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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 허견
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 연세대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수12
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최근 1,000MW급 대용량 발전기가 전력계통에 전기를 공급하기 시작하면서 변압기 용량 또한 증대되는 추세이며 발전설비 운전 성능을 향상을 위해 변압기 운전 성능은 매우 중요한 관리요소로 부각되고 있다.
전력용 변압기는 전자기 유도현상을 이용하여 터빈-발전기에서 생산된 전기의 전압을 승압하고 강압하는 기기로서 내부는 성층된 철심, 구리권선, 절연재로 구성되어 있으며, 외부는 권선인출 부싱, 외함 및 방열기 등으로 구성된다. 변압기 철심과 구리도체 저항으로 인한 전자기적인 손실로 열이 발생하고 변압기 내부에 채워진 절연유 온도를 상승시킨다.
내부 온도상승은 변압기 절연재 열화를 가속시켜 절연수명을 단축시키고 오동작 및 사고를 유발해 변압기 운전 정지 및 손상으로 인한 정지가 발생할 수 있다. 따라서 변압기 안정적 운전을 위해서는 적정 허용온도 유지를 위한 고성능 고효율 냉각을 위한 방열기가 반드시 적용되어야 한다.
이에 본 연구에서는 전력용 변압기 방열기 냉각성능 향상을 위해 방열기 내부유체 물성치와 방열기 Fin 재질변경에 따른 온도와 압력, 속도벡터 등의 냉각특성을 연구하였다. 절연유의 물성치를 변경한 후 내부유체 특성에 따른 방열기 온도변화를 연구하여 방열기 냉각성능을 극대화하고 변압기 운전효율을 높이기 위한 운전조건을 확인하였다.
방열기의 운전 조건 변화가 방열기 냉각성능에 미치는 영향을 파악하기 위해, 발전소 소내전원 공급용 변압기 방열기 1조를 모델링하였다. 방열기 1조는 36 Fin으로 구성되어 있으며 Fin 1개의 높이는 2600 mm이며, 절연유 입출구 헤더의 지름은 100 mm인 변압기를 모델링하였다. 입구온도는 348 K, 대기온도는 293 K, 난류조건은 Reynolds 수를 계산하여 층류로 설정하였으며 모델링은 CFD 해석프로그램인 ANSYS CFX 17.2를 사용하였다.
변압기용 방열기 냉각특성을 내부유체 물성과 방열판 재질 변경을 통해 확인해보았다. 각 사례별로 방열기에 유입되는 절연유 입출구 온도차를 CFX를 사용하여 분석한 결과 현재 S발전소에서 사용 중인 표본 절연유의 냉각특성을 확인하였으며 방열기 외함 재질은 Steel과 Aluminum간 냉각특성이 유사한 것으로 해석되었다. 또한 방열기 내부 유체인 절연유 물성의 변화에 따라 입출구 온도차가 더욱 민감하게 변하는 것으로 결과가 도출되었으므로 향후 절연유 선정 및 방열기 제작 시 이를 반영한 설계가 필요하다.
전력용 변압기는 전자기 유도현상을 이용하여 터빈-발전기에서 생산된 전기의 전압을 승압하고 강압하는 기기로서 내부는 성층된 철심, 구리권선, 절연재로 구성되어 있으며, 외부는 권선인출 부싱, 외함 및 방열기 등으로 구성된다. 변압기 철심과 구리도체 저항으로 인한 전자기적인 손실로 열이 발생하고 변압기 내부에 채워진 절연유 온도를 상승시킨다.
내부 온도상승은 변압기 절연재 열화를 가속시켜 절연수명을 단축시키고 오동작 및 사고를 유발해 변압기 운전 정지 및 손상으로 인한 정지가 발생할 수 있다. 따라서 변압기 안정적 운전을 위해서는 적정 허용온도 유지를 위한 고성능 고효율 냉각을 위한 방열기가 반드시 적용되어야 한다.
이에 본 연구에서는 전력용 변압기 방열기 냉각성능 향상을 위해 방열기 내부유체 물성치와 방열기 Fin 재질변경에 따른 온도와 압력, 속도벡터 등의 냉각특성을 연구하였다. 절연유의 물성치를 변경한 후 내부유체 특성에 따른 방열기 온도변화를 연구하여 방열기 냉각성능을 극대화하고 변압기 운전효율을 높이기 위한 운전조건을 확인하였다.
방열기의 운전 조건 변화가 방열기 냉각성능에 미치는 영향을 파악하기 위해, 발전소 소내전원 공급용 변압기 방열기 1조를 모델링하였다. 방열기 1조는 36 Fin으로 구성되어 있으며 Fin 1개의 높이는 2600 mm이며, 절연유 입출구 헤더의 지름은 100 mm인 변압기를 모델링하였다. 입구온도는 348 K, 대기온도는 293 K, 난류조건은 Reynolds 수를 계산하여 층류로 설정하였으며 모델링은 CFD 해석프로그램인 ANSYS CFX 17.2를 사용하였다.
변압기용 방열기 냉각특성을 내부유체 물성과 방열판 재질 변경을 통해 확인해보았다. 각 사례별로 방열기에 유입되는 절연유 입출구 온도차를 CFX를 사용하여 분석한 결과 현재 S발전소에서 사용 중인 표본 절연유의 냉각특성을 확인하였으며 방열기 외함 재질은 Steel과 Aluminum간 냉각특성이 유사한 것으로 해석되었다. 또한 방열기 내부 유체인 절연유 물성의 변화에 따라 입출구 온도차가 더욱 민감하게 변하는 것으로 결과가 도출되었으므로 향후 절연유 선정 및 방열기 제작 시 이를 반영한 설계가 필요하다.
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