발전설비(기타설비) 보호계전방식의 종류 및 특징

발전설비(기타설비) 보호계전방식의 종류 및 특징

 

1. 기타의 보호계전방식

1) 역상 과전류보호

교류발전기에서 3상부하가 불평형이 되면 거기에 포함되어 있는 역상전류에 의하여 회전자(계자)의 회전방향과 반대방향으로 회전자계가 생겨 이 때문에 회전자 철심에 계통주파수의 2배 주파수 전류를 유지하게 되며 이를 계속 운전하면 회전자는 급격히 과열되어 중대한 사고에 이르게 된다. 여기서 발전기에 허용되는 불평형전류의 역상분과 시간과의 관계는

· i₂: 역상분 전류 순치시

· I₂: p.U법으로 표시한 역상분 전류

· t : 시 간(초)

· K : 발전기 구조에 따라 결정되는 정수[ 표 5.2 ]

 

표 5.2에서 보는 바와 같이 불평형 수차발전기보다 화력발전기에 필요함을 알 수 있다.

보호방식으로는 역상분 전류에만 응동하고 발전기 온도특성에 맞는 한시 계전기를 사용한다.

 

[ 표 5.2 ]

따라서 계전기는 역상필터와 장한시 유도원판형 계전기를 조합한 주체와 경보요소 등으로 구성되어 그림 5.22에서 결선내용을 볼 수 있다.

· 여기서 T1, T2는 1차측에 3상의 권선이 있고 3개의 권선 중 1개의 권선은 다른 2개의 권선보다 권선 수가 2배로 되어 있으며 2차측의 임피던스는

R1I = 0.5R2, Xc = j 0.866R2로 되어

Z = 0.5R2 - j 0.866R2

Z = R2 ∠-60" 의 관계가 있다.

 

보조변류기외 변류비를 K ' 라 하면

Iv = (2ic - ib - ia) k ' 로 되어

평상시 ia + ib + i. = 0 임으로 Ix ∝ 3 Ia , Iy ∝ 3 Ic로 된다.

I x 는 Z의 양단에 60° Lag하는 전압강하 Vz를 또 Iy는 R2의 양단에 동상의 전압강하 VR를 발생

정상분에 대하여 VZ 와 VR 은 I Z I = I R2 I , I ia I = I ic I 로 되기 때문에 그림 5.23(a)과 같이 180° 의 상차가 있어 출력전압은 0(V)가 되나 그림 5.23(b)에서와 같이 역상분에 대하여는 그러한 벡터 관계가 이루어지지 않아 출력 전압 V(V)를 발생하며 계전기를 동작시키게 된다.

즉, 역상분 필터에서는 정상분은 상쇄되고 역상분에 해당하는 출력만 나오게 된다.

 

2) 과전압 보호

최근의 자동전압조정기(AVR)는 신뢰도가 향상되어 발전기의 과속도에 의한 과전압 발생 등은 적어졌으나 반면 장거리 송전선 또는 Cable선로 등이 많아져 사고 제거 후의 계통상태에서 과전압 발생률이 많아졌다.(생략하는 경향이 있다)

이상전압은 일반적으로 급격한 부하차단, 충전전류에 의한 자기여자, 불평형 고장시 고조파 진동, 여자장치의 고장 혹은 수동 운전 중의 오동작 등에 기인한다.

계전기는 통상 발전기 단자에 설치한 PT에 과전압계전기를 연결하여 사용하며, 발전기의 AVR에 쓰이는 PT와는 별도로 하는 것이 좋다.

과전압 계전기는 한시형(저속도)을 사용하며 정정은 정격전압의 120∼130%로 정한다.

 

3) 발전기의 Motoring(전동기운전)보호

발전기가 계통에 연결된 상태에서 원동기 입력이 무 부하 회전을 하기 위한 양 이하가 되면 발전기는 계통에서 전력을 받아 동기 전동기로 운전하게 된다. 이 때에는 발전기 자체에서 별문제가 없으나 원동기 측에 문제가 발생하며, 증기 터빈에서는 Motoring되면 풍손에 의한 열이 제거되지 않고 축적 과열되므로 반드시 보호장치가 필요하다.

발전기가 동기속도로 Motoring하는데 필요한 최소한의 Power는 기종별로 다르며 일반적으로

· Condensing Turbine : 정격출력의 3%

· 수력 Turbine : 정격출력의 2.5%

· Diesel Engine : 정격출력의 25%

· Gas Turbine : 정격출력의 5∼ 20% 정도이다.

이것은 발전기 정격용량과 원동기 설계에 따라 다르며 계전기 동작치 정정은 기기에 따라 검토 결성하여 되도록 감도를 높이는 한편 동작시간은 발전기 동기 투입시나 계통 동요시에 일시적인 전력반전으로 오동작 되는 것을 막기 위해 일반적으로 10초 정도로 한다.

 

4) 과부하보호와 외부사고시의 후비보호

· 발전기의 과부하보호와 외부사고가 제거되지 않았을 때의 후비보호로 통상 과전류 계전 방식이 사용되나 동작시간을 발전기가 연결된 송전계통의 보호방식과 충분히 협조해야 하므로 전압억제요소부 과전류계전기나 거리계전기를 사용하여 사고전류와 부하전류를 구별토록 하고 있다.

· 거리계전기로는 off-Set Mho형이 주로 쓰인다.

· 고정자권선의 과열보호

고정자권선의 과열은 과부하,냉각계통의 고장 등이 원인이 되어 발생하는데 발전기의 고정자코일과 함께 Search coil(측온저항기)나 열전쌍은 홈 안에 매입하고 이것을 브리지회로의 한 변으로 하여 사용한다.

 

5) 과속도 보호

발전기의 속도는 터빈 또는 수차의 조속기에 의하여 조정되나, 조속기에 이상이 발생되거나 계통상의 이유로 회전수가 상승되어 기기에 무리를 주며 나아가 중대사고로 파급됨을 막기 위하여 과속도를 검출 보호한다.

· 과속도 검출방법은 기계적인 방법과 전기적인 방법이 있으며 여기서는 후자의 것만을 설명하기로 한다.

· 즉 그림 5.24에서 볼 수 있는 바와 같이 회전계용 Tachometer Dynamo의 교류 출력을 전파 정류하여 출력전압이 회전수에 비례하는 것을 이용하여 검출한다. 여기서

㉧13은 동기속도의 95% 이상에서 동작하여 동기조건 점검에 쓰이며 ㉧14는 동기속도의 30% 이하에서 동작하여 정지명령(수차의 경우)을 내며,

㉧12는 과속도 보호용 계전기로서 수차의 경우 동기속도의 130%에서 급정지시키며 Turbo Generator에서는 기계적 강도가 높고 고온, 고압, 고속이므로 110%에서 급 정지 시킨다.