발전소의 전기설비-개요

발전소의 전기설비

 

1. 전기설비 개요

가. 전력계통의 개요

전기를 생산하고 이것을 수용가에게 공급하는 일련의 설비를 전력계통이라고 한다.

• 발전설비 : 수력, 화력, 원자력 발전소 등의 전력을 생산하는 설비
• 수송설비 : 생산된 전력을 수용장소에 까지 수송하고 배분하는 송전선, 변전소, 배전선 등의 설비
• 수용설비 : 수송, 배분된 전력을 일반 가정이나 공장에서 소비하기 위한 설비
• 운용설비 : 급전설비, 통신설비 등 발전설비, 수송설비, 수용설비를 유기적으로 결합하고 효율적으로 관리, 운용하기 위한 설비

나. 발전소 전기설비 개요

발전소는 전기를 생산하는 곳인 동시에 전기 생산을 위해 많은 양의 전기를 소비한다.

발전소의 전기 설비를 사용 목적에 따라 다음 4가지로 나눌 수 있다.

• 발전기 : 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기
• 변전 설비 : 생산된 전기를 전력 계통에 공급해주는 장치 및 전기기기
• 소내전기설비 : 전기 생산에 필요한 각종 보조기기에 전기를 공급해 주는 설비
• 중앙제어반 및 보호설비 : 모든 전기 설비에 대한 운전 조작, 상태 감시, 제어 및 보호 기능을 수행하는 설비

발전기에서 발생된 전기는 주 변압기에서 송전전압으로 승압된 후 스위치 야드를 거처 송전선로(T/L:Transmission Line)로 공급된다.

소내 보조기기 구동용 전력은 정상 운전 시 발전기 출력단으로부터 분기된 소내 보조변압기를 통하여 공급받고, 기동 시나 정지 시에는 전력 계통에서 기동변합기를 거쳐 수전한다.

기기상호간 또는 전력계통간의 전기 회로는 필요에 따라 운전 중일지라도 차단과 접속이 가능하도록 차단기가 설치되어있다.

중앙제어반은 각종 설비의 계측 및 제어장치가 중앙 집중식으로 설치되어 있고, 다음과 같은 역할을 한다.

• 운전 조작 및 기기 상태 감시
• 제어 및 보호 기능 수행
• 합리적인 운전 도모 및 발전소 효율과 신뢰성 향상

 

2. 스위치야드(switch Vard)

여러 호기의 발전기 전력을 모아 여러 송전선로로 공급 또는 필요시 외부로부터 수전하기 위해 설치된 전기설비 일체를스위치야드라고 한다.

"스위치 아드는 모션, 차단기, 단로기, 피뢰기, 칠 구조물 및 애자, 기타부대설비로 구성되어 있다.

스위치야드는 크게 송전설비와 수전설비로 구분한다.

• 송전용 스위치야드 : 주 변압기가 연결되어 발전기에서 생산한 전력을 송전하는 설비
• 수전용 스위치야드 : 기동 변압기가 연결되어 있어 발전소 기동이나 정지 시에 소내 보조전력을 수전하기 위한 설비

일반적으로 송전용 스위치야드는 전압이 765kV, 345kV 또는 154kV로 구성되고, 수전용 스위치야드는 154KV로 구성된다.

또한, 어느 계통에 문제가 발생하더라도 계속 송•수전할 수 있도록 345kV와 154kV간에 연결용 변압기(Tie Transformer)를 설치하여 전기적으로 연결시켜 안정성을 확보하는 경우가 많다.

발전소에 따라서는 계통 구성상 송•수전설비를 구분시키지 않고 송•수전 전압을 같게 하는 경우도 있다.

 

3. 소내 전력계통

가. 개요

발전소의 원활한 운전을 위해 많은 보조설비들이 있다. 이들 보조설비의 운전에 필요한 전입 공급장치 및 전기기기를 총칭하여 소내 전기설비라 한다.

소내 전기설비 부하 중 대부분을 차지하는 것은 교류 전동기와 제어전원이다.

전원 공급 회로는 고압회로, 저압회로, 제어전원 및 비상전원 회로로 나누어진다.

소내 사용전력의 전압 크기는 전동기의 부하 용량에 따라 경제성을 고려하여 적정한 전압을 선정한다.

나. 소내 고압회로

소내 고압회로는 정상 운전 중 소내보조 변압기로부터 공급받고, 기동 및 정지 중에는 기동용 변압기로부터 공급받는다.

유니트 용량이 증대하면 보조기 용량도 커지기 때문에 소내회로 전압을 높게 선택한다.

소내 전압이 높아지면 전동기는 다소 비싸지지만 차단기의 정격전류와 차단용량이 감소함에 따라 얻는 이득이 커서 전체적으로는 유리하다.

 

발전설비 용량을 기준으로 볼 때 기술적으로나 경제적으로 타당한 전압 범위는 다음과 같다.

• 3.45kV : 150MW급 이하에 적용
•   4.16kV : 125MW에서 500MW급까지 적용
• 6.9kV : 250MW급 이상에 적용 (표준석탄화력)

최근 건설되고 있는 1,000MW급 플렌트의 소내 고압모선의 전압은 11kV 이다.

보조기기용 차단기는 사용 전압별로 구분되어 한 곳에 집결되어 철제 큐비클에 수용되어 있다.

고압전원 수전과 공급 및 개폐장치가 설치된 설비 일체를 스위치기어(Switch Gear)라 한다.

스위치기어는 조작의 안전과 설치 면적이 작게 소요되는 점 등의 이유로 고압폐쇄배전반이 전면적으로 채용되고 있다.

고압회로의 차단기로는 진공 차단기가 많이 사용된다.

보조기용 고압 전동기는 구조가 가단하고 가격이 싼 3상 유도 전동기가 사용되며, 기동 방법은 전전압 직입 기동방법이다.

 

다. 소내 저압회로

고압회로 전압을 소내 동력용 변압기에서 480V 또는 220V로 강압하여 소내저압회로를 구성한다.

소내 저압회로는 일반적으로 다음의 두 가지로 구분된다.

• 로드 센터(Load Center)

• 중용량의 보조기 동력전원을 공급
• 고압회로와 같이 주로 폐쇄형(Metal Closed)으로 되어 있으며 저압용 차단기로는 기중 차단기(ACB)가 많이 사용된다.

• 전동기 제어반(MCC : Motor Control Center)

• 소용량의 전동기 동력전원을 공급
• 전원은 로드 센터 차단기를 통하여 공급 받는다.
•  큐비클형으로 여러 층 쌓아 하나의 전동기 제어반에 수십 개의 차단기와 제어회로 및 제어용 변압기가 집합되어있다.
• 차단기는 배선용 차단기 (MCCB : Molded Case Circuit Breaker)와 전자접촉기(MC : Magnetic Contactor) 및 열동형 과전류계전기를 조합하여 사용한다.