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문제 정의
- 현재 시험대상 발전기는 2005년 12 월에 운전중 진단시스템을 설치하여 운영중에 있으며 발전기 기동후, 30 분마다 부분방전을 측정하여 데이터를 저장하고 있다. 이 논문에서 수행하고자 하는것은 설치 후 현재까지 실시한 운전중 부분방전진단데이터를 근거로하여 정지상태에서 정지중 및 운전중 측정장비를 이용하여 부분방전을 측정하고, 실제 운전상태에서의 부분방전특성과 정지상태에서측정한 부분방전 응답특성에 관하여 비교 분석해 보고자 한다.
제안 방법
- 정지중 진단시스템은 시험전압을 2분간 인가하면서 최대부분방전량, 부분방전갯수에 대한 위상분포특성을 측정하였다. PDAS는 120주기 동안 부분 방전 크기와 위상기 준 부분방전분포 특성을 측정하였다.
- 그림2에서 보는것과같이 설치 후 현재까지 각 상별 부분방전크기의 변화는 미소하여 열화의 진전징후는 나타나지 않았다. 따라서, 최근 측정한 데이터를 이용하여 발전기 운전중에 측정한 각 상별 부분방전의 위상분포 특성을 알아보았다.
- 사용하였다. 발전기 운전상태에서 측정한 운전중 부분 방전 진단시스템은 정지상태에서 측정한 장비인 PDAS를 그림1(b)와 같이 couplerl센서측의 부분방전신호를 측정하였고, 현재 시험대상 설비에 설치 운영 중인 Partial Discharge Measuring System - Hydro Generator(PDMS-HG)는 노이즈제거기법을 적용하기 위하여 couplerl, H를 사용하여 부분방전을 측정하였다[4].
- 발전기 정지상태에서 측정한 정지 중 부분방전진단시스템은 IEC60270 규격에 따라 10nF의 커플링커패시터와 디지털검출기(40-400kHz, Haefely Trench AG)를 이용하여 구성하였고, 정지상태에서 측정한 운전 중 부분방전 진단시스템은 PDAS(Partial Discharge Acquisition System, Full AD 방식-100M SAMPS)를 사용하였고 접촉식센서는 시험대상 발전기에 사용중인 센서와 동일한 특성을 가지고 있는 150pF의 세라믹 센서를 사용하였다. 발전기 운전상태에서 측정한 운전중 부분 방전 진단시스템은 정지상태에서 측정한 장비인 PDAS를 그림1(b)와 같이 couplerl센서측의 부분방전신호를 측정하였고, 현재 시험대상 설비에 설치 운영 중인 Partial Discharge Measuring System - Hydro Generator(PDMS-HG)는 노이즈제거기법을 적용하기 위하여 couplerl, H를 사용하여 부분방전을 측정하였다[4].
- 수 있다. 본 논문에서는 고정자권선의 고압인출부에 센서를 설치하여 부분방전을 측정하는 접촉식센서에 의한 측정방법을 적용하였다. 그림1은 부분방전을 측정하기 위한 정지중 및 운전중 측정회로를 보여주고 있다.
- 5 kV에서 측정하였다. 상별 측정을 하기 위하여 발전기 중성점을 분리하였으며, 한 상 측정시 나머지 두상은 접지를 하여 상간의 절연상태도 측정하였다. 정지중 진단시스템은 시험전압을 2분간 인가하면서 최대부분방전량, 부분방전갯수에 대한 위상분포특성을 측정하였다.
- 시험전압을 인가하기 위하여 별도의 대용량 시험변압기(20kV, 400kVA)를 이용하여 측정하였다. 시험전압은 상전압으로 9.
- 정지중 부분방전측정시에 사용하는 접촉식센서는 커플링커패시터를 측정대상과 병렬로 설치하고 측정시스템을 통하여 부분 방전을 측정하였다. 운전중 부분방전측정시에 사용하는 접촉식 센서는 Directional 방식의 노이즈제거 기법을 적용하였으므로 발전기측과 계통측에 각 상별 2개씩 접촉식센서를 설치하여 부분방전을 측정하였다.
- 부분방전시험은 운전중 및 정지중 측정이 모두 가능하다. 이 논문에서는 수력발전기 고정자권선에 대하여 정지중 진단장비와운전중 진단장비를 이용하여 부분방전을 측정하였고, 정지중 진단장비의정지중 부분방전특성, 운전중 진단장비의 정지중과 운전중 부분방전 특성을 비교하였다.
- 그림1은 부분방전을 측정하기 위한 정지중 및 운전중 측정회로를 보여주고 있다. 정지중 부분방전측정시에 사용하는 접촉식센서는 커플링커패시터를 측정대상과 병렬로 설치하고 측정시스템을 통하여 부분 방전을 측정하였다. 운전중 부분방전측정시에 사용하는 접촉식 센서는 Directional 방식의 노이즈제거 기법을 적용하였으므로 발전기측과 계통측에 각 상별 2개씩 접촉식센서를 설치하여 부분방전을 측정하였다.
- 상별 측정을 하기 위하여 발전기 중성점을 분리하였으며, 한 상 측정시 나머지 두상은 접지를 하여 상간의 절연상태도 측정하였다. 정지중 진단시스템은 시험전압을 2분간 인가하면서 최대부분방전량, 부분방전갯수에 대한 위상분포특성을 측정하였다. PDAS는 120주기 동안 부분 방전 크기와 위상기 준 부분방전분포 특성을 측정하였다.
- 현재 수력발전기 고정자권선에 설치되어 운영중인 운전중 부분방전진단시스템(PDMS_HG)과 고전적인 측정방법인 정지중 부분방전시스템, 그리고, 운전상태 및 정지상태에서 부분방전측정 이 가능한 PDAS장비를이용하여 발전기 권선의 각 상별 부분방전크기와 위상기준 부분방전특성을 분석하였다.
대상 데이터
- 시험대상 설비는 약 25년간 운영된 수력발전기 고정자권선으로 절연등급은 F종으로 최고허용온도가 150莒이고, 정격전압은 13.2kV, 정격전류는 2187A, 정격출력은 45MW이다. 현재 시험대상 발전기는 2005년 12 월에 운전중 진단시스템을 설치하여 운영중에 있으며 발전기 기동후, 30 분마다 부분방전을 측정하여 데이터를 저장하고 있다.
- 부분방전분포특성을 나타냈다. 이 장비는 현재 시험대상발전기에 설치되어 운영중에 있는 것으로 최근 측정한 각 상별 부분방전 데이터를 이용하였다. 노이즈 필터 및 Dkectional 방법으로 외부노이즈를 최소화하였다.
성능/효과
- 하지만, 정지중 및 운전중 부분방전특성을 동일한 장비로 측정한 PDAS의경우 부분방전 크기뿐만 아니라, 위상기준 부분방전특성도 매우 유사하게 측정되어, 운전상태에서 측정한 부분방전신호의 신뢰성을 확인할 수 있었다. 그리고, 노이즈제거 기법을 적용한 PDMS-HG의 경우 PDAS와비교해 볼 때 부분방전 발생위상이 다소 차이는 있지만, 부분방전의 크기는 매우 유사하게 나타났으며, 노이즈 제거를 통하여 좀더 정확한 부분 방전 특성을 보여주었다.
- 하지만, PDAS의 경우정지상태 및 운전상태에서 모두 동일한 세라믹센서를 이용하여 측정한결과 주변노이즈가 제거된 운전정지 상태에서 측정한 크기 및 위상기준부분방전패턴이 발전기 운전상태에서 측정한 부분방전크기와 매우 유사하게 나타났다. 그리고, 노이즈필터 및 노이즈제거 기법을 적용한 PDMS-HG의 측정결과 부분방전발생위상은 다소 차이가 있지만, PDAS 와 비교해보면 부분방전 크기의 패턴은 매우 유사하게 나타났다.
- 시험전압에서 2분간 측정된 부분방전 특성을 나타내며 상단 부는 최대부분방전량의 위상분포특성을 하단부는 부분방전갯수의위상분포특성을 보여준다. 이러한 위상분포를 근거로하여 기존 논문에서 제안하고 있는 열화상태를 분석해 보면, R상의 경우 내부방전형태를 나타내고 있으며 S상과 T상의 경우 위상 0도 부근과 180도 부근에서 부분 방전이 발생되어, R상에 비하여 권선의 열화가 좀더 진행된 것으로 나타났다.
- 부분방전의 크기는 정지중 측정장비에서 R상과 S상이 유사하고, T 상이 다소 적게 나타났다. 정지중 및 운전중 측정한 PDAS와 PDMS-HG는 S상이 R상과 T상에 비하여 비교적 크게 나타났다.
- 때문에 절대적으로 비교하기는 어려웠다. 하지만, PDAS의 경우정지상태 및 운전상태에서 모두 동일한 세라믹센서를 이용하여 측정한결과 주변노이즈가 제거된 운전정지 상태에서 측정한 크기 및 위상기준부분방전패턴이 발전기 운전상태에서 측정한 부분방전크기와 매우 유사하게 나타났다. 그리고, 노이즈필터 및 노이즈제거 기법을 적용한 PDMS-HG의 측정결과 부분방전발생위상은 다소 차이가 있지만, PDAS 와 비교해보면 부분방전 크기의 패턴은 매우 유사하게 나타났다.
- 하지만, 정지중 및 운전중 부분방전특성을 동일한 장비로 측정한 PDAS의경우 부분방전 크기뿐만 아니라, 위상기준 부분방전특성도 매우 유사하게 측정되어, 운전상태에서 측정한 부분방전신호의 신뢰성을 확인할 수 있었다. 그리고, 노이즈제거 기법을 적용한 PDMS-HG의 경우 PDAS와비교해 볼 때 부분방전 발생위상이 다소 차이는 있지만, 부분방전의 크기는 매우 유사하게 나타났으며, 노이즈 제거를 통하여 좀더 정확한 부분 방전 특성을 보여주었다.
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