목 차 1. 개요 2. 현황및문제점 3. 원인분석 4. 열적민감도란? 5. 진단및조치내용 6. 정비결과 7. 효과 Technology Research Center 1

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길강 심
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1 2014 년전력설비안정성향상대회 발전기회전자열적민감도진단사례 한국중부발전 발전처기술연구센터 증기터빈선임전문원강병연

2 목 차 1. 개요 2. 현황및문제점 3. 원인분석 4. 열적민감도란? 5. 진단및조치내용 6. 정비결과 7. 효과 Technology Research Center 1

3 1. 개요 보령화력 8호기 2010년초년도계획예방정비후발전기베어링진동 Load Effect 가약 135μm로매우크게나타남. ( 시운전이후운전시간경과에따라점진적으로증가 ) 진동변화상태로볼때발전기회전자에문제가있는것으로판단 발전기회전자열적민감도시험권장 11년 5월, 열적민감도시험수행 - 시험결과 : 103μm (#7 Brg, Thermal Vector) - 제작사관리기준 : 76μm이내 ( 하자인정 ) 12 년 10 월, 발전기 Rotor 반출정비수행 ( 제작사공장 ) - Retaining Ring 분해및재조립 - Wedge 분해및재조립 12년계획예방정비완료후열적민감도해소확인 Technology Research Center 2

2. 현황및문제점 ü 설비현황 구분규격구분규격 정격용량 636.5 MW슬롯수 48 정격전압 22.0 kv 극수 2 정격전류 16,704 A 회전수 3600 rpm 역률 0.9 주파수 60 Hz 계자전압 540 V 수소압력 4.22 kg / cm2 _g 계자전류 3,492 A 제작사두산 / 2007 년 1. Rotor 2. Bearing 3.

4 2. 현황및문제점 ü 설비현황 구분규격구분규격 정격용량 MW슬롯수 48 정격전압 22.0 kv 극수 2 정격전류 16,704 A 회전수 3600 rpm 역률 0.9 주파수 60 Hz 계자전압 540 V 수소압력 4.22 kg / cm2 _g 계자전류 3,492 A 제작사두산 / 2007 년 1. Rotor 2. Bearing 3. End shields 4. Rotor fan 5. Water header 6. Hydrogen cooler 7. Stator frame 8. Stator core 9. Stator bar 10. Terminal box 11. High voltage bushing 12. Current transformer Technology Research Center 3

5 2. 현황및문제점 ü 터빈 / 발전기진동값현황 v 초년도 O/H 후기동시 [ 단위 : 진폭μm, 위상각, 베어링온도 ] 구분 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 Abs X :43 무부하 : MW Abs Y Brg Temp Abs X Abs Y Brg Temp v O/H 후약 20 일경과후 : MW 구분 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 Abs X Abs Y Brg Temp 발전기운전조건 : Generator Vars MVAR, Field Voltage & Current Vdc / 1,932.3 Amps Technology Research Center 4

2. 현황및문제점 ü 진동 Load Effect 현황 (#7 베어링 ) 구분 #7 Brg 비고 2008 년 113 136 2009 년 124 143 2010 년 A B

6 2. 현황및문제점 ü 진동 Load Effect 현황 (#7 베어링 ) 구분 #7 Brg 비고 2008 년 년 년 A B Total (53 139) (97 194) 년 Data 년 Data 년 Data Technology Research Center 5

7 2. 현황및문제점 ü 문제점 v 진동 Load Effect 크기과다 Ø 초년도 O/H 후기동시 Load Effect : 약 135 μm ( 표준화력등 500 MW급발전기발생사례없음 ) Ø 무부하 ~ 전부하모든영역에서낮은진동값을유지하지못함 v 운전시간경과에따라 Load Effect 크기증가 Ø 2008년준공이후 Load Effect 크기가지속적으로증가 Load Effect 무부하상태에서전부하 ( 유효전력 ) 상태에이르는동안변화되는진동벡터크기. 즉, 변화되는진동값의방향과크기를나타냄 Technology Research Center 6

8 2. 현황및문제점 ü Load Effect 과다시문제점 v 일반적인기동과정 TG Oil Flushing 발전기수소치환 터빈 Turning 운전 점화및터빈 Rolling 진동점검 & W/B v Load Effect 과다한경우의기동공정 TG Oil Flushing T/G 운전및발전기수소치환 점화및터빈 Rolling 진동점검 & W/B 발전기냉각공기주입 터빈 Turning 운전 보일러점화 터빈 Rolling 진동점검 & W/B 약 2일이상의추가공정필요 Technology Research Center 7

9 참고 ) 보령화력 7 호기 Load Effect Technology Research Center 8

10 3. 원인분석 ü 발전기회전자의진동 v 일반적인진동원인 Ø Mass Unbalance, Misalignment, 베어링기능저하, Bent Shaft, 진원도불량, 회전자의강성비대칭, 비정상적운전등 Ø 기계적문제에의한진동인경우, 계자전류등전기적변화와무관함 v 회전자가열적으로민감한경우 Ø 계자전류등전기적변화에민감하게진동변화 Technology Research Center 9

11 3. 원인분석 ü 발전기 #7, 8 베어링진동의특징 v 진동우월주파수는 1X 성분 v #7, 8 베어링진동위상각이동일 ( 동위상 ) v 진폭과위상각이안정적임 (Hunting 현상없음 ) Technology Research Center 10

12 3. 원인분석 ü 운전변수와의연관성분석 v 진동값 (#7 베어링 ) 과무효전력의 Trend 비교 무효전력 #7 Brg 진동 보령 7 호기 보령 8 호기 Technology Research Center 11

13 4. 열적민감도란? ü 열적민감도 (Thermal Sensitivity) Thermal Sensitivity ( 열적민감도 ) 는발전기로터에서발생할수있는현상으로, 계자전류가증가되면서진동이변화한다. 로터원주방향으로의온도분포가불균일하거나, 축방향힘이원주방향에서균일하게작용하지않을때일어날수있다. 이때주된힘은구리코일과단조로터및부품재질인합금강사이의열팽창계수차이가크기때문이다. 로터권선이원주방향으로기계적또는전기적으로평형상태가아닐때발전기로터는로터굽힘과진동을발생시킬수있는불균일한힘이발생한다. 열적으로민감한로터라고해서운전을못하는것은아니나, 과도한진동때문에높은계자전류나무효전력에서의운전이제한될수있다. Technology Research Center 12

14 4. 열적민감도란? ü 열적민감도에의한진동특징 v 열적으로민감한로터는굽힘현상발생으로 Unbalance 유발 (1X 성분 ) v 가역적인경우와비가역적인경우가있음 v 제작사의 Thermal Vector 허용범위 : 50~76 μm이내 v Thermal Vector : 계자전류운전개시점에서운전끝점까지의진폭및위상각변화 Load Effect vs Thermal Vector - Load Effect : 유효전력등모든변수를포함한개념 - Thermal Vector : 무효전력 ( 계자전류 ) 변화에의한진동변화 Technology Research Center 13

15 4. 열적민감도란? ü 열적민감도발생원인 1) 층간단락 2) 통풍구막힘또는비대칭적인냉각 3) 절연편차 4) Wedge 조립부적절 5) Distance Block 조립부적절 6) Retaining Ring, Centering Ring 의움직임 7) 틈이없는 Slot 8) 열에민감한단조로터 Technology Research Center 14

16 4. 열적민감도란? ü 가역및비가역진동 v 가역적 (Reversible) 진동 - 계자전류증감과진동증감이비례 - 최대진동이허용범위에있도록절충 Balancing v 비가역적 (Irreversible) 진동의특징 - 계자전류증가시진동증가, 계자전류감소시진동감소안됨 - 회전자권선해체없이는해결대책없음, 운전시부하제한불가피 Technology Research Center 15

17 5. 진단및조치내용 ü 진동진단결과 v 2010년 7월, 초년도계획예방정비후진동상태와과거 Data 분석을통해 발전기회전자의 Thermal Sensitivity 문제제기 v 열적민감도시험수행및하자처리요청토록권고 ü 열적민감도시험수행 (2011년 5월 ) 1 단계 출력 230 MW에서계자전류고정 (1,730A) 후출력증가 ( MW ) 43 Mvar -62 Mvar 2 단계 3 단계 출력 340MW고정, 계자전류증가 (1,730 3,200A) 3,200A) 출력 340MW고정, 계자전류감소 (3,200 1,730A) -62 Mvar 354 Mvar 354 Mvar -66 Mvar Technology Research Center 16

18 5. 진단및조치내용 ü 열적민감도시험결과 구분 #7 Brg #8 Brg 허용기준 Thermal Vector 103 μm μm 151 GE사 : 50~76μm이내두산 : 76 μm이내 Technology Research Center 17

19 5. 진단및조치내용 ü 발전기회전자반출정비 (2012년 10월 ) v v v v 정비기간 : ~ ( 운송포함 18 일간 ) 정비장소 : 두산중공업 / 창원 ( 발전기 ) 공장 주요정비내용 - Retaining Ring, Wedge 분해, 점검및부품청소, 조립 (Insulation 교체등 ) - 각단계별코일분담전압시험, RSO 등전기적시험수행 - Flux Probe 시험및 Shop Balancing 수행 (Vacuum Bunker) 정비비용 : 약 15 억원 ( 운송비포함, 전액제작사부담 ) Technology Research Center 18

20 5. 진단및조치내용 ü 발전기회전자반출정비 (2012년 10월 ) Technology Research Center 19

21 5. 진단및조치내용 ü 발전기회전자반출정비 (2012년 10월 ) Technology Research Center 20

22 6. 정비결과 ü 반출정비후재시험결과 정비전 정비후 Technology Research Center 21

23 6. 정비결과 ü 결과분석 v 분담전압, RSO 등전기적시험결과는정비전 / 후차이가큰없었으나, Thermal Vector 크기가현저하게감소됨 v Retaining Ring, Wedge 분해, 점검및청소, 조립이외의특별한정비없이 Thermal Vector가감소된것으로볼때, 열적민감도과다원인은 Retaining Ring, Wedge 등의조립이잘못되었던것으로추정됨 v 발전기베어링 Load Effect 감소로설비안정적운영가능 Technology Research Center 22

24 7. 효과 ü 유형효과 효과 : 약 90 억원절감 v 정비비용절감 : 약 15 억원 ( 하자처리 ) v 열적민감도해소에따른계획정비공기지연예방으로전력거래수익증가 : 약 75 억원 [2.5 억 /1 일 2 일 / 회 15 회 (30 년간 )] ü 무형효과 v v v 발전설비안정성및신뢰도향상 열적민감도시험절차정립 설비진단및 Troubleshooting 역량확보 Technology Research Center 23

25 강병연 증기터빈 / 선임전문원 kangby@komipo.co.kr Technology Research Center

PowerPoint 프레젠테이션

PowerPoint 프레젠테이션 Motor Base 설비상태감시원리및 응용 모델 : MCM / PCM Version : 1.0-20070425 기계적 결함 + 전기적 결함 + 에너지 소모량 한 번에 3마리의 토끼를 잡는다! www.reliability.co.kr 전화: (031) 726-1672 팩스: (031) 726-1376 홈페이지 : www.reliability.co.kr 463-805