KR20080079309A - 산업플랜트를 냉각시키기 위한 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 구성요소들을 냉각시키기 위해 적어도 하나의 냉각 엘리먼트를 포함하는, 예컨대 변압기와 같은 적어도 하나의 전기 구성요소를 갖는 산업플랜트의 냉각을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 센서가 냉각 시스템의 냉각재의 온도 및/또는 점성을 측정하기 위해 제공된다. 냉각 시스템의 최적 제어는 전기 구성요소들에 대한 특정한 데이터를 고려하는 선택된 제어 프로파일들을 이용하여 전기 구성요소들을 제어함으로써 제공될 수 있다.

Description

산업플랜트를 냉각시키기 위한 제어 방법{CONTROL METHOD FOR COOLING AN INDUSTRIAL PLANT}

본 발명은 적어도 하나의 전기 구성요소를 포함하는 산업플랜트의 냉각을 제어하기 위한 방법과 상기 전기 구성요소를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 냉각 엘리먼트를 포함하는 냉각 시스템에 관한 것으로, 적어도 하나의 센서가 상기 냉각 시스템 내부의 냉각재의 온도 및/또는 점성을 측정한다.

특히 오일 변압기(oil transformer)의 전기 구성요소의 냉각이 상기 전기 구성요소의 작동중에 발생하는 열 에너지 때문에 필요하다. 오일-냉각된 변압기의 경우, 와인딩들 사이에서 연장된 냉각 회로 시스템이 통상적으로 사용되는데, 상기 냉각 회로 시스템에서는 예컨대 냉각 공기와 같은 냉각재가 순환한다. 냉각 오일의 가열 때문에, 상기 냉각 회로들의 내부에 열 계층들이 생성되어 상기 냉각 오일은 냉각 시스템 내에서 순환하게 된다.

동시에, 상기 냉각 시스템은 냉각재로서 주변 공기로 냉각 오일의 열을 전달하는 열 교환기에 종종 접속된다. 상기 열 교환은 추가의 방사체들에 의해 종종 지원되고, 상기 열 교환기와 접촉하는 공기의 부피는 증가한다. 오일 변압기의 효과적인 냉각은 냉각재 내부의 추가적인 오일 펌프들 및 방사체 성능의 조정된 제어 에 의해 제공될 수 있다.

오일에 대한 냉각 회로, 열 교환기 그리고 방사체들을 포함하는 상기 냉각 시스템은 종래에 매우 단순한 방식으로 제어된다. 냉각 시스템 내부에서 특정한 온도 레벨이 초과되면, 오일 펌프들 및/또는 팬들이 스위칭 인 되고, 팬들 및/또는 펌프들은 단지 최대 3가지 전력 레벨들을 갖는다. 상기 유닛들은 미리 결정된 특정한 값들이 초과되면 스위칭 인 된다. 그러나, 상기 장치에서 불리한 요인은, 이러한 냉각 유닛들이 큰 온도 간격들 내에서만 각각 스위칭 인 또는 스위칭 아웃 된다는 것이다. 그러나, 이는 냉각 시스템 및 그에 연결된 확장탱크들(the expansion vessels) 내부에서 오일 레벨의 부피의 상당한 변화를 유도한다. 확장탱크 내에서 부피의 큰 변동들의 경우, 주변 공기와의 접촉 때문에 습기가 점점 냉각재 안으로 들어와 변압기의 소위 "호흡"이 이루어진다. 이는 냉각액의 노화 가속을 유도하고, 추가로 냉각재로서 냉각 오일의 절연 특성을 손상시킨다.

냉각 시스템 내부의 온도 또는 변압기의 현재 온도는 종래에 간접적으로 각각 측정되거나 결정된다. 이러한 맥락에서, 한편으로, 와인딩 내부의 전류에 따라 좌우되는, 상기 와인딩 및 주변 냉각 시스템 사이의 온도 점프가 고려되어야 한다. 이는 변압기 보조 전류가 와인딩 온도를 결정하는데 사용되는 이유이다. 이번에는, 변압기 보조 전류가 포인터 온도계의 가열 저항기에 공급되고, 결과적으로, 이상적인 경우 실제로 측정된 오일 온도에 대응하는 변압기 부하에 대응하는 온도 지시를 생성한다. 상기 간접적인 측정 방법에 기초하면, 평균 와인딩 온도 또는 최대 와인딩 온도는 각각 매핑될 수 있다. 그러나, 상기 장치에서는, 사전에 결정된 특성들에 따라 반-전류 조정이 이루어진다. 또한, 와인딩 및 주변 냉각재 사이의 온도 점프가 소위 정격 변압기 작동 상태에 기초하여 계산된다. 정격 작동 상태 이외에 변압기의 다른 작동 상태들에서는 핫 스팟 온도의 명백한 결정이 가능하지 않은데, 그 이유는 한편으로 정격 작동 상태를 위한 기초를 형성하는 물리적 설계 모델 - 및 그에 따른 핫 스팟 온도의 계산 - 이 변압기의 다른 작동 상태들에는 완벽하게 적용될 수 없기 대문이다. 또한, 냉각 시스템의 현재 상태 파라미터들, 예컨대 현재 작동중인 팬들 및 펌프들의 개수가 문의될 수 없고, 그러므로 현재 실제 와인딩 온도를 결정하는데 있어서 순간적인 냉각 용량이 고려되지 않는다.

본 발명의 목적은, 전술된 단점들을 방지하고, 동작 동안에 임의의 시각에 산업 애플리케이션에 최적의 냉각 용량을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1의 특징들에 의해 달성된다. 본 상세한 설명에서는, 규칙-기반 애플리케이션들 및/또는 뉴런 네트워크가 제어 프로파일을 통해 냉각 엘리먼트를 제어하기 위하여 사용되고, 전기 구성요소의 미리 결정된 작동 상태에 대하여 최적화된다.

제어 프로파일은 운영자에 의해 미리 결정되고, 전기 구성요소의 미리 결정 가능한 작동 상태에 대하여 최적화된다. 따라서, 예컨대, 제어 프로파일은 가능한 한 거의 잡음 부하가 발생하지 않고 따라서 공칭 온도 및 실제 온도 사이의 편차 동안에 팬들의 사용이 거의 생략되는 방식으로 설계될 수 있다. 또한, 제어 프로파일은 전기 구성요소의 긴 작동 시간을 향해 향할 수 있으며, 이때 전기 구성요소 내부에서 일정 온도가 초과되어서는 안된다.

방법의 유용한 실시예에서는, 전기 구성요소 내부의 온도 분포가 냉각재의 측정된 온도 및/또는 점성 및/또는 유속, 및/또는 전기 구성요소의 개발에 있어서 기초로서 사용되는 작동 데이터에 기초하여 계산된다.

본 발명에 따른 방법은, 이용 가능한 냉각 엘리먼트들, 이용 가능한 냉각 용량, 현재 작동 상태를 고려하여, 냉각 엘리먼트들의 제어가 각각의 개별적인 변압기에 대하여 최적화되고 특히 변압기의 각각의 수명에 매칭되는 것을 보장한다. 운영자에 의해 선택될 제어 프로파일은 냉각 시스템을 제어하기 위해 그리고 따라서 선택된 제어 프로파일에 관하여 변압기를 최적으로 작동시키기 위해 예컨대 서비스의 최대 운행 시간에 관하여 변압기를 제어하기 위해 기초로서 사용된다.

부가하여, 변압기의 플래닝 및 개발의 데이터 및 설계 값들이 각각의 제어 프로파일의 생성에서 그리고 핫 스팟 온도의 계산에서 고려된다. 또한, 변압기 시험부에서 이미 발견된 계산 및 실제 작동 사이의 편차들은 변압기들의 특정 제어 프로파일들에서 구현될 수 있다.

게다가, 냉각 시스템의 상태 그리고 변압기의 과거 작동 상태, 현재 작동 상태 그리고 또한 - 기초로서 부하 모델들을 이용하여 - 미래 작동 상태에 관한 진단 능력들이 존재한다. 데이터베이스에 있는 냉각 시스템의 상기 상태 변수들을 처리하는 것은 작동 상태들의 히스토리를 축적하는 것을 가능하게 한다. 부가하여, 보수 간격들은 실제 작동 상태에 의해 최적으로 계산되고 시작될 수 있다. 시장에 이미 있는 모니터링 시스템들에 관한 차이는 주로 냉각 시스템의 최적화가 각각의 특정한 변압기에 초점이 있다는 사실에 있다. 사이매틱 소프트웨어가 제어 소프트웨어를 위한 필수적 기초이다.

유용하게도, 온도 분포를 계산하기 위해, 주변 온도와 전기 구성요소를 통해 흐르는 전류가 측정되고 온도 분포의 계산에 포함되는데, 이때 미리 결정된 임계값들이 초과되면, 선택된 제어 프로파일에 기초하여 상응하게 더 높은 냉각 용량으로 냉각 엘리먼트가 조절된다.

본 발명에 따르면, 냉각 엘리먼트는 전기 구성요소 내부의 균일한 온도 분포가 보장되도록 선택된 제어 프로파일에 의해 조절된다. 대안으로서, 냉각 엘리먼트는 전기 구성요소 내부의 미리 결정된 최대 온도 분포가 초과되지 않도록 선택된 제어 프로파일에 의해 조절된다.

본 발명에 다른 방법의 유용한 실시예에서, 적어도 두 개의 냉각 엘리먼트들이 개별적으로 및 속도-종속 방식으로 조절될 수 있다. 또한, 전기 구성요소는 변압기이고, 냉각 엘리먼트는 속도-선택 가능 팬이다.

본 발명은 또한, 센서에서 측정되는 온도 및/또는 점성, 계산된 온도 분포와 냉각 엘리먼트에 대한 제어 값들이 제어 룸으로 전달되는 사실에 의해 특징지어지며, 이때, 필요하다면 계산된 온도 분포와 그로부터 도출된 냉각 엘리먼트에 대한 제어 값들과 무관하게, 상기 제어 룸은 냉각 엘리먼트를 독립적으로 제어한다.

유용하게도, 제어 프로파일은 언제든지 변경될 수 있고, 전기 구성요소의 새로운 최적의 작동 상태가 상기 변경된 제어 프로파일에 기초하여 계산된다. 따라서, 예컨대 운영자는 제어 프로파일을 변경할 수 있으며, 따라서 전기 구성요소에서 직접적으로 전기 구성요소의 원하는 작동 상태를 변경할 수 있다. 제어 프로파일의 변경에 의해, 본 발명에 따른 방법은 실제 온도에 기초하여 공칭 온도를 달성하기 위해 최적 냉각 용량을 결정한다.

또한, 본 발명의 목적은 청구항 12의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 전기 구성요소 내부의 온도 분포를 계산하기 위해 평가 장치가 사용되고, 상기 평가 유닛은 냉각 시스템에 위치된 냉각재의 온도 및/또는 점성을 측정하기 위한 센서에 연결될 수 있고, 상기 평가 유닛은 계산된 온도 분포에 기초하여 냉각 엘리먼트를 제어한다.

전술된 본 발명의 다른 유용한 실시예들은 종속항들에 개시된다. 본 발명은 하기의 도면들에 의해 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 흐름도, 및

도 2는 본 발명에 따른 장치의 동등한 도면.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 나타낸다. 온도 센서에서 측정된 온도에 기초하여, 현재 핫 스팟 온도(HPT)가 국제표준 IEC 표준 IEC 60354에서 정의된 온도 값에 의해 결정된다. 또한, 대기 온도가 온도 센서(4), 오일 상태(오일의 가스 성분에 대한 센서(5.1); 오일 수분 콘텐트 센서(5.2))에 의해 측정되고, 탱크 내부의 오일 레벨이 플로트(float)(6)에 의해 측정된다. 따라서, 결정된 핫 스팟 온도(HPT)는 산업 설비(1)의 실제 온도를 결정하기 위해 특정한 변압기(2)에 현재 적용되는 제어 프로파일에 대하여 사용된다. 이를 위해, 현재 작동 상태에 대한 최적 제어 프로파일, 변압기(2)의 현재 수명과 사용자에 의해 미리 결정된 최적 작동 상태들이 선택된다. 상기 최적 제어 프로파일이 필요한 프로세스 제어를 위한 기초가 현재 아닐 경우, 최적 제어 프로파일이 데이터베이스로부터 판독된다. 최적 제어 프로파일에 기초하여, 현재 핫 스팟 온도(HPT)가 제어 프로파일에 기초하여 계산된 최적 온도와 비교된다. 핫 스팟 온도(HPT)가 제어 프로파일에 기초한 공칭 온도에 대응하는 경우, 시스템은 제어 시스템(7)을 통해 핫 스팟 온도 전개를 모니터링하고, 냉각 시스템(10)의 냉각 회로의 어떠한 팬들(8.1, 8.2, 8.3) 및/또는 펌프들(9.1, 9.2, 9.3, 9.4)을 스위칭 인 하지 않는다. 공칭 온도에 대하여 핫 스팟 온도(HPT)에 편차가 존재하는 경우, 현재 핫 스팟 온도(HPT)에 대한 공칭 온도의 차이에 대한 평가가 냉각 회로의 연결된 팬들(8.1, 8.2, 8.3) 및/또는 펌프들(9.1, 9.2, 9.3, 9.4)을 활성화하기 위해 사용된다. 온도의 전술된 차이는 핫 스팟 온도(HPT)를 공칭 온도에 적응시키기 위해 냉각 용량이 냉각 시스템(10)에 의해 추가로 생성되어야 함을 결정하기 위한 기초로서 취해진다. 제어 프로파일 그리고 팬들(8.1, 8.2, 8.3) 및/또는 펌프들(9.1, 9.2, 9.3, 9.4)의 개수 및 성능에 기초하여, 제어 시스템(7)은 상응하는 속도 또는 상응하는 전력으로 각각 팬 또는 팬들(8.1, 8.2, 8.3) 및/또는 펌프들(9.1, 9.2, 9.3, 9.4)을 각각 구동한다. 냉각 시스템(10)에서 펌프들의 집중된 사용은 냉각 시스템(10)에서 냉각재의 순환이 증가하도록 유도하고 따라서 주변으로 열 제거를 유도한다. 이러한 형태의 냉각은 매우 조용하다. 냉각 회로 펌프들(9.1, 9.2, 9.3, 9.4)과 대조적으로, 팬들(8.1, 8.2, 8.3)의 사용은 열 교환기를 통해 주변 공기와 냉각재의 향상된 열 교환을 유도하고 더 시끄럽다.

도 2는 본 발명에 따른 장치의 회로 배열을 나타낸다. 변압기(2)에는, 핫 스팟 온도(HPT), 대기 온도, 변압기에서 분해된 가스들, 오일의 수분 콘텐트 및 오일 레벨에 관한 정보를 제공하는 가장 다양한 센서들(3, 4, 5.1, 5.2)이 위치된다. 상기 센서들(3, 4, 5.1, 5.2, 6)은 자신들에 의해 측정된 데이터를 제어 시스템(7)의 중앙 처리 유닛에 전달한다. 이러한 이용 가능한 측정 데이터에 기초하여, 상기 중앙 처리 유닛은 변압기(2)의 현재 상태를 계산한다. 따라서 결정된, 변압기(2)의 상기 현재 상태는 현재 변압기 상태에 대하여 최적인 제어 프로파일과 비교된다. 측정된 측정 값들이 제어 프로파일에 따른 최적 값들로부터 편차를 갖는다면, 냉각 시스템(10)의 팬들(8.1, 8.2, 8.3) 및/또는 펌프들(9.1, 9.2, 9.3, 9.4)은 기본 제어 프로파일에 따라 구동된다. 제어 프로파일은 실제 온도를 공칭 온도에 적응시키기 위해 팬들(8.1, 8.2, 8.3) 및/또는 펌프들(9.1, 9.2, 9.3, 9.4)이 그들의 개수 및 용량에 있어서 요구되는 냉각 용량에 최적으로 매칭되는 것을 보장한다.

Claims (12)

1. 산업 설비(1)의 냉각을 제어하기 위한 방법으로서,

   상기 산업 설비(1)는,

   적어도 하나의 전기 구성요소(2)를 포함하고,

   상기 전기 구성요소(2)를 냉각하기 위한 적어도 하나의 냉각 엘리먼트(8.1)를 포함하면서 상기 전기 구성요소(2)에 연결된 냉각 시스템(10)을 이용하고,

   적어도 하나의 센서(3)가 상기 전기 구성요소(2)의 온도 및/또는 상기 냉각 시스템(10)의 냉각 회로에 있는 냉각재의 점성을 측정하고,

   상기 센서(3)에서 측정된 온도에 기초하여, 상기 전기 구성요소(2) 내부의 온도 분포가 계산되고, 상기 온도 분포에 따라 상기 냉각 엘리먼트(8.1)가 제어되고,

   규칙-기반 애플리케이션들 및/또는 뉴런 네트워크가 제어 프로파일을 통해 상기 냉각 엘리먼트(8.1)를 제어하기 위해 사용되고 상기 전기 구성요소(2)의 미리 결정된 작동 상태에 관하여 최적화되는,

   제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기 구성요소(2) 내부의 온도 분포는 상기 냉각재의 측정된 온도 및/또는 점성 및/또는 유속, 및/또는 상기 전기 구성요소(2)의 개발에서 기초로서 사 용되는 작동 데이터에 기초하여 계산되는,

   제어 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 온도 분포를 계산하기 위해, 대기 온도 및 상기 전기 구성요소(2)를 통해 흐르는 전류가 측정되어 상기 온도 분포의 계산에 포함되며, 미리 결정된 임계값들이 초과되는 경우, 상기 냉각 엘리먼트(8.1)는 상기 선택된 제어 프로파일에 기초하여 상응하게 더 높은 냉각 용량으로 조절되는,

   제어 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉각 엘리먼트(8.1)는 상기 전기 구성요소(2) 내부의 균일한 온도 분포가 보장되도록 상기 선택된 제어 프로파일을 통해 조절되는,

   제어 방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉각 엘리먼트(8.1)는 상기 전기 구성요소(2) 내부의 미리 결정된 최대 온도 분포가 초과되지 않도록 상기 선택된 제어 프로파일을 통해 조절되는,

   제어 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   적어도 두 개의 냉각 엘리먼트들(8.1, 9.1)이 개별적으로 및 속도-종속 방식으로 조절될 수 있는,

   제어 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전기 구성요소(2)는 변압기인,

   제어 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉각 엘리먼트(8.1)는 속도-선택 가능 팬인,

   제어 방법.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉각 엘리먼트(9.1)는 상기 냉각 시스템(10)의 냉각 회로 내부에 있는 속도-선택 가능 펌프인,

   제어 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 센서(3)에서 측정된 온도 및/또는 점성, 상기 계산된 온도 분포 그리고 상기 냉각 엘리먼트(8.1)에 대한 제어 값들은 제어 룸에 전달되고, 상기 제어 룸은 필요하다면 상기 계산된 온도 분포 및 그로부터 도출된 냉각 엘리먼트(8.1)에 대한 제어 값들과 무관하게 상기 냉각 엘리먼트(8.1)를 독립적으로 제어하는,

    제어 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제어 프로파일은 언제든지 변경될 수 있고, 상기 전기 구성요소(2)의 새로운 최적 작동 상태는 상기 변경된 제어 프로파일에 기초하여 계산되는,

    제어 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 장치로서,

    평가 장치(11)가 제어 시스템(7)에 통합되고, 상기 평가 유닛(11)이 전기 구성요소(2) 내부의 온도 분포를 계산하기 위해 사용되며,

    상기 평가 유닛(11)은 냉각 시스템(10)의 냉각 회로에 위치된 냉각재의 온도 및/또는 점성을 측정하기 위한 적어도 하나의 센서(3)에 연결될 수 있고,

    상기 평가 유닛은 상기 계산된 온도 분포에 기초하여 상기 제어 시스템(7) 내부의 제어 유닛(12)을 통해 냉각 엘리먼트(8.1)를 제어하는,

    실행 장치.

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