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5] 터빈 발전기 설치공사
1. 공 사 개 요
가. MAIN TURBINE
500MW 화력발전용 TURBINE은 TANDEM COMPOUND, FOUR(4) FLOW, REGENERATING AND CONDENSING 형식으로 고압, 중압, 저압부로 나누어져 있으며 보일러 에서 공급된 고온(538℃), 고압(246㎏/㎠)의 증기는 MSV/CV 및 MAIN STEAM LEAD PIPE를 통해 고압 터빈에서 일을한후 COLD REHEAT PIPE를 통하여 BOILER 재열기에서 재 가열된 후 HOT RE-HEAT PIPE와 CRV를 통과하여 중압(36㎏/㎠, 538℃)터빈으로 공급되며, 중압터빈에서 팽창된 증기는 CROSSOVER PIPE를 통과하여 2개의 저압터빈에 공급 된다. 저압터빈에 공급된 증기는 각각 대칭으로 2개의 STEAM FLOW를 형성하여 복수기로 배출된다.
나. GENERATOR
정격출력 612MVA, 역율(P.F)0.9, 주파수 60Hz, 3,600 RPM의 완전밀폐형 CYLINDER 형식으로 고정자는 냉각수로 냉각되며, 회전자는 수소가스에의해 냉각되는 2극 3상으로 고정자와 회전자는 분리하여 공급된다.
2. TBN/GEN 설비의 특성
1) TBN 설비의 특성
가) ROTOR
ROTOR는 1개의 HIP ROTOR와 2개의 LP-A, B ROTOR로 구성되어 각 ROTOR간 COUPLING으로 연결되어 있으며, 보일러에서 발생된 고온 고압의 증기가 갖고 있는 열에너지를 일로 전환시키는 원동기이다.
즉, 고압증기를 노즐로 통과시켜 팽창시킴으로써 고속의 증기류를 형성하고 이 증기류를 ROTOR의 날개인 BLADE에 충돌시켜 ROTOR는 회전하게 되며, 이 회전 에너지는 COUPLING으로 서로 연결된 ROTOR를 통해 발전기로 전달 되어 전기를 생산하게 된다.
나) DIAPHRAGM
BOILER로부터 생성된 고온 고압의 증기는 터빈 STOP VALVE 및 CONTROL VA LVE를 지나 터빈 CASING 내부로 유입된다.
다이아프람 (STATIONARY BLADE)은 유입된 증기가 갖는 열 에너지를 운동 에너지(증기를 일정한 방향으로 진행되도록 유도)로 변환시켜 주는 역할을 한다.
즉, DIAPHRAGM은 유입된 증기에게 최적의 증기 방향을 갖는 STEAM FLOW가 되도록 유도 (PARTITION EXIT EDGE ANGLE 조정)하여 ROTOR에 조립된 BLADE (MOVING BLADE)를 회전시키고 또한, 터빈 ROTOR는 발전기 ROTOR를 회전시켜 유용한 전력을 얻게하는 역할을 한다.
다) 고압터빈(HP/IP SECTION)
HIP SECTION은 2개의 STOP V/V (MSV)와 4개의 CONTROL V/V를 통하여 증기가 터빈에 들어간다.
HIP CSG은 상부 HALF와 하부 HALF CASING으로 이루어져 고장력 STUD BOLT와 NUT로 체결되어 설치 및 보수시 조립 및 해체가 용이하도록 되어 있으며 STEAM INLET부는 상,하부 SHELL에 각각 2개씩 배치되어 SHELL을 균일하게 가열시켜 뒤틀림을 감소 시키는 구조로서 NO.1 STANDARD (FRONT-STANDARD)와 NO.2 STANDARD위에 수평으로 지지되어 있고 NO.2 STANDARD를 축 방향의 팽창 기준
점으로 ROTOR와 CASING이 자유롭게 열 팽창할 수 있는 구조로 FRONT STANDARD가 GUIDE RAIL을 따라 축 방향으로 자유롭게 열 팽창할 수 있도록 되어있다.
또한 CASING의 횡 방향의 수평유지 및 고정부인 CASING과 회전부인 ROTOR의 상대 위치는 터빈 설치시 SHELL ARM KEY(TOPS-ON KEY, SAFETY KEY)로 정확히 조정된다.
INNER CSG은 DIAPHRAGM을 지지 및 고정 시키고, OUTER CSG은 INR CSG을 지지 하며 CSG과 ROTOR 관통부의 증기 누설을 방지하기 위해 PACKING CASING이 설치된다. HP PACKING CSG은 PIPE로 S.P.E로 연결되어 있으며 S.P.E를 작동 하여 PIPE내의 압력이 대기압보다 낮게 만들어 HIP CSG에서 누설되는 STEAM과 외부의 공기가 동시에 PIPE로 유입되어 S.P.E로 방출되어 STEAM이 대기로 누설되지 않게 차단하는 역활을 한다.
라) 저압터빈(LP SECTION)
LP-A,B 2개의 저압 TBN DOUBLE FLOW LP SECTION은 거의 같은 구성으로 되어있다.
즉, 저압외부 케이싱 (LP EXHAUST HOOD), 저압내부 CASING (LP INNER CASING) 기초 BOLT 및 기초판 (ANCHOR BOLT & FOUNDATION PLATE), 저압 팩킹 그랜드 (LP PACKING GLAND), 미들 스탠다드(MIDDLE STANDARD) 등으로 구성된다.
(1) 저압외부 케이싱 (LP EXH. HOOD)
저압 TBN 전체 하중을 지지하고 배기 STEAM이 CONDENSER로 원활히 흐르도록 GUIDE 역할을 하며, 저압 TBN ROTOR를 지지하는 BEARING ST- ANDARD의 역할을 한다.
(2) 저압내부 케이싱 (LP INR CSG)
LP측 DIAPHRAGM을 설치 및 지지하며 STEAM의 유도관 역할과 추기(EXTR- ACTION STEAM)을 위한 PIPE CONNECTION을 제공한다.
(3) 기초 BOLT 및 기초판 (ANCHOR BOLT & FOUNDATION PLATE)
기초볼트는 TBN 건물의 CONCRETE 구조물에 심겨지며 FRONT-STANDARD의 BASE PLATE와 각 BRG STANDARD를 고정시켜 지진과 같은 유사시에 저압터빈의 FOU- NDATION PLATE를 고정하여 CONRETE PEDESTAL로 부터 이탈 하는것을 방지한다.
(4) 저압 팩킹 글랜드 (LP PACKING GLAND)
저압외부 CASING의 ROTOR 관통부위에서 대기를 차단하여 저압내부 CASING 내부의 진공 상태를 유지시키는 장치이다
(5) 미들 스탠다드 (MIDDLE STANDARD)
MID. STANDARD 또는 NO.2 STANDARD라고 하며 LP-A 저압TBN 외부 CASING에 BOLT로 체결되어 설치되며, JOURNAL BEARING과 THRUST BRG.이 STANDARD내에 설치되어 ROTOR와 TBN의 CASING 하중을 지지해야하기 때문에 매우 견고하게 제작되어 진다.
마) TBN VALVE
(1) M S V
MSV는 CONTROL V/V 앞에 주증기관과 연결되어 있으며 각각 독립된 출구를 가지고 있으면서 CONTROL V/V CHEST에 용접되어 MSV SEAT를 통과한 증기는 CTR'L V/V CHEST에서 일정한 압력을 유지하게 된다.
MSV의 주기능은 터빈 비상상태하에서 최단시간에 증기의 유입을 차단하는 것이다. (예: CONTROL V/V 작동불능시 MSV가 닫힘)
- MSV 1대는 BYPASS V/V가 내장되어 있으며 다음과 같은 용도로 사용하고
- MSV SEAT이후로 부터 CONTROL V/V CASING까지의 가열
- MAIN DISK를 열기 위하여 SEAT 하부를 가압시키는 역할
- CONTROL V/V을 이설하였을때 ROTOR와 SHELL의 가열
나머지 1대는 OPEN/CLOSE 기능만 가지고 있다.
(2) CONTROL V/V
CONTROL V/V는 MSV와 연결된 일체형구조로 설치되며 각 CV의 DISCH.에 MAIN STEAM LEAD PIPING을 용접하여 HP TBN BOWL과 연결된다.
4개의 CONTROL V/V는 독립된 ACTUATOR에 의해 작동되며 고온 고압의 STEAM을 HIP TBN에 공급해주는 기능을 담당한다.
(3) COMBINED REHEAT V/V
CRV는 HIP CSG의 좌우측에 설치되어 재열기로부터 유입되는 증기를 중압
(IP) TBN에 공급해 주는 역할을 담당한다.
이 V/V는 한개의 CASING안에 2종류의 V/V가 내장되어 있는데 INTERCEPT V/V (IV)와 REHEAT STOP V/V (RSV)로 불리우는 완전히 분리된 기계적 구성품과 독립적인 제어계통에 의해 작동된다. IV와 RSV의 주기능은 가능한 한 터빈 CASING에 가깝게 설치되어 비상조건 발생시 재열기에 저장되어 이는
증기로 인하여 발생될 수 있는 터빈의 과속도를 방지하는 것이다.
바) 베어링
터빈 발전기의 BEARING은 회전체인 ROTOR의 수직하중과 (JOURNAL FORCE) 축하중 (THRUST FORCE)을 지지하는 역할을 한다.
고압 TBN의 ROTOR는 저압터빈에 비해 비교적 ROTOR의 하중이 적어 베어링의 단위 하중이 적다.
따라서, 로타의 안전성 때문에 진동 특성이 좋은 DOUBLE TILT PAD BEARING 을 사용한다. (T1, T2)
저압터빈의 첫번째 베어링(T3)도 초기운전시 하중 변화와 ALIGNMENT의 변화를 받기 쉬우므로 운동특성이 뛰어난 DTP 베어링이 사용된다.
저압터빈 ROTOR 및 GEN. FIELD의 수직하중을 지지하는 BEARING은 비교적 높은 하중을 잘 견디는 ELIPTICAL BRG이다.
이 베어링은 BEARING CASING과 RING으로 구분 되어지며 상,하부 분리 가능한 원통형으로 T4~T8 BEARING에 적용된다.
TBN 운전시 축방향으로의 하중을 지지해주는 BEARING은 THRUST BEARING 으로서 T2 BEARING과 T3 BEARING사이 즉, NO2. MID STANDARD 내부에 조립된다.
이 BEARING의 THRUST PLATE는 구리 (COPPER)로 제작되며 그위에 BABBITT란 재질로 TAPER지게 LINING하여 사용한다.
운전중 마모로 인해 TAPER 면적이 50%이상 평면이 되면 수리하거나 교체해야 한다.
사) T/G 윤활계통
(1) OIL STORAGE TANK
옥외에 설치되며 OIL TANK 내부에는 CLEAN OIL과 DIRTY OIL을 저장할 수 있는 격막이 설치되어 있어 OIL의 저장 및 분리가 가능하다.
(2) MAIN OIL TANK
옥내에 설치되어 TBN 각 윤활개소에 OIL을 공급해 주는 기능을 담당한다.
OIL TANK는 윤활계통의 정지시 계통내 모든 OIL을 저장할 수 있어야 하며, 윤활 계통내 유입된 물, 이물질등을 침전작용에 의하여 제거할 수 있도록 되어 있으며 OIL DRAIN PIPING을 통하여 유입된 공기 및 기타 불순물을 제거 하는 기능을 한다.
(3) OIL CONDITIONER
윤활계통 운전중에는 계통내에 낮은 진공압이 형성되기 때문에 OIL DEFLECTOR 및 OIL TANK 상부의 COVER등을 통해 공기와 이물질이 계통 내로 계속유입된다.
따라서 운전중에 계속 오일을 정화시켜 주어야 하는데 OIL CONDITIONER는 계통내 OIL을 시간당 최소 10% 이상 정화 시켜준다.
아) 유압계통 (HPU)
터빈의 고압 유압계통 (HIGH PRESSURE HYDRAULIC FLUID SYSEM)은 다음과 같이 구성되어 있다.
(1) HYDRAULIC POWER UNIT (HPU)
(2) EMERGENCY TRIP SYSTEM (ETS)
(3) STEAM VALVE'S CONTROL PACS
이들 구성요소로 터빈 증기밸브의 조정과 터빈의 과속(OVERSPEED)을 방지한다.
증기밸브의 CONTROL PAC에는 운전중 항상 일정한 압력과 온도의 유압유(FLUID) 를 공급해야 하므로 HYDRAULIC POWER UNIT가 필요하다.
이는 두개의 독립 PUMPING SYSTEM을 갖고있고, 항상 깨끗한 유체가 필요하므로 정화장치 (FILTERING EQUIPMENT)가 내장되어 있어 운전중 계속 작동하도록 되어 있다.
자) TURNING GEAR
TURNING GEAR는 TBN을 기동 하기전 또는 정지시 ROTOR의 휨 현상을 방지하기 위하여 ROTOR를 회전시켜 주는 설비이다.
이것은 ROTOR 자체 하중에 의한 휨 현상 및 TURBINE ROTOR의 원주방향 으로의 온도를 균일하게 하여 휨현상을 방지하며 TBN설치 및 검사시 ROTOR의 위치조정 목적으로도 사용된다.
(2) GEN 설비의 특성
GEN.SEC.은 전기발생 장치로서 고정자와 회전자로 대분하며 부속 및 보조장치로는 여자기(EXCITER), H.V BUSHING등을 들 수 있다.
가) STATOR
일반적으로 STATOR는 고정자라고 하며, STATOR FRAME, STATOR CORE & STACKING STATOR BAR & WINDING으로 구성된다.
STATOR FRAME은 CORE와 BAR를 지지, 고정하는 역할을 하며 또한 ROTOR의 양쪽에서 발산되는 자속 (FLUX)을 규소강판을 통해 흐를수 있도록 통로를 형성하며 자속에 의해 STATOR COIL에 유기되는 전류를 외부로 인출하는 역활을 한다.
나) EXCITER
EXCITER는 일반적으로 여자기라고 하며 ROTOR의 FIELD COIL에 직류 전원을 공급하여 ROTOR가 전자석이 될 수 있도록 하는 장치이다.
다) END SHIELD
END SHIELD는 STATOR FRAME의 양끝단에 장착되며, BRG(T7,T8)을 지지하고 운전중 FRAME의 변형방지 및 냉각 매체인 H2 GAS의 누출을 방지한다.
따라서, END SHIELD는 GEN 구성품중 가장 견고하고 두껍게 설계, 제작된다.
라) H2 COOLER
GEN 운전중 ROTOR의 COIL STATOR의 CORE & BAR가 자기력에 의해 발생되는 열을 H2 GAS가 흡수 냉각하게 되는데 이 열을 흡수한 H2 GAS를 강제 냉각 시키는 수냉식 열교환기이며 GEN의 양끝단 좌,우측에 4 SET가 장치된다.
마) FAN BLADE
GEN. ROTOR의 양끝단에 설치되어 냉각 매체인 H2 GAS를 강제 순환시키는 장치이며 AL소재를 선택하여 CASTING으로 설계 제작된다.
바) H2 SEAL CSG & RING
GEN 냉각 매체인 H2 GAS가 ROTOR 통하여 횡방향 누출을 최대한 방지하기 위한 장치이며 SEAL OIL SYSTEM에서 공급하는 밀봉유를 ROTOR JOURNAL에 분사, OIL FILM을 형성하여 누설을 방지하는 장치이다.
특히, GEN. COLLECTOR END측에 조립되는 부분 조립품의 대부분은 접촉면에 대하여 절연처리 되어 있다.
사) STATOR COOLING WATER SYSTEM
GEN. 고정자(STATOR)의 과열방지를 위해 순수 냉각수를 고정자 권선 내부로 공급, 회수하는 회전 및 비회전기기와 PIPE를 의미한다.
아) H2, CO2 SYSTEM
GEN. 회전자의 냉각을 위해 GEN. 내부로 순수 H2 GAS를 공급하는 장치와 필요시 H2 GAS를 PURGE 하기위한 제반장치와 PIPE를 의미한다.
자) SEAL OIL SYSTEM
GEN. 의 정상 운전 및 정지시 발전기내 H2 GAS의 누출 방지를 위해 GEN. ROTOR와 SEAL CASING 사이로 밀봉유를 공급하는 회전 및 비회전 기기와 PIPE를 의미한다.
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