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브러시레스 디젤발전기 여자기 회전형 다이오드 고장감시 방법
Method of Exciter Rotating Diode Fault Detection for Brushless Diesel Generator 원문보기

대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회, 2015 July 15, 2015년, pp.970 - 971  

류호선 (한국전력연구원) ,  이의택 (한국전력연구원) ,  박만기 (한국전력연구원) ,  이주현 (한국전력연구원) ,  유준수 (이투에스)

초록
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본 논문에서는 도서지역 디젤발전기 브러시레스 여자기 회전형 다이오드 전류실패에 대한 모니터링 및 감시방법에 대하여 기술하였다. 회전형 다이오드의 전류실패는 다이오드가 개방되거나, 단락되었을 때 발생하게 된다. 브러시레스 여자기 회전형 시스템은 다이오드가 발전기 회전축에 부착되어 운전되므로 외부에서 직접 고장에 대하여 모니터링 할 수 없고 간접적인 방법을 사용하여야 한다. 본 논문에서는 간접 감시방법들 중에 여자기 계자전류의 고조파 성분을 분석하여 다이오드의 상태를 알 수 있는 방법을 사용하였으며, 실제 여자시스템의 회전 다이오드 모니터링 설비를 제작하여 시험을 실시하고, 모니터링 상태를 확인하였다. 향후 브러시레스 여자시스템을 사용하는 발전소에 확대 적용하여 시스템의 신뢰성 있는 운전에 기여할 것으로 기대하고 있다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 감시장치는 60Hz 기준으로 30회 샘플링을 할 수 있도록 하드웨어를 구성하였다. 1800Hz의 샘플링 횟수를 이용하여 우리가 원하는 기본주파 성분을 취출할 수 있도록 하였다. 그림 4의 경우 1사이클당 12리플일 경우 120Hz에 대한 고조파 성분이 취출된다.
  • 다이오드 개방상태는 10∼40%로 하였으며, 40% 이상은 단락상태로 발전기 정지명령이 발생되도록 하였다.
  • 개방 또는 단락상태의 계자전류 파형은 크게 다르며, 개방상태에서 여자시스템 전체를 정지시킬 정도의 파급효과는 가지지 못한다. 본 논문에서는 다이오드 개방 또는 단락상태 감지를 위하여 여러 방법들 중 고조파 검출방법을 사용하였다. 시험에서 알 수 있듯이 계자전류의 DC성분 대 기본주파수의 성분비 크기값으로 상황판단을 하게 하였다.
  • 단락이 발생하면, 여자기는 상대적으로 심각한 영향을 받는데 정격출력 운전을 할 수 없고 여자시스템이 발전기 단자전압을 제어할 수 없게 된다. 본 논문에서는 도서전력용 브러시레스 발전기 여자시스템을 설계, 제작하는 과정 중 종종 발전기 여자기 회전자 다이오드가 소손되는 것을 발견하였고, 여러 문헌을 조사하여 최적의 디지털 감시방법을 알아내었고, 여자시스템에 적용하여 시험을 완료하였다. 도서 디젤발전기에서 장기간 운전 중 성능이 검증되면, 가스터빈 발전소에도 적용할 예정이다.
  • 이런 파형으로부터 여러 문헌들은 DC성분에 대한 기본주파수 성분비로 고장을 감시하였다. 본 논문에서도 가장 많이 사용되고 있는 방법을 사용하여 감시장치를 구현하였다.
  • 참고문헌 실험치에 의하면, DC성분에 대하여 기본파의 성분비가 10%∼55%일 때 다이오드의 상태에 문제가 발생됨을 알 수 있었다. 본 논문에서도 이 범위값을 디폴트값으로 선정하였으며, 사용자가 이 값의 비를 조절할 수 있게 하였다. 표 1은 참고문헌에서 실제 회전형 다이오드 고장 시 입력전원이 DC와 PWM 변조를 이용한 제어방법에서 계자전류 고조파를 실측한 내용이다.
  • 그림 7은 디젤발전기 고장감시가 가능한 여자시스템과 모니터링 셋팅값을 나타내고 있다. 시작품은 회전형 여자시스템에 적용가능하도록 소형으로 제작되었으며, 쵸퍼형 PWM방식을 사용하였다. 회전형 여자기의 내부 다이오드를 감시하기 위한 셋팅값은 계자전류 DC성분에 대한 기본주파수 1차 성분비로 하였다.
  • 본 논문에서는 다이오드 개방 또는 단락상태 감지를 위하여 여러 방법들 중 고조파 검출방법을 사용하였다. 시험에서 알 수 있듯이 계자전류의 DC성분 대 기본주파수의 성분비 크기값으로 상황판단을 하게 하였다. 발전기가 계통병입 상태에서 회전형 여자기의 다이오드가 개방되면 알람이 발생하도록 하였으며, 단락상태가 되면 발전기 정지 명령이 주보호 회로에 전달되게 하였다.
  • 본 파형은 실제파형이 아니고, 모의파형 발생기에서 파형의 형태를 모사하여 아날로그 출력이 된 그림이다. 실제 디젤발전기 여자기 계자전류는 정상상태 파형을 취출할 수 있으나, 다이오드 개방이나 단락상태는 여러 비용적 측면에서 실제로 구사할 수 없어서 참고문헌[2]를 참조하여 유사파형을 모사하였다. 실례로 발전기가 4극이고, 여자기가 8극일 경우에는 1사이클당 12리플이 발생한다.
  • 발전기가 계통병입 상태에서 회전형 여자기의 다이오드가 개방되면 알람이 발생하도록 하였으며, 단락상태가 되면 발전기 정지 명령이 주보호 회로에 전달되게 하였다. 실제 여자시스템의 회전 다이오드 모니터링 설비를 제작하여 시험을 실시하고, 모니터링 상태를 확인하였으며, 도서지역의 디젤발전기에 현장적용을 하였다. 향후 브러시레스 여자시스템을 사용하는 발전소에 확대 적용하여 발전기 여자계통의 신뢰성 있는 운전에 기여할 것으로 기대하고 있다.
  • 시작품은 회전형 여자시스템에 적용가능하도록 소형으로 제작되었으며, 쵸퍼형 PWM방식을 사용하였다. 회전형 여자기의 내부 다이오드를 감시하기 위한 셋팅값은 계자전류 DC성분에 대한 기본주파수 1차 성분비로 하였다. 다이오드 개방상태는 10∼40%로 하였으며, 40% 이상은 단락상태로 발전기 정지명령이 발생되도록 하였다.
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