새로운 전자개폐기용 영구자석형 전자석 액추에이터

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2012. 2. 정현교.최근 전력 IT에 대한 관심이 높아지면서 배전 계통에서의 자동화 시스템에 관한 기술 개발이 다양한 분야에 걸쳐 진행되고 있으며, 배전 자동화 시스템의 일환으로 배전 계통에서 사용하는 전기기기의 원격 구동에도 관심이 모아지고 있다. 전기기기의 원격 제어를 위한 개폐기기 중 전자 접촉기 및 전자 개폐기는 전자석 원리를 이용하여 구동하며 구조가 간단하고, 안정성과 신뢰성이 뛰어나 전동기의 시동, 정지용 뿐 아니라 역률보상용 커패시터, 저항 등 다양한 부하의 제어에 사용된다. 기존의 전자 개폐기용 전자석 액추에이터는 투입 동작 완료 후 부하의 통전시 코일에 전류를 계속 인가하는 구조여서, 코일의 저항에 의해 전기에너지를 계속 소모하는 단점을 가지고 있고, 원격조작을 위해서 과부하계전기에 원격조작 모듈을 설치해야 했다. 본 논문에서는 전자 개폐기에 적용 가능한 새로운 영구자석형 전자석 액추에이터를 제안하였다. 제안된 액추에이터는 솔레노이드 코일의 여자에 의한 전자력으로 구동하고, 액추에이터 내부에 영구자석이 삽입되어 부하의 통전시 전류의 인가 없이도 투입 상태를 유지할 수 있어 유지 소비전력을 절감할 수 있다. 또한 액추에이터에 인터록 기능을 위한 아마추어 구조를 적용하여 외력에 의한 오동작을 방지할 수 있도록 하였다. 제안된 전자 개폐기용 영구자석형 전자석 액추에이터의 동작 특성 해석을 위해서 유한 요소법과 시간 차분법을 이용하였다. 3차원 유한 요소법으로 영구자석과 외부 전류원이 포함된 정자장 해석을 수행하였고, 시간 차분법을 이용해 회로 방정식과 운동 방정식을 계산하였다. 동작 특성 해석을 바탕으로 40A급 전자 개폐기용 영구자석형 전자석 액추에이터를 설계 및 제작하였고, 해석 결과와 실험 결과를 비교함으로써 동작 특성 해석 방법의 타당성과 정확성을 검증하였다.Maste

추기 과열도 저감을 통한 차세대 초초임계압 화력발전소의 효율 최적화 연구

Master본 논문에서는 국내 500MW급 초초임계압 화력발전소의 증기 조건과 재생 및 재열 사이클을 개선한 차세대 초초임계압 시뮬레이션 모델을 개발하고 이를 활용하여 추기 과열도 저감에 의한 발전소 효율 변화를 분석하였다. PEPSE Tool을 이용한 시뮬레이션 분석을 통해 증기 조건이 차세대 초초임계압 이상으로 올라갈수록 그리고 재열 및 재생 사이클이 개선될수록 효율은 향상되는 것으로 확인하였다. 하지만 단점으로써 급수가열을 위한 추기의 과열도 또한 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 추기 과열도의 과도한 상승은 엑서지 손실을 야기하여 발전소의 전체 효율을 저하 시키는 원인이 될 것으로 판단하였다. 때문에 증기 사이클 개선에 따라 높아진 추기 과열도를 효과적으로 저감시킬 수 있다면 발전소 효율을 더욱 향상 시킬 수 있을 것으로 추론하였다. 추기 과열도 저감에 따른 효율 변화를 확인하기 위해 기존 상업 운전 중인 500MW급 초초임계압과 이를 바탕으로 개발한 차세대 초초임계압 화력발전소 모델의 추기 과열도 변화를 분석하였다. 그리고 추기 과열도가 가장 높게 발생되는 모델에 RT (Regenerative Turbine)를 적용 해 보았다. 이는 재열기 후단에 위치한 IP 터빈의 추기를 이용하는 기존의 방식에서 재열기 전단, 즉 HP 터빈의 배기를 RT로 보내고 RT를 통해 추기 과열도가 상대적으로 높은 급수가열기에 가열 증기를 보내는 방식이다. 시뮬레이션 분석을 통해 추기 과열도는 전체 평균 195℃ 에서 84℃ 로 저감되고 발전소 효율은 49.5%로 약 0.3% 향상되는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 RT를 적용한 차세대 초초임계압 발전소의 적정 투자비를 추정하기 위해 30년 해석 기간의 경제성 분석을 수행 한 결과, 동일 발전소 수명과 내부수익률 (IRR) 기준으로 순현재가치 (NPV)가 최적화된 차세대 초초임계압 발전소에 비해 약 140억원 향상되는 것을 확인하였다. (참고: 기준 CAPEX = 15,463 억원) 석탄 화력발전소의 효율 개선 과정에서 과도하게 증가되는 추기 과열도를 본 논문에서 제시한 바와 같이 RT를 통해 저감하는 것은 시스템 효율뿐만 아니라 경제적으로도 효과적인 방법이 될 것으로 판단된다.In this study, an advanced-ultra supercritical (A-USC) simulation model based on a 500-MW ultra supercritical (USC) coal-fired power plant in South Korea with improved steam conditions and regenerative and reheating cycles was developed. This simulation model was used to analyse the variations in power plant efficiencies from the superheat degree of extraction steam. The simulation analysis using PEPSE Tool showed that the efficiency increased as the steam conditions exceeded the USC and the regenerative and reheating cycle improved. However, this also showed the disadvantage of causing the superheating of extraction steam for feedwater heating to increase unnecessarily. It was determined that such excessive rise in the superheating of extraction steam caused energy loss, which acted as the cause of decline in overall efficiency of the power plant. Therefore, it was surmised that if the increase in the superheat degree of extraction steam from improved steam cycle can effectively reduce, the efficiency of the power plant could be further improved. To determine the efficiency variations based on the reduction of the superheat degree of extraction steam, the study analyzed the superheat variation of extraction steam by using developed USC & A-USC simulation models. The study also applied a regenerative turbine (RT) to the model as an addition, which generates the highest superheat degree of extraction steam among the models. Instead of the conventional method of using steam from the intermediate pressure (IP) turbine located in the back of the reheater, this suggested method used steam from the high pressure (HP) turbine in the front of the reheater to send the steam to the RT. The HP turbine sends the heated steam to the feedwater heater with a relatively higher superheat degree of extraction steam. The simulation analysis showed that the superheat degree of extraction steam decreased from the total average of 195℃ to 84℃, while the power plant efficiency improved by approximately 0.3% to 49.5%. Furthermore, an economic analysis done for estimation of optimal investment in the A-USC power plant using RT showed improvement of approximately 14 billion KRW of net present value (NPV) as compared to that of similar life (30 years of durability) expectancy of optimized A-USC with given internal rate of return (IRR). In conclusion, reducing the superheat degree of extraction steam that rises excessively during the efficiency improvement process for the coal-fired power plants by implementing RT, as proposed in this thesis, would serve as an effective method from not only system efficiency perspective, but economic feasibility as well