KR200267127Y1

KR200267127Y1 - 원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기 성능감시장치

Info

Publication number: KR200267127Y1
Application number: KR2020010032686U
Authority: KR
Inventors: 최광희
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2002-03-09

Abstract

본 고안은 높은 신뢰도가 요구되는 원자력발전소 비상디젤발전기의 성능을 진단할 수 있는 장치임. 원자력발전소의 비상디젤발전기는 기동신호를 받은 후 10초 이내에 기동하여 정격 전압, 정격 주파수를 유지하고 부하에 전력을 공급하여야 하나, 이 과정에서 과속도 트립 혹은, 양측의 엔진 두 대와 가운데 한 대의 발전기에 의하여 전력을 생산하는 텐덤형 비상디젤발전기(도 3)의 경우 양측 엔진간 부하의 균형이 이루어지지 않으면 트립이 발생할 수 있으며 또한 엔진과 발전기를 연결하는 고무 연결체가 파손되는 사고가 발생 될 수 있음. 이러한 부하의 불균형 및 트립은 매우 짧은 시간 내에 발생하기 때문에 이를 정밀하게 진단 및 감시하기 위해서는 제어기 입출력신호, 엔진과 발전기의 응답신호를 실시간으로 취득하여 진단에 이용하여야 함. 본 고안은 엔진 배기가스온도와 발전기 베어링 온도, 권선 온도 그리고 전압, 전력, 주파수 신호를 취득하여 그래프로 보여주고 이 결과를 데이터베이스에 저장하는 기능을 수행하며, 또한 엔진 성능에 민감하게 영향을 주는 제어기의 입출력 신호를 취득하여 엔진의 동특성을 파악 할 수 있는 정보를 제공

Description

원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기 성능감시장치{watching performance device tendum style of diesel generator for atomic energy power station}

본 고안은 원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기 성능감시장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 엔진과 발전기를 제어하는 제어기의 성능 변화를 진단할 수 있도록 제어 변수를 수집하고, 특히 텐덤형 엔진의 양측 엔진간 출력 균형을 위한 제어기의 동적 특성을 진단 및 감시할 수 있도록 하는 장치를 제공하는데 있으며, 이동이 가능한 휴대형 컴퓨터 시스템으로 고안하여 한 개의 시스템으로 원자력발전소에 설치된 여러 대의 디젤발전기를 진단할 수 있는 원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기 성능감시장치에 관한 것이다.

비상디젤발전기는 원자력발전소 외부 전원계통이 정전되었을 경우, 원자력발전소를 안전하게 정지시키기 위하여 필요한 설비에 전력을 공급하는 매우 중요한 안전계통 이다. 이 때문에 항상 운전 가능하도록 주기적으로 시험 및 점검을 수행하고 있다. 그러나, 심각한 고장이나 기동 실패 등의 이상 상태가 발생하면 보수를 하거나 시험하는데 시간이 걸리고 이용률이 저하된다. 따라서 지속적인 상태감시 및 분석 즉, 적절한 성능변수를 선택하여 상태를 파악하고 추이를 분석함으로써 고장으로 진전하기 전에 열화나 비정상 상태를 발견하는 일이 필요하다. 이러한 감시 및 분석을 뒷받침하기 위하여 자동화된 데이터 수집과 관리 및 처리를 하는 본 고안을 개발하였다.

기존 디젤 엔진이나 발전기 감시 시스템은 제어 변수를 상태 감시 변수로 설정하지 않아 성능변화에 민감하게 작용하는 제어기의 동적인 성능을 파악 할 수 없으며 장비가 캐비닛형태로 커서 공간을 많이 차지하고 아날로그 신호 처리와 RS-485 통신 신호 처리를 동시에 수행할 수 없다. 특히 텐덤형 디젤 엔진 발전기의 경우는 제어기의 동적 특성을 정밀하게 조정하지 않으면 엔진간 출력이 불균형 되어 축의 비틀림이나 진동으로 고장이 발생할 가능성이 매우 크나, 종래의 시스템으로는 제어기의 성능 진단이 불가능하다. 그리고 상용의 데이터베이스를 사용하지 않아 자료 공유가 어려웠으며 종래의 자료수집 장치는 저장용량이 크지 않아 수집된 자료를 주기적으로 다른 저장 매체에 백업을 하여야 한다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 고안의 목적은 엔진과 발전기를 제어하는 제어기의 성능 변화를 진단할 수 있도록 제어 변수를 수집하고, 특히 텐덤형 엔진의 양측 엔진간 출력 균형을 위한 제어기의 동적 특성을 진단 및 감시할 수 있도록 하는 장치를 제공하는데 있으며, 이동이 가능한 휴대형 컴퓨터 시스템으로 고안하여 한 개의 시스템으로 원자력발전소에 설치된 여러 대의 디젤발전기를 진단함으로서 경제적 이익을 실현시키는데 있다.

또한 본 고안은 고성능 컴퓨터 및 대용량 하드디스크를 사용하고 네트워크 인터페이스 카드를 내장함으로서 과거의 자료를 인트라넷을 통하여 손쉽게 백업할 수 있는 편의성을 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기 성능감시 장치 블락구성도이다.

도 2는 원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기의 전체 블럭구성도이다.

-도면의 주요부분에 대한 설명-

10 : 엔진 11 : 연료랙위치센서

20 : 발전기 30 : 비례미적분제어기

40 : 부하분배제어기 100 : 휴대형 컴퓨터

200 : 다기능 A/D변환부 300 : 아날로그신호처리기

400 : RS-485통신부 500 : 네트워크 인터페이스부

600 : 감시장치

이하, 이 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 이 고안을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 고안의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 고안의 목적, 작용효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

참고로 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 고안의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.

본 고안은 원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기의 성능을 감시할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 첨부도면 도 1 또는 도 2에서 보는 바와 같이 비상디젤엔진제어기(80)는 발전기(20)를 중심으로 좌측과 우측에 각각 연료랙위치센서(11)가 연결되는 엔진(10)과, 상기 발전기(20)의 구동상태를 제어하기 위한 비례미적분제어기(30)와, 상기 비례미적분제어기(30)와 연료랙위치센서(11)에서 감지된 신호로부터 부하분배상태가 제어될 수 있도록 하는 부하분배제어기(40)가 연결되어 이루어진 기본 구성을 갖는다.

상기 비상디젤엔진제어기(80)는 내부의 엔진(10)의 성능상태를 점검할 수 있도록 일정거리를 유지하는 위치에 엔진이나 발전기의 온도변화를 읽어들일 수 있는 온도스캐너(70)가 연결되는 구성을 갖는다.

또한 상기 온도스캐너(70)는 출력단에 연결되어 엔진이나 발전기의 온도변화를 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 통신신호를 입력하여 내부에 설정된 프로그램에 의해 그래픽으로 표시할 수 있는 휴대용컴퓨터(100)가 연결되는 감시기(600)을 갖는다.

상기 감시기(600)의 휴대용컴퓨터(100)는 텐덤형 디젤발전기의 엔진 실린더배기, 터보차져, 발전기 베어링, 발전기권선등에 관련된 각항목의 온도변화를 그래프로 표시할 수 있도록 상기 온도스캐너(70)에서 출력하는 통신 프로토콜신호를 수신하는 RS-485통신부(400)와, 상기 휴대용컴퓨터(100)에 연결되어 외부의 발전소 전산망(60)으로부터 통제 신호를 전달받을 수 있는 네트워크 인터페이스부(500)가 연결되는 구성을 갖는다.

또한, 휴대용 컴퓨터(100)는 상기 디젤엔진발전기제어기(8)에서 출력하는 제어신호를 수신하여 수신된 아날로그 신호의 노이즈 성분을 제거한 후 증폭하여 출력할 수 있는 아날로그신호처리기(300)가 외부에 연결되며, 이 아날로그신호처리기(300)의 아날로그 신호를 디지탈신호로 변환하여 휴대용컴퓨터(100)의 프로그램이 실행될 수 있도록 하는 다기능 A/D변환부(200)가 연결되는 구성을 갖는다.

이와 같이 구성되는 본 고안의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기의 성능을 감시할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 첨부도면 도 1 또는 도 2에서 보는 바와 같이 감시기(600)가 비상디젤엔진제어기(80) 내부의 엔진 제어상태를 연료랙위치센서와 발전기의 제어상태를 비례미적분제어기에서 출력하는 신호를 부하분배제어기가 조합하여 결과값을 얻어내고 이 결과값에 대한 아날로그 신호는 아날로그신호처리기(300)을 통하여 노이즈를 제거하여 증폭시킨 후 휴대용 컴퓨터(100)의 다기능 A/D변환부(200)에 의해 디지털 신호로 변환시키게 되므로 휴대형 컴퓨터(100)는 설정된 프로그램에 따라 그래픽으로 엔진과 발전기 동작상태를 표시하게 되는 것이다.

또한, 감시기(600)가 비상디젤엔진제어기(80)의 발전기 및 엔진의 각종 온도 값을 온도스캐너(70)를 통하여 측정된 후 내부의 RS-485 통신 보드와 휴대형 컴퓨터(100)의 RS-485 통신부(400) 간의 통신 프로토콜을 통하여 휴대형 컴퓨터(100) 시스템에 측정된 온도 데이터를 제공하게 된다.

상기 휴대용컴퓨터(100)는 내부의 네트워크인터폐이스부(500)에 의해 발전소 전상망에서 공급하는 프로그램이나 실행명령등을 상호하여 교환하게 된다.

한편, 본 고안은 비상디젤엔진제어기(80)는 도 2에서와 같이 발전기(20)의 좌우에서 시계방향과 반시계 방향으로 회전하는 엔진(10)이 연결되어 있다. 만약 두 엔진(10)의 구동력이 균형을 이루지 못하면 엔진에 무리가 가고, 효율이 낮아지고 심할 경우 축의 비틀림이나 진동으로 축 연결체가 파손되어 운전할 수 없는 상태가 된다. 이러한 고장은 기동시에 주로 발생되는데, 이때의 상태를 진단하기 위하여 본 고안은 다음과 같이 두 가지로 구분하여 감시 진단 변수를 선정한다.

첫 번째는 비상디젤엔진제어기(80)의 엔진이 기동할 때, 엔진구동에 의한 발전기 제어신호를 비례미적분제어기(30)에 의해 출력하고, 상기 비례적분제어기(30)를 통해 입력된 좌우측 엔진의 부하분배정도를 부하분배제어기(40)에 의해 출력하며, 엔진(10)에 장착된 연료랙위치센서(11)가 감지한 연료랙위치상태신호, 발전기 전압, 발전기 주파수, 발전기 출력, 기동신호를 1초당 1000개의 신호를 수집한다.

두 번째로는 엔진 기동 후 운전 중 텐덤형 엔진의 양측 부하 균형상태를 진단하기 위한 발전기 및 엔진의 각종 온도 값으로서, 엔진 당 20개의 각 실린더의 온도, 터보차져 온도, 발전기 베어링 온도, 그리고 발전기 권선 온도를 온도스캐너(70)와 RS-485통신부(400)를 통하여 수집한다.

이렇게 수집한 신호들은 휴대용컴퓨터(100)의 화면에 실시간 그래프 및 분석다이어그램으로 표시한다. 또한 수집된 신호는 데이터베이스에 저장되어 시험이 종료된 후에 성능 진단에 사용되며, 인트라넷 네트워크를 통하여 필요한 자료를 전송함으로서 다른 매체에 백업을 한다.

본 고안을 이용하여 원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기 부하 불균형을 진단 및 감시 할 수 있으며, 제어 및 운전관련 주요 성능 변수를 실시간 감시하고 이를 데이터베이스로 저장함으로서 과거의 이력 데이터를 이용하여 각 성능변수의 경향을 분석하고 열화를 예측할 수 있도록 한다. 이를 통하여 궁극적으로 원자력발전소 최후 안전의 보루인 비상디젤발전기의 신뢰도 향상은 물론 원자력발전소 전체의 안전성 확보하는 효과를 갖는다.

또한 본 고안은 실제로 취득한 신호를 이용하여 비상디젤발전기의 축 연결체 파손의 근본 원인인 텐덤형 엔진의 양측간 부하 불균형을 진단하고, 이에 필요한 제어기 설정치 조정, 엔진 구동기 조정 등의 조치를 취함으로서 부하 불균형 문제를 해결하는 효과를 갖는다.

Claims

발전기(20)를 중심으로 좌측과 우측에 각각 연료랙위치센서(11)가 연결되는 엔진(10)과 상기 발전기(20)의 구동상태를 제어하기 위한 비례미적분제어기(30)와 상기 비례미적분제어기(30)와 연료랙위치센서(11)에서 감지된 신호로부터 부하분배상태가 제어될 수 있도록 하는 부하분배제어기(40)가 연결되는 비상디젤엔진제어기(80)와, 상기 비상디젤엔진제어기(80) 내부의 엔진(10)의 성능상태를 점검할 수 있도록 일정거리를 유지하는 위치에 엔진이나 발전기의 온도변화를 읽어들일 수 있는 온도스캐너(70)와, 상기 온도스캐너(70) 출력단에 연결되어 엔진이나 발전기의 온도변화를 전기적인 신호로 변환하여 출력하고 통신신호가 입력되면 내부에 설정된 프로그램에 의해 그래픽으로 표시하는 휴대용컴퓨터(100)가 연결된 감시기(600)를 포함하여 연결되는 원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기 성능감시장치.
제 1항에 있어서, 상기 감시기(600)의 휴대용컴퓨터(100)는 텐덤형 디젤발전기의 엔진 실린더배기, 터보차져, 발전기 베어링, 발전기권선등에 관련된 각항목의 온도변화를 그래프로 표시할 수 있도록 상기 온도스캐너(70)에서 출력하는 통신 프로토콜신호를 수신하는 RS-485통신부(400)와, 상기 휴대용컴퓨터(100)에 연결되어 외부의 발전소 전산망(60)으로부터 통제 신호를 전달받을 수 있는 네트워크 인터페이스부(500)가 연결되는 원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기 성능감시장치.
제 1항에 있어서, 상기 감시기(600)의 휴대용 컴퓨터(100)는 상기 디젤엔진발전기제어기(8)에서 출력하는 제어신호를 수신하여 수신된 아날로그 신호의 노이즈 성분을 제거한 후 증폭하여 출력할 수 있는 아날로그신호처리기(300)가 외부에 연결되며, 이 아날로그신호처리기(300)의 아날로그 신호를 디지탈신호로 변환하여 휴대용컴퓨터(100)의 프로그램이 실행될 수 있도록 하는 다기능 A/D변환부(200)가 연결되는 원자력발전소용 텐덤형 디젤발전기 성능감시장치.