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발전기 진상운전

발전기 진상운전

[95-2] 대용량 발전기 진상운전의 목적과 진상운전시 유의점에 대하여 설명하시오.
[89-4] 발전기를 진상운전 할 경우 그 목적과 이때 발생하는 문제점에 대하여 설 명하시오.

계통조건과 발전기의 운전

1) 계통이 지상인 경우

계통이 지상인 경우는 중부하시 무효전력 소모량의 증가로 인해 “전압이 저하”이 저하로 인하여 부하차단이 우려되는 상황이다. 이것에 대응하여 발전기는 지상운전(과여자 운전)을 시행하여 계통에 무효전력을 공급하고 발전기의 단자전압을 상승시킨다.

2) 계통이 진상인 경우

계통이 진상인 경우는 경부하시 무효전력 소모량의 감소로 인해 “전압이 상승”되어 과전압 피해가 우려되는 상황이다. 이것에 대응하여 발전기는 진상운전(저여자 운전)을 시행하여 계통에 무효전력을 흡수하고 발전기의 단자전압을 저감시킨다.

진상운전의 목적

전력계통에는 초고압 송전(대지정전 용량) 및 케이블, 역률 개선용 콘덴서의 증가로 경부하시(유도전동기 부하가 저감이 주요원인)에 무효전력 소모가 감소로 무효전력이 과잉공급되는 상태가 되어 부하측 전압이 매우 크게 증대되는 문제가 발생된다. 이때 발전기는 계통의 무효전력을 흡수하는 운전(진상운전)을 통해서 계통의 전압을 감소시켜 일정한 전압이 유지되도록 하여야 한다.

발전기진상운전
발전기진상운전

진상운전의 문제점

※ 발전기의 진상운전은 유기기전력을 저하(무효전력의 흡수)시키는 운전이다.

1) 계통의 사고 발생시 현저한 전압의 저하

진상운전 중에 단락사고시 계통전압이 현저하게 저하가 나타난다. 계통의 사고가 발생되면 즉시 진상운전을 중지하고 AVR로 신속한 증자를 시켜야 함.

2) 발전소 소내모선의 저하

① 보조 전동기 토크 부족에 따른 과부하(T∝V²)
② 급수펌프, 복수 펌프 등의 보조기 출력감소로 터빈발전기의 출력이 감소되는 원인, 발전기 출력의 감소의 원인
③ 전동기는 일반적으로는 10[%]까지의 전압강하를 허용할 수 있지만 전압변동과 케이블의 전압 강하 분을 고려해서 진상시의 소내 모선전압의 저하한도를 5[%] 정도로 해서 운용하는 것이 바람직하다.

3) 정태안정도의 저하

진상운전에서는 여자전류가 감소하기 때문에 발전기의 내부 유기기전력이 작아지고, 위상각의 증대, 동기화력의 감소 등에 다라 발전기의 정태안정도가 저하가 나타난다. 대용량 화력발전기에서는 초속응여자방식을 채용함으로써 안정도 향상을 도모하고 있다.

4) 고정자 철심단부의 과열문제가 발생

-> 정격역률 95% 이하로 운전하지 않는다.

발전기 고정자 철심

발전기 고정자 권선 단부에서 고정자 철심 적층에 수직하여 누설자속이 발생하고 이에따라 철심에 와전류손(eddy current loss)에 의한 국부과열이 발생하게 된다.

과여자의 경우 retaining ring이 포화상태를 유지하게 됨으로서 단부의 누설자속은작다. 그러나 저여자의 경우 역률이 95[%]를 넘는 진상영역에서는 계자전류가 감소로 retaining ring이 포화되지 않았기 때문에 전기자 말단의 누설자속증가가 가능하다. 이때 계자에 의한 자속에 전기자에 의한 자속이 더해져서 전기자 단부에 열이 발생하고 이에 따라 발전기의 출력이 제한된다. 이 온도상승에 의하여 발전기는 무효전력 흡수 능력에 제한(진상운전의 제한)을 받는다. 그러나 이 진상운전에 대한 제한범위는 이론적으로 정해지는 것이 아니고, 단부의 구조 재료 등에 따라 개개의 발전기마다 다르고, 실험적으로 정해지고 있다.

발전기 운전상 주의 사항

1) 발전기의 운전범위는 고정자 단부의 온도상승, 정태안정도 한계 검토결과 및 발전기 출력가능곡선에서 우선 허용운전한계를 구하고 여기에 대해 적당한 여유를 보아 계통측에서의 요구하는 부하와 균형이 맞는 운전범위를 설정한다.
2) 소내전압 저하로 인하여 보조전동기가 과부하 되지 않도록 한다.
3) 발전기 전압, 무효전력, 자동전압 조정기(AVR)의 출력 등에 주의한다.
4) 계통사고 등 이상상태가 발생한 경우는 즉시 진상운전을 중지하고 신속히 증자하여 운전의 안정화를 향상시킨다.
5) 진상운전의 빈도가 잦은 발전기는 단부 점검을 행하여 국부과열 등 이상이 없는가를 확인해 두는 것이 좋다.


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