센서를 통해 온도를 실시간으로 감지함으로써, 부품 전체 영역에서의 온도를 정확하게 감지하여 온도 측정이 국부적으로 한정되는 문제를 해결할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 발전 관련 시스템에서 사용되는 모니터링 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 가스터빈 발전설비용 정비 시스템에 적용되는 가스터빈을 보여주는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 가스터빈 발전설비용 정비 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 가스터빈 발전설비용 정비 시스템에서 정보 대체부의 다른 예를 보여주는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 온도 센서들의 온도 측정 예를 보여주는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
이하에서 기재의 "상부 (또는 하부)" 또는 기재의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 구비 또는 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 구비 또는 배치되는 것을 의미한다.
또한, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 구비 또는 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명은 가스터빈 발전설비용 정비 시스템을 설명한다.
도 2는 가스터빈 발전설비용 정비 시스템에 적용되는 가스터빈을 보여주는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 가스터빈 발전설비용 정비 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2 및 도 3을 참조 하면, 본 발명의 가스터빈 발전설비용 정비 시스템은, 가스터빈의 운전 시 정비를 위해 사용된다. 상기 기스 터빈은 공기 유입부(100), 압축부(200) 및 연소부(300) 및, 터빈부(400)를 갖고, 상기 압축부(200) 및 연소부(300) 및, 터빈부(400) 각각에는 공정 진행시 고온으로 상승되는 부품들(210,310,410)이 각각 구비된다.
그리고, 본 발명의 가스터빈 발전설비용 정비 시스템은 다수의 부품(210,310,410)을 포함하는 가스 터빈을 운용함에 따르는 운용 정보를 저장하는 운용 정보 저장부(10)와, 운용되는 상기 다수의 부품(210,310,410)의 온도를 실시간으로 측정하고, 설정된 이상 고온을 이루는 고온의 부품을 감시하는 온도 모니터링 부(20)와, 상기 다수의 부품(210,310,410) 중, 상기 이상 고온을 이루는 부품을 이상 부품으로 선정하는 이상 부품 선정부(30)과, 상기 이상 부품이 선정되면, 외부로 선정된 상기 이상 부품의 교체에 대한 알람을 발생시키는 알람 발생부(40)를 포함한다.
상기 온도 모니터링 부(20)는, 상기 다수의 부품(210,310,410)의 온도를 측정하는 온도 센서들(21)과, 상기 온도 센서들(21)로부터 측정되는 상기 다수의 부품(210,310,410)의 온도가 상기 설정된 이상 고온에 해당되는 지의 여부를 판단하는 판단기(22)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 이상 부품 선정부(30)는, 정보 대체부(31)를 포함한다.
상기 정보 대체부(31)는, 상기 이상 고온을 이루는 부품으로 선정된 시점 전, 설정된 작동 시간에 해당되는 상기 이상 고온을 이루는 부품의 운용 정보를, 상기 이상 고온을 이루는 부품 이외의 부품의 운용 정보로 대체할 수 있다.
도 4는 본 발명의 가스터빈 발전설비용 정비 시스템에서 정보 대체부의 다른 예를 보여주는 블록도이다.
도 4를 참조 하면, 또 한편, 본 발명에 따르는 이상 부품 선정부(30)는, 정보 대체부(31)를 포함하되, 상기 정보 대체부(31)는, 외부 설비 서버(50)와 연결된다.
그리고, 상기 외부 설비 서버(50)는 상기 다수의 부품(210,310,410)에 상응하는 다른 다수의 부품(210',310',410')에 대한 운용 정보를 상기 정보 대체부(31)로 실시간으로 제공할 수 있다.
이어, 상기 정보 대체부(31)는, 상기 이상 고온을 이루는 부품으로 선정된 시점 전, 설정된 작동 시간에 해당되는 상기 이상 고온을 이루는 부품의 운용 정보를, 상기 다른 다수의 부품(210',310',410')에 대한 운용 정보 중, 상기 이상 고온을 이루는 부품에 해당되는 운용 정보로 선정하여 대체할 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따르는 온도 센서들의 온도 측정 예를 보여주는 도면이다.
도 5를 참조 하면, 특히, 상기 온도 센서들(21)은, 상기 다수의 부품(210,310,410) 각각에서, 설정된 경로를 따라 왕복 이동하면서, 다수의 위치에 대한 온도를 측정할 수 있다.
여기서, 상기 온도 센서들(21)은, 상기 다수의 부품(210,310,410)의 근방에 배치되는 레일(60)에 배치될 수 있다. 제어기(70)로부터 제어되는 리니어 모터(71)의 구동에 의해 설정되는 이동 속도로 상기 레일(60)을 따라 이동될 수 있다.
떠라서, 본 발명은, 압축부 등의 영역에 포함되는 부품들의 온도를 감지하는 경우, 이동식 온도 센서를 통해 온도를 실시간으로 감지함으로써, 부품 전체 영역에서의 온도를 정확하게 감지하여 온도 측정이 국부적으로 한정되는 문제를 해결할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명에 따르는 이상 부품 선정부(30)는, 발전소의 내부 장치에 사용되는 상기 이상 부품의 재생, 정비, 교체, 폐기 및 재고에 대한 이력을 관리하는 이상부품관리 모드와, 상기 판단기(21)를 통해 판단된 상기 이상 부품의 운용 정보를 통해 상기 가스터빈의 최적의 오버홀 주기를 계산하는 오버홀주기 관리 모드와, 상기 이상부품관리 모드에서 산출되는 정보를 통해 상기 이상 부품의 재생 및 정비시 폐기율이 증가하지 않는 시점을 점검주기로 계산하는 이상부품점검 모드를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 판단기(21)는, 상기 이상 부품의 운용 정보를 통해 압축기 효율, 터빈 효율, 출력, 배기가스 온도, 연료 소모율, 입구안내깃(Inlet Guide Vane. IGV) 각도에 대한 분석 결과를 산출할 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 각 부품 근방에 별도의 냉각풍을 불어낼 수 있는 냉각 장치를 더 구비하도록 하여, 이상 부품으로 선정되는 경우 제어기는 냉각 장치를 사용하여 냉각품을 해당 이상 부품으로 공급하여 온도를 낮추는 시도를 설정된 시간 동안 추가적으로 실시하고, 이에도 불구하고, 이상 온도를 유지하는 경우, 이상 부품으로 최종 판단할 수 있도록 할 수도 있다.
상기의 구성 및 작용에 따라, 본 발명에 따르는 실시예는 수명 주기에 이른 부품에 대한 이루어지는 경우, 실제 설비가 중지 또는 국부적으로 중지되지 않도록 하며, 정비 주기에 이르는 고온으로 상승되는 고온 부품을 정비가 용이하게 이루어지도록 냉각을 자동으로 실시할 수 있는 이점이 있다.
이상, 본 발명의 가스터빈 발전설비용 정비 시스템에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 운용정보저장부
20 : 온도 모니터링부
30 : 이상부품선정부
40 : 알람발생부
100 : 공기 유입부
200 : 압축부
300 : 연소부
400 : 터빈부

Claims (4)

  1. 다수의 부품을 포함하는 가스 터빈을 운용함에 따르는 운용 정보를 저장하는 운용 정보 저장부;
    운용되는 상기 다수의 부품의 온도를 실시간으로 측정하고, 설정된 이상 고온을 이루는 고온의 부품을 감시하는 온도 모니터링 부; 및
    상기 다수의 부품 중, 상기 이상 고온을 이루는 부품을 이상 부품으로 선정하는 이상 부품 선정부; 및
    상기 이상 부품이 선정되면, 외부로 선정된 상기 이상 부품의 교체에 대한 알람을 발생시키는 알람 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 발전설비용 정비 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 모니터링 부는,
    상기 다수의 부품의 온도를 측정하는 온도 센서들과,
    상기 온도 센서들로부터 측정되는 상기 다수의 부품의 온도가 상기 설정된 이상 고온에 해당되는 지의 여부를 판단하는 판단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 발전설비용 정비 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 이상 부품 선정부는,
    정보 대체부를 포함하되,
    상기 정보 대체부는,
    상기 이상 고온을 이루는 부품으로 선정된 시점 전, 설정된 작동 시간에 해당되는 상기 이상 고온을 이루는 부품의 운용 정보를,
    상기 이상 고온을 이루는 부품 이외의 부품의 운용 정보로 대체하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 발전설비용 정비 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 이상 부품 선정부는,
    정보 대체부를 포함하되,
    상기 정보 대체부는, 외부 설비 서버와 연결되되,
    상기 외부 설비 서버는 상기 다수의 부품에 상응하는 다른 다수의 부품에 대한 운용 정보를 상기 정보 대체부로 실시간으로 제공하고,
    상기 정보 대체부는,
    상기 이상 고온을 이루는 부품으로 선정된 시점 전, 설정된 작동 시간에 해당되는 상기 이상 고온을 이루는 부품의 운용 정보를,
    상기 다른 다수의 부품에 대한 운용 정보 중, 상기 이상 고온을 이루는 부품에 해당되는 운용 정보로 선정하여 대체하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 발전설비용 정비 시스템.


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