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계통주파수 저하시 설비의 영향

계통주파수 저하시 설비의 영향

[78-1] 계통의 주파수가 저하할 때 발전기 터빈운전상 문제점과 운전방법에 대하 여 기술하시오.

발전기의 영향

발전기 계자회로 및 고정자 철심 단부의 과열
(E∝Φf f->E/f∝Φf)

1) 계자전류가 일정하다면 주파수 저하로 발전기 단자전압은 감소한다.
2) 계통 사고시는 계통전압도 저하하는 일이 많으므로 규정 전압유지를 위해 과도한 계자전류가 필요하게 되어 계자회로의 과열의 원인이 된다.
3) 고정자의 자속밀도는 전압/주파수(V/Hz)의 값에 좌우되며, 주파수가 저하하면 V/Hz값이 커지게 되고, 자속밀도의 증가에 따라 고정자 누설자속이 증가로 인하여 고정자의 과열
4) 발전기 냉각능력의 저하
회전자에 설치되어 있는 냉각팬의 속도저하에 의해 냉각능력이 저하되므로 손실증가와 어울러 발전기 각부의 온도가 상승한다.

터빈 및 부속설비에 영향

1) 터빈날개의 공진

터빈날개
터빈날개의공진

가장 큰 영향을 받는 것은 터빈의 회전날개이다. 터빈의 회전날개는 각각의 길이에 따라 고유진동주파수를 가지고 있어 정격회전속도 이하로 터빈이 회전하게 되면 주로 저압터빈의 종단날개가 공진으로 인하여 터빈 베어링의 진동이 급상승하게 되어 피로에 의한 균열이 발생될 수 있다. 주파수 저하의 한계는 최대 1.5Hz정도이다.

운전 중 계통사고에 의하여 주파수가 급감하면, 증기터빈의 조속기에 의해 가감밸브(CV)는 속도조정률(일반적으로 4~5%)에 대응해서 개방방향으로 동작한다. 이 때문에 발전기 출력은 급증하여 각 제어계가 불안정하게 됨과 동시에 소내의 각기기에 여러 가지 악영향을 주므로 운전에 충분한 주의가 요한다.

[참고] 임계속도란 터빈날개의 고유진동수와 회전속도에 따른 진동수 일치점을 말하며, 터빈날개 설계할 때 임계속도가 정격속도에서 ±15~20% 이상 벗어나게 설계해야 한다.

터빈날개
터빈날개

2) 터빈 보조기기의 출력의 저하

급수펌프, 복수펌프 등의 터빈보조기기는 유도전동기에 의해 구동되므로 주파수저하에 따라 출력이 저하되어 발전기의 출력을 저하시킬 뿐만 아니라, 지속시간이 길어지면 운전이 곤란할 수도 있다.

발전기

변압기의 영향

철심의 자속밀도가 증가하여 철심의 포화로 인하여 누설자속 및 여자전류의 증가되어 철손 및 동손이 증가되로 변압기 용량감소 및 과열의 문제를 고려해야 한다.

\[ E=4.44f\Phi_mN \to E=kfB_m\]\[ \to B_m ∝ \frac{1}{f} [인가전안\ 일정조건]\]

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