KR20220155832A - 감시 센서를 통한 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법 - Google Patents

감시 센서를 통한 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220155832A
KR20220155832A KR1020210063599A KR20210063599A KR20220155832A KR 20220155832 A KR20220155832 A KR 20220155832A KR 1020210063599 A KR1020210063599 A KR 1020210063599A KR 20210063599 A KR20210063599 A KR 20210063599A KR 20220155832 A KR20220155832 A KR 20220155832A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power generation
power
monitoring
generated
sensor
Prior art date
Application number
KR1020210063599A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102590661B1 (ko
Inventor
송대일
김희선
김범신
박명수
장용희
Original Assignee
한국전력공사
한국중부발전(주)
한국남부발전 주식회사
한국동서발전(주)
한국남동발전 주식회사
한국서부발전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사, 한국중부발전(주), 한국남부발전 주식회사, 한국동서발전(주), 한국남동발전 주식회사, 한국서부발전 주식회사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020210063599A priority Critical patent/KR102590661B1/ko
Publication of KR20220155832A publication Critical patent/KR20220155832A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102590661B1 publication Critical patent/KR102590661B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/36—Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1885—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using rotating means, e.g. synchronous generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/25—Devices for sensing temperature, or actuated thereby
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/27—Devices for sensing current, or actuated thereby
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/38—Structural association of synchronous generators with exciting machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

발전기/동기 조상기에서 엔드 권선의 진동(End Winding Vibration)을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 감시 센서를 통한 엔드 영역 문제 경감 시스템이 개시된다. 상기 엔드 영역 문제 경감 시스템은, 다수의 발전 세트로 이루어지는 발전소, 다수의 상기 발전 세트에서 생성되는 전력을 승압 또는 강압하는 전력 변환 블럭, 다수의 상기 발전 세트의 엔드 영역에 설치되며, 다수의 상기 발전 세트의 상태를 모니터링하여 상태 정보를 생성하는 감시 센서, 및 상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부에 따라 다수의 상기 발전 세트에 설치되는 여자기의 여자 전류를 조절하는 모니터링 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

감시 센서를 통한 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법{System and Method for reducing problems at end region utilizing monitoring sensors}
본 발명은 동기 조상기 또는 발전기의 수명 건전성 확보 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역(End Region)에 다양한 센서를 활용해 자속 밀도 증가로 인한 문제를 감시할 수 있는 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법에 대한 것이다.
발전기는 터빈에서 만들어내는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 터빈과 발전기의 회전축은 기계적으로 결합되어 이 회전축을 통해 터빈의 기계적 에너지를 받는다. 그리고 발전기 내의 자기장을 매개로 에너지가 변환된 후, IPB(Isolated Phase Bus)를 통해 전력계통으로 전기 에너지가 이동한다.
한편, 신재생 에너지(태양광/풍력)전원 확대에 따른 전력 계통 품질 저하에 대비하여 무효 전력 조절과 전력 계통의 관성을 증가시키는 목적으로 동기 조상기(Synchronous Condenser)가 최근많이 사용되고있다.
이러한 동기 조상기는 발전기와 동일한 구조이며, 그 명칭에 나오듯이 거의 진상 운전 영역에서 운전된다. 따라서, 동기 조상기 역시 발전기와 동일하게 엔드 영역(End Region)에서의 높은 자속밀도로 인한 열/진동 문제가 발생한다.
일반적으로, 한 발전소에서는 여러대의 터빈 발전기 셋트(Set)가 있으며, 전력 거래소 요청에 따라 유효 전력은 보일러 화력 및 터빈 증기량 제어로 무효 전력은 여자기 전류를 제어하여 조절한다.
한편, 동기 조상기의 경우, 터빈은 없으며 동기 조상기만 존재한다. 동기 조상기는 모터의 일종으로 전력계통의 Power로 돌아가며 계통에서 필요한 무효 전력을 공급하기 위해 여자기 전류를 조절한다.
무효 전력 조절을 위해 여자기로 동기 조상기 또는 발전기 회전자 코일의 전류의 크기를 조절하면 내부 자기장이 변하며 진상/지상 운전의 변환이 이뤄진다. 동기 조상기와 발전기는 에너지 변환을 위해 자기장이란 매체를 이용한다.
터빈 운전중에 항상 증기가 필요하듯 동기 조상기 발전기 운전 중에는 자기장이 항상 필요하다. 운전 조건에 따라 자기장의 크기가 변하는데, 진상 운전은 엔드 영역(End Region)에서 가장 자기장이 많은 운전 조건이다. 자기장 세기가 높아지면 자속 밀도도 역시 커지게 된다.
또한, 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역(End Region)에서는 고정자 권선(Stator Winding)에 의한 누설 자속 성분이 흐른다. 이 누설 자속은 진상 운전 영역에서 가장 커진다. 진상 영역에서 지속적으로 운전될 경우 높아진 자속 밀도로 인해 엔드 콤포넌트(End Component)에는 다음과 같은 문제가 발생된다.
1) 엔드 권선 진동(End Winding Vibration):
- 현상: 엔드 영역(End Region)에서 증가된 자기장이 고정자 권선(Stator Winding)을 강한 힘으로 잡아당겨 진동을 증가시키는 현상이다. 회전자(Rotor)의 회전으로 인해 고정자 권선(Stator Winding)을 끌어당기고 놓음을 반복하며 고정자 권선(Stator Winding)에 진동을 가하는데 자속 밀도 세기가 커지면서 진동폭이 증가된다.
- 문제점: 엔드(End) 영역은 미들(Middle) 영역과는 다르게 아래 고정자 권선(Stator Winding)이 견고한 슬롯(Slot)안에 위치한 것이 아니라 지지대(Supporting System)의 지지를 받고 있다. 그런데, 이러한 지지대의 지지를 받지만 몇 년 동안 지속적인 충격을 받으면 이 지지대와 고정자 권선(Stator Winding) 사이의 결속력이 약해지며 진동폭이 커지면서 진동이 커지면 고정자 권선(Stator Winding) 겉의 절연층(Insulation Layer)과 구리(Copper)사이에 박리가 생기며 결국 절연 문제로 기기 수명의 저하를 초래한다.
2) 동기 조상기 또는 발전기 엔드 콤포넌트(End Component) 가열:
- 현상: 엔드 영역(End Region)의 자기장으로 인해 와전류 손실(Eddy Current Loss)이 발생한다.
- 문제점: 손실 증가로 인한 발전기의 효율이 감소한다. 또한, 증가된 손실로 인한 기기 내부 온도 증가 절연체는 온도가 10℃ 높아진 상태로 지속 운전될 경우 절연 수명이 절반으로 감소된다. 또한, 엔드 영역(End Region)에는 코어(Core) 절연 및 고정자 권선(Stator Winding) 절연이 높아진 열로 인해 수명에 악영향을 받는다.
현재 우리나라에서는 20년 이상 운전된 노후화된 발전기가 많으며 이는 해외도 마찬가지이다. 그리고, 노후화된 발전기를 동기 조상기로 활용하는 사례가 늘어나고 있다. 오랜 운전으로 인해 고정자 권선(Stator Winding)이 노후화되어 있으며 이에 대한 감시도 필요하다.
또한, 동기 조상기와 발전기의 Stator Winding은 전류가 흐르는 즉, 실질적인 전기 에너지가 통하는 부분으로 기기에서 고장이 많이 나는 부품이다. 발전기 교체 공사를 할 때도 자주 교체되는 부분이 Stator Winding 이다. 오래된 Stator Winding의 건전성을 확인하고 신규 Stator Winding의 수명을 확장하기 위한 기술이 요구되고 있다.
또한, 엔드 영역(End Region) 문제시, 출력을 줄이거나 트립(Trip) 정지하는 방식으로 End Region 에서 발생하는 문제에 대응하여 발전사에서 발전량을 줄이거나 발전 자체를 못했다. 이에 발전사의 수익이 줄어드는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허번호 제10-1035496호(등록일자: 2011년05월12일)
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하고자 제안된 것으로서, 발전기/동기 조상기에서 엔드 권선의 진동(End Winding Vibration)을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 감시 센서를 통한 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 동기 조상기 또는 발전기에서 엔드 콤포넌트(End Component)의 가열을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 감시 센서를 통한 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 발전기/동기 조상기에서 엔드 권선의 진동(End Winding Vibration)을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 감시 센서를 통한 엔드 영역 문제 경감 시스템을 제공한다.
상기 엔드 영역 문제 경감 시스템은,
다수의 발전 세트로 이루어지는 발전소;
다수의 상기 발전 세트에서 생성되는 전력을 승압 또는 강압하는 전력 변환 블럭;
다수의 상기 발전 세트의 엔드 영역에 설치되며, 다수의 상기 발전 세트의 상태를 모니터링하여 상태 정보를 생성하는 감시 센서; 및
상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부에 따라 다수의 상기 발전 세트에 설치되는 여자기의 여자 전류를 조절하는 모니터링 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 감시 센서는, 상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역에서 발생하는 다수의 상기 발전 세트의 고정자 권선의 진동을 감시하는 진동 센서; 상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역에서 발생하는 자속 밀도를 측정하는 자기장 센서; 및 상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역에서 발생하는 온도를 측정하는 온도 센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모니터링 장치는, 상기 감시 센서에 생성되는 상기 상태 정보를 수집하는 수집부; 상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 상기 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 여자 전류를 조절하는 여자 전류 조절 신호를 생성하는 분석부; 및 상기 여자 전류 조절 신호에 따라 상기 여자 전류를 조절하여 다수의 발전 세트의 무효 출력을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분석부는 상기 여자 전류의 조절후 상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 알람 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 무효 출력 또는 유효 출력을 조정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 운전 조절 기준은 상기 알람 기준의 50%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분석부는 상기 유효 출력의 조정후, 미리 설정되는 트립 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 다수의 상기 발전 세트의 출력단에 설치되는 차단기를 온오프하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분석부는 상기 알람 기준을 초과하는 신호 발생이 없으면, 다시 상기 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 여자 전류를 조절하는 여자 전류 조절 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분석부는 상기 알람 기준을 초과하는 신호 발생이 있거나 상기 운전 조절 기준을 초과하는 진동 및 온도가 나타나면, 초과시 초과 위치를 기록하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무효 출력의 조정은 상기 여자 전류를 조절하여 다수의 발전 세트 중 하나의 무효 출력을 감소시키고 나머지의 무효 출력을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자기장 센서는 상기 진동 센서 및 상기 온도 센서가 동작된 상태에서 상기 자속 밀도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 발전소를 이루는 다수의 발전 세트에서 전력을 생성하는 단계; (b) 다수의 상기 발전 세트의 엔드 영역에 설치되는 감시 센서가 다수의 상기 발전 세트의 상태를 모니터링하여 상태 정보를 생성하는 단계; (c) 모니터링 장치가 상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부에 따라 다수의 상기 발전 세트에 설치되는 여자기의 여자 전류를 조절하는 단계; 및 (d) 전력 변환 블럭이 상기 전력을 승압 또는 강압하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 엔드 영역 문제 경감 방법을 제공한다.
또한, 상기 (b) 단계는, 진동 센서가 상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역에서 발생하는 다수의 상기 발전 세트의 고정자 권선의 진동을 감시하는 단계; 자기장 센서가 상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역에서 발생하는 자속 밀도를 측정하는 단계; 및 온도 센서가 상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역에서 발생하는 온도를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 수집부가 상기 감시 센서에 생성되는 상기 상태 정보를 수집하는 단계; 분석부가 상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 상기 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 여자 전류를 조절하는 여자 전류 조절 신호를 생성하는 단계; 및 제어부가 상기 여자 전류 조절 신호에 따라 상기 여자 전류를 조절하여 다수의 발전 세트의 무효 출력을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 분석부가 상기 여자 전류의 조절후 상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 알람 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 무효 출력 또는 유효 출력을 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 분석부가 상기 유효 출력의 조정후, 미리 설정되는 트립 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 다수의 상기 발전 세트의 출력단에 설치되는 차단기를 온오프하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 분석부가 상기 알람 기준을 초과하는 신호 발생이 없으면, 다시 상기 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 여자 전류를 조절하는 여자 전류 조절 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 분석부가 상기 알람 기준을 초과하는 신호 발생이 있거나 상기 운전 조절 기준을 초과하는 진동 및 온도가 나타나면, 초과시 초과 위치를 기록하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 오랜 운전으로 인해 노후화된 고정자 권선(Stator Winding)에 대한 감시가 가능하며, 신규 제작된 동기 조상기 및 발전기도 기기 수명의 건전성 및 확장성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 제시된 장비를 노후화된 Stator End Winding에 쓰다가 문제가 생길 경우, 교체된 신규 Stator Winding에 적용하여 사용이 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 보일러 터빈의 출력을 유지하고 가급적 무효 출력을 조정하는 방식으로 발전사의 수익을 유지시켜주며, 부품의 신규 교체나 큰 사고로 번지기 전에 부분 보수나 기기에 부담이 적게 운전함으로써 비용 부담 절감이 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 자기장 센서(Magnetic Sensor), 진동/온도(Vibration/Temperature) 센서 Data와 조합해 엔드 영역(End Region)의 감시 신뢰성을 향상시키며, 위 Data를 이용하여 발전기 상태 진단 후, 여자기 전류 조절하여 무효전력을 제어하여 진상 영역 운전에 따른 End Region의 문제를 해결할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 기존에 있는 감시 설비를 활용하며, 필요시 추가 센서를 설치하여, 기계의 주요 부품들을 분해해서 세밀하게 점검하고 교체하는 작업인 오버홀(Overhaul)때 실시하는 발전기의 엔드 플레이트(End Plate) 분리만 진행하면 설치 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 지속적인 엔드 영역(End Region)의 높은 자속밀도로 인해 큰 사고로 커지기 전에 작은 부담을 줘서 동기 조상기와 발전기를 운전하고, 신규 교체전에 부분 정비등으로 문제를 해결하여 발전소의 유지 보수 측면에서 경쟁력이 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 감시 센서를 통한 엔드 영역 문제 경감 시스템의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발전 세트와 전력 변환기간의 결합, 발전 세트를 모니터링하는 모니터링 장치의 구성 개념도이다.
도 3은 일반적인 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 고정자 권선의 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 모니터링 장치의 세부 구성 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 여자기 전류 조절을 통해 엔드 영역(End Region) 감시 신호의 이상 상태때 대처하는 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 일반적인 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역에서의 자속 밀도 벡터를 나타내는 도면이다.
도 8은 일반적인 발전기/동기 조상기의 운전영역을 보여주는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 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.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 감시 센서를 통한 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 감시 센서를 통한 엔드 영역 문제 경감 시스템(100)의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 엔드 영역 문제 경감 시스템(100)은 발전소(110), 발전소(110)에서 생성되는 전력을 승압 또는 강압하는 전력 변환 블럭(120), 승압 전력을 배송하는 전력 계통(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
발전소(110)는 제 1 내지 제 3 발전 세트(111,112,113)로 구성된다. 제 1 내지 제 3 발전 세트(111,112,113)는 터빈과 발전기로 구성된다. 제 1 발전 세트(111)의 출력은 100MW/40MVAR이고, 제 2 발전 세트(112)의 출력은 100MW/40MVAR이고, 제 3 발전 세트(113)의 출력은 50MW/20MVAR이다. 여기서, MW는 유효전력이고, MVAR은 무효전력이다.
물론, 동기 조상기만으로 구성될 수도 있다. 또한, 도 1에서는 3개의 발전 세트를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 3개 이상 또는 3개 이하가 될 수 있다.
전력 변환 블럭(120)은 발전소(110)에서 생성된 전력을 승압 또는 강압하는 기능을 수행한다. 이를 위해 전력 변환 블럭(120)은 제 1 발전 세트(111)에 연결되는 제 1 전력 변환기(121), 제 2 발전 세트(112)에 연결되는 제 2 전력 변환기(122), 제 3 발전 세트(113)에 연결되는 제 3 전력 변환기(123) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 내지 제 3 발전 세트(111,112,113)의 진상/지상 운전 여부를 결정하는 것은 전력계통(130)의 부하 상황(R: 저항, L: 인덕터, C: 커패시터)에 따른 전력계통의 수요에 의해 정해진다. 전력 계통(130)에 R 부하만 있을 때는 역률 1, L 부하가 많을 때는 지상운전, C 부하가 많을 때는 진상운전으로 제 1 내지 제 3 발전 세트(111,112,113)가 운전된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전력 거래소(미도시)에서 전력계통 상황을 확인하며 발전소(110)에게 유효/무효전력의 출력 조정을 요청한다. 이에 맞춰 발전소(110)에서는 유효/무효 전력을 출력한다. 예를 들면, 전력 거래소(미도시)에서 250MW/100MVAR(진상 역률)를 요청하면, 발전소(110)에서는 이 요청에 따라 250MW/100MVAR(진상 역률)을 전력 계통(130)에 출력한다.
도 2는 도 1에 도시된 발전 세트(111,112,113)와 전력 변환기(121,122,123)간의 결합, 발전 세트(111,112,113)를 모니터링하는 모니터링 장치(200)의 구성 개념도이다. 특히, 도 2는 제 1 발전 세트(111)와 제 1 전력 변환기(221)간의 결합 관계를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 제 1 발전 세트(111)는 터빈(210)과 발전기(220)로 구성된다. 터빈(210)은 가스 터빈, 증기 터빈 등이 될 수 있다. 발전기(220)는 주로 교류 동기 발전기가 사용되나 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 발전기(220)는 회전자(미도시), 회전자(미도시)를 내부에 삽입하는 고정자(미도시)로 구성된다. 이러한 발전기(220)의 구조는 도 3에 도시되어 있다.
도 2를 계속 참조하면, 터빈(210)과 발전기(220)는 회전축(230)으로 연결되며, 터빈(210)이 회전함에 따라 발전기(220)의 회전자도 회전된다. 부연하면, 터빈(210)과 발전기(220)의 회전축(230)은 기계적으로 결합되어 이 회전축(230)을 통해 터빈(210)의 기계적 에너지를 받는다. 회전축(230)에는 여자기 전류를 조절하기 위한 여자기(250)가 구성된다.
그리고, 발전기(220) 내의 자기장을 매개로 에너지가 변환된 후, IPB(Isolated Phases)를 통해 전력 변환기(221)에 연결되며, 전기 에너지가 전력계통(130)으로 이동한다. 발전기(220)에서 나오는 출력은 전력계통(130)에 공급되어 부하에서 소비되는 전력인 유효 전력과 계통 전압을 유지시켜주는 무효 전력으로 구분된다. 따라서, 요청에 따라 유효 전력은 보일러 화력 및 터빈 증기량 제어로 무효 전력은 여자기 전류를 제어하여 조절한다.
한편, 발전기(220) 대신에 동기 조상기(240)가 구성될 수 있다. 동기 조상기(240)의 경우, 터빈(210)이 구성되지 않을 수 있다. 동기 조상기(240)는 모터의 일종으로 전력계통의 파워(Power)로 돌아가며 계통에서 필요한 무효 전력을 공급하기 위해 여자기(250)를 통해 여자기 전류를 조절한다. 도 2에서는 발전기(220)와 동기 조상기(240)를 동시에 도시하였으나, 이는 이해를 위한 것으로 각각 별도로 존재한다. 부연하면, 동기 조상기와 발전기는 다른 용도로 사용되는 기기이다. 발전기는 ‘터빈-발전기-여자기’로 구성되며, 동기 조상기는 ‘동기 조상기-여자기’로 구성된다.
무효전력 조절을 위해 여자기(250)로 동기 조상기(240)/발전기(220)의 회전자 코일의 전류의 크기를 조절하면 내부 자기장이 변하며 진상/지상 운전의 변환이 이뤄진다.
동기 조상기(240)와 발전기(220)는 에너지 변환을 위해 자기장이란 매체를 이용한다. 터빈(210)의 운전 중에 항상 증기가 필요하듯 동기 조상기(240)/발전기 (220)의 운전중에는 자기장이 항상 필요하다. 운전 조건에 따라 자기장의 크기가 변하는데, 진상 운전은 엔드 영역(End Region)에서 가장 자기장이 많은 운전 조건이다. 자기장 세기가 높아지면 자속 밀도 역시 커지게 된다.
자기장과 자속 밀도의 관계는 다음식과 같다.
Figure pat00001
여기서, B : 자속 밀도, u : 투자율(자기장이 통과하는 매질 특성), H : 자기장이다.
또한, 엔드 영역의 자기장으로 인해 와전류 손실 전력(P)이 발생한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure pat00002
여기서, P : 와전류 손실 전력, B : 자속 밀도 자기장 세기에 비례, d : 자기장이 통과하는 도체의 입사 면적, f : 주파수, k : 와전류 계수, p : 도체의 저항이다.
따라서, 이러한 증가한 자속밀도 자체를 감시하기 위해 자기장 센서(202)가 구성된다. 또한, 고정자 권선의 진동을 감시하는 진동 센서(201), 와전류 손실로 인한 열 상승을 감시하는 온도 센서(203)가 구성된다. 진동 센서(201), 자기장 센서(202), 온도 센서(203)는 감시 센서로서, 발전 세트(111,112,113)의 상태를 모니터링하여 상태 정보를 생성하는 기능을 수행한다. 상태 정보로서는 엔드 영역에서 발생하는 자속 밀도, 고정자 권선의 진동값, 와전류 손실로 인한 온도값 등이 된다.
모니터링 장치(200)는 센서(201,202,203)를 이용하여 획득된 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부에 따라 여자기(250)의 전류를 조절하는 기능을 수행한다.
제 1 전력 변환기(221)는 1차측 코일(261)과 2차측 코일(262)로 구성된다.
물론, 도 2는 도 1에서 제 1 발전 세트(111)만을 도시하였으나, 나머지 발전 세트(112,113)도 유사하게 구성된다.
도 3은 일반적인 동기 조상기(240)/발전기(220)의 엔드 영역(352)의 구조를 보여주는 사시도이다. 도 3을 참조하면, 엔드 영역(352)은 회전축(230)이 삽입되는 코어(310)가 있는 미들 영역(middle region)(351)과는 다르게 아래 고정자 권선(Stator Winding)(320)이 견고한 슬롯(slot) 안에 위치한 것이 아니라 지지대(support part)(330)의 지지를 받고 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 다양한 센서(201,202,203)를 이러한 엔드 영역(352)에 배치하여 자속 밀도 증가, 진동, 열 상승 등을 감지한다. 즉, 엔드 영역(End Region((352)에 다양한 센서를 활용해 자속 밀도 증가로 인한 문제를 감시할 수 있다. 고정자 권선(Stator Winding)(320)의 진동을 감시하는 Vibration Sensor(진동 센서)와 와전류 손실(Eddy Current Loss)로 인한 열 상승을 감시하는 Temperature Sensor(온도 센서), 증가한 자속 밀도 자체를 읽을 수 있는 Magnetic Sensor(자기장 센서)를 활용할 수 있다.
특히, 진동 센서(201)는 고정자 권선(320)의 앞단 표면에 설치될 수 있고, 자기장 센서(202) 및 온도 센서(203)는 고장자 권선(320)의 측면 표면에 설치될 수 있다.
현재 운전 중인 발전소에서는 엔드 영역(End Region)에 감시 센서를 하나도 적용하지 않았거나, 부분 적용했거나 최근에 만들어진 발전소에서는 위에 언급한 감시 센서를 모두 적용하는 등 발전소에 따라 다양하게 적용할 수 있다.
실제 운전에서는 센서 신호가 정상 범위를 넘어가면 운전원이 기억하고 있다가 교체 기간에 보강작업을 하고, 정상 수준에서 많이 벗어나면 동기 조상기 또는 발전기를 정지한 후, 문제 상황을 파악하고 보강하는 정도로 센서들을 활용하고 있다.
도 4는 도 3에 도시된 고정자 권선(320)의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 고정자 권선(320)의 단면을 보면, 구리(410)를 절연층(420)이 감싸는 형태이다. 일반적으로 진동이 증가되면서, 고정자 권선(320) 겉의 절연층(420)과 구리(410)사이에 박리가 발생한다. 따라서, 절연 문제로 기기 수명의 저하가 초래된다.
도 5는 도 2에 도시된 모니터링 장치(200)의 세부 구성 블럭도이다. 도 5를 참조하면, 모니터링 장치((200)는, 각 센서(201 내지 203), 발전 세트(111 내지 113), 전력 변환기(120) 등과 신호를 주고받는 통신부(510), 각 센서(201 내지 203)에 의해 생성된 상태 정보를 수집하는 수집부(520), 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하는 분석부(530), 신호 발생의 여부에 따라 발전 세트(111 내지 113)를 제어하는 제어부(540), 다양한 정보를 출력하는 출력부(550) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
통신부(510)는 각 센서(201 내지 203), 발전 세트(111 내지 113), 전력 변환기(120) 등과 신호를 주고받는 기능을 수행한다. 이를 위해, 통신부(510)는 통신 모뎀, 마이크로프로세서 등을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 통신부(510)는 유선 또는 무선 통신을 이용할 수 있다. 물론, 이를 위해, 각 센서(201 내지 203), 발전 세트(111 내지 113)에도 통신 모뎀, 마이크로프로세서 등이 구성될 수 있다.
수집부(520)는 각 센서(201 내지 203)에 의해 생성된 상태 정보를 수집하고 저장하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 수집부(520)에는 메모리(미도시)가 구성될 수 있다.
메모리는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD(Secure Digital) 또는 XD(eXtreme Digital) 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 인터넷(internet)상에서 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage), 클라우드 서버와 관련되어 동작할 수도 있다.
분석부(530)는 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 여자 전류를 조절하는 여자 전류 조절 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 또한, 알람 정보를 생성하는 기능을 수행한다.
부연하면, 분석부(530)는 발전소(110)에 제 1 내지 제 3 발전 세트(111,112,113)가 존재할 경우, 진상 운전을 하는 가운데 제 1 발전 세트(111)의 엔드 영역(End Region)에 설치된 센서로부터 상태 정보가 설정 수치를 넘으면, 제 2 및 제 3 발전 세트(112,113)의 무효 출력을 증가시키고 제 1 발전 세트(111)의 무효 출력을 감소시킨다.
이로써 제 1 발전 세트(111)의 End Region에 가해지는 부담을 제 2 및 제 3 발전 세트(112,113)로 분배하여 제 1 발전 세트(111)의 수명을 증가시키고, 제 2 및 제 3 발전 세트(112,113)도 감당이 가능한 부하를 담당하여 결과적으로는 발전소(110)의 동기 조상기(240)/발전기(220)의 건전성을 증가시킨다.
제어부(540)는 분석부(530)에 의해 생성된 분석 정보를 통해 제 1 내지 제 3 발전 세트(111,112,113)를 제어하고, 알람 정보를 실행하는 기능을 수행한다.
출력부(550)는 제어부(540)에 의해 생성된 알람 정보 등의 데이터를 사용자가 볼 수 있도록 디스플레이하는 기능을 수행한다. 알람 정보는 그래픽, 문자, 및 음성의 조합이 될 수 있다. 이를 위해, 출력부(850)는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode) 디스플레이, PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic LED) 디스플레이, 터치 스크린, CRT(Cathode Ray Tube), 플렉시블 디스플레이, 마이크로 LED, 미니 LED 등이 될 수 있다. 출력부(550)가 터치 스크린으로 구성되는 경우, 입력 수단으로도 사용될 수 있다. 또한, 마이크, 스피커를 갖는 사운드 시스템을 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 수집부(520), 분석부(530), 및 제어부(540) 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 소프트웨어 구성 컴포넌트(요소), 객체 지향 소프트웨어 구성 컴포넌트, 클래스 구성 컴포넌트 및 작업 구성 컴포넌트, 프로세스, 기능, 속성, 절차, 서브 루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로 코드, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 배열 및 변수를 포함할 수 있다. 소프트웨어, 데이터 등은 메모리에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 여자기 전류 조절을 통해 엔드 영역(End Region) 감시 신호의 이상 상태때 대처하는 제어 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 6을 설명하기에 앞서, 진동 센서(201), 자기장 센서(202), 온도 센서(203)별 관리 기준 및 운전 제한 수치를 설명하면 다음과 같다.
관리기준 Phase1.운전 조절 기준 Phase2.알람 기준
진동 센서(201) Stator Winding의 건전성 확보 차원에서 제작사 별 기준 존재 알람(alarm)값의 50%
(수정 가능)		 설계 기준 초과시
자기장 센서(202) -자속 밀도 제한 기준은 없음.
-자속 밀도를 원천으로 진동과 온도 상승하므로, 자속 밀도를 지속적으로 측정하여 진동 및 온도 센서들과 연관성 확보 및 동기 조상기 또는 발전기 운전에 활용 가능		 -진동센서/ 온도센서 동작 시 자속밀도( 센서 값)을 취득
-자속 센서값이 해당 수치 도달시
자속 수치는 운전 조절 기준만 적용
온도 센서(203) 국제 규격에서 발전기 및 회전기기 설계 및 제작 기준인 Class B/F/H 별로 온도 상승 제한치 있음 알람값보다 10℃낮을 때
(수정 가능)		 온도 클래스(class)별 국제 기준 초과시
표1에서 각 Class 별로 온도 상승에 제한을 두는 값이 다르다. B/F/H는 각기 130℃/155℃/180℃ 으로 온도 상승값에 제한이 있다.
도 6을 참조하면, 모니터링 장치(200)는 센서(201 내지 203)를 통해 동기 조상기(240)/발전기(220)의 엔드 영역내 상태 정보를 검출하여 데이터로 기록하고 모니터링 화면을 표시한다(단계 S610).
이후, 모니터링 장치(200)는 상태 정보로부터 운전 조절 기준을 초과하는 신호가 발생하였는지를 판단한다(단계 S620). 이를 "페이즈1(Phase1)"이라 한다.
Phase 1에서 열은 알람(Alarm) 치수보다 10℃ 낮은 값을 제안한다. 온도 10℃ 상승에 절연 물질의 온도가 2배 상승하므로, 국제 규격보다 10℃ 낮은 값으로 운전이 유지되도록 하면 기기 수명 상승에 도움이 된다.
진동 수치는 권선 단부(End Winding)의 진동에 대한 국제 규격은 없다. 제작사에서 제시한 값과 실 운전에서 역률 1에서 운전된 값을 비교하여 설정한다. 실제 진동이 큰 수냉각 발전기의 경우, 제작사에서 제시한 수치의 약 20~30%의 진동 값에서 운전되므로, Phase 1의 운전 기준(제한) 수치는 알람(Alarm) 값(Phase 2 기준)의 50%로 설정한다.
Phase 1의 설정(Setting)값은 설비의 건전성을 목적으로 셋팅(Setting)이 된 값으로 발전소(110)의 운전 조건(냉각수 온도, 대기 온도 및 터빈 진동)에 따라 변동 가능하며, 안전 마진을 확보하는 목적에서 Phase 2의 Alarm 값보다 작은 수준에서 설정한다.
도 6을 계속 참조하면, 판단 결과, 단계S620에서 운전 조절 기준 초과 신호가 발생하지 않으면, 단계 S610으로 진행한다.
이와 달리, 단계S620에서 운전 조절 기준 초과 신호가 발생하면, 모니터링 장치(200)는 여자기(250)를 통해 여자기 전류를 조절한다(단계 S630). 여자기 전류의 조절은 발전기 운전 영역 내에서 이루어진다.
여자기 전류의 조절이 이루어지면, 모니터링 장치(200)는 알람 기준 초과 신호가 발생하는 지를 판단한다(단계 S640).
판단 결과, 단계 S640에서, 알람 기준 초과 신호가 발생하지 않으면, 모니터링 장치(200)는 다시 운전 조절 기준 초과 신호가 발생하는 지를 판단한다(단계 S650).
판단 결과, 단계 S650에서, 운전 조절 기준 초과 신호가 발생하지 않으면, 모니터링 장치(200)는 프로세스를 종료한다. 이와 달리, 단계 S650에서 운전 조절 기준 초과 신호가 발생하면, 동기 조상기(240)/발전기(220)의 여자기(250)로 이동하여 여자기 전류를 조절하고, 단계 S620으로 진행한다(단계 S651). 즉, 무효 출력 범위를 허용된 범위내에서 분배하여 엔드 영역의 운전 상태를 정상으로 진행시킨다.
한편, 단계 S640에서, 알람 기준 초과 신호가 발생하면, 모니터링 장치(200)는 유효 출력을 조정하고, 트립 기준 초과 신호가 발생하는 지를 판단한다(단계 S641,S643). 부연하면, 발전 세트(111 내지 113)의 출력단과 전력 변환기(121 내지 123)의 입력단 사이에 설치되는 차단기(미도시)의 온/오프를 수행하기 위한 트립 신호가 발생되는지를 판단하는 과정이다. 물론, 차단기는 전력 변환기(121 내지 123)의 출력단과 전력 계통(130)의 입력단 사이에 설치될 수도 있다.
발전기의 출력은 유효 출력과 무효 출력이 있다. 유효 출력을 조정하기 위해선 보일러에서 더 많은 연료를 가해야 출력을 상승시켜야 한다. 따라서 출력 조정 시간도 길어지며, 비용도 많이 들어한다. 무효 전력 조정을 발전기에 붙어 있는 여자기의 전류만 조절하면 되므로 간편하며 비용문제도 무시 가능하다.
판단 결과, 단계 S643에서, 트립 기준 초과 신호가 발생하면 모니터링 장치(200)는 트립 신호를 생성하여 차단기를 오프(즉 개방)한다(단계 S645). 부연하면, 천둥 번개 및/또는 지진으로 인한 단락 사고 등으로 인해서 무효 전력 조절로 해결이 안될 경우, 유효전력 조절 및 Trip(운전 정지)으로 대응한다.
이와 달리, 단계 S643에서, 트립 기준 초과 신호가 발생하지 않으면, 단계 S650으로 진행한다.
운전 중에 알람(Alarm)이나 운전 조절 기준을 초과한 진동 및 온도가 나타난 위치에서는 해당 데이터(Data) 값과 초과 위치를 기록하고 있다가 차기 오버홀(Overhaul)하는 시기에 해당 부위를 점검하고 필요하면 보강 공사를 한다.
엔드 영역(End Region)에 있는 센서들의 위치는 제작사에서 센서별로 위치를 파악해놓고 감시장치에 그 위치가 표시된다. 문제가 있는 센서들의 번호를 알아두면, 제작사 공급정보에서 찾을 수 있으며, 현장의 모니터링 화면에서도 센서들의 위치가 표기되어 있다. 이 경우, 센서들의 고유번호를 이용할 수 있다. 물론, 이를 위해서는 고유번호를 등록하는 과정이 있을 수 있다.
권선 단부(End Winding)는 수작업으로 조립된다. 따라서 같은 동기 조상기 또는 발전기 모델이라 하더라도 같은 운전 조건에서 어느 기기의 권선(Winding)의 진동은 정상인데, 다른 기기는 진동 값이 기준치를 초과할 수 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에서 진동이 작은 기기에 좀 더 많은 무효 전력을 부담시키고, 이후 Overhaul할 때, 기준치를 초과한 기기의 취약 위치를 점검 및 보수하는 방식으로 동기 조상기 및 발전기를 운영하면 발전소의 건전한 운전에 도움을 줄 수 있다.
도 7은 일반적인 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역에서의 자속 밀도 벡터를 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 동기 조상기(240)/발전기(220)의 엔드 영역( End Region)에서는 Stator Winding 에 의한 누설 자속 성분이 흐른다. 이 누설 자속은 진상 운전 영역에서 가장 커진다. 진상 영역에서 지속적으로 운전될 경우 높아진 자속 밀도로 인해 엔드 콤포넌트(End Component)에 엔드 권선 진동(End Widing Vibration) 현상, 콤포넌트 가열 현상 등이 발생한다.
도 8은 일반적인 발전기 운전영역(810) 및 동기 조상기 운전영역(820)을 보여주는 그래프이다. 일반적으로, 발전기에서 나오는 출력은 계통에 공급되어 부하에서 소비되는 전력인 유효 전력과 계통 전압을 유지시켜주는 무효 전력으로 구분된다.
도 8을 참조하면, 발전기는 보통 역률 1을 기준으로 위아래 부분에서 운전된다. 역률 1일 때는 진상 지상 운전도 아닌 운전 조건이다. 역률 1 에서 위쪽은 지상 운전 아래는 진상 운전 영역이다. 발전기의 전류가 전압보다 앞선 운전을 진상 운전 전압이 전류보다 앞선 운전을 지상 운전이라 부른다.
또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다.
여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
100: 통한 엔드 영역 문제 경감 시스템
110: 발전소
111 ~ 113: 제 1 내지 제 3 발전 세트
120: 전력 변환 블럭
121 ~ 123: 제 1 내지 제 3 전력 변환기
130: 전력 계통
200: 모니터링 장치
201: 진동 센서 202: 자기장 센서
203: 온도 센서
210: 터빈 220: 발전기
230: 회전축 240: 동기 조상기
261: 1차측 코일 262: 2차측 코일
310: 코어 320: 고정자 권선
330: 지지대
351: 미들 영역 352: 엔드 영역
510: 통신부 520: 수집부
530: 분석부 540: 제어부
550: 출력부

Claims (21)

  1. 다수의 발전 세트(111,112,113)로 이루어지는 발전소(110);
    다수의 상기 발전 세트(111,112,113)에서 생성되는 전력을 승압 또는 강압하는 전력 변환 블럭(120);
    다수의 상기 발전 세트(111,112,113)의 엔드 영역(352)에 설치되며, 다수의 상기 발전 세트(111,112,113)의 상태를 모니터링하여 상태 정보를 생성하는 감시 센서(201,202,203); 및
    상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부에 따라 다수의 상기 발전 세트(111,112,113)에 설치되는 여자기(250)의 여자 전류를 조절하는 모니터링 장치(200);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시 센서(201,202,203)는,
    상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역(352)에서 발생하는 다수의 상기 발전 세트(111,112,113)의 고정자 권선(320)의 진동을 감시하는 진동 센서(201);
    상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역(352)에서 발생하는 자속 밀도를 측정하는 자기장 센서(202); 및
    상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역(352)에서 발생하는 온도를 측정하는 온도 센서(203);를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링 장치(200)는,
    상기 감시 센서(201,202,203)에 생성되는 상기 상태 정보를 수집하는 수집부(520);
    상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 상기 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 여자 전류를 조절하는 여자 전류 조절 신호를 생성하는 분석부(530); 및
    상기 여자 전류 조절 신호에 따라 상기 여자 전류를 조절하여 다수의 발전 세트(111 내지 113)의 무효 출력을 조절하는 제어부(540);를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분석부(530)는 상기 여자 전류의 조절후 상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 알람 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 무효 출력 또는 유효 출력을 조정하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 운전 조절 기준은 상기 알람 기준의 50%인 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 분석부(530)는 상기 유효 출력의 조정후, 미리 설정되는 트립 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 다수의 상기 발전 세트(111,112,113)의 출력단에 설치되는 차단기를 온오프하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 분석부(530)는 상기 알람 기준을 초과하는 신호 발생이 없으면, 다시 상기 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 여자 전류를 조절하는 여자 전류 조절 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 분석부(530)는 상기 알람 기준을 초과하는 신호 발생이 있거나 상기 운전 조절 기준을 초과하는 진동 및 온도가 나타나면, 초과시 초과 위치를 기록하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 시스템.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 무효 출력의 조정은 상기 여자 전류를 조절하여 다수의 발전 세트(111 내지 113) 중 하나의 무효 출력을 감소시키고 나머지의 무효 출력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 시스템.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 자기장 센서(202)는 상기 진동 센서(201) 및 상기 온도 센서(103)가 동작된 상태에서 상기 자속 밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 시스템.
  11. (a) 발전소(110)를 이루는 다수의 발전 세트(111,112,113)에서 전력을 생성하는 단계;
    (b) 다수의 상기 발전 세트(111,112,113)의 엔드 영역(352)에 설치되는 감시 센서(201,202,203)가 다수의 상기 발전 세트(111,112,113)의 상태를 모니터링하여 상태 정보를 생성하는 단계;
    (c) 모니터링 장치(200)가 상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부에 따라 다수의 상기 발전 세트(111,112,113)에 설치되는 여자기(250)의 여자 전류를 조절하는 단계; 및
    (d) 전력 변환 블럭(120)이 상기 전력을 승압 또는 강압하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    진동 센서(201)가 상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역(352)에서 발생하는 다수의 상기 발전 세트(111,112,113)의 고정자 권선(320)의 진동을 감시하는 단계;
    자기장 센서(202)가 상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역(352)에서 발생하는 자속 밀도를 측정하는 단계; 및
    온도 센서(203)가 상기 상태 정보 중 상기 엔드 영역(352)에서 발생하는 온도를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    수집부(520)가 상기 감시 센서(201,202,203)에 생성되는 상기 상태 정보를 수집하는 단계;
    분석부(530)가 상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 상기 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 여자 전류를 조절하는 여자 전류 조절 신호를 생성하는 단계; 및
    제어부(540)가 상기 여자 전류 조절 신호에 따라 상기 여자 전류를 조절하여 다수의 발전 세트(111 내지 113)의 무효 출력을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 분석부(530)가 상기 여자 전류의 조절후 상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 알람 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 무효 출력 또는 유효 출력을 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 운전 조절 기준은 상기 알람 기준의 50%인 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 분석부(530)가 상기 유효 출력의 조정후, 미리 설정되는 트립 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 다수의 상기 발전 세트(111,112,113)의 출력단에 설치되는 차단기를 온오프하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 분석부(530)가 상기 알람 기준을 초과하는 신호 발생이 없으면, 다시 상기 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 여자 전류를 조절하는 여자 전류 조절 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 분석부(530)가 상기 알람 기준을 초과하는 신호 발생이 있거나 상기 운전 조절 기준을 초과하는 진동 및 온도가 나타나면, 초과시 초과 위치를 기록하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 무효 출력의 조정은 상기 여자 전류를 조절하여 다수의 발전 세트(111 내지 113) 중 하나의 무효 출력을 감소시키고 나머지의 무효 출력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 방법.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 자기장 센서(202)는 상기 진동 센서(201) 및 상기 온도 센서(103)가 동작된 상태에서 상기 자속 밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 발전 세트의 엔드 영역 문제 경감 방법.
  21. 다수의 동기 조상기(240)로 이루어지는 발전소(110);
    다수의 상기 동기 조상기(240)에서 생성되는 전력을 승압 또는 강압하는 전력 변환 블럭(120);
    다수의 상기 동기 조상기(240)의 엔드 영역(352)에 설치되며, 다수의 상기 동기 조상기(240)의 상태를 모니터링하여 상태 정보를 생성하는 감시 센서(201,202,203); 및
    상기 상태 정보를 이용하여 미리 설정되는 운전 조절 기준을 초과하는 신호 발생의 여부에 따라 다수의 상기 동기 조상기(240)에 설치되는 여자기(250)의 여자 전류를 조절하는 모니터링 장치(200);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 센서를 통한 동기 조상기의 엔드 영역 문제 경감 시스템.


KR1020210063599A 2021-05-17 2021-05-17 감시 센서를 통한 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법 KR102590661B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210063599A KR102590661B1 (ko) 2021-05-17 2021-05-17 감시 센서를 통한 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210063599A KR102590661B1 (ko) 2021-05-17 2021-05-17 감시 센서를 통한 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220155832A true KR20220155832A (ko) 2022-11-24
KR102590661B1 KR102590661B1 (ko) 2023-10-19

Family

ID=84235579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210063599A KR102590661B1 (ko) 2021-05-17 2021-05-17 감시 센서를 통한 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102590661B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101035496B1 (ko) 2010-08-17 2011-05-27 주식회사 대덕시스템 발전기의 건전성 온-라인 통합 감시 시스템
KR20110130364A (ko) * 2010-05-27 2011-12-05 제너럴 일렉트릭 캄파니 발전기용 브러시리스 여자기에서 결함을 검출하기 위한 방법 및 시스템
EP3285128A1 (en) * 2013-05-07 2018-02-21 Power Vision Engineering Sarl Hydroelectric power plant real-time monitoring system and method
KR102056101B1 (ko) * 2019-03-29 2020-01-22 주식회사 쓰리아이씨 발전 계통과 송전 계통 통합 감시/분석 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110130364A (ko) * 2010-05-27 2011-12-05 제너럴 일렉트릭 캄파니 발전기용 브러시리스 여자기에서 결함을 검출하기 위한 방법 및 시스템
KR101035496B1 (ko) 2010-08-17 2011-05-27 주식회사 대덕시스템 발전기의 건전성 온-라인 통합 감시 시스템
EP3285128A1 (en) * 2013-05-07 2018-02-21 Power Vision Engineering Sarl Hydroelectric power plant real-time monitoring system and method
KR102056101B1 (ko) * 2019-03-29 2020-01-22 주식회사 쓰리아이씨 발전 계통과 송전 계통 통합 감시/분석 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR102590661B1 (ko) 2023-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9605654B2 (en) Wind turbine lifetime estimator
US8426995B2 (en) Wind turbine generator and wind turbine
Chi et al. Overview of mechanism and mitigation measures on multi-frequency oscillation caused by large-scale integration of wind power
JP4160618B2 (ja) グリッドにおける障害時の風力タービンの運転方法
US20130138257A1 (en) System for operating an electric power system and method of operating the same
US8258642B2 (en) Method and system for resonance dampening in wind turbines
US9046077B2 (en) Reactive power controller for controlling reactive power in a wind farm
US9745959B2 (en) Inrush current protection for wind turbines and wind farms
US9726144B2 (en) Method for optimizing the operation of a wind turbine
KR101987476B1 (ko) 발전기에 기원하는 고장 전류 기여분의 감축용 시스템
Torkaman et al. A review of design consideration for Doubly Fed Induction Generator based wind energy system
Linh Voltage stability analysis of grids connected wind generators
Tian et al. Coordinated damping optimization control of sub-synchronous oscillation for DFIG and SVG
US8451573B1 (en) Overvoltage protection device for a wind turbine and method
US9080553B2 (en) Method and apparatus for control of redundant devices in a wind turbine
Qureshi et al. Systematic development of Low Voltage Ride-Through (LVRT) envelope for grids
KR102590661B1 (ko) 감시 센서를 통한 동기 조상기 또는 발전기의 엔드 영역 문제 경감 시스템 및 방법
Sørensen et al. Wind farms connected to weak grids in India
Subramanya et al. Capability of synchronous and asynchronous hydropower generating systems: A comprehensive study
Zobaa et al. A comprehensive review of power quality issues and measurement for grid-integrated wind turbines
Kalsi et al. Performance of superconductor dynamic synchronous condenser on an electric grid
Amalorpavaraj et al. An outlook on endangering grid security in India due to implementation challenges of low voltage ride through protection in wind turbines
Kuiler et al. Preventive Maintenance and Fault Detection for Wind Turbine Generators Using a Statistical Model
Schulz et al. Use of doubly fed reluctance machines in wind power generation
Hernández et al. Power quality problems related with the interconnection of wind farms to the electrical grid: A survey

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right