[스크랩] 발전기보호계전기기능

발전기를 위한 보호계전기

대용량 발전기의 보호에 사용되어지는 계전방식은 보호대상 보호목적에 의해 여러 가지 방법이 있으나 여기서는 전기설비기술기준에 설치 의무가 되어 있는 보호장치를 주체로 한다.

 

1. 과전류계전기(51)
발전기의 과부하 또는 외부단락사고에 의해 발전기의 고전류 보호를 위한 것으로서, 발전기에 과전류가 흐를 경우 동작하여 발전기전기자 권선의 소손을 방지함과 동시에 사고점에 고장전류공급을 방지한다. 그 다음으로서 발전기 비율 차동계전기의 후비 보호로서 , 발전기 내부 사고 확대를 방지한다.

 

2. 발전기 역상과전류 계전기(46)

발전기에 상간 단락, 계통의 1선지락, 2선지락, 불평형 부하 , 단상 운전시 불평형 전류가 흐르면 전기자에 역상 전류가 흘러 회전자계는 회전자 회전방향과 반대이기 때문에 2배의 주파수에 의한 와전류가 회전자 표면에 흐르며, 더욱이 여자전류에 의한 온도상승에 가해져 코일 절연물 소손,  Wedge의 접속부나 코일 지지환 등에 국부과열을 일으킬 위험성 있으며, 회전자가 심한 진동을 일으킨다. 그러므로 발전기의 역상내량 이상의 역상전류에 대하여 보호한다.

 

3. 지락과전압 계전방식

발전기 권선에 이상전압 또는 외부에서 침입파로 부터 권선절연을 보호하기 위해 중성점을 접지하며, 이 경우 지락이 발생한 경우 과대한 지락 전류로 인하여  전기자 권선 및 철심의 손상의 확대를 방지하기 위하여 중성점에 저항 또는 접지용 변압기를 설치하여 최대 지락전류를 10-15A 정로로 제한하며, 지락과 전압 계전기는 발전기의 내부지락사고를 검출하는 계전기로서 접지 변압기 2차 전압에 응동한다.

 

4. 비율차동계전기
발전기의 내부 단락사고 즉 전기자 권선의 상간단락, 층간단락이 발생한 경우에 동작하여, 전기자 권선 및 철심의 손상의 확대를 방지한다. 또한 계통사고에 파급시키므로 속히 발전기를 계통으로부터 분리시킨다.

 

5. 계자상실 계전기(40G)
발전기가 운전중에 무여자 되면 동기화력이 약해져 회전자가 가속되어 표면에 와전류가 흘려 과열되어 고정자 권선에도 과전류가 흐르게 되거나, 발전기의 계자 전류의 심한 감소로 계통에서 다량의 무효전력을 흡수하여 발전기를 과부하 시키고, 와전류에 의한 회전자 표면의 과열 및 고정자단 철심의 과열을 방지함과 동시에 다량의 무효 전력 흡수로 인한 계통 전압강하를 일으키므로 계통 전체의 동기상실이 되는 경우가 있으므로 계자 상실이 발생되면 신속히 계통으로부터 분리시킨다.

첫 번째 계통의 2상 단락고장시 발전기의 전기자 권선에는 큰 단상 전류가 공급되어 이 단상전류내의 역상분전류에 희한 자속이 회전자와 반대방향으로 동기속도로 회전한다. 이 때문에 계자권선에 정격주파수 2배의 교류전류가 本來의 직류전류와 중첩해서 흘러 직류 부족 전류형 계자 상실계전기에서는 오동작 할 우려가 있다.
두 번째는 최근에 많이 사용하는 부러시레스 여자방식의 境遇 계자회로 전부가 회전자와 함께 고속회전하기 때문에 계자전류를 직접 감시하는 직류 부족계자계전기를 접속하기가 어렵다. 그러므로 실제의 동기발전기에 사용되는 계자 상실 계전기에는 발전기 출력단 전압 즉 발전기 모선전압과 발전기의 전기자 권선에 공급되는 부하전류의 곱에 응동하는 방식을 적용한다. 이 방식의 계자상실 계전기는 임피던스 계전기의 일종이다.

계자상실 계전기는 10-20MW 이상의 발전기에 채용되며 계자 상실원인 은 Slip Ring의 Flash over, AVR 여자장치의 고장, 계자 차단기의 오조작 등에 의하며, 계통의 OCR의 오동작 등이 있다.
계자상실되면 계통에 대해 전력동요의 발생원으로 되어 Disturbance를 일으키며, 조상용량이 부족한 경우 계통전압 강하를 발생시키며 탈조의 원인이 된다.
완전한 유도발전기로 되지않고 무효, 유효전력을 주기적으로 발생하므로 회전자나 고정자 권선을 과열시켜 발전기에 손상을 준다
계자 상실시 임피던스 변화를 검출하는 Off - set Impedance계전기를 사용한다. 계자가 상실되면 Inductive(+)가 Capacitive(-)로 변화하며 발전기 리액턴스로 접근한다

 

6. 전압/주파수 계전기
 전압 조정기 고장시나 수동 전압 고장시 발전기의 과여자 운전시 과잉 자속에 의한 주변압기 철심 및 철구조물, 발전기 철심의 과열 방지하며, 저주파 과여자 보호계전기 일반전으로 +-5%까지 연속운전이 가능
발전기, 주변압기 , 소내변압기 등의 과여자로 인한 과열손상 방지, 일반적으로 무부하시
V/F=1.2에서 45초로 정해져 있으나 V/F=1.18에서 4.5초로 제한하며, 2초이내에 트립시킴

발전기 철심에 최대자속이 전압에 비례하며, 주파수에 반비례한다. 즉 자계회로의 과여자 는 전압과 주파수 관계식 (Volt/Hertz)에 정비례한다. 예를 들면, 정격전압의 110%의 전압이 초과하거나, 주파수가 99.9%이하로 떨어지면  1.1 Per unit로 변압기는 과여자 된다.
발전기의 계자는 발전기가 정격속도 90% 이상일때 가해진다. 만약 초기에 계자가 가해지거나, 충분히 제거되지 않았을 경우, 발전기의 단자전압은 실제의 주파수보다 높게된다.  

발전기의 AVR과 여자 계통은  Volt/Hertz특성을 갖는다. 그러나 이 계통에 고장이 발생했을 때 보호용으로 사용된다.
Volt/Hertz 과여자 계전기는 PT를 통하여 Step -up 변압기에 바로 연결되며, 발전기 기동시 정지시, Power isolation, remote load rejection시  변압기는 과여자 상태가 되므로 Volt/Hertz relay 동작하게 된다.
이계전기는 two steps of definite time delay으로 One step은 110%/60sec, Two step은 118%/6sec를 갖는다(Basler electric volts per hertz overexcitation realy page1-3

 

7. 역전력 계전기(67G)

발전기가 계통에 병입된 상태에서 turbine의 증기량 또는 발전기의 여자가 상실되면 발전기는 동기 전동기로 되어 슬립주파수 전류가 흘러 회전자를 가열하고, 풍손에 의한 열을 제거하지 못해 터빈 Blade가 가열되어 위험하며, 수차의 경우에는 유량부족으로 Cavitation 이 발생하기 때문에 발전기에서 전력의 방향을 검출하여 경보 또는 트립시킨다.
동작은 발전기 및 커빈의 손실분에 상당하는 역전력에서 보호계전기가 동작하도록 정정한다

 

8. 저주파 계전기
계통의 주파수가 저하되어 터빈 발전기의 고유 진동수와 공진하는 경우 심한 진동에 의한 터빈 날개의 손상을 방지.

 

9. 축수온도 계전방식
축수의 윤활유 열화와 윤활유 유막의 결여 등에 의한 온도 상승으로 축수의 소손방지를 위한 계전기로 현저히 온도가 상승한 경우에 발전기를 자동적으로 차단시켜 정지시킨다.

 

10. 부주의한 발전기의  Energizing(50/27)

부주의하거나 급작스런 동기 발전기의 Energizing은 최근에 특별한 문제로 되고 있다.

Off-line시에 급작스럽게 Energizing될 때에 상당수의 대형기기가 손상을 입거나, 완전히 파손되기도 한다.

 

1) Operation error

고압 발전소의  Breaker and a half 외 Ring Bus 구성으로 사용되므로 더욱 복잡하게 됨에 따라 Operation error가 증가하고 있다.

 

2) Breaker Head Flashover

Flashover의 의험성은 동기 직전과  Unit가 계통으로 부터 분리된 직후에 보다 커진다. 따라서 발전기와 승압용 변압기간 차단기를 설치함으로 보다 좋은 운전의 유연성을 가지게 된다.

발전기가 Off-line일 때 계통 분리를 위해 Breaker를 Open하면 Unit  TR을 Energize상태로 유지할 수 있으므로 발전기가 발전을 하지 않아도 부하를 운전할 수 있고 발전기가 On-line으로 가기 위한 Star-up전력을 공급할 수 있다.

 

3) 3상 Energizing에 대한 발전기의 손상

발전기가 돌고 있는 동안에 갑자기 3상 계통전압으로 Energizing되었을 때 발전기는 유도 전동기로서 운전한다. 정지상태에서

3상 Energizing동안에는 동기 주파수의 회전자계가 발전기 회전자에 유도된다. 유기된 회전자 전류는 회전자 몸체와 Damper권선(만약 있으면) 에 있는  Subtransient 경로로 힘을 받는다.

회전중 정지상탱의 발잔기에서 부주의한 Energizing에 의한 초기적 영향은 고정자 유도전류에 의해 회전자 표면부근에 있는 금속경로에 급속한 가열현상이 발생한다. 그 일차경로는 Wedge, Rotor, Retaining Ring 으로 된다. 이 장치들의 접촉부는 주로 아크에 의한 급속한 온도상승이 발생한다.

이 아크가열은 금속부분을 녹여서  Wedge를 약화시켜 고장을 발생시킨다.

회전자 권선의 손상은 열보다는  wedge Support의 Loss에 의한 기계적 손상에 기인한다.

보호의 예 : 계자 손실 보호, 역 전력계전기, 역상 계전기, Breaker Failure 보호,  System Back-up 계전기

출처 : 내가느끼는 삶을 여기에..

글쓴이 : 토라리 원글보기

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