[논문]발전기 보호용 계자상실 계전기의 적용 분석

오용택; 박철원

doi:10.5370/kieep.2014.63.4.322

발전기 보호용 계자상실 계전기의 적용 분석
Application Analysis for Loss of Excitation Relay of Generator Protection 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.63 no.4, 2014년, pp.322 - 326

오용택 (한국기술교육대학교 전기전자통신공학부) , 박철원 (강릉원주대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, the LOE(loss of excitation) incidents are occurred in domestic synchronous generator frequently, the synchronous generator protection system has been much attention for the LOE protection of the incidents that threats synchronous generators and power systems. This paper was showed the characteristics and practices of distance relay that widely used LOE protection relaying in generator. Firstly, the operating characteristics and the impedance locus for LOE of the generator protection were introduced. Even if the conventional simulation program is used for modeling, but it is difficult to implement a LOE modeling and simulation of synchronous generator. So, the LOE relay operation data collected from thermal power plant and nuclear power plant in real fields were analyzed. By reviewing the applications of GE Mho relays, the reliability of LOE for synchronous generator protection in domestic were improved.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

국내의 B 원자력 발전기에서 계자상실 계전기가 Zone2에서 동작한 사례를 분석하고자 취득한 자료를 통해 연구를 진행하였다. 3.
본 논문에서는 수년 동안 발전기 계자상실 보호 계전기로 폭넓게 이용되고 있는 거리계전기 특성 및 적용 사례를 중심으로 연구를 진행하였다. 발전기 계자상실시 원리와 특성 곡선상의 특성을 확인하였다.
본 논문에서는 수년 동안 발전기 계자상실 보호계전기로 폭넓게 이용되고 있는 거리계전기 특성 및 적용 사례를 중심으로 연구를 진행하였다[1, 3, 4]. 주요내용으로는 먼저, 오프셋 모 임피던스에 의한 계자상실 기법을 소개하였다.

제안 방법

국내의 B 원자력 발전기에서 계자상실 계전기가 Zone2에서 동작한 사례를 분석하고자 취득한 자료를 통해 연구를 진행하였다. 3.1절과 유사하게 순시치 전압과 전류를 이용하여 발전기 유효전력, 무효전력, 발전기 측 3상 전압과 3상전류의 크기와 위상을 계산하여 연구를 진행하였다.
국내 A 화력발전기 계자상실 계전기의 Zone2에서 동작한 사례를 검토하였다. 동작하기전 1[ms]에서부터 고장후 10[ms]까지의 순시치 전압과 전류를 이용하여 발전기 유효 전력, 무효전력, 발전기 측 상전압 Va의 크기와 위상, 상전압 Vb의 크기와 위상, 상전압 Vc의 크기와 위상 데이터, 상전류 Ia의 크기와 위상, 상전류 Ib의 크기와 위상, 상전류 Ic의 크기와 위상 데이터를 계산하여 연구를 진행하였다[3, 4, 13].
주요내용으로는 먼저, 오프셋 모 임피던스에 의한 계자상실 기법을 소개하였다. 또 발전기 계자상실시 출력특성을 분석하였다. 특히 동기발전기 계자상실 모델링의 어려움으로 인하여 시뮬레이션 데이터를 활용하지 못하는 대신에 실계통의 발전기 계자상실 계전기의 실제 동작사례를 수집하여 분석하고 GE Multilin사 모(Mho) 계전기(40) 적용사례를 검토함으로서 국내의 동기 발전기 계자상실에 관한 보호방식을 검토하고 신뢰성 및 특성을 확인하고자 하였다.
본 논문에서는 수년 동안 발전기 계자상실 보호 계전기로 폭넓게 이용되고 있는 거리계전기 특성 및 적용 사례를 중심으로 연구를 진행하였다. 발전기 계자상실시 원리와 특성 곡선상의 특성을 확인하였다. 특히 동기발전기 계자상실 모델링과 시뮬레이션의 어려움으로 인해 A 화력발전소와 B 원자력발전소 계통의 발전기 계자상실 계전기의 동작사례를 수집하여 Mathcad 수식편집기와 C 언어로 오프셋 모 임피던스 계전 알고리즘을 구현하였다.
상기 자료를 기본으로 계자상실 보호계전기의 동작을 확인하기 위해서 초기에는 Mathcad 수식편집기를 활용하였으나 결국은 C 언어를 이용하여 임피던스 값을 계산하고 해당 보호계전기의 동작선도를 확인하였다. 표 1은 A 화력발전소 계자상실 보호계전기의 정정치를 나타낸다.
취득한 자료를 활용하여 임피던스를 구하고 모 계전기 영역을 작성하기 위해서 발전기 사양데이터를 참조하여 작성하였다. 우선 베이스 임피던스를 구하고, 과도 리액턴스 및 동기 리액턴스 값을 구한 후에 원의 중심점을 찾고 반경을 갖는 Zone1과 Zone2의 모 계전기의 선도를 작성하였다. 작성한 모 계전기의 선도에 계산한 임피던스를 함께 도시하면 그림 8과 같다.
원자력 발전소의 동기 발전기 계자상실 계전기의 동작을 확인하기 위해서 처음에는 Mathcad 수식편집기를 활용하였으나 결국은 C 언어를 이용하여 임피던스 값을 계산하고 해당 보호계전기의 동작선도를 확인하였다. 그림 9는 원자력발전기의 모 계전기 동작선도를 나타낸다.
특히 동기발전기 계자상실 모델링과 시뮬레이션의 어려움으로 인해 A 화력발전소와 B 원자력발전소 계통의 발전기 계자상실 계전기의 동작사례를 수집하여 Mathcad 수식편집기와 C 언어로 오프셋 모 임피던스 계전 알고리즘을 구현하였다. 이에 따라 GE사 오프셋 모 계전기의 적용사례를 재현, 검토함으로서 발전기 계자상실 특성 및 동작 특성이 확인되었다.
본 논문에서는 수년 동안 발전기 계자상실 보호계전기로 폭넓게 이용되고 있는 거리계전기 특성 및 적용 사례를 중심으로 연구를 진행하였다[1, 3, 4]. 주요내용으로는 먼저, 오프셋 모 임피던스에 의한 계자상실 기법을 소개하였다. 또 발전기 계자상실시 출력특성을 분석하였다.
취득한 자료를 활용하여 임피던스를 구하고 모 계전기 영역을 작성하기 위해서 발전기 사양데이터를 참조하여 작성하였다. 우선 베이스 임피던스를 구하고, 과도 리액턴스 및 동기 리액턴스 값을 구한 후에 원의 중심점을 찾고 반경을 갖는 Zone1과 Zone2의 모 계전기의 선도를 작성하였다.
발전기 계자상실시 원리와 특성 곡선상의 특성을 확인하였다. 특히 동기발전기 계자상실 모델링과 시뮬레이션의 어려움으로 인해 A 화력발전소와 B 원자력발전소 계통의 발전기 계자상실 계전기의 동작사례를 수집하여 Mathcad 수식편집기와 C 언어로 오프셋 모 임피던스 계전 알고리즘을 구현하였다. 이에 따라 GE사 오프셋 모 계전기의 적용사례를 재현, 검토함으로서 발전기 계자상실 특성 및 동작 특성이 확인되었다.
또 발전기 계자상실시 출력특성을 분석하였다. 특히 동기발전기 계자상실 모델링의 어려움으로 인하여 시뮬레이션 데이터를 활용하지 못하는 대신에 실계통의 발전기 계자상실 계전기의 실제 동작사례를 수집하여 분석하고 GE Multilin사 모(Mho) 계전기(40) 적용사례를 검토함으로서 국내의 동기 발전기 계자상실에 관한 보호방식을 검토하고 신뢰성 및 특성을 확인하고자 하였다.

대상 데이터

국내 A 화력발전기 계자상실 계전기의 Zone2에서 동작한 사례를 검토하였다. 동작하기전 1[ms]에서부터 고장후 10[ms]까지의 순시치 전압과 전류를 이용하여 발전기 유효 전력, 무효전력, 발전기 측 상전압 Va의 크기와 위상, 상전압 Vb의 크기와 위상, 상전압 Vc의 크기와 위상 데이터, 상전류 Ia의 크기와 위상, 상전류 Ib의 크기와 위상, 상전류 Ic의 크기와 위상 데이터를 계산하여 연구를 진행하였다[3, 4, 13].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	발전기가 계자를 상실할 경우 어떤 문제가 발생하는가?	그런데 원인에 관계없이 발전기의 계자상실은 발전기 자체뿐만 아니라 전력계통에도 심각한 운전상의 문제를 야기할 수 있기 때문에 적절한 대응을 필요로 한다. 발전기가 계자를 상실하게 될 경우, 내부 기전력이 급감하고 터빈은 지속적으로 회전하여 유도발전기로 동작함으로서 무효전력을 전력계통으로부터 유입하며, 발전기의 제동권선에 지속적인 전류가 흐르게 되어 소손될 가능성이 높아지게 된다[5-7].
	국내 발전기 계자상실에 대한 연구 현황은 어떠한가?	국내에서 관련 분야의 연구가 많이 이루어지지 않았다. 발전기 계자상실 현상 분석 및 정정검토 기준 고찰과 발전기 계자상실 보호 릴레이 적용 연구가 발표되었다[3, 4]. 또 단상 동기 발전기의 고속 LOE 검출을 위해 단상 오프셋 모(Off-set Mho) 계전기법이 소개되었다[8-10]. 지금까지 LOE(Loss of Excitation) 검출을 위한 다양한 기법들이 개발되었는데, 제시된 대부분의 계자상실기법은 피상 임피던스 궤적(apparent impedance trajectory)에 기초하고 있다[11-13].
	계자상실의 대표적인 원인은 무엇인가?	계자상실의 대표적인 원인은 여자전원 공급용 차단기의 갑작스런 트립, 여자회로의 개방사고, 슬립링의 섬락으로 인한 여자회로의 단락사고, AVR의 고장, 여자제어 시스템에 공급되는 전원차단 등이 있다. 그런데 원인에 관계없이 발전기의 계자상실은 발전기 자체뿐만 아니라 전력계통에도 심각한 운전상의 문제를 야기할 수 있기 때문에 적절한 대응을 필요로 한다.

참고문헌 (13)

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C.W. Park, Y.Y. Park, "A Study on Protection of Loss Excitation for Generator", KIEE PES Autumn Conference, pp. 249-251, 2014. 11.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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