한국전력 전력연구원(원장 김태균)은 한국동서발전, 한국서부발전, 한국중부발전과 함께 가스터빈 연소기 동압센서의 이상 유무를 평가할 수 있는 건전성평가 장치를 개발했다. 또한, ‘21년 1~2월에 울산복합, 평택복합, 서울복합화력 발전소에서 성공적으로 실증했다고 밝혔다.

한전 전력연구원은 한국동서발전, 한국서부발전, 한국중부발전과 공동으로 2018년 4월부터 2020년 8월까지 29개월간 연구과제를 수행하며 가스터빈 동압센서 건전성평가 장치를 개발했다.

가스터빈 연소기 동압센서는 고온 고압에 노출되는 연소기의 안정적인 운전을 위한 감시센서로 이용되고 있다. 연소기 내부는 1000℃ 이상의 가혹한 환경이고, 연소화염은 매우 불규칙한 물리적 현상을 보이기 때문에 연소기 내부를 관측하거나 온도를 계측하는 것은 불가능하다. 화염에 의해 형성되는 압력 파동의 변화인 연소동압을 계측하여 주파수 분석을 통해 감시할 수 있다.

통상적으로 국내 발전용 가스터빈 한 기에는 약 14~16개의 동압센서가 설치되는데, 발전소 계획정비 기간이 도래하는 시점에 별도의 검사나 진단평가를 시행하지 않고 전량 교체하고 있다. 그러나, 가스터빈용 동압센서는 사용기간이 반영구적이고, 개당 최고 3천만원의 고가센서이므로 정량적인 건전성 평가를 통해 교체비용을 획기적으로 절감할 수 있는 장치 기술이 필요하다.

동압센서 건전성평가 장치는 사용중인 동압센서를 대상으로 공압/음압/수압의 3단계 측정법과 정량적인 측정지표를 적용하여 성능평가 후, 지속사용 여부를 사용자에게 제시할 수 있다. 3단계 측정법의 작동매체로는 공기, 음파, 물을 이용하고 있다. 공압과 음압 측정법은 연소기 케이싱에 취부되어 있는 동압센서가 센서의 고유스펙을 유지하고 있는지 신속하게 확인함. 수압 측정법은 센서계측의 지연, 상승, 및 지속시간과 동압크기의 정량적 지표를 이용해 이상유무를 정확히 분석할 수 있다.

2021년 1~2월에 복합화력 발전소 3곳에서 현장실증을 성공적으로 완료했다. 총 35개의 동압센서 건전성을 평가하여 34개(97%)가 재사용이 가능함을 확인했다. 또한 본 장치를 이용하여 기존센서 뿐만 아니라, 신규센서에 대해서도 품질평가에 활용이 가능하다.

동압센서 건전성평가 장치는 우수한 편리성과 이동성을 위하여 패키지형으로 개발했다. 특히 가스터빈의 기종에 상관없이 모든 연소기 동압센서를 평가할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 국내 운용중인 복합발전소의 가스터빈에 확대적용할 경우 연간 30억원의 교체비용을 절감할 것으로 기대한다.

전력연구원 관계자는 “현재 추진중인 국책사업 표준가스복합발전모델의 운영기술 개발을 수행하며 실증할 예정인 한국형 표준가스복합발전 운영최적화 솔루션으로도 활용할 계획이다”고 밝혔다.