[논문]수도관로 소수력발전설비에서의 수격작용으로 인한 고장대책

이형묵; 홍정조; 이은웅; 김경엽

수도관로 소수력발전설비에서의 수격작용으로 인한 고장대책
Trouble and Measure Owing to Water-hammer In Small Hydropower Turbine System Of Waterpipe 원문보기

이형묵 (한국수자원공사에너지사업팀) , 홍정조 (한국수자원공사에너지사업팀) , 이은웅 (충남대학교 공과대학원) , 김경엽 (한국산업기술대학교)

Recently the development of small hydropower generation with using water pipes is revitalized by the water works facilities. However, when the tubine generator is in case of emergency stop by the internal and external accidents, it causes water hammer in water pipes and suspension of water supply. To prevent these problems of small hydropower generator, we has analyzed water supply patterns, installation position and water pipe systems.

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문제 정의

외부적인 사고로 비 상 정지시 수도관로에서 발생되는 수격작용으로 고장이 빈번히 발생도어 안정적인 용수공급의 차질이 발생되고 소수력 발전기의 운영 및 관리에 문제가 발생할 수 있는 것을 방지하기 위하여 용수공급 패턴, 설치지점, 시스템 구성, 운영방안 등을 종합적으로 분석하여 대책을 마련하고자 한다.
보령 댐은 유역 면적 이 163.6 km?인 웅천천에 댐을 축조하여 용수원이 부족한 충청남도의 서부 및 서북부권역에 용수를 공급할 목적으로 건설되었다.
한국수자원공사 보령권관리단 내 저|2소수력 발전소의 수격현상 분석을 위한 현장 시험결과를 토대로 향후 제2소수력 발전소 운영 관리의 안전성을 확보하기 위한 자료를 얻고자 한다.

제안 방법

7m를 유지하였다. 또, 제2 소수력 발전소의 취약성을 감안하여 발전기의 출력은 정격 출력(556kW)으1 절반 이하인 200钏 정도에서 수격현상 시험을 하였다. 이렇듯 현장시험 기간 동안 용수공급의 중단은 없어야 하며 제2소수력 발전소의 안전운전 할 수 있어야 하는 제약 조건으로 인하여 데이터 취득에 어려움이 있었으나 비교적 다양한 실험을 하였다.
이렇듯 현장시험 기간 동안 용수공급의 중단은 없어야 하며 제2소수력 발전소의 안전운전 할 수 있어야 하는 제약 조건으로 인하여 데이터 취득에 어려움이 있었으나 비교적 다양한 실험을 하였다. 수격작용이 일어날 수 있다고 예상되는 운전상태에서 수행된 현장시험 내용 및 측정항목을 정리하여 분석하였다.

성능/효과

58 kgf/cm'2까지 상승하는 것으로 측정 되었다. 또, 바이 패스 내 압력 (PT3)은 초기 2.63kgf/cm, 에서 8.6초 후 최대 3.64kgf/crr『까지 상승하는 것으로 측정되었다. 이와 같이 수차 발전기가 출력 200KW인 상태에서 비상 정지되었을 때는 수격작용이 크지 않는 것으로 분석되었匸h 그러나 수차의 출력을 증가시켜야 하는 경우 유량도 출력에 따라 비례하여 커지기 때문에 도수과로에서 발생하는 수격작용은 더욱 심각해 질 수 있음을 쉽게 예측할 수 있다.
58kgf/cm²까지 상승하는 것으로 측정되었다. 또, 수차를 통과하는 유량은 초기 1.278m%이었는데 안내 깃이 급격히 닫힘에 따라 유량도 빠르게 감소하고, 안내 깃의 폐쇄 거동이 끝나더라도 유동은 완전히 차단되지 않고 약 0.32m3/s의 누설 유량을 허용하는 것으로 수치해석결과 예측되었다. 이처 럼 안내 깃은무구속 상태에서 수차가 과다한 속도로 회전하지 않도록 빠르게 닫히고, 이에 수반되는 수격압을 경감시키기 위하여 약간의 누설 유동을 허용하는 것 이 수격작용 관점에서 유리 한 것으로 판단된다.
현장시험 기간 동안 용수 공급의 중단 우려와 제 2소수력 발전소의 안전성 등의 제약 조건으로 인하여 발전 기 정 격 출 력 (556kW)의 절 반 이 하인 200kW 에서 비상 정지시 2.4 초 지난 후 수차의 회전속도는 초기 910rpm에서 l, 324rpm까지 이르고, 안내 깃은 초기 34.9%에서 4.2초 후 최소 개도인 11.8%까지 급격히 닫히게 되는데, 이에 따라 수차 입구 측 압력은 초기 2.54kgf/cm2에서 4.4초 후 최대 수격압인 5.58kgf/cm²까지 상승하는 것으로 측정되었다. 또, 수차를 통과하는 유량은 초기 1.

후속연구

이와 같이 수차 발전기가 출력 200KW인 상태에서 비상 정지되었을 때는 수격작용이 크지 않는 것으로 분석되었匸h 그러나 수차의 출력을 증가시켜야 하는 경우 유량도 출력에 따라 비례하여 커지기 때문에 도수과로에서 발생하는 수격작용은 더욱 심각해 질 수 있음을 쉽게 예측할 수 있다. 따라서 부관에 설치 된 500mm 버 터 플라이밸브 (B.V#4)는 신뢰 성 이 확보되는 다른 수격완화설 비 로 교체하거나, 유압 구동장치를 수리하여 제 기능을 발휘할 수 있도록 반드시 보완 조치가 뒤따라야 할 것으로 판단된다.
마지막으로 유체가 설정 압력 이상으로 압력 이증 가 시 자 동으로 열 리 게 되어 수도관로 및 수차 발 전 기의 안전을 고려하기 위해서 지 완 화 밸브 (Surge Relief val.,es) 등을 수차발전기 전단 에 설 치 하여 수 격 압 에 의한 설 비 보 호 에 민-전 을 기 해 야 할 것이다

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