모 화력발전소의 UMC (Unit Master Control) 화면

모 화력발전소의 UMC 화면을 인터넷 검색을 통해서 찾았다. 

UMC 란 Unit Master Control 의 약자로, 발전소의 운전상태를 한눈에 알아볼 수 있는 화면이다. 

대략적으로 봤을 때 약 600MW 급의 초임계압 보일러를 채용한 석탄화력발전소라는 것을 유추할 수 있다. 

초임계압 화력발전소는 221bar , 증기온도 374℃ 이상의 스팀을 발전에 이용하는 것으로 화면에 나온 발전소는 240bar 에 564℃ 의 스팀이 최종 과열기에서 나오고 있다. 

현재 발전단에서 597MW 의 전력을 생산하고 있고, 송전단 전력이 562MW, 소내동력이 34MW 가 소모되고 있다. 발전소는 전기를 생산하기 위해서 팬이나 펌프 등을 동작시키는데 전력이 들어가므로 발전기의 출력에서 소내동력을 제외한 전력을 전력계통으로 내보낸다.  발전단전력 = 송전단전력 + 소내동력 이다. 

화면에 나온 발전기의 주파수는 50.06 Hz, 발전기의 전압은 23.4kV 이다. 발전단 전력이 597MW 이므로 발전기에서 나오는 전류는 597MW / (1.73*23.4kV) = 14.7kA = 14,700A 의 전류가 각 상에 흐르게 된다고 할 수 있는데, 이는 역률을 고려하지 않은 값이므로 역률을 95% 로 보았을 때, 대략 15,000A 이상의 전류가 각 상에 흐른다고 할 수 있다. 

15,000A 의 전류를 수용가까지 보내려면 매우 두꺼운 전선이 필요하게 되므로 이 전압을 주변압기를 통해서 승압시켜서 전력계통으로 보낸다. 

시간당 2,206t 의 공기, 시간당 230t 의 석탄을 소비하고 있고, 보일러 노(爐)의 내부 압력은 -1.2mbar 이다. mbarg 란 대기압을 0으로 하여 압력을 표시한 것이다. 

우리가 생활하는 환경은 지표면이므로 평균적으로 1기압(1013mbar, 760mmHg) 상태이다. 1기압을 0으로 보는 것이 게이지압력(barg, mbarg 등)이고, 절대진공을 0으로 보는 것이 절대압력(bara, mbara 등)이다. 

복수기 진공은 약 -0.938 barg 로, -703mmHg 이다. 이것도 대기압 상태를 0 으로 하여 나타낸 압력이다.  

연소를 마친 플루가스에는 약 3%의 산소가 포함되어 있다고 표시되고있다. 

공기중에는 약 20% 의 산소가 있는데, 석탄이 연소하는데 필요한 이론공기량과 같은 공기를 넣어주면 석탄이 불완전연소하게 되므로 이론공기량보다 약간 많은 공기를 넣어줘야 한다. 이것을 과잉공기 라고 한다. 과잉공기를 너무 많이 주면, 굴뚝을 통해서 빠져나가는 열량이 많아지게 되므로 효율이 떨어지게 된다. 과잉공기를 적게 주면 불완전연소가 일어나서 보일러가 폭발할 수 있다. 따라서 적당한 과잉공기를 넣어주는 것이 중요하다. 

그아래쪽에는 Separator, Primary Super Heater, Final Super Heater, Hot Reheater 의 스팀 온도가 나오고 있다. 

Operation Mode 는 터빈과 보일러의 운전상태를 나타내는데, CC mode 는 보일러와 터빈이 Auto 상태로 제어되는 것이다.

 TBN Follow Mode 는 터빈은 Auto, 보일러는 수동운전 상태이다. 터빈 제어밸브는 주증기압을 추종하게 되어 보일러의 출력이 높아지면, 주증기압이 높아지게 되고, 주증기압을 떨어뜨리기 위해 터빈 제어밸브가 더 열려서 증가한 보일러출력이 발전단 전력으로 나타난다. 

BLR Follow Mode 는 보일러는 Auto, 터빈은 수동운전 상태이다. 터빈 제어밸브가 완전히 열려있는 경우이거나, 터빈 제어밸브를 조금씩 응동하면서 보일러는 설정된 발전단 출력(또는 송전단 출력)을 추종하게 된다. 

BLK ULD INC, BLK ULD DEC, TBN LOAD HOLD 는 터빈 계통에 문제가 생겨서 출력 증감발이 불가능하게 된 상태일때 활성화 된다. 

DRY Mode, WET Mode 는 초임계압 보일러에서 볼 수 있는데, 보일러 급수의 순환 경로에 따라 WET Mode 와 DRY Mode 로 나뉘게 된다. 

WET Mode 는 기동, 정지시 사용하며 급수의 일부가 Separator(기수분리기) → BCP(보일러 재순환 펌프) → Economizer → Water Wall → Separator 로 재순환된다. DRY Mode 는 정상운전시 사용하며 BCP 는 정지되고 급수가 Economizer → Water Wall → Separator → Super Heater 로 흐르면서 증기가 된다. 

정상운전중이므로 BCP 는 정지해 있다. 

TBN Tripped 는 터빈이 트립된 상태, GCB Open 은 발전기 차단기가 개방된 상태를 의미한다. 

MFT 는 Master Fuel Trip 의 약자로, 보일러가 정상적인 운전을 할 수 없는 조건이 되어 보일러로 유입되는 모든 연료를 차단하게 되는 트립동작이다. 

GOV Free 운전은 발전기의 출력을 계통의 주파수에 따라 증감하는 운전방식이다. 발전기(즉 터빈)는 전력계통에 동기된 회전수로 운전된다. 전력계통의 수요가 일정한 상태에서 계통에 연결된 어느발전소의 출력이 저하하면, 공급력이 감소되므로 계통주파수가 저하하게 된다. 이 경우 타 발전소 출력을 증가시키면 계통이 주파수 저하를 방지하게 된다. 이러한 방법으로 계통 주파수의 변동을 억제하여 발전기출력을 증감시키는 것을 가버너프리 운전이라 한다. 

속도조정률 Rs = {(f0 - fn)/fn} * 100[%] 의 식이 성립하며 

Rs = 속도조정률

f0 = 발전기의 무부하출력에 대응하는 주파수

fn = 발전기의 정격출력에 대응하는 주파수

이다. 

속도조정률이 낮으면 미미한 주파수 변화에도 출력이 크게 변동하게 되므로, 속도조정률이 낮을수록 계통의 주파수 변화에 민감하게 반응하게 된다. 통상적으로 수력발전소는 3~5%, 화력발전소는 4~5% 의 속도조정률을 갖고, 원자력발전소는 8% 정도의 속도조정률을 갖는다. 하지만 원자력 발전소는 기저부하에 속하기 때문에 보통 가버너프리운전을 하지 않고 고정된 출력으로 운전한다. 

Start up Mode 는 고압터빈의 온도에 따라 기동시 터빈 가속 속도를 다르게 하는 것이다. 터빈을 구성하는 금속은 매우 두꺼우므로 열이 금속 내부까지 전달되는데 시간이 걸린다. 따라서 터빈이 차가운 상태에서 갑자기 뜨거운 증기를 다량 보내게 되면 중심과 겉 부분의 온도차가 심해져서 열응력 때문에 터빈이 박살나기도 한다. 터빈이 차가우면 천천히, 터빈이 뜨거우면 빨리 승속을 할 수 있다. 

Target Load 는 발전소 유닛이 추종하는 출력이다. 이 발전소는 송전단 출력을 추종하는 것 같다. 

Run Back 이란, 발전소를 구성하고 있는 설비에 문제가 생겼을 때, 정상운전이 가능한 설비들로 낼 수 있는 최대출력값으로 발전출력을 재빨리 감소시키는 것을 말한다. 

발전소는 보통 100% 용량의 장치를 2중으로 구성하거나 50% 장치를 3중으로 구성하는 방식을 사용한다. 예를 들어 50% 용량의 급수펌프(BFP-T) 한 대가 트립된다면, 나머지 한 대의 BFP-T 로 운전가능한 출력까지 재빨리 발전출력을 감소시킨다. 

HP Bypass 와 LP Bypass 는 기동시 터빈을 구동하기 적당한 증기 조건이 되기 전, 터빈 계통에 고형 입자가 유입되지 않도록 하거나, 터빈이 갑자기 트립되었을 때 보일러를 단독운전해야하는 상황에서 사용된다. 

HP Bypass 는 스팀이 주증기계통에서 재열증기계통으로 바이패스되고, LP Bypass 는 스팀이 재열증기계통에서 복수기로 바이패스된다. 

O2 Ratio 는 과잉공기비를 조절하는 역할을 한다. 

BTU compensation 은 단위 석탄이 내는 순 발열량을 추정하는 것이다.(British Thermal Unit 이 아님) 석탄이 연소하면 내부에 포함된 수분과 연소 후 생겨나는 수증기가 기화하게 되는데, 이 기화열을 발열량에서 뺀 값이 저위발열량(lower heating value ; LHV 이고, 발열량에서 수분의 기화열을 포함한 값이 고위발열량(Higher Heating Value; HHV) 이다. BTU 값에 따라 석탄 투입량이 조금씩 조절된다  

발전소의 보일러에서 빠져나가는 연소가스의 온도는 보통 100℃ 이상이어서 수증기의 응축열(기화열)은 이용할 수 없게 되므로 저위발열량을 석탄의 발열량으로 본다. 

그 아래의 버튼들에는 각 세부 설비의 운전상태를 확인할 수 있는 화면으로 링크된 버튼들이 있다. 

ABB 라는 로고가 보이는 것으로 보아, 주제어 시스템은 ABB 에서 만든 것이라는 것을 유추할 수 있다.  

ABB 는 스위스 취리히에 본사를 둔 다국적 중전기 기업이며 우리나라를 포함한 100여개국에 진출해 있다.