발전소는 전력망 정전, 전력 공급 설비 고장, 설비 유지 보수 등에 대비하기 위해 발전기를 예비 전원으로 사용하는 경우가 많습니다. 정전 발생 시, 발전기는 몇 초 내에 자동으로 가동되어 배전반과 전기 설비에 전력을 공급한 후, 계통에 연결된 주 스위치를 차단해야 합니다. 계통 전력 복구 시, 전환 과정 중 정전을 발생시키지 않고 계통 전력으로 전환하기 위해서는 발전기를 계통과 병렬로 운전해야 하며, 계통 연결에 성공하면 즉시 계통에서 분리해야 합니다. 병렬 운전은 매우 중요한 운전 절차입니다. 발전기를 비동기적으로 병렬 연결하면 큰 충격 전류가 발생하여 발전기 자체의 안전을 위협할 뿐만 아니라 계통에 변동을 일으켜 안정성을 저해할 수 있습니다. 따라서 발전기 장치와 제어 및 보호 장치는 완벽하고 신뢰할 수 있어야 합니다.
1. 병렬 운영 체제
발전기가 병렬로 작동하려면 다음 조건을 충족해야 합니다.
① 발전기가 생성하는 전력의 위상 순서는 계통 모선의 위상 순서와 동일해야 합니다. 그렇지 않으면 발전기가 동기화되지 않을 뿐만 아니라 큰 진동 전류가 발생하여 발전기 권선에 과도한 전기력이 가해져 코일 변형 및 절연 단락이 발생할 수 있습니다.
② 발전기의 실효 전압은 계통 모선 전압과 같거나 거의 같아야 합니다(전압 차이 < 10). 그렇지 않으면 전위차로 인해 내부 무효 전류 순환이 발생하여 큰 전자기 충격력이 발생합니다.
③ 발전기의 주파수는 전력 시스템의 전원 주파수와 기본적으로 같아야 합니다(주파수 차이는 0.5~1Hz를 초과할 수 없음). 그렇지 않으면 발전기 축에 작용하는 진동 전류 및 진동 전압의 유효 성분으로 인해 기계적 진동이 발생하여 발전기가 손상되고 전력망의 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.
④ 발전기의 전압 위상은 전력 시스템의 전압 위상과 같아야 합니다(위상차 < 10°). 그렇지 않으면 무효 전류와 유효 전류의 충돌이 발생하여 발전기가 과열되어 고장날 수 있습니다.
⑤ 파형은 동일하며, 발전기와 전력망 모두 정현파 파형입니다.
발전기가 계통과 병렬로 운전할 때, 계통의 용량이 발전기 용량보다 훨씬 크기 때문에 발전기의 운전 상태 변화는 계통의 전압과 주파수에 영향을 미치지 않습니다. 따라서 발전기가 계통에 연결되면 계통의 전압과 주파수는 일정하다고 간주할 수 있습니다. 연결할 발전기는 여자 전류를 증감시켜 출력 전압을 조정하고, 가스 터빈 엔진의 속도를 조정하여 주파수를 조절합니다. 순간 속도는 위상차를 만족하도록 조정하고, 병렬 운전 조건이 기본적으로 충족되는 순간 발전기의 주 차단기를 닫아 발전기를 계통에 연결합니다. 이것이 발전기 병렬 운전 과정입니다.
병렬 연결 조건 충족 여부를 시각적으로 확인하기 위해 발전기 화면에는 차압계, 두 세트의 표시등, 점검 및 모니터링용 계기가 장착되어 있습니다. 또한 자동 동기 병렬 연결 장치도 제공됩니다. 차압계를 통해 연결할 발전기의 단자 전압과 계통 모선의 단자 전압 간의 차이를 측정할 수 있습니다. 표시등의 점등/소등 상태를 통해 발전기와 계통 모선 측의 주파수 및 위상 순서를 확인할 수 있습니다. 연결할 발전기의 주파수가 계통의 동작 주파수보다 높으면 계기 바늘이 시계 방향으로 빠르게 회전하고, 반대로 전압 차이가 작으면 시계 반대 방향으로 회전합니다. 양측 전압 차이가 일정 수준 이하로 줄어들면 계기 바늘의 위치와 두 지점 사이의 각도가 양측 전압의 위상차를 나타냅니다. 위의 계기들이 병렬 연결 조건이 충족되었음을 나타내면 수동으로 동기 병렬 운전을 수행할 수 있습니다.
2. 분할 보호 시스템
발전 장치가 계통에 연결된 후에도 안정적이고 신뢰할 수 있는 운전을 보장하기 위해, 본 장치에는 완벽하고 안전한 보호 장치가 장착되어 있습니다. 본 장치에 다음과 같은 고장이 발생하면 자동으로 트립되어 계통에서 분리되고 자동으로 가동이 중단됩니다.
① 과부하 고장: 발전 장치의 출력 전력이 운전 중 정격 출력의 10%를 초과하면 과부하로 인해 발전기가 쉽게 손상될 수 있습니다. 부하 센서가 현장에 설치되어 있으며, 심각한 과부하가 발생하면 자동으로 정지됩니다. ② 과속 고장: 발전기가 정격 속도를 초과하여 운전하면 전력 주파수가 계통 주파수와 달라지게 됩니다. 따라서 속도 계전기가 설계되었습니다. 발전기의 운전 속도가 정격 속도의 2배를 초과하면 고장으로 간주되어 발전기가 자동으로 정지됩니다.
③ 오일 압력 오류: 발전기 세트의 윤활 시스템의 정상 작동은 오일 압력으로 나타납니다. 오일 압력이 비정상적이면 발전기 세트가 비정상 작동 상태에 있는 것으로 간주할 수 있습니다. 심각한 경우, 계전기가 자동으로 발전기를 정지시킬 수 있습니다.
④ 수온 및 수위 이상: 발전기 내부의 순환수는 발전기 냉각에 사용됩니다. 발전기 내부에 물이 없거나, 물이 부족하거나, 수온이 과도할 경우 냉각 시스템에 이상이 있음을 나타내며, 발전기가 손상될 수 있습니다. 현재 수온 및 수위 센서가 설치되어 있어 이상 상태 발생 시 자동으로 발전기를 정지시킵니다.
⑤ 배터리 고장: 배터리는 발전기 세트의 고정자에 자여자를 제공하는 데 사용됩니다. 여자 시스템의 품질은 발전기 세트의 작동 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 배터리 전압 계전기가 설계되었습니다. 이 계전기가 고장 나면 발전기 세트를 자동으로 정지시킵니다.
⑥ 전력 방향 오류: 발전기가 정상적으로 작동할 때는 전력을 계통으로 출력합니다. 정상 작동하지 않을 때는 계통에서 발전기로 전력을 공급합니다. 이때 발전기는 전기 모터처럼 작동하여 전력을 소비하게 됩니다. 따라서 발전기가 계통에만 전력을 공급하도록 전력 방향 전환 릴레이 장치가 설계되었습니다. 전력 방향이 반전되면 발전기는 계통에서 분리되어 자동으로 정지합니다.
⑦ 비상 정지 장치: 발전기가 비상 상황에 직면했을 때 비상 정지 버튼을 누르면 발전기가 전력망에서 즉시 분리되어 발전기 작동이 중지됩니다.
III. 발전기의 여자 시스템 및 2차 회로
3.1 여자 시스템
여자 시스템은 교류 동기 발전기의 핵심 구성 요소입니다. 여자 시스템의 품질은 동기 발전기의 특성과 운전 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 차오저우 다탕 발전소에 설치된 동기 발전기는 자여자식, 정전압, 브러시리스 발전기로, 복합 여자 시스템을 갖추고 있습니다. 발전기의 여자 전력은 내부 구성 요소에서 공급됩니다. 이 복합 여자 시스템은 우수한 동적 성능을 제공합니다. 정격 부하의 급격한 부하 변동 시 전압 변동이 작고, 과도 현상도 짧으며, 과부하 용량은 정격 전류의 2.5배에 달하고, 단락 전류는 정격 값의 3배까지 견딜 수 있습니다. AVR(자동 전압 조정기)의 작동으로 높은 정상 상태 전압 조정률을 달성하는 등 뛰어난 장점을 가지고 있습니다.
3.2 2차 회로
발전기의 2차 회로는 다양한 기능의 기본 회로로 구성되며, 주요 구성 요소로는 발전기 전압 조정 회로, 발전기 속도 조정 회로, 자동 동기 병렬 제어 회로, 자동 병렬, 수동 병렬 및 차단 제어 회로, 측정 회로, 발전기 보조 장비 제어 회로, 발전기 출력 제한 회로, 역전력 제어 회로, 24V 직류 전원 공급 및 충전 회로, 엔진 시동 및 정지 회로, 그리고 계전기 보호 회로 등이 있습니다.
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게시 시간: 2026년 2월 9일