국내발전소의 진동감시설비는 GE Bently, Nevada, VIBRO-Meter사 등 외산제품이 대부분 사용되고 있다. 본 연구에서는 부품소재 산업 국산화 시책에 부응한 발전설비 터빈 및 회전체의 진동감시시스템의 성능 검증을 실시한다. 현장 실증시험은 진동감시시스템 시제품(이하 CMS5000)과 기존 사용하고 있는 Bently3300의 측정데이터를 비교 분석하여 성능을 검증하였다. 성능 검증 결과 CMS5000은 Bently3300과 동등한 수준 이상으로 확인되어 진동감시설비의 국산화 및 수출기반 확보는 물론 예방보전 의 효율화 및 안전관리에 기여할 것으로 기대된다.
원자력발전소의 지진에 대한 절대안전성을 확보하기 위하여 설치된 지진감시설비망에 과도진동이 유발되는 사례가 자주 발생하여, 이에 대한 원인을 분석하고 대책을 강구하는 연구를 수행하였다. 현재 울진1,2호기 배관상에 설치되어 있는 가속도계 및 응답스펙트럼기록기에 작업자의 실수로 인한 인위적인 충격이나 배관진동에 의해 과도한 진동이 발생할 수 있다는 개연성을 밝혀 내고 이러한 지진감시설비의 개선 및 적합한 설치장소에 대하여 의견을 제시할 수 있는 계기를 마련하였다.
본 고는 ISO(International Organization for Standardization)의 TC 108 (Vibration 및 Shock) 기술위원회 SC2와 SC5가 공동으로 작성중인 기계의 상태감시에 관한 4차 Working Draft를 번역한 것이다. ISO는 현재 상태감시 및 진단에 관한 규격을 처음으로 제정중에 있고, 그중에서 본 고의 내용은 거의 마무리 단계에 있다. 국내에는 발전 및 석유화학플랜트를 비롯한 다양한 설비들이 가동중에 있고, 설비 운용적인 측면에서 최근 상태감시시스템을 도입하고 있다. 그러나 이에 관련하여 기계의 상태를 정확하고 확실하게 평가할 수 있는 통일적이고도 객관적인 삼시순서가 설정되어 있지 않고, 관련시스템 제작사의 기준에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 본 고는 현장의 설비 운용 및 보전담당자에게 통일적인 지침을 제공할 수 있는 최선의 객관적인 자료로서 관련 기술자들에게 도움이 되었으면 한다.
컴퓨터에 의한 생산시스템의 통합체계화와 온-라인화에 따라 자동화된 설비진단 방법이 요구되어지고 있다. 이에 따라 기계설비에 각종 센서를 부착하여 실시간으로 수집된 출력신호를 이용하여 기계설비를 온-라인으로 감시하는 여러가지 기법들이 제시되고 있다. 본 연구에서는 진동센서로부터의 신호를 radial 함수에 근거한 다단계 뉴럴 네트워크(Neural Network)로 모형화하여 기계설비 상태를 감시하는 방법을 제시한다. 또한 다단계 모델링 분석을 통하여 신호를 예측하고 설비고장 원인을 분류하며, 다른 모형과의 비교를 통하여 효율성 평가와 최적 단계수를 결정하였다. 온라인 학습 알고리즘은 recursive least squares와 clustering 방법을 이용한다.
원자력발전소 1차 계통 내의 건전성 감시를 위한 설비로는 음향누설 감시계 통(Acoustic Leak Monitoring System: ALMS), 금속파편 감시계통(Loose Parts Monitoring System: LPMS) 및 원자로내부구조물 진동감시계통 (Internals Vibration Monitoring System: IVMS)등이 있다. 현재, 국내의 여 러 원전에는 이들중 일부 계통들이 선택적으로 설치되어 운전중이며, 영광 3,4호기에서는 국내 최초로 이들 3개의 계통을 종합한 핵증기공급계통 건전 성감시계통(Nuclear Steam Supply System Integrity Monitoring System: NIMS)을 설계하였다. 특히, 영광 3,4호기 NIMS에서는 각 계통에 의해 감지 된 1차 계통 내의 이상상태를 하나의 분석컴퓨터(Analysis Computer)를 사 용하여 해석하는 종합결함 탐지해석 기법을 도입하였다.
회전기계에서는 예후 신호 없이 고장되는 경우는 거의 없으며, 따라서 설비고장은 신호를 감시함으로서 고장을 예측, 회피할 수 있다. 본 연구에서는 회전기계에서 발생할 수 있는 고장에 대한 안전진단에 대한 사례연구이다. 각각의 회전기계에 대하여 진동분석을 통한 고장발생유무를 각종의 측정 데이터를 이용하여 분석하여 향후에 발생할 수 있는 고장에 대한 안전진단에 대한 방법을 연구하였다. 결과에서 보는 바와 같이 제안된 측정방법으로 안정한 상태 감시 및 진단 결과를 보여준다.
한전은 국가경제 성장에 따라 늘어나는 발전설비에 대한 운영효율의 향상과 고장발생의 예방 사고시 운전원들의 운전능력 배양 등을 목적으로 운영요원 훈련용 시뮬레이터를 국산화 개발하여 운영하고 있다 훈련용 시뮬레이터를 구성하는 시스템들 중 발전소 안전계통과 발전소 감시계통을 시뮬레이션하는 PPC(Plant Processing Computer) 시스템이 있다 VMS(Vibration Monitoring System) 는 PPC의 여러계통들 중 하나로서 발전소의 터빈 발전기 펌프 등의 진동을 감시하는 시스템이다 본 논문에서는 시뮬레이터의 VMS를 개발하기 위해 적용한 시뮬레이tus 모델 알고리즘 그리고 모델에서 계산된 진동값을 PC의 모니터에 나타내는 Display 시스템등에 대해 기술하고자한다.
영광 3호기의 정지냉각펌프 성능감시 설비로는 펌프 유량계, 입구압, 출구압, 모터전류 등이 있으며 현장에서 펌프의 소음 감시나 진동 측정 등을 통하여 펌프 건전성을 확인할 수 있다. 부분충수운전중 여러 연구결과 제시된 펌프의 이상징후 증상은 펌프의 소음 증가, 유량계 또는 모터전류의 불규칙 요동이 있으나 정량적인 값을 제시하지 못하고 있으며 공기유입량에 대한 운전제한 근거만 정량적으로 제시되고 있다. 즉, WCAP-l1916에 따른 펌프의 손상 판단 근거는 연속적인 공기 흡입의 경우 2%이내, 간헐적인 공기흡입의 경우 5%를 제시하고 있다. 영광 3 호기의 부분충수운전시 펌프 입구압력을 제외한 다른 펌프 성능감시 변수들은 허용오차 이내로 별다른 펌프 이상 징후를 발견하지 못하였다. 그러나 펌프 입구압력 기록계의 입구압력 및 진동폭 변화는 정지냉각유량률, RCS 수위, 증기발생기 노즐댐 설치 유무에 따라 민감한 변화를 보여주었으며, 펌프의 건전성 감시에 가장 효과적인 변수임을 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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