탈황 흡수탑 유도전동기의 베어링 결함 진단을 통한 전류 스펙트럼 해석의 예측정비 활용가능성

Abstract

최근 석탄화력 발전플랜트의 지속적인 건설과 대형 발전설비의 건설 추세에 맞춰 주요 동력 전달장치인 전동기의 설치수량도 증가되고 있으며 이들 전동기의 안정적인 운전은 석탄화력 발전플랜트의 전체 신뢰성에 크나큰 영향을 주고 있다. 유도전동기 고장의 약 40%가 베어링에 의해서 발생되므로 베어링 고장의 사전진단을 통한 예방정비로 신뢰성의 확보가 필요하다. 선행 연구에 의하면 유도전동기의 고정자 전류 스펙트럼 해석을 통해 베어링의 결함을 진단하는 것이 가능하다. 이에 본 연구에서는 인위적인 고장요소에 의한 실험적인 방법이 아닌 발전현장에서 실제로 운전되고 있는 유도전동기의 베어링 결함진단이 가능한지 검증하고 고장을 사전에 예측, 정비할 수 있도록 전류 스펙트럼 특성에 대해 논하고자 한다. 석탄화력 탈황설비의 흡수탑 교반기 구동용 유도 전동기를 베어링을 교체하기 전과 후의 전류스펙트럼 해석을 시행하고 베어링의 상태를 육안 점검하여 비교하였다. 고정자 전류 스펙트럼의 고조파 영역을 분석한 결과, 베어링을 교체하기 전의 전류스펙트럼에서 볼과 외륜의 결함을 의미하는 주파수는 계산한 볼(114.7 Hz)과 외륜(233.6 Hz)의 결함주파수와 근사한 값으로 나타남을 확인하였다. 또한 결함주파수의 진폭크기(dB)를 기준전압(1 V)에 대한 비율로서 비교하면 결함이 진행될 경우 볼(ball) 결함에서는 약 2.94배 증가되고 외륜(outer race)에서는 약 2.24배 증가됨을 확인할 수 있었다. 이는 정상상태에서의 베어링을 기준으로 베어링의 결함 진행에 따라 진폭크기가 변화됨을 확인한 것이다. 따라서 인위적인 고장요소에 의한 베어링 결함진단 뿐만 아니라 산업현장에서 부하 운전되고 있는 유도전동기의 베어링 결함을 사전에 예측하는데 있어서도 매우 유용함을 알 수 있었다. 전류스펙트럼 해석을 석탄화력 발전소의 유도전동기 예측진단방법으로서 활용한다면 사전정비를 통하여 전동기의 불시 정지에 따른 발전 손실을 예방할 수 있을 것으로 기대된다.