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After North American wide area black out on August 14, 2003, various studies have been conducted to find out the reason of the disaster. One of main reasons was misoperation of generator protection system. Since then, protective coordination between generator protection system and excitation system ...

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 이를 위하여 발전기 과여자 및 과전압 계전기를 ElectroMagnetic Transient Program-Restructured Version(EMTP-RV)를 이용하여 모델링하고, 실제 A 발전소의 정정값을 바탕으로 발전기 과여자 및 과전압 계전기 정정 현황을 검토 및 분석하였다. 그리고 발전기 과여자 및 과전압 계전기 정정 시 고려해야 할 요소, 정정 방법에 대하여 서술하였으며, AVR 측 및 발전기 측에 중복으로 적용된 보호요소의 용도 및 동작 순서를 구분함으로써 적절한 협조 방안에 대하여 논의해보았다. 제안된 협조 방안의 결과를 시뮬레이션으로 검토하였으며, 이 결과를 바탕으로 향후 중복된 보호요소를 정정하는 대표적인 방안과 기준을 마련할 수 있는 기반으로 활용하고자 한다.
  • 앞서 서술한 바와 같이, 최근 여자시스템 측에는 발전기를 보호하기 위한 AVR 보호요소들이 내재되고 있으므로, 발전기 측 보호계전기와의 중복 보호 가능성이 높다. 따라서 본 논문에서는 AVR 측과 발전기 측의 중복된 보호요소를 모두 포함한 발전기 과여자 및 과전압 계전 보호협조 정정 현황을 고려하였다. 일반적으로 중복된 보호요소를 검토할 경우, AVR 측의 제한기능도 함께 고려할 필요가 있으나 본 논문에서는 관련 정보 취득의 제약으로 인하여 생략하였다.
  • 따라서, 본 논문에서는 발전기 보호시스템의 다양한 보호 항목 중 AVR 내부 보호요소와 중복적으로 적용되어 운용되고 있는 발전기 과여자 및 과전압 계전기를 대상으로 선정하여 상세 연구를 진행하였다. 이를 위하여 발전기 과여자 및 과전압 계전기를 ElectroMagnetic Transient Program-Restructured Version(EMTP-RV)를 이용하여 모델링하고, 실제 A 발전소의 정정값을 바탕으로 발전기 과여자 및 과전압 계전기 정정 현황을 검토 및 분석하였다.
  • 본 논문에서는 발전기 과여자 및 과전압 계전기 보호협조 정정 고려사항을 바탕으로 이를 정정하는 방법을 다음과 같이 정성적인 측면에 집중하여 서술하였다. 보호협조 정정의 정량적인 측면의 경우, 발전기, 계통의 중요도 및 보호 엔지니어의 관점에 따라 각 보호협조 요소들의 정정을 결정하고 시뮬레이션 분석을 통한 시스템의 정정 관계를 면밀히 검토해야 한다.
  • 본 논문에서는 발전기 보호시스템의 다양한 보호 항목 중 AVR 내부 보호요소와 중복적으로 적용되어 운용되고 있는 발전기 과여자 및 과전압 계전기를 연구 대상으로 하여 보호협조에 관한 연구를 수행하였다. 실제 A 발전소에서 운용중인 정정값을 바탕으로 EMTP-RV를 이용하여 발전기 과여자 및 과전압 계전기를 모델링하고 보호협조 정정 현황을 검토 및 분석하였다.
  • 상기 발전기 과여자 및 과전압 계전기 보호협조 정정값을 바탕으로 발전기 외란 발생 시, 보호협조 결과가 어떻게 나타나는지를 검토해보았다. 발전기의 과여자 및 과전압 상태를 모의하기 위하여 AVR의 기준전압 신호가 증가되는 오류를 가정하였다.
  • 이 방안은 AVR이 가지는 본연의 목적인 제어기능과 발전기 보호계전 시스템이 가지는 본연의 목적인 발전기 보호기능을 최대한 활용하기 위함이다. AVR 측의 제한기능, 보호요소의 순차적인 경보를 통하여 운전원이 사전에 문제를 인지하고 대처할 수 있으므로 발전기가 트립까지 가는 상황을 최대한 지양할 수 있으므로 발전기의 운영 안정성 및 지속성 측면에서 이점을 가질 수 있다.

가설 설정

  • AVR 측 과여자 보호요소 및 발전기 측 과여자 계전기 특성 곡선을 정정한다. 이때, AVR 제한기능 곡선 및 설비 V/Hz 용량 곡선을 침범하지 않도록 유의한다.
  • AVR 측 과전압 보호요소 및 발전기 측 과전압 계전기 특성 곡선을 정정한다. 이때, AVR 제한기능 곡선 및 설비 V/Hz 용량 곡선을 침범하지 않도록 유의한다.
  • 상기 발전기 과여자 및 과전압 계전기 보호협조 정정값을 바탕으로 발전기 외란 발생 시, 보호협조 결과가 어떻게 나타나는지를 검토해보았다. 발전기의 과여자 및 과전압 상태를 모의하기 위하여 AVR의 기준전압 신호가 증가되는 오류를 가정하였다. 상세한 시뮬레이션 조건은 표 4와 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
발전기 과여자 계전기는 어떠한 역할을 하는가? 상기의 원리를 바탕으로 발전기의 과여자(과자속) 상태를 전압과 주파수의 비율(V/Hz)로 계산할 수 있다. 발전기 과여자 계전기는 과도한 자속 밀도로부터 발전기나 변압기를 보호하는 역할을 수행한다. 발전기 내부에 과도한 자속 밀도가 장시간 유지되면 자속이 이동하는 경로가 포화되어 자속이 누설되어 흐르게 된다.
발전기 내부의 자기장이 필요한 이유는 무엇인가? 발전기 내부의 자기장은 회전자 운동의 기계적 에너지를 고정자의 전기적 에너지로 변환하기 위하여 반드시 필요하다. 발전기 고정자 코어에 공급되는 자속은 식 (1)과 같이 정현파 특성을 가지는 것으로 가정할 수 있다.
AVR 내부의 보호요소 간의 비협조로 인한 고장 발생 확률이 높은 이유는 무엇인가? 전력계통에서 사용되고 있는 발전기 보호시스템과 자동 전압조정기 (Automatic Voltage Regulator, AVR) 내부의 보호요소는 상당수 중복되어 동작하며, 이러한 중복 보호요소들을 정정하는 방법에 대한 체계적인 정정기준, 정정방법 및 관련연구가 없는 실정이다. 실제로 중복된 보호요소들이 동일한 정정값으로 운용되거나 혹은 각기 상이한 정정값으로 운용되는 등 발전기 보호를 위한 일관적이지 못한 보호 체계가 적용되어 있다. 때문에, 실제 발전기 보호시스템과 AVR 내부의 보호요소 간의 비협조에 따른 고장이 발생할 가능성이 있다.
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참고문헌 (9)

  1. North American Electric Reliability Corporation, "Reliability Standards for the Bulk Electric Systems of North America", 31 August 2015. 

  2. Working Group J-5 of the Rotating Machinery Subcommittee, Power System Relay Committee, "Coordination of Generator Protection with Generator Excitation Control and Generator Capability", in Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference, 2008. ICPS 2008. IEEE/IAS, vol., no., pp. 1-17, 4-8 May 2008. 

  3. A. P. Kharel, R. J. Rusch and R. Thornton-Jones, "Review of generation system overflux limiters and protection and consequences of incorrect settings", IEEE PES General Meeting, Minneapolis, MN, 2010, pp. 1-6. 

  4. E. F. Alves and M. A. de Souza, "Analysis of overexcitation relaying set up in synchronous generators for hydro power plants", Transmission and Distribution Conference and Exposition: Latin America (T&D-LA), 2010 IEEE/PES, Sao Paulo, 2010, pp. 298-303. 

  5. Shawn Patterson, "Coordinating Excitation limiters and Protective Relaying", US Bureau of Reclamation, 2004. 

  6. R. Schaefer, D. Jansen, S. McMullen and P. Rao, "Coordination of digital excitation system settings for reliable operation", Pulp and Paper Industry Technical Conference (PPIC), Conference Record of 2011 Annual IEEE, Nashville, TN, 2011, pp. 112-119. 

  7. IEEE Power System Relaying Committee, "IEEE Tutorial on the Protection of Synchronous Generators". 

  8. IEEE Standard C37.102, "IEEE Guide for AC Generator Protection". 

  9. GE Energy Product Description, GEI-100545A, "EX2100 35 A Regulator". 

저자의 다른 논문 :

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