이동형 발전차 실증시험 - kins.re.kr · GPT 여자전류 및 Hysterisis 의해 생성되는 3고조파 순환회로 형성 : OVGR(64)에 기본주파수 고장전류만 흐름

이동형 발전차 실증시험

2013년 10월 31일

고리1발전소 전 기 팀

전문기

Ⅰ. 개요

Ⅱ. 발전차 특성

Ⅲ. 실증시험 방법

Ⅳ. 시험이력

Ⅴ. 계전기 특성

Ⅵ. 원인분석

Ⅶ. 결론 및 교훈

Ⅰ. 개 요

• 후쿠시마 후속조치로 확보한 이동발전차를 고리1,2호기 안전모선에 연결하여 실증시험 중 차단기 투입과 동시에 영상과전압계전기(OVGR, 64Ry) 동작으로 발전차 발전기 트립됨

• 시험실패 모의 및 파형분석 결과, 안전모선 계기용변압기(PT)의 리액턴스(L)와 AAC모선을 연결하는 장거리 케이블의 정전용량(C)이 병렬공진으로 비접지 발전기의 중성점이 이동, 진동한 것으로 판단

☞ 발전기의 중성점 이동으로 각 상의 전압 불평형이

발생하였고 발전기 보호용 영상과전압계전기 동작

• AAC 케이블 2회선 모두 분리(LC 병렬공진 제거)하여 케이블의 대지간 정전용량 감소시킨 후 발전차를 계통에 투입, 부하운전에 성공함

Ⅰ. 개 요

Ⅱ. 발전차 특성

엔진(가스터빈)

○ 정격속도의 110% 도달시 자동정지

○ 105% 과속도에서 단시간 운전 가능

발전기

○ 형식 : 가스터빈 발전기(연료 : 경유)

○ 정격용량/출력 : 4,000kVA / 3,200kW(역율 0.8)

○ 출력전압/주파수 : 3상 3선식, 4,160V ± 5% / 60Hz ± 3%

○ 기동시간 : 40초 이내(전원전압 확립후 전부하 투입가능)

○ Voltage Step load : 4,160V ± 20%

○ 속도변동률 : ± 4%

Ⅱ. 발전차 특성

차단기반

○ 차단기 형식 : VCB 인출형

○ 정격전압/정격전류/정격차단전류 : 7.2kV / 1200A / 20kA

○ 보호계전기

- G30 : 27, 40, 46, 51, 59, 81O, 81U, 87

- OVGR(64) : GPT OPEN DELTA로 영상전압 검출

※ Test Mode 운전시에는 모든 보호신호에 의해

발전차 트립되나 Emergency Mode로 기동시에는

87에 의해서만 발전차 트립

시험절차 Ⅲ. 실증시험

AAC 및 발전차 연결 계통도 Ⅲ. 실증시험

시험부하 Ⅲ. 실증시험

• 안전관련 펌프 ≒ 1550kW

☞ SI, CC, CCS, RHR, Charging, Spray, SFP

• 안전관련 팬 ≒ 190kW

☞ CV Recir., CRDM, 펌프룸팬

• 안전관련 충전기/인버터 ≒ 55kW

• 안전관련 공기압축기 ≒ 80kW

• 안전관련 냉방기 ≒ 100kW

-------------------------------------------------------

총부하 ≒ 1,407kW(시나리오 중 가장 큰 값)

(시험당시 실제 부하는 A계열 740kW, B계열 475kW)

Ⅳ. 시험이력

‘13.07.17 안전모선 ’B'계열 시험 실패(2회) ○ 시험조건 : AAC 연결케이블 분리 후 발전차 연결

○ 시험결과 : 2회 모두 차단기 투입 즉시 발전차 차단기 트립

☞ 지락과전압계전기(64) 동작

‘13.08.02 발전기 보호계전기 시지연 변경 ○ 순시 시지연 변경 : 0.04sec → 1.0sec

☞ 원전 주발전기는 고저항 접지(약 1,000Ω) 정도로 지락고장시 중성점으로 흐르는

고장전류는 IEEE 권고치 5~15A 이내로 제한되어 고장전류로 인한 권선 손상이나

기계적 손상 영향이 거의 없음. 따라서 고리1호기 등 원전 주발전기 지락과전압

계전기 시지연은 359G1(95%) 2초, 359G2/359G3(100%) 1초로 설정함

☞ 이동발전차의 발전기는 중성점 비접지방식으로 1선 지락시 중성점으로 유입되는

전류가 없어 전류에 의한 발전기 손상 가능성이 없으나 과전압에 의해 절연 열화

또는 손상될 수 있으므로 보수적인 값 적용

발전차 지락 과전압계전기 재정정

○ 순시(Instantaneous Time)

- Pick-up : 110V (setting range : 110~160V)

- Time Delay : 0.04sec → 1.0sec[Definite Time] (setting range 0.04~60sec)

※ 초기 정정치는 계전기 제작사 제품 출하시 기본값으로 판단됨

○ 반한시(Inverse Time)

- Pick-up : 60V (setting range 5~110V)

☞ 1선 지락시 계전기에 걸리는 최대전압190V의 30%로 정정

- Time Dial : 5 (tap의 300%에서 약 1초 소요)

’13.8.2 OVGR 재정정 후 ’13.8.26 A계열 시험하였으나 발전차 정지된 것으로 보아

OVGR 정정치가 발전차 정지의 근본원인이 아닌 것으로 판명

Ⅳ. 시험이력

Ⅳ. 시험이력

‘13.08.26 안전모선 ’A'계열 시험(3회)-전력연구원 입회 ○ 시험조건 : B계열 시험 실패 재현 위해 AAC 케이블 연결상태

지락과전압계전기 순시 동작 시지연(재정정치) 1.0sec

○ 시험결과 : 2회 모두 실패

- 1차 : 발전차 기동 → 발전차 차단기 투입 → AAC 차단기 투입 → 발전차 정지

- 2차 : 발전차 기동 → AAC 차단기 투입 → 발전차 차단기 투입 → 발전차 정지

☞ 1,2차 모두 지락과전압계전기(64) 동작

○ 3차시험

- 시험조건(변경) : AAC 연결케이블 분리

- 시험결과 : 발전차 차단기 투입하여 정상가압 및 안전모선 A계열 부하시험 성공

‘13.09.01 안전모선 ’B'계열 시험 ○ 시험조건 : 성공한 A계열 시험조건과 동일하게 AAC 연결케이블 분리

○ 시험결과 : 발전차 차단기 투입하여 정상가압 및 안전모선 B계열 부하시험 성공

보호단선도

Ⅴ. 지락과전압계전기 특성

발전기 중성점 비접지 방식으로 지락시 영상전류는 GPT 1차측으로 유입

발전차 지락 검출 장치

○ GPT(Ground PT) ⇔ ZCT(Zero seq. CT)

- 비접지계통 영상전압 검출

* 지락된 상이 접지전위로 이동

* 중성점 전위 상승

- GPT/OVGR, ZCT/OCGR, GPT/ZCT/SGR)

- 1차 : Y결선, 중성점 접지

- 2차 : Broken Delta 결선

○ OVGR(Digital 연산형)

- 정격영상전압(1선지락시 최대) : 190V

○ CLR(Current Limiting Resistor)

- GPT 여자전류 및 Hysterisis 의해

생성되는 3고조파 순환회로 형성

- 계통 LC 철공진을 억제하여 중성점

전위 이동(불안정) 방지

Ⅴ. 지락과전압계전기 특성

○ GPT 여자전류 및 Hysterisis 의해 생성되는 3고조파 순환회로 형성

: OVGR(64)에 기본주파수 고장전류만 흐름

○ PT 여자전류 제한 → 철공진(포화) 억제 → 중성점 전위 이동(불안정) 억제

Ⅴ. 지락과전압계전기 특성 발전차 지락 검출 장치-CLR 기능

철공진 현상

Ⅵ. 원인분석

A phenomenon usually characterized by overvoltage and very

irregular wave shapes and associated with the excitation of one or

more saturable inductors through capacitance in series with the

inductor.(IEEE 100)

철공진 발생원인 : ⑴ 1차 지락시, ⑵ 계통 과도시(스위칭 등)

철공진 현상 Ⅵ. 원인분석

①

스위칭(과도)→ LC 공진(ringing) →

PT 여자전류/전압 상승 → 철심포화

→ 인덕턴스(L) 감소 → C 과충전전압

방전 → L-C 과전압/과전류 → PT 권선

소손

②

(XL≫XC) → 스위칭/지락 (과도)

→ PT 여자전류/전압 상승 →

철심포화 → 인덕턴스(L) 감소

→ (XL=XC) → L-C 과전압/

과전류 → PT권선 소손

Ⅵ. 원인분석

케이블 분리전

○ Gen CB 투입 후 AAC CB 투입

• Gen CB 투입되면 Coupling Capacitance 충전되나 LC 공진회로 형성 안됨

• AAC CB 투입되면 Coupling Capacitance에 충전된 전하가 안전모선에 연결된

VT로 방전되며 L-C 회로에 과전압/과전류 발생하고 비선형 특성의 VT 포화

• 철공진으로 중성점 이동하고 상 불평형으로 GPT 영상과전압 검출

○ AAC CB 투입 후 Gen CB 투입

• AAC CB 투입되나 무압상태로 Coupling Capacitance 충전되지 않음

• Gen CB 투입되면 Coupling Capacitance 전하 충전되고 VT에 여자전류 흐름

• 공진으로 L-C 회로에 과전압/과전류 발생하고 중성점 이동

OVGR 동작시 전압파형(AAC 케이블 1회선 연결시)

Ⅵ. 원인분석

Vb

Vo

Vc

Va

○ 차단기 투입 전 A, B, C상 rms 상전압 63V, 영상전압 0V : 정상 ○ 차단기 투입 직후 1초 동안 A, C상 rms 상전압 63V 초과(실제 150V 이상 추정), B상 20V, 영상전압 63V 초과(실제 150V 이상 추정) ※ 발전차 정지(계전기 설정값 : 순시 110V, 1sec, 한시 60V의 300%에서 1sec) ○ 연결된 케이블(C)에 의해 철공진 발생하여 중성점이 B상으로 이동함

Ⅵ. 원인분석

케이블 분리후(대지간 Capacitance 제거)

○ 대지간 Coupling Capacitance가 없어 L-C 공진현상 없음

○ 가압 순간 VT 돌입전류에 의해 0.3초 정도 중성점 진동현상 관측됨

※ 중성점 이동현상 거의 없음

발전차 정상가압시 전압파형(AAC 케이블 2회선 모두 분리)

Ⅵ. 원인분석

Vo

○ 차단기 투입 전 A, B, C상 rms 상전압 63V, 영상전압 0V : 정상 ○ 차단기 투입 직후 약 0.3초 정도 rms A, B, C상 전압 150V, 영상전압 300V ※ 발전차 정상투입(계전기 설정값 : 순시 110V, 1sec, 한시 60V의 500%에서 0.5sec에서 동작) ○ 철공진을 유발하는 케이블(C) 제거 후 가압시 중성점 0.3초 정도 진동. 0.3초 후 A, B, C상 전압 및 영상전압 정상으로 복귀. 진동은 VT 여자특성에 기인

Va

Vb

Vc

V0

Ⅶ. 결론 및 교훈

○ 원인종합

- 이동발전차에 연결된 AAC DC 전원케이블의 정전용량(C)과 안전

모선 연결된 계기용변압기의 인덕턴스(L) 간의 공진

- GPT 1차측 중성점 이동하여 GPT 2차측에 영상과전압 발생

- 영상과전압계전기 정동작 및 발전차 정지

○ 고리2호기 시험시 경험 반영 및 사전검토

- 고리1호기와 다른 점

* 모선전압 6.9kV로서 변압기(4.16/6.9kV)가 이동발전차에 연결됨

* 안전모선 계기용변압기 중성점 접지되어 있음

- 이동발전차 투입시 영상전압 거동이 다를 것으로 예상

- 계통 모델 사전 검토하여 AAC DG 전원케이블 분리 여부 판단

- 또는 실증시험(연결전 vs. 연결후)

고리2호기 발전차 연결계통도