전력소자(SCR) 진단장비 성능향상에 관한 연구

Abstract

발전소에 적용되고 있는 전력변환설비(자동전압조정기, 무정전 전원공급장치 등)의 소자 중 전력용 반도체 소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier)는 지속적인 기술력의 진보로 인하여 용량 및 내량의 내전압 정격은 커지고 물리적인 크기는 소형화로 계속 발전하여 오고 있다. 이로 인하여 SCR에서 발생하는 열은 과거보다 더 많이 발생되고 있고, 이 열을 효과적으로 냉각시키지 못하면 SCR의 수명에 막대한 악영향을 미치게 되므로 이러한 SCR의 특성 때문에 온도, 인가전압, 냉각효율 등의 관리가 매우 중요하다. 특히, 발전설비에 사용되는 전력변환용 반도체는 용량이 크고, 내전압이 높아 개당 가격이 고가이고 열화 및 파손시 발전 정지에 직접적인 영향을 미치는 전력변환장치의 핵심반도체로서 수명이 다할 때까지 그 신뢰성을 유지하기 위해서는 수명예측을 통한 정비기법 적용이 필요하다. 일반적으로 소자의 이상 유무는 전류와 전압의 단순한 특성 측정만으로 가능하지만 열화정도의 판단은 이 특성의 체계적인 데이터 관리가 이루어져야 가능하다. 특히 대용량 전력변화장치의 반도체 소자는 작은 시험전류와 전압특성의 분석만으로 정확한 진단이 불가능하다. 이를 위해 발전소의 정비업무를 수행하는 한전KPS(주)에서는 “전력소자 수명예측 정비기법 및 장비개발” 로 발전소에서 사용되고 있는 전력용 반도체 SCR의 특성을 컴퓨터에 의해 계측, 그래프화 하는 장치를 개발하여 사용하였고, 현장 적용시 문제점을 보완하여 측정 장비를 제작하였다. 그러나, 최근 SCR 기술의 진보로 고내압, 고전압이 제품이 출시되고 있어, 기존의 저내압, 저전압 측정 장비로는 측정이 불가능하게 되었다. 본 연구를 통해 현재 가장 많이 사용되고 있는 고전압, 고내압의 SCR을 측정할 수 있는 장비를 개발하여 SCR의 전압/전류특성을 측정하므로 SCR의 열화 정도를 측정할 수 있도록 하고, 발전소 및 산업설비에 사용되고 있는 고전압 고내압 SCR 소자 각각을 측정하여 계측된 데이터를 데이터베이스화하여 SCR의 이력관리가 가능한 프로그램을 개발하고자 한다. 이와 같은 측정장비로 얻어진 데이터를 토대로 발전소 및 발전설비의 전력변환 소자로 사용되고 있는 SCR 사용기간에 따른 특성변화의 추이에 따라 열화정도를 파악하여 전력변환장치의 수명예측이 가능하도록 SCR 정비기법에 적용하고자 연구를 수행하였다.