복합화력 스팀터빈의 트립원인추적시스템 개발에 관한 연구

Abstract

The combined cycle co-generation power plant combines such methods other than the steam power method as gas turbine, MHD, etc., to increase the overall thermal efficiency. Its types used most currently are gas turbine and steam turbine combined or the HRSG cycle type. The combined cycle co-generation power plant features higher thermal efficiency, while the time for its starting and stopping is short. Furthermore, it can be started independently. All in all, it is suitable as emergency power source. Although it has the advantages of less cooling water and hot water distribution, however, it requires the measures against NOx exhaust and noises, while requiring less impure but good-quality fuel. The trip of the steam turbine uses the heat exhausted from the gas turbine to activate the steam from the HRSG boiler and thereby, turn the thermal energy of the steam into the mechanic energy or the revolving power. The trip serves to discharge into the air the exhaust gas being induced into the HRSG boiler only to cause huge economic loss. The trip of the steam turbine itself is the source of huge economic loss because it blocks the power generation and suspends the supply of heat, so it is very important to identify the causes for the trip promptly and precisely after its occurrence and handle it timely. Since the novices in charge of steam turbine operation and its maintenance cannot afford to judge and use the diverse information provided for by the generation operation system, they can hardly diagnose an abnormal operation of the generation facilities and take prompt actions against it. And since they are less informed of the trip due to their shorter career, they cannot afford to analyze the causes of the trip precisely and take appropriate measures against them. Thus, in order to determine the causes for the steam turbine trip, this study examined the conventional inconvenient manual analytical methods and thereupon, suggested the ways to develop a system which would include diverse functions conducive to efficiency of detecting the trip causes during the normal operation of the steam turbine; 복합발전은 기력발전 방식에 기력 이외의 방식(가스터빈, MHD 등)을 조합시켜 종합적인 열효율 향상을 도모하는 발전형태로, 현재 가장 많이 사용되고 있는 것은 가스터빈과 스팀터빈의 조합으로 배열회수 사이클이 주류를 이루고 있다. 복합발전은 열효율이 높고, 기동·정지 시간이 짧으며, 단독 기동이 가능하여 비상용 전원으로 적합하며, 복수기의 냉각수량과 온배수가 적은 이점이 있는 반면 NOx 배기대책 및 소음대책이 필요하고 불순물이 적은 양질의 연료를 필요로 한다. 가스터빈 발전 후의 배기열을 이용하여 배열회수보일러에서 발생된 증기를 작동유체로, 증기가 가지고 있는 열에너지를 기계적 에너지인 회전력으로 변환하는 기기인 스팀터빈의 트립은 배열회수보일러로 유입되던 배기가스를 대기로 방출하게 되어 막대한 경제적 손실을 초래하게 된다. 스팀터빈의 트립은 그 자체만으로도 발전기능 차단과 열 공급 중단으로 엄청난 경제적 손실이지만 트립 발생 후 얼마나 빨리 그리고 정확하고 신속하게 트립의 원인을 찾아 어떻게 조치하느냐 하는 것 또한 간과해서는 안 될 중요한 문제이다. 스팀터빈의 운전과 정비보수를 담당하는 초보자의 경우는 발전운전시스템에서 제공하는 다양한 정보의 활용능력 및 판단력이 떨어지므로 정상운전 상태에서 발전설비에 이상이 발생하기까지의 상황인지와 이상발생 후 대응조치가 어려우며, 트립 발생시에도 운전경험과 축적된 지식의 미흡으로 인하여 트립 상황에 대한 정확한 분석과 대처능력이 부족한 것 또한 사실이다. 이에 본 논문에서는 먼저, 기존에 스팀터빈 트립 발생시 원인을 찾기 위하여 수작업으로 번거롭게 수행되던 분석방법에 대하여 살펴본 다음, 스팀터빈이 정상적으로 운전되고 있는 상태에서 효용성 증대를 꾀하기 위한 다양한 기능을 포함하여 트립 이후 스팀터빈의 운전에 대한 순차적 판단과 후속 조치에 대한 경험과 전문적 지식이 부족한 초보 운전원이나 정비요원에게 선 경험자의 조언처럼 실질적으로 필요한 스팀터빈 트립 원인과 경로를 최종 트립 신호로부터 역으로 추적하여 최초 트립을 유발시킨 신호를 찾고 그 신호에 대한 유용한 정보를 제공함은 물론 문제해결에 대한 도우미 역할도 수행할 수 있는 시스템 개발에 대하여 연구하였다. 마지막으로, 연구 개발된 스팀터빈 트립원인추적시스템 시제품을 복합화력발전소 스팀터빈이 실시간으로 운전되고 있는 제어 로직이 탑재된 분산제어시스템과 병렬로 연결하여 온라인 상태로 실제 운전에의 적용과 실증시험을 통하여 정상운전 중 제공되는 스팀터빈 트립 신호에 대한 감시기능과 트립 발생시 트립 원인 신호를 역으로 추적하여 트립 원인 신호에 대한 정보를 운전원에게 제공한 사례에 대하여 살펴보았다.; it was judged that such a system would allow even novice operators or service personnels lacking in the knowledge and experience for sequential and follow-up measures to check the trips to trace back to the trip causes and paths of the steam turbine from the final trip signal point and thereby, detect the first trip signal. In addition, this system would provide for some useful information about the first trip signal to help solve the problems. Lastly, the steam turbine trip cause tracing system was linked in parallel with the distribution control system equipped with a real-time operational control logic at the combined cycle co-generation power plant to test its application and efficiency. As a result, it was confirmed that the system functioned to monitor the steam turbine trip signals generated during its normal operation and trace back to the trip cause signal to provide the information with the operator.