5기술이힘_신기술

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경심 애
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발생되는진동은권선절연물의냉각수흡습및누수의주요요인으로알려져있다. 즉, 브레이징기공에서의부식이 1차적으로권선의누수 path 를형성하고, 발전기권선진동으로인한권선절연물의박리현상이절연물의냉각수흡습및누수현상을초래하게된다.

1 기술이힘이다 발전기고정자권선누수 / 흡습진단장치개발 한편, 발전소에서는정기예방점검기간중발전기고정자권선의냉각수누설시험을수행하고있으나체계적인시험절차와자동화된장치의미흡으로신뢰성있는시험및진단이어려운실정이다. 따라서전력연구원에서는전력산업연구개발전력시장경쟁력강화사업의일환으로 발전기고정자권선누수 / 흡습진단시스템 을개발하고실제발전소에적용하여발전기고정자권선의냉각수누설및흡습상태를시험, 진단, 예측정비를수행함으로써발전소의운전신뢰성을증진시키고발전기수명을제고할수있는기틀을마련하였다. 본기고에서는개발된발전기고정자권선의누수 / 흡습시험장치와적용에대하여간략하게소개하고자한다. 발생되는진동은권선절연물의냉각수흡습및누수의주요요인으로알려져있다. 즉, 브레이징기공에서의부식이 1차적으로권선의누수 path 를형성하고, 발전기권선진동으로인한권선절연물의박리현상이절연물의냉각수흡습및누수현상을초래하게된다. 따라서발전기고정자권선의흡습및누수를방지하기위해서는권선제작방법에대한연구를통한브레이징재질의보완이요구되나현재로서는철저한냉각수수질관리를통하여부식을촉진시키는인자를최소화하고발전기고정자권선의진동특성시험을통하여전자력에의한공진등의원인을제거함으로진동을최소화시키는데있다고할수있다. 2. 발전기고정자권선구조및누수메커니즘 배용채책임연구원전력연구원수화력발전연구소기계정비지원그룹 일반적인수냉각발전기의구조는그림 1 과같 으며크게회전자와고정자, 부싱으로이루어진 다. 본연구에서관심이되는발전기고정자는철 심과 2 층권의고정자권선, 냉각수공급을위한 테프론호스와헤더, 그리고고정자권선을지지 Ⅰ. 개요 1. 장치개발의배경발전소에서운전되는대용량발전기는터빈에서기계적에너지를전기적에너지로변환시키는핵심설비이다. 발전기고정자권선에서발생되는전류의흐름으로인한열을냉각시키기위하여용량에따라서각각공기냉각방식, 수소냉각방식, 그리고수냉각방식을사용하고있다. 일반 적으로 280MW급이상의발전소에서는발전기고정자의냉각을위하여효율이좋은수냉각방식을채택하고있으나냉각수흡습및누수로인한절연물손상과 2차파급사고를유발시킬수있다는단점이있다. 실제로대용량발전소에서발전기고정자권선에서의흡습및누수로인한절연손상이자주발생되고있으며, 이에따른정비기간과비용이많이소요되어안정된전력수급을위협할수있다. 하는권선지지장치등으로구성되어있다. 발전기고정자권선의누수현상은주로테프론호스연결부와사진 1과같은권선클립부에서발생되며특히권선클립부에서의누수현상은단기간에정비하기가어렵다. 발전기고정자권선의주요누수요인은권선브레이징부의기공과열역학적불안정성, 냉각수수질관리불량, 권선부식및진동등을들수있다. 특히권선클립브레이징부의재질인 BCu3P 기공에서의부식과발전기운전중항상 그림 1. 발전기구조 사진 1. 고정자권선클립부 70 전기설비 2006/7 71

기술이힘이다 Ⅱ. 장치개발 1. 발전기고정자누수시험장치 (Gen-LeDiS) 가. 개요정기예방점검기간중발전소에서수행되는발전기고정자권선에대한냉각수누설시험은주로수동으로이루어지고있으며시험을위하여사용되는장비의낮은정밀도와체계적이지못한시험방법등으로진단의신뢰성이떨어진다. 특히누수시험을위하여필수적으로수반되어야하는권선내부의습분건조가충분히이루어지지않아시험및진단에어려움이있다.

2 기술이힘이다 Ⅱ. 장치개발 1. 발전기고정자누수시험장치 (Gen-LeDiS) 가. 개요정기예방점검기간중발전소에서수행되는발전기고정자권선에대한냉각수누설시험은주로수동으로이루어지고있으며시험을위하여사용되는장비의낮은정밀도와체계적이지못한시험방법등으로진단의신뢰성이떨어진다. 특히누수시험을위하여필수적으로수반되어야하는권선내부의습분건조가충분히이루어지지않아시험및진단에어려움이있다. 수냉각발전기고정자권선의누수여부에대한정확한진단을위해서는권선내에존재하는냉각수를완전히제거한후, 권선이건조된상태에서각종시험을수행하여야하나, 대부분의발전소에서는장비의미흡과설비보호에대한생각으로권선내부의수분을완전히제거하지못한상태에서시험을수행하고있다. 이로인해, 발전기권선의누수여부및누설량 (leak rate) 을정확하게 시험진단하기어렵다. 따라서전력연구원에서는이러한제반문제를해결하기위하여발전기정지후냉각수배수부터각각의시험모드, 그리고진단까지자동 ( 수동모드절환가능 ) 으로수행할수있는시스템 (Gen-LeDiS : Generator Leak Diagnosis System) 을개발하였다. 나. 장치의구성및기능 전력연구원에서개발한 Gen-LeDiS는사진2와같으며크게전원부, 제어및감시부, 그리고각종배관및밸브로이루어져있다. 주요기기는진공펌프, air reservoir 및필터, 히터, 냉동건조기, 그리고각종센서로구성되어있다. 시험장치는 PLC 회로에의해제어되고 NI사의 labview를이용한자동진단프로그램으로구성되어있다. 권선내부에존재하는냉각수의배출 / 건조기능과누수시험 ( 진공저하시험, 압력강하시험, 헬륨가스추적시험 ) 을수행할수있는기능이있으며시험결과를바탕으로자동진단프로그램을활용하여발전기고정자권선의누수여부를진단한다. 사진 2. Gen- LeDiS 시험준비 고정자권선건조 누수시험 진단 경계조건 한계치 결과및조치 설정 공기불어내기 수락? 진공건조 수락? 진공저하시험 (He 추적시험병행 / 진공모드 ) 압력강하시험 (He 추적시험병행 / 가압모드 ) 진공및압력강하시험결과분석 정전용량시험 진단 그림 2. 건조 / 누수시험에대한시험 / 진단흐름도 그림 2는누수시험흐름도이며크게시험준비, 고정자권선내부냉각수제거및건조, 시험및진단의단계로이루어져있다. 고정자권선내부의냉각수배출단계인 puffing mode에서는설정된압력과시간, 그리고 puffing 방법에따라냉각수배출이자동으로수행된다. 그림에서보는바와같이발전기권선내에존재하는냉각수를자연배수시킨후권선내의꺾임부에고여있거나누설부에스며들어존재하는습분을가압된건조공기를이용하여배출한다. Puffing 후습분이제거된고온의공기를이용하여 air blowing을수행하고잔존하는권선내의습분을증발시켜습분을제거함으로써누수시험에합당한건조조건을만들기위해진공건조과정을거친다. 누수시험조건이만족되면시험관련기준치를설정하여각종누수시험을수행한다. 진공저하시험과압력강하시험은제작사에따라서로순서가바뀌어져있는경우가있으나그림에서보는바와같이진공시험을먼저수행하는것이바람직하다. 이는진공건조후에진공저하시험을위한진공형성이용이하고특히, 권선건조후에혹시잔존하는수분이절연물사이에존재한다면진공형성을통해수분증발을유발시킬수있으며압력강하시험으로유발될수있는절연물내의습분을밖으로밀어내어권선절연물의상태를더욱악화시킬수있기때문이다. 진공저하시험과압력강하시험의분석결과, 누설이존재한다고판단되면추적가스시험을통해누수처를확인하고정전용량시험을수행하여권선의흡습유무를판단한다. 기존의헬륨가스추적시험은많은시간이소요되며진공저하및압력강하시험을실시하여누설량이기준치보다높을경우발전기권선내부를가압한상태에서 ( 가압모드 ) 헬륨누설시험을수행한다. 그러나보완된알고리즘에서는진공저하및압력강하시험중에가압모드와진공모드를모두수행하도록함으로써권선내부의누수부위를찾는시간을단축할수있으며또한진단의신뢰성을높일수있을것으로생각된다. 이러한일련의누수시험과흡습시험결과의종합분석을통하여권선정비또는교체에대한대책을수립한다 전기설비 2006/7 73

기술이힘이다 2. 발전기고정자권선흡습시험장치 (Gen-SWAD) 해분주된주파수는디바이더를통해카운트회 또한객관적인검증을위해국가표준기관에 로로신호를보내게된다. 인증을의뢰하였으며그결과오차율이 0.4% 이 가.

한편, 발전기고정자권선의흡습진단을위하여권선절연물의정전용량을측정할때절연물의두께가권선별로각각달라일반정전용량측정원리를이용하여측정된정전용량값에는필연적인오차 선의주절연파괴가발생하는것으로보고하고있으며발전기고정자권선절연물이흡습된경우 1년이내에재권선을하도록추천하고있다. 이는최근의국내발전기권선절연파괴사고 사진 3.

발전기고정자권선절연물의냉각수흡 한 1MHz 의주파수와비교하고카운트회로에서 습여부를진단, 예측정비를수행함으로써발전기운전신뢰성을높일수있다. 발전기고정자권선절연물에대한정전용량을측정하기위하여일반상용 LCR미터를사용하면 사진 4. Gen- SWAD II 카운트하여정전용량값으로변환하게된다. 마지막으로 CPU로전달된정전용량측정값은 LCD를통해지시하게된다.

3 기술이힘이다 2. 발전기고정자권선흡습시험장치 (Gen-SWAD) 해분주된주파수는디바이더를통해카운트회 또한객관적인검증을위해국가표준기관에 로로신호를보내게된다. 인증을의뢰하였으며그결과오차율이 0.4% 이 가. 개요발전기제작사인 GE(General Electric) 사의보고서에따르면발전기고정자의시험권선중약 50% 이상이누수및흡습과관련되어고정자권 Probe(+) Ground(-) OSC/DIV Reference OSC Keyboard Counter CPU LCD Eeprom 하로매우양호한결과를얻을수있었다. 한편, 발전기고정자권선의흡습진단을위하여권선절연물의정전용량을측정할때절연물의두께가권선별로각각달라일반정전용량측정원리를이용하여측정된정전용량값에는필연적인오차 선의주절연파괴가발생하는것으로보고하고있으며발전기고정자권선절연물이흡습된경우 1년이내에재권선을하도록추천하고있다. 이는최근의국내발전기권선절연파괴사고 사진 3. Gen-SWAD I CPU Input Power Supply RS-232 Interface 그림 3. Gen-SWAD I 의블럭선도 Pc 가수반되게된다. 사례를비추어볼때시사하는바가크다고할 이렇게보내진신호는 OSC(Oscillator) 에서발생 수있다. 발전기고정자권선절연물의냉각수흡 한 1MHz 의주파수와비교하고카운트회로에서 습여부를진단, 예측정비를수행함으로써발전기운전신뢰성을높일수있다. 발전기고정자권선절연물에대한정전용량을측정하기위하여일반상용 LCR미터를사용하면 사진 4. Gen- SWAD II 카운트하여정전용량값으로변환하게된다. 마지막으로 CPU로전달된정전용량측정값은 LCD를통해지시하게된다. 한편, 측정데이터를메모리 (EPM) 에저장하여 그림 5. 정전용량측정그림 5에서보는바와같이정전용량은측정 정밀도가측정관심영역인수십 pf 범위에서 RS-232 를통해컴퓨터로저장할수있도록시스 물질의두께에대한함수이므로각각의권선절 매우낮고센서에따른측정오차가크다는단점 템을구성하였다. 연물의두께가변하면각각의권선절연물의상 이있다. 한편 GE 및 WH 사에서도권선흡습여 그림 4 는 Gen-SWAD I 의측정정도를검증하 대비교가어려워진다. 부를진단할수있는장치를개발하여사용하고있으나센서의작용력에따른오차가크게발생되는단점을가지고있다. 따라서전력연구원에서는수냉각발전기고정자권선절연물의흡습여부를진단하기위하여발전기고정자권선절연물의정전용량을정밀하게측정할수있는새로운시험장치 (Gen- SWAD I & II) 를개발하여국내외특허출원중에있으며실제발전소의발전기고정자권선흡습시험에활용하고있다. 용량을측정하는장치로서 Gen-SWAD I과 Gen- SWAD II로나누어져있다. 발전기고정자권선절연물의흡습여부를판정하기위하여건전한절연물과흡습된절연물의비유전율이다르다는원리를이용한다. 즉, 발전기고정자권선의정전용량을측정하여 capacitance map, normal probability plot, box plot 등을통해권선의흡습여부를판정하게된다. 사진 3, 4는개발된장치인 Gen-SWAD I과 Gen- SWAD II를각각나타낸것이다. 기위하여표준콘덴서와 Gen-SWAD I의측정값을비교한것으로써 100 pf까지는 1 pf 이내의오차를보임을알수있다. 즉, 절연물내에함유된냉각수로인하여변하는비유전율의차이에의해정전용량값을측정하기위해서절연물의두께가일정하다는가정이전제되어야하나실제권선절연물의두께가일정하지않으므로오차의요인이된다. 이와같이일반정전용량측정원리로는필연적으로발생되는오차를보완하기위하여 Gen-SWAD II를개발하였다. Gen-SWAD II는 cross capacitor의원리를이용한것으로서아래의식과같이서로상대하고있는전극간의정전용량은 Gen-SWAD I 의경우, 그림 3 의블록선도에서 나. 장치개발 Gen-SWAD(Generator Stator Water Absorption Detector) 는발전기고정자권선절연물의정전 보는바와같이센서의표면과권선접지사이의정전용량측정하게되면센서표면에접촉된정전용량에따라발진주파수가달라지고버퍼에의 그림 4.Gen-SWAD I 검증 의관계를지닌다. 즉 cross capacitance 는전극 74 전기설비 2006/7 75

기술이힘이다 의 dimension 과는무관하고다만대향하고있는 소개하고자한다. S' 발전소는 20 년이상운전된 관련권선의누설여부에대한최종확인을위 전기의건전성을확보하는관점에서매우중요한 전극사이의길이에만종속된다. 발전기로써발전기고정자권선누수와절연물의 해권선의절연물을분리한후비눗방울시험을 시험이다. 이러한특성을센서에적용하면발전기고정자 흡습을의심할수있었다.

정자권선내부의냉각수를배출하고습분을제 고정자권선누수 / 흡습과관련된절연물손상사 그림 6 은정전용량측정후진단을위하여사 거한후진공저하시험을수행한결과허용값 고를저감시켜발전소운전신뢰성을증진시킬 용되는 capacitance 선도를보인다. 을만족하였다. 수있다.

그림 7은 또한, 본시험을통하여진단한결과를이용하여흡습및누수권선에대한예측정비를수행함으로써파급사고에따른정비기간및비용을 frequency Capacitance Capacitance(pF) 5-sigma 3-sigma CE-top_in 그림 6. capaci tance plot 압력시험결과를보이고있다. 따라서권선흡습시험과압력모드에서의 He 가스추적시험을수행하였다.

4 기술이힘이다 의 dimension 과는무관하고다만대향하고있는 소개하고자한다. S' 발전소는 20 년이상운전된 관련권선의누설여부에대한최종확인을위 전기의건전성을확보하는관점에서매우중요한 전극사이의길이에만종속된다. 발전기로써발전기고정자권선누수와절연물의 해권선의절연물을분리한후비눗방울시험을 시험이다. 이러한특성을센서에적용하면발전기고정자 흡습을의심할수있었다. 수행한결과사진 6 과같이누설됨을알수있었 전력연구원에서개발한 발전기고정자권선의 권선절연물두께에의한오차의문제를해결할 사진 5 는누수시험을위하여설치된시험장 으며정비를수행하였다. 누수 / 흡습진단장치 를통하여그동안미흡했던 수있으며절연물두께에따른흡습여부를측정 치를보인다. 앞에서언급한바와같이발전기고 시험절차및진단을보완수행함으로써발전기 할수있다. 정자권선내부의냉각수를배출하고습분을제 고정자권선누수 / 흡습과관련된절연물손상사 그림 6 은정전용량측정후진단을위하여사 거한후진공저하시험을수행한결과허용값 고를저감시켜발전소운전신뢰성을증진시킬 용되는 capacitance 선도를보인다. 을만족하였다. 수있다. CE-top_in 3-sigma 5-sigma 또한진공모드에서의 He 가스추적결과도만족하였으나압력강하시험결과발전기제작사에서제시한허용값을만족하지못했다. 그림 7은 또한, 본시험을통하여진단한결과를이용하여흡습및누수권선에대한예측정비를수행함으로써파급사고에따른정비기간및비용을 frequency Capacitance Capacitance(pF) 5-sigma 3-sigma CE-top_in 그림 6. capaci tance plot 압력시험결과를보이고있다. 따라서권선흡습시험과압력모드에서의 He 가스추적시험을수행하였다. 흡습시험결과그림 8의예에서보는바와같이여자기측상부권선의 3번, 터빈측 2번권선에서의흡습이의심되었다. 또한 He 가스추적시험을수행한결과, 흡습진단결과와동일한권선에서 He 가스허용값을초과하였다. 그림 7. 압력강하시험결과 저감시킬수있으며발전기의수명제고에크게기여할수있을것으로기대된다. Bar Number 그림 8 흡습시험결과 ( CE Top bar ) III. 장치의현장적용 IV. 기대효과 개발된발전기고정자권선누수 / 흡습시험장 치는실제발전소의발전기고정자권선에대한누수 / 흡습시험에활용되고있다. 본고에서는 발전소에서정기예방점검기간중수행하고있는발전기고정자권선의누수 / 흡습시험은발 사진 6. 누설권선의비눗방울시험 S' 발전소의시험및진단, 정비사례에대하여 사진 5. 누수시험장치설치 76 전기설비 2006/7 77

신제품소개 든전자식전력량계는저가위주 의가격경쟁을통한이익창출 이아닌품질및신뢰성확보라 전자식전력량계 LD 시리즈 [ 양단자결선방식 ]

LS 산전전자식전력량계 LD 시리즈는안정적인 TI 社 MSP430 정품 CPU 채택으 로신뢰성을한층높였습니 다.

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LS 산전전력기기사업부마케팅팀 Fully made in Korea 를자부합니다.

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5 신제품소개 든전자식전력량계는저가위주 의가격경쟁을통한이익창출 이아닌품질및신뢰성확보라 전자식전력량계 LD 시리즈 [ 양단자결선방식 ] 는고객지향적가치를제공하는것에있습니다. 그렇다면최근출시되고있는 LS산전 LD시리즈제품의특징에대해알아보도록하겠습니다. LS 산전전자식전력량계 LD 시리즈는안정적인 TI 社 MSP430 정품 CPU 채택으 로신뢰성을한층높였습니 다. LD 시리즈정격 전자식전력량계에있어 CPU는인간으로따시면두 뇌와도같은아주중요한 부품입니다. 이러한차원에 서 LD 시리즈 CPU 는세계 06 년 04 월출시된 LS 산전디지털전력량계 LD 시리 즈는양단자결선방식으로공간활용도를높이고다양 한기종보유로최적화설치가가능하며유지및보수 적으로검증된미국 TI사의정품 CPU를채택하였습니다. 가용이합니다. LS 산전전력기기사업부마케팅팀 Fully made in Korea 를자부합니다. 전력량계는환경특성이중 요한제품으로한국에서설 계량기외형비교표 < 단위 :mm, kg> 치되어사용된다면한국의환경특성에서조립, 생산, 설치되어야합니다. 제품개발컨셉은기존의유사제품보다출시가늦은만큼그간문제가되어왔던유사제품이갖고있던현장에서의여러가지문제를해결하고, 전자식제품의특성상최소 10년이지나도신뢰성이확보될수있도록고려하였습니다. 특히, 전자식전력량계는단품으로쓰이는경우도있지만대개의경우원격검침및타시스템과의접목되는만큼기본적으로시스템의지속적관리와유지가가능하도록설계되었습니다. 이러한차원에서 LS산전 LD시리즈를포함한모 주 ) 단상 40A 기준임. LS산전 LD시리즈는중국, 동남아등해외에서반조립또는 OEM제품이아닌 100% 순수 Made in Korea 입니다 전기설비 2006/7 79

신제품소개 LS산전원격검침시스템주 ) CCU(central control unit) 중앙제어장치.

일반형, 펄스출력형, 원격검침형제품보유로다양한 Application과원격검침이가능합니다.

IEC 60529, IP51 물, 먼지침투보호구조규격에최적화되도록설계하여한층더외부환경으로부터안정성을확보하였습니다.

(120A 제품기준 ) 관없이결선하여사용이가능하며, 상하 Type의경우도마찬가지입니다.

흔히세종류의사람이있다고들하지요? 꼭필요한사람, 있으나마나한사람, 없으면좋을사람.

6 신제품소개 LS산전원격검침시스템주 ) CCU(central control unit) 중앙제어장치. 멀티에어콘시스템호환 LS산전원격검침시스템 컴팩트한사이즈, 세련된디자인그러면서도정밀도는더욱향상되었습니다. 기존유도형대비크기는절반이하로줄어들었으며정밀도는 2배향상되었습니다. 또한, 고품격주거환경에어울리는미려하면서현대적인감각의디자인을적용하였습니다. 일반형, 펄스출력형, 원격검침형제품보유로다양한 Application과원격검침이가능합니다. 특히원격검침형은통시모듈과구성하여가스, 수도, 온수, 열량, 냉방등다양한설비미터에대해원격검침이가능합니다. IEC 60529, IP51 물, 먼지침투보호구조규격에최적화되도록설계하여한층더외부환경으로부터안정성을확보하였습니다. 최대 60mm 굵기전선까지결선가능하도록설계되어전선채택에있어답답함과발열로고객의불안감을해소하였습니다. (120A 제품기준 ) 관없이결선하여사용이가능하며, 상하 Type의경우도마찬가지입니다. 각종검침값을손쉽게확인할수있도록대형 LCD를적용하여검침값확인이용이하고, 검침오류로인한민원의불편이줄어듭니다. 읽고넘어가세요. 흔히세종류의사람이있다고들하지요? 꼭필요한사람, 있으나마나한사람, 없으면좋을사람. 어찌이세종류로한정지을수가있겠습니까만한번쯤돌아볼필요가있지않을까싶습니다. 나는지금어떤사람에속해있을까... 절연및내서지특성이탁월한 CT방식전류검출로검침값에대한신뢰성을한층더강화하였습니다. 앞서나열한 LS산전전자식전력량계의 LD시리즈특징을보셨듯이, 저희 LS산전은저가위주의가격경쟁을고려하기보다는, 고객에게확실한품질과최적화솔루션이라는보다나은가치를제공하는것에우선을두고있고, 철저한고객지향적사상을통한고객감동을추구하고있습니다. 좌우 Type 제품의경우부하측, 전원측방향에상 80 전기설비 2006/7 81

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- 2 - - 2 - - 3 - - 4 - - 5 - - 6 - - 7 - - 8 - - 9 - 가 ) 가 ) 가 ) 가 ) - 10 - - 11 - 길이 피시험기기 주전원 절연지지물 케이블지지용절연물 접지면 발생기 - 12 - 길이 가능한경우 절연지지물 절연지지물 접지면 전자계클램프 감결합장치 - 13 - - 14 - - 15 - - 16 - - 17 - - 18 -