KR101096147B1 - Apparatus and method for controlling transformer temperature using load factor - Google Patents

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Abstract

전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 장치, 및 방법이 개시된다. 온도 예측 냉각 제어 장치는 외기 온도 측정부, 권선 온도 측정부, 전류 측정부, 권선 최고점 온도 산출부, 및 냉각 장치 제어부를 포함한다. 외기 온도 측정부는 변압기의 외기 온도를 측정하고, 권선 온도 측정부는 변압기의 권선 온도를 측정하며, 전류 측정부는 변압기의 부하 공급 전류를 측정한다. 권선 최고점 온도 산출부는 측정된 외기 온도, 및 권선 온도, 및 상기 측정된 부하 공급 전류로부터 산출된 상기 변압기의 부하율을 이용하여 상기 변압기의 권선 최고점 온도를 산출하며, 냉각 장치 제어부는 산출된 권선 최고점 온도가 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우 상기 변압기의 냉각 장치를 구동한다. 이러한 구성에 의해, 전력용 변압기의 권선 최고점 온도를 예측 제어함으로써 전력용 변압기의 열화율을 낮추어 수명 연장을 도모하고 보다 효율적으로 변압기의 예방 진단을 수행할 수 있게 된다.Disclosed are a temperature predictive cooling control apparatus and a method using a load ratio of a power transformer. The temperature predictive cooling control device includes an outside temperature measuring unit, a winding temperature measuring unit, a current measuring unit, a winding peak temperature calculating unit, and a cooling device control unit. The outside temperature measuring unit measures the outside temperature of the transformer, the winding temperature measuring unit measures the winding temperature of the transformer, and the current measuring unit measures the load supply current of the transformer. The winding peak temperature calculation unit calculates the winding peak temperature of the transformer using the measured ambient temperature, the winding temperature, and the load factor of the transformer calculated from the measured load supply current, and the cooling device controller calculates the winding peak temperature calculated. When the reference value exceeds a preset reference value, the cooling device of the transformer is driven. By such a configuration, by predicting and controlling the winding peak temperature of the power transformer, it is possible to lower the deterioration rate of the power transformer, thereby prolonging its life, and more efficiently performing the preventive diagnosis of the transformer.

전력용 변압기, 부하율, 권선 온도 Power transformer, load factor, winding temperature

Description

전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 장치 및 이의 제어 방법{Apparatus and method for controlling transformer temperature using load factor}Apparatus and method for controlling transformer temperature using load factor

본 발명은 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도예측 냉각제어장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력용 변압기의 부하율과 전력용 변압기의 권선 온도와의 상관관계를 전력용 변압기의 전류, 권선 온도, 외기온도, 전력용 변압기 운전 데이터베이스를 바탕으로 도출하여 상관 관계식을 근거로 부하 변화율에 따른 전력용 변압기의 권선 최고점 온도를 예측 제어함으로써 전력용 변압기의 열화율을 낮추어 수명 연장과 예방 진단을 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature prediction cooling control device using the load ratio of the power transformer and a control method thereof. More specifically, the relationship between the load ratio of the power transformer and the winding temperature of the power transformer is related to the current of the power transformer, Derived based on winding temperature, outside temperature, power transformer operation database, and predicting and controlling the winding peak temperature of power transformer according to load change rate based on the correlation equation to reduce the deterioration rate of power transformer for extended life and preventive diagnosis. It relates to a device for.

전력용 변압기는 전류가 흐르는 도체, 절연지, 철심과 구조물로 구성되어 운전시 도체에는 전류가 흐르게 되고 주울(Joule)손에 의한 열이 발생하게 된다. 이때 발생된 열은 권선 부위와 절연물의 온도를 높이게 되며, 온도가 높아질수록 절연물의 열화가 가속화되어 변압기의 수명이 짧아진다. 변압기의 수명은 내부의 전반적인 열적 특성보다는 특정부위의 온도 값에 의해 결정되며, 특히 권선 최고점의 온도(Hot spot temperature) 값이 허용치 이상으로 상승할 경우 절연 내력의 저하 로 인해 변압기의 수명은 급격히 감소한다. Power transformer consists of conductor, insulating paper, iron core and structure through which electric current flows, and heat is generated by Joule hand during operation. At this time, the generated heat increases the temperature of the winding part and the insulator, and as the temperature increases, the deterioration of the insulator is accelerated and the life of the transformer is shortened. The life of a transformer is determined by the temperature value of a specific part rather than the overall thermal characteristics of the internal part.In particular, when the hot spot temperature rises above the allowable value, the life of the transformer decreases drastically due to a decrease in dielectric strength. do.

최근의 전력용 변압기는 고효율 및 소형화의 추세에 따라 크기와 무게가 감소하고 이로 인해 권선의 단위 체적당 열발생률은 증가하고 있어 냉각설계 및 온도특성 파악에 있어서 더욱 세밀하고 정밀한 정보를 요구하고 있으며, 정보의 가공과 파악에 많은 자원이 투입되어야 한다. 특히 기존의 부하율 및 온도 측정에 의한 냉각제어방식은 전력용 변압기의 온도특성곡선을 충분히 반영하지 않고 특정 온도에서 ON, OFF를 수행하는 히스테리시스 제어만을 행하고 있어 급격한 부하 변화에 대한 온도 상승을 효과적으로 억제하기는 어렵다.In recent years, power transformers have been reduced in size and weight according to the trend of high efficiency and miniaturization, and as a result, heat generation rate per unit volume of the winding is increasing, requiring more detailed and precise information in cooling design and temperature characteristics. Many resources should be invested in the processing and grasping of information. In particular, the conventional cooling control method based on load rate and temperature measurement only controls hysteresis to perform ON and OFF at a specific temperature without sufficiently reflecting the temperature characteristic curve of the power transformer. Is difficult.

또한, 기존의 전력용 변압기의 온도제어는 절연유 온도와 부하량 기준으로 권선 최고점 온도를 계산하여 온도를 제어함으로써 정밀한 온도예측제어에는 한계가 있다.In addition, the temperature control of the conventional power transformer has a limit in precise temperature prediction control by controlling the temperature by calculating the winding peak temperature based on the insulating oil temperature and the load amount.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 전력용 변압기의 부하율과 전력용 변압기의 권선 온도와의 상관관계를 전력용 변압기의 전류, 권선 온도, 외기온도, 전력용 변압기 운전 데이터베이스를 바탕으로 도출한 상관 관계식을 근거로 부하 변화율에 따른 전력용 변압기의 권선 최고점 온도를 예측 제어함으로써 전력용 변압기의 열화율을 낮추어 수명 연장과 예방 진단을 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, the relationship between the load factor of the power transformer and the winding temperature of the power transformer, the current, winding temperature, ambient temperature, power transformer operation database of the power transformer The purpose of the present invention is to provide a device for extending the life and preventing diagnosis by lowering the deterioration rate of the power transformer by predicting and controlling the winding peak temperature of the power transformer according to the load change rate based on the correlation derived based on the equation.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 장치는 외기 온도 측정부, 권선 온도 측정부, 전류 측정부, 권선 최고점 온도 산출부, 및 냉각 장치 제어부를 포함한다. 외기 온도 측정부는 변압기의 외기 온도를 측정하고, 권선 온도 측정부는 변압기의 권선 온도를 측정하며, 전류 측정부는 변압기의 부하 공급 전류를 측정한다. 권선 최고점 온도 산출부는 측정된 외기 온도, 및 권선 온도, 및 상기 측정된 부하 공급 전류로부터 산출된 상기 변압기의 부하율을 이용하여 상기 변압기의 권선 최고점 온도를 산출하며, 냉각 장치 제어부는 산출된 권선 최고점 온도가 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우 상기 변압기의 냉각 장치를 구동한다.In order to achieve the above object, the temperature predicted cooling control apparatus using the load ratio of the power transformer according to the present invention includes an outside temperature measuring unit, winding temperature measuring unit, current measuring unit, winding peak temperature calculating unit, and cooling device control unit. do. The outside temperature measuring unit measures the outside temperature of the transformer, the winding temperature measuring unit measures the winding temperature of the transformer, and the current measuring unit measures the load supply current of the transformer. The winding peak temperature calculation unit calculates the winding peak temperature of the transformer using the measured ambient temperature, the winding temperature, and the load factor of the transformer calculated from the measured load supply current, and the cooling device controller calculates the winding peak temperature calculated. When the reference value exceeds a preset reference value, the cooling device of the transformer is driven.

이러한 구성에 의해, 전력용 변압기의 권선 최고점 온도를 예측 제어함으로써 전력용 변압기의 열화율을 낮추어 수명 연장을 도모하고 보다 효율적으로 변압 기의 예방 진단을 수행할 수 있게 된다.By such a configuration, by predicting and controlling the winding peak temperature of the power transformer, it is possible to lower the deterioration rate of the power transformer, thereby prolonging its life, and more efficiently performing the preventive diagnosis of the transformer.

상기 권선 최고점 온도 산출부는 다음의 수학식The winding peak temperature calculation unit is the following equation

Figure 112009048066625-pat00001
Figure 112009048066625-pat00001

(

Figure 112009048066625-pat00002
는 변압기의 권선 최고점 온도, (
Figure 112009048066625-pat00002
The winding peak temperature of the transformer,

Figure 112009048066625-pat00003
, 여기서, A는 미리 설정된 상수,
Figure 112009048066625-pat00004
,
Figure 112009048066625-pat00005
, K는 부하율,
Figure 112009048066625-pat00003
, Where A is a preset constant,
Figure 112009048066625-pat00004
,
Figure 112009048066625-pat00005
, K is the load factor,

Figure 112009048066625-pat00006
, 여기서,
Figure 112009048066625-pat00007
는 변압기 외기 온도,
Figure 112009048066625-pat00008
는 변압기 탑-오일 온도의 변화량,
Figure 112009048066625-pat00009
는 변압기 권선 최고점 온도의 변화량) 을 이용하여 상기 변압기의 권선 최고점 온도를 산출할 수 있다.
Figure 112009048066625-pat00006
, here,
Figure 112009048066625-pat00007
The transformer outside temperature,
Figure 112009048066625-pat00008
The amount of change in the transformer tower-oil temperature,
Figure 112009048066625-pat00009
Can calculate the winding peak temperature of the transformer using the amount of change in the transformer winding peak temperature.

또한, 상기 A의 값은 사용자의 입력에 의해 설정될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 사용자는 냉각 제어 장치의 제어에 있어서, 종래의 제어 방법과 본 발명에 따른 제어 방법을 모두 사용할 수 있게 된다. In addition, the value of A may be set by user input. With such a configuration, the user can use both the conventional control method and the control method according to the present invention in controlling the cooling control device.

아울러, 상기 장치를 방법의 형태로 구현한 발명이 함께 개시된다.In addition, the invention embodying the apparatus in the form of a method is also disclosed.

본 발명에 따르면, 전력용 변압기의 권선 최고점 온도를 예측 제어함으로써 전력용 변압기의 열화율을 낮추어 수명 연장을 도모하고 보다 효율적으로 변압기의 예방 진단을 수행할 수 있게 된다.According to the present invention, by predicting and controlling the winding peak temperature of the power transformer, the degradation rate of the power transformer can be lowered, thereby prolonging the service life and more efficiently performing the preventive diagnosis of the transformer.

본 발명은 전력용 변압기의 부하율, 권선 온도, 외기온도, 전력용 변압기 운전 정보를 이용하여 부하율과 권선 온도의 상관관계를 자동 최적화하여 전력용 변압기의 권선 온도를 예측하여 전력용 변압기의 온도조절용 FAN을 제어하기 위한 냉각제어장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전력용 변압기의 부하율을 이용 온도예측 냉각제어장치는 부하율, 권선 온도, 외기온도, 전력용 변압기 운전 정보를 이용하여 전력용 변압기의 온도조절용 FAN을 제어 알고리즘을 구현하고, 입출력 장치를 제어하기 위한 중앙처리장치와, 상기 중앙처리장치에 부하율 계산에 필요한 전력용 변압기의 전류 정보를 제공하기 위한 전류 측정부와, 상기 중앙처리장치에 전력용 변압기의 권선 온도 정보를 제공하기 위한 권선 온도 측정부와, 상기 권선 온도 측정부에서 측정된 전력용 변압기의 권선 온도에 해당하는 디지털정보를 상기 중앙처리장치에서 제공받아 외부로 4~20mA의 아날로그 정보를 제공하기 위한 4~20mA출력부와, 상기 중앙처리장치에 외기온도 정보를 제공하기 위한 외기온도측정부와, 상기 중앙처리장치에서 예측된 전력용 변압기의 부하율에 대한 권선 온도 정보를 제공받아 전력용 변압기의 온도조절용 FAN을 제어구동하기 위한 FAN제어구동부와, 상기 중앙처리장치에 외부의 디지털과 아날로그 신호를 전달하기 위한 신호입력부와, 상기 중앙처리장치에서 외부에 디지털과 아날로그 신호를 전달하기 위한 신호출력부와, 상기 중앙처리장치와 외부장치와의 통신을 위한 통신 부와, 상기 중앙처리장치에서 연산된 정보를 저장하기 위한 데이터베이스부를 포함하여 이루어진다.The present invention automatically optimizes the correlation between the load rate and the winding temperature by using the load factor, winding temperature, ambient temperature, power transformer operation information of the power transformer, and predicts the winding temperature of the power transformer to control the temperature of the power transformer. Cooling control device for controlling the control method and a control method thereof, the temperature prediction cooling control device using the load factor of the power transformer according to the present invention uses the load ratio, winding temperature, ambient temperature, power transformer operation information for power A central processing unit for controlling the temperature control FAN of a transformer and controlling an input / output device, a current measuring unit for providing the central processing unit with current information of a power transformer for load factor calculation, and the central processing unit. Winding temperature measuring unit for providing the winding temperature information of the power transformer to the device, and the winding on 4 to 20 mA output unit for receiving analog information of 4 to 20 mA to the outside receiving digital information corresponding to the winding temperature of the power transformer measured by the measuring unit to the outside, and the outside temperature to the central processing unit An outside temperature measurement unit for providing information, a FAN control driver for controlling and driving a temperature control FAN of a power transformer by receiving winding temperature information on the load ratio of the power transformer predicted by the central processing unit, and the central Signal input unit for transmitting external digital and analog signals to the processing unit, Signal output unit for transmitting digital and analog signals from the central processing unit to the outside, Communication for communication between the central processing unit and an external device And a database unit for storing information calculated by the central processing unit.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 전력용 변압기의 일 실시예의 개략적인 블록도이다.4 is a schematic block diagram of an embodiment of a power transformer according to the present invention.

도 4에서, 냉각 장치는 FAN으로 구현되어 있으며, 권선 최고점 온도 산출부, 및 냉각 장치 제어부는 각각 중앙 처리 장치(201), 및 FAN 제어 구동부(206)로 구현되어 있다.In FIG. 4, the cooling device is implemented as a FAN, and the winding peak temperature calculator and the cooling device controller are each implemented as a central processing unit 201 and a FAN control driver 206.

전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 장치는 전력용 변압기의 부하율과 전력용 변압기의 권선 온도와의 상관관계를 전력용 변압기의 전류, 권선 온도, 외기온도, 전력용 변압기 운전 데이터베이스를 바탕으로 도출하여 상관관계식을 근거로 부하 변화율에 따른 전력용 변압기의 권선최고점온도를 예측하여 전력용 변압기의 온도조절용 FAN을 구동하고 입출력 장치를 제어하기 위한 중앙처리장치(201)와, 상기 중앙처리장치(201)에 부하율 계산에 필요한 전력용 변압기의 전류 정보를 제공하기 위한 전류측정부(202)와, 상기 중앙처리장치(201)에 전력용 변압기의 권선 온도정보를 제공하기 위한 권선 온도측정부(203)와, 상기 권선 온도측정부(203)에서 측정된 전력용 변압기의 권선 온도에 해당하는 디지털정보를 상기 중앙처리장치(201)에서 제공받아 외부로 4~20mA의 아날로그 정보를 제공하기 위한 4~20mA출력부(204)와, 상기 중앙처리장치(201)에 외기온도 정보를 제공하기 위한 외기온도측정부(205)와, 상기 중앙처리장치(201)에서 예측된 전력용 변압기의 부하율에 대한 권선 온도 정보를 제공받아 전력용 변압기의 온도조절용 FAN을 제어구동 하기 위한 FAN제어구동부(206)와, 상기 중앙처리장치(201)에 외부의 디지털과 아날로그 신호를 전달하기 위한 신호입력부(207)와, 상기 중앙처리장치(201)에서 외부에 디지털과 아날로그 신호를 전달하기 위한 신호출력부(208)와, 상기 중앙처리장치(201)와 외부장치와의 통신을 위한 통신부(209)와, 상기 중앙처리장치(201)에서 연산된 정보를 저장하기 위한 데이터베이스부(210)를 포함하여 이루어진다.The temperature prediction cooling control device using the load factor of the power transformer is based on the current, winding temperature, ambient temperature, power transformer operation database of the power transformer based on the correlation between the load factor of the power transformer and the winding temperature of the power transformer. The central processing unit 201 for driving the temperature control FAN of the power transformer and controlling the input / output device by predicting the winding peak temperature of the power transformer according to the load change rate based on the correlation equation. A current measuring unit 202 for providing current information of a power transformer required for load factor calculation to 201, and a winding temperature measuring unit 203 for providing winding temperature information of the power transformer to the central processing unit 201. ) And digital information corresponding to the winding temperature of the power transformer measured by the winding temperature measuring unit 203 in the central processing unit 201. 4-20 mA output unit 204 for providing analog information of 4-20 mA to the outside and outside air temperature measuring unit 205 for providing outside temperature information to the central processing unit 201, and the center. The FAN control driver 206 for controlling and controlling the FAN for controlling the temperature of the power transformer by receiving the winding temperature information about the load ratio of the power transformer predicted by the processing device 201 and external to the central processing unit 201. A signal input unit 207 for transmitting digital and analog signals, a signal output unit 208 for transmitting digital and analog signals from the central processing unit 201 to the outside, and the central processing unit 201 And a communication unit 209 for communicating with an external device and a database unit 210 for storing information calculated by the central processing unit 201.

전류측정부(202)는 전력용 변압기의 전류를 측정하기 위한 구성으로서, 변류기, 증폭회로, 필터회로, ADC(Analog to Digital Converter)를 이용하여 측정된 전류량을 중앙처리장치(201)에 전달한다. 권선 온도측정부(203)는 도 11과 같은 전력용 변압기에 변류기(전류측정부(202)에 부착되는 변류기와는 별도임)를 이용하여 전류량에 따라 절연유 온도계로 유입되는 절연유를 가열하여 최종적으로는 전력용 변압기의 권선 온도에 근접한 온도에 해당되는 아날로그 값을 제공하는 전력용 변압기의 권선 온도계의 값을 측정하여 중앙처리장치(201)에 제공하기 위한 것으로서 증폭회로, 필터회로, ADC회로로 구성된다. 외기온도측정부(205)는 전력용 변압기의 외부 온도를 측정하기 위한 것으로서 PT100 온도계의 값을 측정하여 중앙처리장치(201)에 제공하며 증폭회로, 필터회로, ADC회로로 구성된다.The current measuring unit 202 is a component for measuring the current of the power transformer, and transmits the current amount measured using a current transformer, an amplifier circuit, a filter circuit, and an analog-to-digital converter (ADC) to the central processing unit 201. . The winding temperature measuring unit 203 heats the insulating oil flowing into the insulating oil thermometer according to the amount of current by using a current transformer (separate from the current transformer attached to the current measuring unit 202) to the power transformer as shown in FIG. Is to measure the value of the winding thermometer of the power transformer providing an analog value corresponding to the temperature close to the winding temperature of the power transformer to provide to the central processing unit 201, consisting of an amplifier circuit, filter circuit, ADC circuit do. The outside temperature measuring unit 205 measures the external temperature of the power transformer and measures the value of the PT100 thermometer and provides it to the central processing unit 201 and includes an amplifying circuit, a filter circuit, and an ADC circuit.

중앙처리장치(201)는 전류측정부(202), 권선 온도측정부(203), 외기온도측정부(205)의 정보와 전력용 변압기의 설계 스펙(specification)을 참조하여 전력용 변압기의 권선최고점온도(

Figure 112009048066625-pat00010
)를 식(1)과 같이 계산하고, 식(2)와 같은 가중치함수(W: Weight Function)를 두어 팬 제어 시작 시점을 전력용 변압기의 최적 운전조 건에 맞도록 상시 연산하는 기능을 소프트웨어로 구현한다.The central processing unit 201 refers to the information of the current measuring unit 202, the winding temperature measuring unit 203, and the outside air temperature measuring unit 205 and the design specifications of the power transformer. Temperature(
Figure 112009048066625-pat00010
) Is calculated as in Equation (1), and the weight function (W) as in Equation (2) is used to calculate the start point of fan control at all times in accordance with the optimal operating conditions of the power transformer. Implement

실제로 전력용 변압기의 권선최고점온도를 직접 측정하는 것은 어려운 실정이며, 그래서 국제표준(IEEE Std C57.91-1995, 이하 국제표준이라고 함)에서는 오일온도를 측정하여 권선최고점온도를 구하여 팬 제어하는 것을 정의하고 있다. 국제표준에서 권선최고점온도를 구하는 것은 식(1)과 같이 정의하고 있다.In practice, it is difficult to directly measure the winding maximum temperature of the power transformer, so the international standard (IEEE Std C57.91-1995, hereinafter referred to as the international standard) measures the oil temperature to obtain the winding maximum temperature and control the fan. It is defined. Obtaining the winding maximum temperature from the international standard is defined as equation (1).

Figure 112009048066625-pat00011
(1)
Figure 112009048066625-pat00011
(One)

식(1)에서,

Figure 112009048066625-pat00012
는 권선최고점온도,
Figure 112009048066625-pat00013
는 현재 외기온도,
Figure 112009048066625-pat00014
는 탑-오일 온도의 변화량,
Figure 112009048066625-pat00015
는 권선최고점온도의 변화량을 의미한다. 기존에는 식(1)에서 계산된 권선최고점온도를 기준으로 팬 구동 및 종료를 제어하고 있으나, 국제규격에서 제안한 식(1)에 의해 오일온도, 현재 외기온도를 측정하여 권선최고점온도를 계산하는 것은 식(1)에 반영되지 않은 비정규적인 외란(전력용 변압기의 상시 부하율의 높을 때, 부하변동이 심할 때, 열화가 많이 진행되었을 때, 제작 결함이 있을 때, 설치시 변형이 발생 되었을 때)으로 인한 오차가 발생한다. 이와 같은 오차는 전력용 변압기의 최적운전을 저해하여 열화를 빨라지게 하여 전력용 변압기의 수명을 단축시킨다. 전력용 변압기의 최적 운전조건을 자동으로 연산하기 위하여 식(2)의 가중치 함수를 도입하여 부하율과 전력용 변압기 운전환경에 맞는 새로운 최적화 권선최고점온도를 찾아낸다.In equation (1),
Figure 112009048066625-pat00012
The winding peak temperature,
Figure 112009048066625-pat00013
Is the current outside temperature,
Figure 112009048066625-pat00014
Is the amount of change in top-oil temperature,
Figure 112009048066625-pat00015
Is the amount of change in the winding peak temperature. Conventionally, fan driving and shutdown are controlled based on the winding maximum temperature calculated in Equation (1) .However, calculating the winding maximum temperature by measuring the oil temperature and the current ambient temperature by Equation (1) proposed by the International Standard As an irregular disturbance not reflected in Equation (1) (when the constant load factor of the power transformer is high, when the load fluctuates severely, when a lot of deterioration proceeds, when there is a manufacturing defect, or when deformation occurs during installation) Error occurs. This error hinders the optimal operation of the power transformer and accelerates deterioration, thereby shortening the life of the power transformer. In order to automatically calculate the optimal operating conditions of the power transformer, the weight function of Equation (2) is introduced to find the new optimal winding maximum temperature for the load factor and the operating environment of the power transformer.

Figure 112009048066625-pat00016
(2)
Figure 112009048066625-pat00016
(2)

식(2)에서,

Figure 112009048066625-pat00017
는 최적화 권선최고점온도이며, W는 가중치함수(Weight Function)이며, 식(3)와 같은 비선형 함수이다.In equation (2),
Figure 112009048066625-pat00017
Is the optimum winding maximum temperature, W is the weight function, and is a nonlinear function such as Eq. (3).

Figure 112009048066625-pat00018
(3)
Figure 112009048066625-pat00018
(3)

식(3)에서 A, B, C는 최적화 상수이며, e는 지수[指數, exponent]이다. 식(3)에서 A는 초기에 사용자 정의에 의해 조절하는 상수로 A>1이면, 팬제어 시작 시간을 빨라지게 하며, A<1이면, 팬제어 시작 시간을 느려지게 하며, A=1일 때에는 단위함수를 기준으로 부하율과 권선최고점온도의 변화량을 참조하여 팬제어 시작 시간을 조절하게 된다. B는 식(4), C는 식(5)와 같다.In Equation (3), A, B, and C are optimization constants, and e is an exponent. In Eq. (3), A is an initial user-defined constant. If A> 1, the fan control start time will be faster.If A <1, fan control start time will be slow. Based on the unit function, the fan control start time is adjusted by referring to the change in load ratio and winding peak temperature. B is formula (4), C is the same as formula (5).

Figure 112009048066625-pat00019
(4)
Figure 112009048066625-pat00019
(4)

식(4)에서 K는 부하율을 의미하며,

Figure 112009048066625-pat00020
이며,
Figure 112009048066625-pat00021
는 1차 미분을 의미한다.In Eq. (4), K means load factor,
Figure 112009048066625-pat00020
,
Figure 112009048066625-pat00021
Means the first derivative.

Figure 112009048066625-pat00022
(5)
Figure 112009048066625-pat00022
(5)

식(5)에서

Figure 112009048066625-pat00023
은 2차 미분을 의미한다.In equation (5)
Figure 112009048066625-pat00023
Means second derivative.

도 4 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 초기 데이터베이스 및 식(3)의 A, B, C가 최적화 구축되기 전에는 초기치로 A=1, B=0, C=0으로 설정되며 이는 팬제어 시작시간을 온도에 따라서 선형적으로 제어함을 의미한다. 이때 최적화 권선최고점온도

Figure 112009048066625-pat00024
는 식(1)의 권선최고점온도
Figure 112009048066625-pat00025
와 같다. 여기서 설명하는 단위함수는 전력용 변압기가 국제규격에 맞게 이상적으로 제작, 설치되었을 때를 의미하며, 실제로는 심한 부하변동, 높은 열화율, 제작 결함, 설치시 변형으로 전력용 변압기의 오일온도를 참조하여 권선최고점온도를 계산한다는 것은 불가능하다. 또한, 도 3과 도 7을 참조하면, 부하에 변화에 대하여 오일온도의 변화는 둔감하다. 이는 전력용 변압기의 권선 온도가 측정부까지 전이되는 시간이 긴 것을 의미 한다. 기존에 전력용 변압기 온도제어를 위하여 오일온도를 기준으로 권선최고점온도를 계산하여 이용하는 방법에 의한 전력용 변압기의 권선 온도 및 오일온도를 도 8에 도시하였다. 이때 이미 전력용 변압기의 권선 온도는 정상상태에 도달한 후가 되므로 권선 주변에는 열화가 진행된다.Referring to Figures 4 to 10, the initial value is set to A = 1, B = 0, C = 0 before A, B, C in the initial database and equation (3) is optimized and built, which is the fan control start time. Means to control linearly with temperature. Optimum winding maximum temperature at this time
Figure 112009048066625-pat00024
Is the maximum temperature of the winding in equation (1)
Figure 112009048066625-pat00025
Same as The unit function described here refers to when the power transformer is ideally manufactured and installed in accordance with international standards, and actually refers to the oil temperature of the power transformer due to severe load fluctuations, high deterioration rate, manufacturing defects, and deformation during installation. It is not possible to calculate the winding peak temperature. 3 and 7, the change in oil temperature is insensitive to the change in load. This means that the time taken for the winding temperature of the power transformer to transition to the measuring unit is long. 8 shows the winding temperature and the oil temperature of the power transformer by the method of calculating the winding maximum point temperature based on the oil temperature for temperature control of the power transformer. At this time, since the winding temperature of the power transformer reaches a steady state, deterioration proceeds around the winding.

본 발명에서는 식(1)에 반영되지 않은 비정규적인 외란과 권선최고점온도의 변화에 대하여 식(3)의 B(단위시간당 부하변동량을 권선최고점온도 변화량)와 C(단위시간당 부하변동의 가속도)를 적용하여 부하의 변동을 민감하게 반응하도록 W(가중치함수)를 설계하여 최적화 권선최고점온도를 구한다. 이때 전력용 변압기의 권선 온도와 오일온도는 도 9와 같이 제어할 수 있다. 도 10을 참조하면, 기존의 일반 냉각 방식보다 본 발명에 의한 냉각 방식이 권선 온도와 권선최고점온도를 효과적으로 제어할 수 있음을 알 수 있다.In the present invention, B (load variation per unit time, winding maximum temperature variation) and C (acceleration of load variation per unit time) of Equation (3) are applied to irregular disturbances and changes in winding maximum temperature not reflected in Equation (1). By applying W (weighting function) to sensitively react to the load fluctuations, the optimum winding maximum temperature is obtained. At this time, the winding temperature and the oil temperature of the power transformer can be controlled as shown in FIG. Referring to FIG. 10, it can be seen that the cooling method according to the present invention can effectively control the winding temperature and the winding peak temperature than the conventional general cooling method.

4~20mA출력부(204)는 기존에 설치되어 운전되고 있는 전력용 변압기에 적용하기 위한 것으로 기존의 전력용 변압기의 온도제어장치에서 활용되고 있든 권선 온도의 정보를 본 발명의 일 실시예에 따른 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도예측 냉각제어장치에서 활용함으로 정보가 차단되는 것을 방지하고 기존의 전력용 변압기와 온도제어장치를 공동으로 사용하기 위하여 중앙처리장치(201)로부터 전력용 변압기의 권선 온도정보를 제공받아 4~20mA의 아날로그 신호로 외부에 제공한다. FAN제어구동부(206)는 중앙처리장치(201)에서 연산된 전력용 변압기의 최적온도 제어 정보를 제공받아 다수로 설치되어 있는 전력용 변압기의 온도조절용 팬을 ON, OFF한다. 중앙처리장치(201)는 사용자의 설정에 따라 가중치 함수의 A, B, C항 을 이용하여 팬을 온(ON)할 때는 예측제어(A는 사용자 설정 및 B, C는 부하의 변화량에 따른 가중치함수 이용)를 이용하고 팬을 오프(OFF)할 때는 종래의 일반 팬 제어(A=1, B=0, C=0)를 이용할 수 있다.The 4-20 mA output unit 204 is to be applied to a power transformer that is installed and operated in the prior art whether the temperature of the winding is used in the temperature control device of the existing power transformer according to an embodiment of the present invention Winding temperature of the power transformer from the central processing unit 201 in order to prevent the information from being blocked by utilizing the temperature prediction cooling control device using the load ratio of the power transformer, and to use the existing power transformer and the temperature control unit jointly. It receives the information and provides it externally as an analog signal of 4 ~ 20mA. The FAN control driver 206 receives the optimum temperature control information of the power transformer calculated by the central processing unit 201 and turns on and off the temperature control fan of the power transformer installed in plural. When the CPU 201 turns on the fan by using the A, B, and C terms of the weight function according to the user's setting, the central processing unit 201 is weighted according to the user's setting and B, C is the load change amount. When the fan is turned off, the conventional general fan control (A = 1, B = 0, C = 0) can be used.

신호입력부(207)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도예측 냉각제어장치 외부에서 제공되는 아날로그와 디지털 정보를 중앙처리장치(201)에 제공하기 위한 것으로 과전압, 과전류 보호회로, Photo-Coupler회로, 전압분압회로, 필터회로, 입출력 절연을 위한 DC-DC Converter로 구성된다. 신호출력부(208)는 중앙처리장치(201)에서 제공되는 아날로그와 디지털 정보를 외부장치에 제공하기 위한 것으로서, 스위치회로, DAC(Digital to Analog Converter)회로, 과전압, 과전류 보호회로, 입출력 절연을 위한 DC-DC Converter로 구성된다. 통신부(209)는 중앙처리장치(201)와 외부장치와의 통신을 위한 것으로 RS232회로, RS485회로, LAN회로, Optical-LAN회로, CAN통신회로, I2C회로로 구성된다. 데이터베이스부(210)는 중앙처리장치(201)에서 수집된 전력용 변압기의 권선 온도, 절연유온도, 외기온도, 운전정보, 부하율, 팬 구동 정보, 열화율, 스펙, 외부장치의 신호 입출력정보를 저장하기 위하여 데이터 메모리회로 구성된다.The signal input unit 207 is to provide the central processing unit 201 with analog and digital information provided outside the temperature prediction cooling controller using the load factor of the power transformer according to an embodiment of the present invention. It consists of circuit, photo-coupler circuit, voltage divider circuit, filter circuit, and DC-DC converter for input / output isolation. The signal output unit 208 is for providing analog and digital information provided from the central processing unit 201 to an external device. The signal output unit 208 provides a switch circuit, a digital to analog converter (DAC) circuit, an overvoltage, an overcurrent protection circuit, and an input / output isolation. It is composed of DC-DC converter. The communication unit 209 is for communication between the central processing unit 201 and an external device, and is composed of an RS232 circuit, an RS485 circuit, a LAN circuit, an Optical-LAN circuit, a CAN communication circuit, and an I2C circuit. The database unit 210 stores the winding temperature, the insulating oil temperature, the outside temperature, the operation information, the load ratio, the fan driving information, the deterioration rate, the specification, and the signal input / output information of the external power transformer collected by the central processing unit 201. It consists of a data memory circuit.

본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다. Although the present invention has been described in terms of some preferred embodiments, the scope of the present invention should not be limited thereby, but should be construed as modifications or improvements of the embodiments supported by the claims.

본 발명에 따른 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도예측 냉각제어장치 및 이의 제어 방법은 전력용 변압기의 부하율과 전력용 변압기의 권선 온도와의 상관 관계를 전력용 변압기의 전류, 권선 온도, 외기온도, 전력용 변압기 운전 데이터베이스를 바탕으로 도출하여 상관관계식을 근거로 부하 변화율에 따른 전력용 변압기의 권선최고점온도를 예측하여 전력용 변압기의 온도조절용 FAN을 구동하고 입출력 장치를 제어하기 위한 중앙처리장치와, 상기 중앙처리장치에 부하율 계산에 필요한 전력용 변압기의 전류 정보를 제공하기 위한 전류측정부와, 상기 중앙처리장치에 전력용 변압기의 권선 온도정보를 제공하기 위한 권선 온도측정부와, 상기 권선 온도측정부에서 측정된 전력용 변압기의 권선 온도에 해당하는 디지털정보를 상기 중앙처리장치에서 제공받아 외부로 4~20mA의 아날로그 정보를 제공하기 위한 4~20mA출력부와, 상기 중앙처리장치에 외기온도 정보를 제공하기 위한 외기온도측정부와, 상기 중앙처리장치에서 예측된 전력용 변압기의 부하율에 대한 권선 온도 정보를 제공받아 전력용 변압기의 온도조절용 FAN을 제어구동하기 위한 FAN제어구동부와, 상기 중앙처리장치에 외부의 디지털과 아날로그 신호를 전달하기 위한 신호입력부와, 상기 중앙처리장치에서 외부에 디지털과 아날로그 신호를 전달하기 위한 신호출력부와, 상기 중앙처리장치와 외부장치와의 통신을 위한 통신부와, 상기 중앙처리장치에서 연산된 정보를 저장하기 위한 데이터베이스부를 포함하여 이루어진다.The temperature prediction cooling control device using the load ratio of the power transformer according to the present invention and the control method thereof have a relationship between the load ratio of the power transformer and the winding temperature of the power transformer, the current, winding temperature, ambient temperature, A central processing unit for driving the temperature control fan of the power transformer and controlling the input / output device by estimating the winding peak temperature of the power transformer according to the load change rate based on the correlation equation derived from the power transformer operation database; A current measuring unit for providing current information of a power transformer necessary for calculating a load ratio to the central processing unit, a winding temperature measuring unit for providing winding temperature information of a power transformer to the central processing unit, and measuring the winding temperature Digital information corresponding to the winding temperature of the power transformer measured in the 4-20mA output unit for providing analog information of 4-20mA to the outside received from the outside, an outside temperature measuring unit for providing outside temperature information to the central processing unit, and a power transformer predicted by the central processing unit A FAN control driver for controlling and controlling a temperature control fan of a power transformer by receiving winding temperature information of a load ratio of a load factor, a signal input unit for transmitting external digital and analog signals to the central processing unit, and the central processing unit And a signal output unit for transmitting digital and analog signals to the outside, a communication unit for communicating with the central processing unit and an external device, and a database unit for storing information calculated by the central processing unit.

또한, 본 발명에 따른 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도예측 냉각제어방법은 전력용 변압기의 권선 온도, 전류, 외기온도를 입력받아 부하율, 권선최고점온도, 열화율, 과부하내량을 계산하고 계산된 값과 전력용 변압기의 운전 데이터베이스를 참조하여 부하율과 권선 온도변화량의 상관관계를 도출하여 팬 구동 시작 시각과 종료 시각을 예측하는 방식으로 단위시간별 전력용 변압기의 권선 온도를 피드백(feedback) 받아서 새로운 부하율과 권선 온도 변화량을 계산하고 계산된 부하율과 권선 온도 변화량이 비례하도록 전력용 변압기의 최저부하 및 최대부하에 이르는 전 구간에서 전력용 변압기의 권선 온도를 최적화시킨다. In addition, the temperature prediction cooling control method using the load ratio of the power transformer according to the present invention is calculated by calculating the load ratio, winding peak temperature, deterioration rate, overload capacity by receiving the winding temperature, current, ambient temperature of the power transformer It calculates the correlation between the load rate and the winding temperature change amount by referring to the operation database of the over-power transformer, and predicts the start time and the end time of fan operation by feeding back the winding temperature of the power transformer for each unit time. The winding temperature change is calculated and the winding temperature of the power transformer is optimized in the entire range from the minimum load to the maximum load of the power transformer so that the calculated load ratio and the winding temperature change are proportional to each other.

도 1은 종래의 전력용 변압기 온도제어에 따른 변압기온도특성 및 팬 구동을 설명하기 위한 그래프.1 is a graph illustrating a transformer temperature characteristic and a fan driving according to a conventional power transformer temperature control.

도 2는 종래의 전력용 변압기의 히스테리시스 온도제어 그래프.2 is a hysteresis temperature control graph of a conventional power transformer.

도 3은 전력용 변압기의 부하전류와 탑-오일 온도의 관계를 나타내는 그래프.3 is a graph showing the relationship between the load current and the top-oil temperature of the power transformer.

도 4는 본 발명에 따른 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도.4 is a schematic block diagram of an embodiment of a temperature predictive cooling control apparatus using a load ratio of a power transformer according to the present invention;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 함수를 설명하기 위한 그래프.5 is a graph for explaining a weight function according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 함수에의한 팬 제어 시작 시간을 설명하기 위한 그래프.6 is a graph illustrating a fan control start time by a weight function according to an embodiment of the present invention.

도 7은 전력용 변압기의 권선 온도 및 오일온도와 부하율, 온도, 시간 관계를 설명하기 위한 그래프.7 is a graph illustrating the relationship between the winding temperature and the oil temperature, the load ratio, the temperature, and the time of the power transformer.

도 8은 종래의 전력용 변압기의 온도 제어방식에 따른 권선 온도 및 오일온도와 부하율, 온도, 시간 관계를 설명하기 위한 그래프.8 is a graph illustrating a relationship between winding temperature, oil temperature, load rate, temperature, and time according to a temperature control method of a conventional power transformer.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력용 변압기의 온도 제어방식의 권선 온도 및 오일온도와 부하율, 온도, 시간 관계를 설명하기 위한 그래프.9 is a graph illustrating a relationship between a winding temperature and an oil temperature, a load rate, a temperature, and a time of a temperature control method of a power transformer according to an embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력용 변압기의 온도 제어방식효과를 설명하기 위한 그래프.10 is a graph for explaining the effect of the temperature control method of the power transformer according to an embodiment of the present invention.

도 11은 전력용 변압기의 권선 온도 측정 방법을 설명하기 위한 참고도.11 is a reference diagram for explaining a winding temperature measuring method of a power transformer.

도 12는 본 발명에 따른 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 방법의 일 실시예의 개략적인 흐름도.12 is a schematic flowchart of an embodiment of a temperature predictive cooling control method using a load ratio of a power transformer according to the present invention;

Claims (6)

삭제delete 변압기의 외기 온도를 측정하는 외기 온도 측정부;An outside air temperature measuring unit measuring an outside air temperature of the transformer; 상기 변압기의 권선 온도를 측정하는 권선 온도 측정부; Winding temperature measuring unit for measuring the winding temperature of the transformer; 상기 변압기의 부하 공급 전류를 측정하는 전류 측정부; A current measuring unit measuring a load supply current of the transformer; 상기 측정된 외기 온도, 및 권선 온도, 및 상기 측정된 부하 공급 전류로부터 산출된 상기 변압기의 부하율을 이용하여 상기 변압기의 권선 최고점 온도를 산출하는 권선 최고점 온도 산출부; 및A winding peak temperature calculator configured to calculate a winding peak temperature of the transformer using the measured outside temperature, the winding temperature, and the load factor of the transformer calculated from the measured load supply current; And 상기 산출된 권선 최고점 온도가 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우 상기 변압기의 냉각 장치를 구동하는 냉각 장치 제어부를 포함하는 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 장치로서,A temperature predictive cooling control device using a load factor of a power transformer including a cooling device controller for driving a cooling device of the transformer when the calculated winding peak temperature exceeds a preset reference value. 상기 권선 최고점 온도 산출부는 다음의 수학식The winding peak temperature calculation unit is the following equation
Figure 112011028868110-pat00026
Figure 112011028868110-pat00026
(
Figure 112011028868110-pat00027
는 변압기의 권선 최고점 온도,
(
Figure 112011028868110-pat00027
The winding peak temperature of the transformer,
Figure 112011028868110-pat00028
, 여기서, A는 미리 설정된 상수, ,
Figure 112011028868110-pat00030
, K는 부하율,
Figure 112011028868110-pat00028
, Where A is a preset constant, ,
Figure 112011028868110-pat00030
, K is the load factor,
Figure 112011028868110-pat00031
, 여기서,
Figure 112011028868110-pat00032
는 변압기 외기 온도,
Figure 112011028868110-pat00033
는 변압기 탑-오일 온도의 변화량,
Figure 112011028868110-pat00034
는 변압기 권선 최고점 온도의 변화량) 을 이용하여 상기 변압기의 권선 최고점 온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 장치.
Figure 112011028868110-pat00031
, here,
Figure 112011028868110-pat00032
The transformer outside temperature,
Figure 112011028868110-pat00033
The amount of change in the transformer tower-oil temperature,
Figure 112011028868110-pat00034
Is a change amount of the transformer winding peak temperature) to calculate the winding peak temperature of the transformer using the load factor of the power transformer, the temperature prediction cooling control device.
제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 A의 값은 사용자의 입력에 의해 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 장치.The value of A can be set by the user's input temperature prediction cooling control apparatus using the load ratio of the power transformer. 삭제delete 변압기의 외기 온도를 측정하는 외기 온도 측정 단계;An outside temperature measuring step of measuring the outside temperature of the transformer; 상기 변압기의 권선 온도를 측정하는 권선 온도 측정 단계; A winding temperature measuring step of measuring a winding temperature of the transformer; 상기 변압기의 부하 공급 전류를 측정하는 전류 측정 단계; A current measuring step of measuring a load supply current of the transformer; 상기 측정된 외기 온도, 및 권선 온도, 및 상기 측정된 부하 공급 전류로부터 산출된 상기 변압기의 부하율을 이용하여 상기 변압기의 권선 최고점 온도를 산출하는 권선 최고점 온도 산출 단계; 및A winding peak temperature calculating step of calculating the winding peak temperature of the transformer using the measured outside temperature, the winding temperature, and the load factor of the transformer calculated from the measured load supply current; And 상기 산출된 권선 최고점 온도가 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우 상기 변압기의 냉각 장치를 구동하는 냉각 장치 제어 단계를 포함하는 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 방법으로서,A temperature predictive cooling control method using a load factor of a power transformer comprising a cooling device control step of driving a cooling device of the transformer when the calculated winding peak temperature exceeds a preset reference value. 상기 권선 최고점 온도 산출 단계는 다음의 수학식The winding peak temperature calculating step is the following equation
Figure 112011028868110-pat00035
Figure 112011028868110-pat00035
(
Figure 112011028868110-pat00036
는 변압기의 권선 최고점 온도,
(
Figure 112011028868110-pat00036
The winding peak temperature of the transformer,
Figure 112011028868110-pat00037
, 여기서, A는 미리 설정된 상수,
Figure 112011028868110-pat00038
,
Figure 112011028868110-pat00039
, K는 부하율,
Figure 112011028868110-pat00037
, Where A is a preset constant,
Figure 112011028868110-pat00038
,
Figure 112011028868110-pat00039
, K is the load factor,
Figure 112011028868110-pat00040
, 여기서,
Figure 112011028868110-pat00041
는 변압기 외기 온도,
Figure 112011028868110-pat00042
는 변압기 탑-오일 온도의 변화량,
Figure 112011028868110-pat00043
는 변압기 권선 최고점 온도의 변화량) 을 이용하여 상기 변압기의 권선 최고점 온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 방법.
Figure 112011028868110-pat00040
, here,
Figure 112011028868110-pat00041
The transformer outside temperature,
Figure 112011028868110-pat00042
The amount of change in the transformer tower-oil temperature,
Figure 112011028868110-pat00043
(B) calculates the winding peak temperature of the transformer by using the amount of change in the transformer winding peak temperature).
제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 A의 값은 사용자의 입력에 의해 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 전력용 변압기의 부하율을 이용한 온도 예측 냉각 제어 방법.The value of A can be set by a user input, temperature prediction cooling control method using the load ratio of the power transformer.
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