KR20150096526A - 전기 기기를 포함한 수문용 수문 구동장치의 제어 방법, 작동 회로, 수문 구동장치, 그리고 수력 발전 설비 - Google Patents

전기 기기를 포함한 수문용 수문 구동장치의 제어 방법, 작동 회로, 수문 구동장치, 그리고 수력 발전 설비 Download PDF

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안드레아스 얀센
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보벤 프로퍼티즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 바람직하게는 수력 발전 설비(1000)에서 수문(100)을 위한, 특히 롤러 수문을 위한 수문 구동장치(200)를 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 구동장치는 전기 기기를 포함하고, 특히 비동기기(210), 특히 비동기 모터/발전기를 포함한다. 본 발명에 따라서, 전기 기기, 특히 비동기기(210)는 팬 브레이크(230)를 포함하고, 본원의 방법은, 불충분한 전력 공급이 지시되는 경우 팬 브레이크(230)를 작동 해제하는 단계와, 전기 기기, 특히 비동기기(210)를 자동 작동시키는 단계를 포함하며, 전기 기기, 특히 비동기기는 발전기로서 회전 자계가 자동 생성되는 아일랜드 모드로 작동된다.

Description

전기 기기를 포함한 수문용 수문 구동장치의 제어 방법, 작동 회로, 수문 구동장치, 그리고 수력 발전 설비{METHOD FOR CONTROLLING A SLUICE DRIVE FOR A SLUICE, SAID SLUICE DRIVE HAVING AN ELECTRICAL MACHINE, OPERATING CIRCUIT, SLUICE DRIVE, AND WATER POWER PLANT}
본 발명은, 바람직하게는 수력 발전 설비에서 수문을 위한, 특히 롤러 수문(roller-type sluice)을 위한 수문 구동장치를 제어하기 위한 청구항 제1항의 전제부에 따른 방법에 관한 것이며, 구동 장치는 비동기기(asynchronous machine), 특히 비동기 모터/발전기를 포함한다. 그 밖에, 본 발명은 수문을 위한 수문 구동장치를 제어하기 위한 작동 회로에도 관한 것이다. 그 밖에, 본 발명은 수문 구동장치 및 수력 발전 설비에도 관한 것이다.
수력 발전 설비는 물의 위치 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 이용된다. 이를 위해, 둑으로 막힌 물 또는 유수는 취수부에서 소류사 트랩(bed load trap) 및 취수 스크린(intake screen)을 경유하여 유동 방향에서 통상 터빈관(예: 흡입관 또는 압력관) 내에 배치된 터빈으로 공급되고 그 결과 터빈을 구동한다. 터빈에서 유출되는 물은 배출구를 경유하여 추가 배수구로 공급된다. 취수부와 배출구 사이의 각각의 낙차에 따라서, 대개 저압, 중압 및 고압 수력 발전 설비로 구별한다. 이 경우, 낙차는 항상 1 m와 최대 10 m 사이의 범위일 수 있고, 특수한 경우에는 심지어 15 m를 상회할 수 있다. 각각의 낙차에 따라서, 예컨대 EP 1 440 240 B1에 기술된 것처럼 다양한 터빈 유형들이 이용될 수 있다. 터빈의 구체적인 유형과 무관하게, 확인되는 점에 따르면, 상기 터빈은 부하에 따라 작동될 수 있어야 한다. 예컨대 터빈의 부하에 따른 작동은, 예컨대 터빈 버킷들의 피치 각도가 변경됨으로써 터빈 기하구조가 가변 설정되는 것을 통해 달성될 수 있다. 그러나 그 밖에도, 비상 폐쇄 상황을 검출하고 이를 위해 수력 발전 설비의 보호를 위해 제공된 수문을 폐쇄할 필요가 있을 수 있다. 예컨대 이는, 정상 작동 또는 시험 상황에서도, 예컨대 터빈 버킷들이 수류에서 외부로 기울어질 때[터빈의 폭주(run-away)], 완전히 개방된 터빈 기하구조의 경우에 관련될 수 있다. 또한, 이는, 예컨대 경우에 따라 터빈에 대해 불리하게 작용하는 소류사가 침투한 경우, 또는 수력 발전 설비의 수력 모터 및/또는 터빈에 기계적 문제가 있을 때 물 배출이 중지되어야만 하는 경우처럼 전형적인 비상 상황들에도 관련될 수 있다. 그에 따라, 이런 경우에, 비상 폐쇄 상황은, 매우 일반적인 측면에서, 터빈의 전방에서, 또는 터빈의 터빈관의 전방에서 수문을 폐쇄할 필요가 있거나, 또는 폐쇄하는 것이 타당한 모든 작동 상황을 의미한다.
수문은 본원에서 일반적으로 특히 수력 발전 설비의 경우 제방 설비의 일부분을 의미하며, 제방 설비는 특히 수력 발전 설비의 경우 제방 설비를 관류하는 물의 조절을 위한 이동형 수문 장치, 특히 수문 게이트를 포함한다. 수문 게이트는 예컨대 제방 설비에 고정되어 있는 제방 지주들의 벽감부들(alcove) 내에서 안내될 수 있다. 원칙상, 대개, 수문 게이트가 슬라이딩 레일들에서 이동 가능하고, 및/또는 롤러 어셈블리의 트랙 및 가이드 롤러들과 같은 스티어링 롤러들에 의해 안내되는지 각각 그 여부에 따라서 슬라이딩 게이트와 롤러 게이트로 구분된다. 수문 구동장치는 매우 일반적으로는, 경우에 따라 변속기와 조합되어, 직접적으로, 또는 트랙 및 가이드 롤러들과 같은 롤러 어셈블리를 통해 수문 게이트를 이동시키거나, 또는 이동을 중지하기에 적합한 모든 구동장치를 의미한다.
특히 비상 폐쇄 상황과 같은 작동 상황에서 문제점은, 한편으로 비교적 높은 중량 힘을 갖는 수문 게이트와 같은 수문 장치가 신속하게 이동되어야만 한다는 점에 있다. 수문 게이트의 중량 힘은 이동을 시작한 다음에 원칙상 바람직하기는 하지만, 그러나 다른 한편으로 수문 게이트의 이동을 위해 중량 힘을 통해 생성된 상당한 저항력도 극복되어야 한다. 저항력은 특히 수문 게이트의 가이드에 작용하는 마찰력으로서 나타나며, 특히 그 외에 수력의 결과로서도 발생한다. 수문 게이트들은 경우에 따라 수 톤에서 두 자리 수의 톤 범위까지의 중량 힘을 나타낼 수 있다.
한편, 수문 게이트 또는 이와 같은 수문 장치는, 비상 폐쇄 상황과 같은 작동 상황에서, 손상을 방지하기 위해, 특히 최악의 경우 수력 발전 설비의 터빈 시스템 및/또는 (특히 발전기 또는 이와 같은 전기 수력 모터를 포함하고, 특히 경우에 따른 변속기 또는 이와 같은 동력 전달 컴포넌트들 및/또는 변류기 컴포넌트들을 포함하는) 수력 모터의 파괴를 방지하기 위해, 경우에 따른 최단 시간 이내에 관성력과 특히 마찰력에 대항하여 이동되어야 할 수 있다.
그러나 특히 수문 게이트의 이동과 수문 구동장치의 선행하는 제어는, 특히 비상 폐쇄 상황이 수문 구동장치를 위한 전력 공급이 더 이상 가용하지 않는 상황과 동시에 발생할 때 임계 상태가 될 수 있다. 요컨대 특히 상기 상황은, 전기 기기, 다시 말하면 전기 모터/발전기가 수문 구동장치에 제공되어 있는 경우에 문제가 되는 것으로서 증명되었다. 그 이유는 전력 공급이 없는 앞서 언급한 비상 폐쇄 상황의 경우, 수문 구동장치에서 전기 기기를 제동하기 위한 통상적인 조치들이 부재(不在)한 전력 공급으로 인해 제한적으로만 가용하기 때문이다.
그에 따라 상기 상황에서는, 비상 폐쇄 상황에서 제한받지 않으면서 하강 복귀하는 수문의 수문 게이트가 수문 게이트의 가이드의 기초부에서 충격 시점에 강력한 손상을 야기할 수도 있다는 점을 고려해야 할 수도 있다. 이는 높은 중량을 가지고 부딪치는 수문 게이트의 관성력으로 인해 발생한다. 예컨대 30 t의 수문 게이트의 힘은 낙차가 10 m인 경우 적어도 수문의 가이드 및 그 바닥부뿐만 아니라 경우에 따라서는 수문 게이트 자체의 파괴를 초래할 수 있다. 특히 가이드 내에서 수문 게이트의 끼임도 원하지 않는 결과일 수 있다.
그에 따라, 결국, 비상 폐쇄 상황에서는 전력 공급이 부재하더라도, 수문 게이트의 신속한 이동이 보장되어야 할 뿐만 아니라, 그 밖에도 기초부에서 수문 게이트의 제한받지 않는 부딪힘을 방지하기 위해 수문 구동장치의 적합한 제어도 보장되어야 한다.
독일 특허 및 상표청에서는 본 출원에 대한 우선권 주장 출원에서 DE 80 09 242 111 U1 및 DE 893 920과 같은 종래 기술을 조사하였다.
상기 종래 기술의 관점에서 개시되는 본 발명의 과제는, 비상 폐쇄 시 수동형으로(passive), 다시 말하면 특히 전력 공급이 없는 경우, 입력 전류 공급(power-line current supply)이 없을 때조차도, 그리고 무정전 전력 공급 안전 장치가 없을 때조차도 수문 게이트의 하강 복귀를 보장하고 이와 동시에 그럼에도 수문 게이트가 제동되지 않거나 다른 방식으로 제어되지 않으면서 정지하는 점을 방지하는, 수문을 위한, 특히 롤러 수문을 위한 비동기 모터를 포함한 수문 구동장치를 제어하기 위한 방법 및 그 장치를 명시하는 것에 있다.
따라서 본 발명의 과제는, 종래 기술에 비해 개량되는, 바람직하게는 작동 중에 수문 구동장치를 제어하기 위한 방법 및 그 장치를 명시하고, 최소한 앞서 기술한 과제들 중에서 하나를 대상으로 하는 것에 있다. 적어도 본 발명의 과제는, 종래 기술에서 공지된 해결책에 대한 대체되는 해결책을 제안하는 것에 있다. 특히 본 발명의 과제는, 신뢰성 있으면서 이와 동시에 확실하게 추가 손상을 방지하면서 비상 폐쇄 상황에 대응할 수 있는 장치 및 방법을 명시하는 것에 있다.
방법과 관련한 상기 과제는 청구항 제1항의 방법을 통해 해결된다. 본 발명에 따라서, 비동기 모터는 팬 브레이크(fan brake)를 구비하며, 그리고 본원의 방법은 비상 폐쇄 상황의 검출 후에 본 발명에 따른 단계들, 즉
- 불충분한 전력 공급이 지시되는 경우 팬 브레이크를 작동 해제하는 단계와,
- 전기 기기를 자동 작동시키는 단계를 포함하고, 전기 기기는 발전기로서 회전 자계가 자동 생성되는 아일랜드 모드로 작동된다.
전기 기기(모터/발전기)는 특히 비동기기이다.
바람직하게는 이용을 위해 비동기 모터/발전기(비동기기)가 수문 구동장치에 제공된다. 보다 정확히 말하면, 비동기기는, 견고하면서도 비교적 많은 유지보수를 필요로 하지 않기 때문에, 수문 구동장치에서의 이용을 위해 원칙상 바람직한 것으로서 증명된다. 요컨대 그 이유는, 특히 브러시를 이용하지 않는 작동 방식이 가능하기 때문이다. 비동기 3상 모터의 경우, 작동 원리는, 비동기 모터의 고정 부재의 스테이터 권선에 의해, 요컨대 스테이터에 의해 생성되는 회전 자계에 기인한다. 스테이터 권선을 통해 실현되는 비동기 3상 모터의 일차 측 내에는 이차 측을 나타내면서 회전하는 (케이지로도 지칭되는) 농형 로터(squirrel-cage rotor)가 위치된다. 설정되는 전류는 회전속도에 따라서 결정된다. 비동기 모터의 로터는 통상 일차 측의 코일들 상에서의 회전 자계보다 더욱더 느리게 회전된다. 비동기기, 특히 비동기 모터의 제어는 대개 전기 기계식 접촉기를 통해 수행된다. 대개 기기 회전속도, 특히 모터 회전속도는 예컨대 주파수 컨버터와 같은 컨버터를 통해 대개 주파수를 높이거나 낮추면서 제어할 수 있다. 이는 특히 가변 변속기가 이용되지 않으면서도 경우에 따라 가변 회전속도를 필요로 하는 수문 구동장치와 같은 시스템에서 합리적이다. 바람직하게는 수문 구동장치 시스템의 경우 특히 하나 이상의 편향 롤러를 포함하는 롤러 어셈블리의 작동을 위한 변속기도 롤러 수문의 이동을 위해 제공된다.
본 발명의 개념에 따른 방법은 전력 공급이 부재하는 경우더라도 충분히 신뢰성 있고 이와 동시에 특히 추가 손상을 방지하면서 실행될 수 있는 것으로서 증명되었다. 바람직하게는 특히 입력 전류 공급이 존재하지 않고 무정전 전력 공급이 가용하지 않을 때조차도 비상 폐쇄 상황에서 본원의 방법의 신뢰성 있으면서 손상 없는 실행이 가능하다.
특히 바람직한 개선예의 범위에서, 본원의 방법은, 특히 비상 폐쇄 상황의 검출 후에, 불충분한, 특히 부재한 전력 공급을 검출하는 단계들도 포함한다. 특히 입력 전류 또는 입력 전압의 부재(不在) 및/또는 무정전 전력 공급의 부재를 판단할 수 있다. 무정전 전력 공급의 부재는, 무정전 전력 공급을 위한 시스템(UPS)이 설치되어 있지 않은 것을 통해서도 제공될 수 있다. 본원에 기술되는 본 발명의 개념의 장점은, 바람직하게 무정전 전력 공급을 위한 시스템(UPS)을 제공할 필요가 없다는 점에 있는데, 그 이유는 본 발명의 개념이 입력 전류 없이, 또는 입력 전압 없이 비상 폐쇄 상황에서도 수문 구동장치의 확실한 작동을 가능하게 하기 때문이다. 이는 부품 및 비용 절약으로 이어진다.
또한, 본 발명의 개념은, 바람직하게는 수력 발전 설비에서 수문을 위한, 특히 롤러 수문을 위한 수문 구동장치를 제어하기 위한, 청구항 제13항의 작동 회로에도 관한 것이며, 구동장치는 비동기기, 특히 비동기 모터/발전기를 포함한다. 본 발명에 따라서,
- 전기 기기, 특히 비동기기는 팬 브레이크(230)를 포함하며,
- 작동 회로는 특히 정상 작동 모드(normal operation mode)를 위한 제1 전력 라인(power line)과 특히 비상 작동 모드(emergency operation mode)를 위한 제2 전력 라인을 포함하며,
- 제2 전력 라인은 전기 기기, 특히 비동기기를 발전기로서 아일랜드 모드로 자동 작동시키도록 형성되며, 회전 자계는 자동 생성될 수 있다.
특히 바람직한 개선예에서, 회전 자계는, 특히 제1 개회로 및/또는 폐회로 제어단을 위한 부하 저항기들의 하나 이상의 제1 단과 제2 개회로 및/또는 폐회로 제어단을 위한 부하 저항기들의 하나의 제2 단으로 자동 생성될 수 있다. 바람직하게는 그뿐만 아니라 상이한 제동 저항기들도 실현될 수 있다.
또한, 본 발명의 개념은 청구항 제14항의 수문 구동장치에도 관한 것이다. 특히 수문 구동장치는 수문을 위한 비동기기를 제어하도록 형성되며, 바람직하게는 롤러 수문을 위한 롤러 수문 구동장치의 형태로 형성된다.
또한, 본 발명의 개념은 전술한 유형의 수문 구동장치를 포함하는 청구항 제23항의 수력 발전 설비에도 관한 것이다. 수력 발전 설비의 경우, 수문 구동장치는 수문을 위한, 특히 롤러 수문을 위한 전기 기기, 특히 비동기기를 제어하도록 형성되며, 전기 기기, 특히 비동기기는 팬 브레이크를 포함한다.
전기 기기, 특히 비동기기는 본 발명에 따라 팬 브레이크를 포함하고 그 밖에 시그널링 유닛도 포함한다. 시그널링 유닛은 바람직하게는 비상 폐쇄 상황, 특히 그 외에 공급 전류 또는 공급 전압의 부재를 검출하고, 및/또는 지시하도록 형성된다. 그 밖에도, 전기 기기, 특히 비동기기는
- 특히 부재한 전력 공급이 지시되는 경우, 팬 브레이크의 작동 해제를 구현하도록 형성되는 액추에이터 유닛과,
- 비동기기를 자동 작동시키기 위한 작동 회로를 포함하며,
작동 회로는 비동기기를 발전기로서 (비동기 발전기로서) 아일랜드 모드로 작동시키도록 형성되고, 회전 자계는 자동 생성될 수 있다.
본 발명들의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에서 제시되며, 그리고 바람직한 개별 가능성들로, 과제 설정의 범위에서, 그리고 추가 장점들의 관점에서 앞서 설명한 개념을 실현한다는 점을 명시하고 있다.
한 개선 변형예에서, 본원의 방법은, 전력 공급이 검출될 때에도 적용될 수 있다. 이런 경우에는, 특히 비동기 모터의 역전 제동(reverse current braking), 하강 또는 재생 제동(lowering or regenerative braking), 또는 직류 제동(direct current braking)처럼 비동기 모터와 그에 따른 수문 게이트를 제동하기 위한 전류 기반 조치들이 적합하다.
특히 충분한 전력 공급이 지시되는 경우, 전력 공급, 특히 전력 계통 및/또는 무정전 전력 공급을 위한 시스템(UPS)으로부터의 전력 공급을 검출하는 단계가 제공되며, 전기 기기, 특히 비동기기는 전력 공급으로 작동된다. 이런 경우, 전기 기기, 특히 비동기기는, 특히 충분한 전력 공급이 지시되는 경우, 가변 회전속도로 작동될 수 있다. 특히 이런 경우에, 전기 기기, 특히 비동기기는 수문을 저속으로 폐쇄하도록 작동될 수 있고, 및/또는 비동기기를 위한 전기 정지 램프(electric stop ramp)가 이동될 수 있다. 이는 특히, 충분한 전력 공급이 지시되는 경우에 비동기기 및/또는 주파수 컨버터의 전기 폐회로 제어 하에 적용된다.
추가로, 또는 그 대안으로, 불충분한, 특히 부재한 전력 공급[예: 전력 계통에서의 불충분한 전력 공급 및/또는 무정전 전력 공급을 위한 시스템(UPS)의 불충분한 전력 공급]을 검출한 경우뿐만 아니라, 특히 추가로 비상 폐쇄 상황을 검출한 경우에도, 비동기 모터를 위한 전기 기계식 정지 램프는 팬 브레이크의 폐회로 제어 및/또는 바람직하게는 그 개회로 제어 하에 이동될 수 있다. 일반적으로 공지된 팬 브레이크가 제공될 수 있다. 특히 한 개선예의 범위에서 팬 브레이크는 무전압 상태에서 비동기 모터/발전기 또는 이와 같은 전기 기기가 기계적으로 파지되는 방식으로 제공될 수 있다. 이를 위해, 예컨대 브레이크 스프링들은, 스테이터 쪽의 마찰 라이닝 상으로, 로터의 축 방향 이동형 전기자 디스크들을 밀착시킬 수 있다. 예컨대 제동 토크는 마찰 라이닝 캐리어 또는 톱니형 구동 플레이트의 페더 키 연결부(feather key connection)를 통해 샤프트 상으로 전달될 수 있다. 직류 전압이 브레이크 코일 상에 인가되면, 전기자 디스크는 브레이크 라이닝과 함께 상승하며, 그럼으로써 모터는 속도 상승할 수 있다. 이런 팬 브레이크의 예시의 설명은 가능한 팬 브레이크 작동 원리의 명료한 설명을 위해서만 이용될 뿐이다. 본 발명은 팬 브레이크의 특정한 실시예로만 국한되지 않는다.
비상 폐쇄 상황을 검출할 때 본원의 방법의 바람직한 개선예의 범위에서, 팬 브레이크의 작동 해제 단계는 팬 브레이크가 자동 및 자력으로 떨어지면서 수행된다. 이런 경우, 특히 수문, 특히 수문 게이트의 중력 작용 하에 비동기 모터가 구동될 수 있으며, 이는 예컨대 수문 게이트가 스티어링 롤러들의 인장 스트랜드(tension strand)로 당겨지고 인장 스트랜드의 힘은 변속기를 경유하여 비동기기 상으로 전달됨으로써 수행된다. 명확하게 말하면, 수문의 수문 게이트의 중력의 작용하에 비동기기가 구동될 수 있다. 특히 이는 여기 커패시터들(excitation capacitor)의 커패시터 어셈블리를 통해 수행될 수 있다. 이런 경우에, 비동기 모터 또는 이와 같은 전기 기기는 발전기로서 아일랜드 모드에서 회전 자계를 자동 생성한다.
특히 불충분한 전력 공급의 경우에서조차도 비동기기 또는 이와 같은 전기 기기는 특히 실질적으로 사전 설정되어 고정되고 서로 상이한 제1 및 제2 회전속도들로 작동될 수 있으며, 특히 불충분한 전력 공급이 지시되는 경우에는 특히 전력 공급 없이 작동될 수 있다. 명확하게 말하면, 하나 이상의 개회로 및/또는 폐회로 제어단, 특히 제1 개회로 및/또는 폐회로 제어단이 비동기기를 위한 제동단(braking stage)으로서, 그리고 제2 개회로 및/또는 폐회로 제어단은 비동기기를 위한 정지단(stop stage)으로서 팬 브레이크의 부하 전환하에 가동될 수 있다.
특히 바람직하게는 비동기기의 제동은 (아일랜드 모드로 작동되는 비동기 발전기의 경우에) 부하 저항기들의 제1 단을 접속하는 것을 통해 수행될 수 있다. 비동기기의 브레이크 폐회로 제어는 특히 전압에 따라서, 및/또는 수문의 위치에 따라서 수행될 수 있다. 특히 바람직한 것으로서 증명된 점에 따르면, 비동기기는 적어도 2개의 회전속도 단계로 제어된다. 이를 위해, 바람직한 것으로서 증명된 점에 따르면, 부하 저항기들의 제1 및 제2 단을 접속하며, 특히 전압에 따라서, 및/또는 수문의 위치에 따라서 부하 저항기들의 제1 단 및 그 제2 단을 접속한다.
수문 구동장치의 경우, 액추에이터 유닛이 팬 브레이크를 작동 해제할 수 있는 가스 스프링형 실린더(gas spring type cylinder)를 포함하는 점이 특히 바람직한 것으로서 증명되었다. 이를 위해, 바람직하게 액추에이터 유닛은 가스 스프링형 실린더와 팬 브레이크 사이의 액추에이터 압력 라인 내에 전류 폐쇄형인 (다시 말하면 입력 전류 공급을 이용하거나, 또는 무정전 전류 회로로부터의 전력 공급을 이용한 폐회로 제어 모드로 제어되는) 조절 밸브를 포함한다. 그에 따라 조절 밸브는 무전류 상태에서는 열려 있기 때문에, 액추에이터 유닛은 가스 스프링형 실린더와 팬 브레이크 사이의 액추에이터 압력 라인 내에서 무전류 개방형 조절 밸브를 개방하는 것을 통해 팬 브레이크로 가스 압력의 공급을 보장한다. 가스 압력 하에서 팬 브레이크는 팬 브레이크의 브레이크 스프링의 스프링 힘에 대항하여 자동 및 자력으로 개방될 수 있고, 그에 따라 스테이터 내에서 회전을 위해, 다시 말하면 회전 자계의 생성을 위해 전기 기기의 로터를 릴리스할 수 있다.
바람직하게 작동 회로는 복수의 커패시터와 적어도 제1 개수의 접속 가능한 부하 저항기를 포함한다. 복수의 접속 가능한 부하 저항기는 바람직하게는 전압에 따라서, 및/또는 수문의 위치에 따라서 접속 가능하며, 특히 단일, 또는 2개, 3개, 또는 그 이상의 개수의 부하 저항기는 개별적으로, 또는 그룹별로 접속될 수 있다. 바람직하게 전기 기계식 접촉자는, 바람직하게는 전압에 따라서, 및/또는 수문의 위치에 따라서 복수의 접속 가능한 부하 저항기를 접속하기 위해, 커패시터와 부하 저항기 사이에 제공될 수 있다. 또한, 원칙상, 전압 의존성 및/또는 위치 의존성에 추가로, 또는 그 대안으로, 특히 복수의 접속 가능한 부하 저항기의 접속 하에 수문을 위한 제동 저항기를 실현하기 위해, 접속을 위한 또 다른 의존성 수단(예컨대 시간 개회로 제어부, 또는 또 다른 의존성 폐회로 또는 개회로 제어 수단)도 설치될 수 있다. 이를 위해, 전기 기계식 접촉기는 바람직하게는 특히 3상 라인으로서 전기 개회로 제어 라인 및 전기 부하 라인을 포함한다.
본 발명의 특히 바람직한 개선예의 범위에서, 작동 회로는, 제1 개수의 접속 가능한 부하 저항기 및/또는 제2 개수의 접속 가능한 부하 저항기를 접속하도록, 특히 전압에 따라서, 및/또는 수문의 위치에 따라서, 및/또는 또 다른 의존성 수단에 따라서 접속하도록 형성되는 개회로 제어부를 포함한다. 개선예에서 확인된 점에 따르면, 수문의 수문 게이트의 하강 복귀는 특히 바람직하게는 2개 또는 그 이상의 단 개회로 및/또는 폐회로 제어부로 수행될 수 있다. 개회로 및/또는 폐회로 제어부의 제1 단은 특히 수문 게이트를 특히 신속하게 이동시키도록 구성될 수 있다. 개회로 및/또는 폐회로 제어부의 제2 단은 바람직하게는 수문 게이트의 제동을 효과적으로 구현하도록 구성될 수 있다.
따라서 비동기기를 위한 전기 기계식 정지 램프는, 수문 게이트의 대부분의 경로에 대해 제1 개수의 접속 가능한 부하 저항기가 수문 구동장치의 최대한 효과적인 구동과 그에 따른 수문 게이트의 최대한 효과적인 하강 복귀를 보장하는 방식으로 구성될 수 있다. 더 적은 부분의 경로에 대해서, 비동기기를 위한 전기 기계식 정지 램프는, 수문 구동장치를 최대한 효과적으로 제동하고 그에 따라 수문 게이트의 제동을 최대한 효과적으로 보장하도록 형성될 수 있다. 예컨대 대부분의 경로는 수문 게이트의 하강 복귀 경로의 50%와 95% 사이에 달할 수 있다. 예컨대 더 적은 부분의 경로는 수문 게이트의 하강 복귀 경로의 50%와 5% 사이에 달할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 이제부터 하기에서, 부분적으로 마찬가지로 도시되어 있는 종래 기술과 비교하여, 도면에 따라서 기술된다. 상기 도면은 실시예들을 반드시 일정한 축척 비율로 도시한 것이 아니라, 오히려 설명을 위해 이용되는 방식으로 개략화되고 및/또는 약간 변형된 형태로 도시되어 있는 도면이다. 도면에서 직접 확인할 수 있는 교시들의 보충의 관점에서, 해당하는 종래 기술이 참조된다. 이 경우, 본 발명의 일반적인 사상에서 벗어나지 않으면서, 한 실시예의 형태 및 상세내용과 관련하여 다양한 수정 및 보정이 실행될 수 있다는 점이 고려되어야 한다. 명세서, 도면 및 특허청구범위에서 개시되는 본 발명의 특징들은 개별적으로뿐만 아니라 임의로 조합되어서도 본 발명의 개선예에 대한 핵심적인 사항이 될 수 있다. 또한, 명세서, 도면 및/또는 특허청구범위에서 개시되는 2가지 이상의 특징으로 구성되는 모든 조합도 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 일반적인 사상은 하기에 도시되고 기술되는 바람직한 실시예의 정확한 형태 또는 그 상세내용으로 국한되지 않을뿐더러, 특허청구범위에서 청구되는 대상과 비교하여 제한될 수도 있는 대상으로도 국한되지 않는다. 또한, 치수 범위들이 명시된 경우, 언급한 한계들 이내에 존재하는 값들도 한계 값들로서 개시되는 것이어야 하고 임의의 범위로 이용될 수 있고 청구될 수 있어야 한다. 본 발명의 추가의 장점들, 특징들 및 그 상세내용들은 바람직한 실시예들에 대한 하기 설명내용에서뿐만 아니라 도면들에 따라서도 제시된다.
도 1은 수문 및 수문 구동장치의 예시도이며, 여기서 수문은 수력 발전 설비에서 제방 설비의 롤러 수문으로서 형성되어 있다.
도 2는 롤러 수문 및 비동기기와 함께 수문 구동장치를 도시한 개략도이며, 여기서 비동기기는 팬 브레이크를 포함할 뿐만 아니라, 수문 구동장치의 특히 바람직한 실시예의 시그널링 유닛, 액추에이터 유닛 및 작동 회로와 연결될 수도 있다.
도 3은 전력 계통 상의 전력 공급을 이용하지만, 그러나 바람직한 실시예에 따라서 무정전 전력 공급은 이용하지 않는, 비동기기의 정규 작동을 위한 개회로 작동 제어부의 제1 부분과, 신뢰성 있으면서 손상 없는 작동 방법을 위해 수동형으로(passive) 형성되어 있는, 개회로 작동 제어부의 제2 부분을 포함하는 바람직한 실시예에 따르는 수문 구동장치의 개요도이며, 여기서 시그널링 유닛, 액추에이터 유닛, 및 제2 전력 라인은 개회로 작동 제어부의 제2 부분을 위해 제공된다.
도 4는 비상 폐쇄 상황을 검출한 경우 비동기기를 이용하여 수문을 위한 수문 구동장치를 제어하기 위한 방법의 바람직한 실시예를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1에는, 도 2에 더 상세하게 도시된 수력 발전 설비(100)를 위한 롤러 수문의 예시의 구조가 일부분 절개되어 도시되어 있다. 제방은 전동 롤링 메커니즘(130)(transmission rolling mechanism)에 수문(100)(여기서는 롤러 수문)을 설치하기 위해 수문 지지대(120) 내에 수문 게이트(110)를 포함한다. 수문 지지대(120)는 제1 지지 레일(121)과 제2 지지 레일(122)을 포함하며, 이들 지지 레일은 각각 슬라이딩 레일의 형성을 위해 그루브를 구비하여 형성된다. 요컨대 수문 게이트(110)는 양측에서 제1 및 제2 지지 레일(121, 122)의 그루브 내에 활주하는 방식으로 설치된다. 수문 게이트(110)는 도 2의 전동 롤링 메커니즘(130)의 인장 스트랜드(131)에 의해 파지되며, 수문 게이트(110)의 인장 스트랜드(131)(본 실시예의 경우 케이블의 형태)는 스티어링 롤러들을 경유하여[요컨대 편향 롤러(132)를 경유하여, 그리고 전동 롤링 메커니즘(130)의 지지 프레임(101) 상의 케이블 드럼(133)을 경유하여] 안내된다. 케이블 드럼은 수문 구동장치(200)의 비동기기(210)의 변속기(220)를 통해 구동되고, 비동기기(210)에는 팬 브레이크(230)가 할당된다. 이를 위해, 도 1에는, 롤러 수문의 형태인 수문(100)의 인장 스트랜드(131)를 포함한 케이블 드럼(133)과 변속기(220)의 비동기기(210)의 배치 구조가 도시되어 있다.
수문 게이트(110)는 톤 범위의 매우 상당한 중량[여기서는, 예컨대 본 실시예의 경우 32 t의 중량]을 보유하며, 그리고 수문 지지대(120)의 가이드 내 낙차는 수 미터, 예컨대 최대 10 m 또는 15 m에 달할 수 있다. 도 1에 도시된 하부 위치에서 (즉, 폐쇄의 경우에) 수문 게이트(110)가 비완충 방식으로 충돌하는 경우, 적어도 수문 게이트(110) 및 이 수문 게이트의 지지대는 파괴될 수도 있고, 이는 최악의 경우 수문(100)을 사용하지 못하게 한다. 요컨대 그러므로 하부 위치에서 수문 게이트(110)를 수동형으로, 그리고 이와 동시에 제어되는 방식으로 이동시키고 제동하기 위한 적합한 수단들이 제공된다.
수문 롤러의 비상 폐쇄는 수력 터빈이 폭주하는 위험의 경우에 (다시 말하면 예컨대 터빈 블레이드들 또는 터빈 버킷들 등이 외부로 기울어질 때) 발생할 수 있다. 보다 확률이 더 낮은 또 다른 사례는, 예컨대 소류사가 소류사 트랩 또는 취수 스크린을 넘어가야만 할 때, 소류사로부터 외부 물질들의 유입 우려가 있을 때이다. 도 1에 도시된 형태, 또는 도 2에 도시된 형태의 수문(100)은, 도시된 것처럼, 개략적으로 도시된 터빈(400)의 터빈관 바로 전방에 배치될 수 있다. 여기서 롤러 수문의 수문 게이트(110)는 수력 발전 설비(100)의 수로(500) 전방에서 폐쇄 도어로서 이용된다. 그러나 수문(100)은 터빈관의 상류 위치에서도 예컨대 스크린 시스템(screen system)의 부분으로서, 또는 (여기서는 도시되지 않은) 소류사 트랩의 부분으로서 형성될 수 있다.
계속하여 도 2를 참조할 때, 도 2에는, 인장 스트랜드(131)에 수문 게이트(110)를 포함한 수문 지지대(120)의 가이드의 전방 및 후방 부분(123, 124)이 특히 개략적으로 도시되어 있다. 수문 게이트(110)는 다시금 하부 위치(여기서는 비상 폐쇄 위치)에 도시되어 있으며, 다시 말하면 터빈(400)의 전방에서 터빈관(300)의 하부 경계부(301) 상에 안착되고 터빈관(300)의 상부 경계부(302)에 인접한다. 하부 경계부(301)의 바로 상부에서 하부 하강 영역(B10)의 구간의 경우, 롤러 수문 구동장치(200)로 수문 게이트(110)를 제동하기 위한, 추가 실시예에 따라 설명한 특별한 제2 폐회로 제어 영역이 제공된다. 그 위에 위치하는 이동 영역(B90)의 구간의 경우에는, 수문 구동장치(200)의 개회로 및/또는 폐회로 제어부의 제1 부분이면서 여기서는 하기에 기술되는 바람직한 상기 제1 부분으로 제어가 수행된다.
계속하여 도 2를 참조할 때, 수문 구동장치(200)는, 가변 회전속도(n)를 가지면서 모터 또는 발전기로서 작동 가능한 비동기기(210), 및 변속기(220) 외에, 비동기기(210)에 할당된 팬 브레이크(230)도 포함하며, 이 팬 브레이크는 비동기기(210)의 로터와 함께 공통 샤프트(201) 상에 안착된다. 명확하게 말하면, 팬 브레이크(230)는, 본 실시예의 경우 비동기기(210)의 로터가 비동기기(210)의 스테이터와 마찰 결합 방식으로 결합될 수 있는 것을 통해 형성된다. 또한, 액추에이터 유닛(240)은 브레이크 스프링(250)의 힘에 대항하여 작용하며, 이는 적합한 연결 수단들(260)을 통해 수행된다. 브레이크 스프링(250)은, 액추에이터 유닛(240)의 작동 없이 로터가 비동기기(210)의 스테이터와 강제 끼워 맞춤 결합 방식(forced-fitting manner)으로 마찰 결합되게 하는 효과를 갖는다. 액추에이터 유닛(240)의 작동 없이도, 팬 브레이크(230)는 파지되며 비동기기(210)는 단단히 고정된다.
도 2에 도시되어 있지 않은 제1 파지 상태에서, 수문 게이트(110)는, 상부 위치에서 파지되어, 터빈관(300)으로 물(500)이 관류하도록 터빈관(300)을 릴리스하며, 그럼으로써 터빈(400)이 구동된다. 팬 브레이크는 수문 게이트(110)의 중량 힘을 흡수하지 않아도 된다. 요컨대 상기 수문 게이트는 여기에 도시되지 않은 또 다른 구조 수단들을 통해 고정되고, 및/또는 파지될 수 있다.
도 2에 도시된 제1 화살표를 통해서는 파지 위치(HP1)가 상징화되어 표시되어 있다. 도 2에 도시된 제2 화살표는, 액추에이터 유닛(240)이 팬 브레이크(230)를 릴리스한 후에, 수문 게이트(110)가, 도 2에 도시된 것과 같은 제2 고정 상태(fixed state)로, 다시 말하면 하부 파지 위치(HP2)로 전환되는 점을 나타낸 것이다. 이를 위해, 브레이크 스프링(250)에 대한 액추에이터 유닛(240)의 힘 작용의 결과로서 로터와 스테이터 사이의 마찰 결합을 나타내는, 로터 상에 작용하는 브레이크 스프링(250)의 압력은 소멸된다. 이런 경우에, 비동기기(210)의 로터는 스테이터 내에서 회전될 수 있으며, 더욱 정확하게 말하면 회전 자계의 자동 생성을 위한 회전속도(n)에 따라서 발전기로서의 작동 방향으로 회전될 수 있다.
특히 수문 구동장치(200)의 작동 원리는 도 3에 도시되어 있다. 이에 대해서는, 특히 동일하거나 동일한 특징들, 또는 동일한 도면부호를 갖는 동일하거나 유사한 기능의 특징들이 참조되며, 그에 따라 상기 도면부호들에 관련된 전술한 기술내용이 참조될 수 있다.
액추에이터 유닛(240)은 도 3의 본 실시예의 경우에 명확하게 말하면 축압기(241)를 포함하여 형성되며, 이 축압기는 액추에이터 압력 라인(242) 및 이 액추에이터 압력 라인 내에 배치된 조절 밸브(243)를 통해 가스 스프링형 실린더(244) 쪽으로 개방될 수 있다. 또한, 시그널링 유닛(270)은, 신호 라인(271)을 통해 비상 폐쇄 상황의 신호를 조절 밸브(243)의 제어 단자(243.1)로 제공하기 위해 제공된다. 제어 단자(243.1)는 예컨대 조절 밸브(243)의 밸브 피스톤(243.2)을 이동시키기 위한 자기 코일일 수 있다. 가스 스프링형 실린더(244)가 압력 매체를 공급받으면, 상기 가스 스프링형 실린더는 브레이크 스프링(250)을 이완시킬 수 있으며, 이는 브레이크 스프링(250)의 압력 힘(DK)에 대항하는 반력(GK)으로 수행된다. 그에 따라, 로터는 비동기기(210)의 스테이터 내에서 운동 가능한 위치로 안내될 수 있고, 상기 위치에서 운동할 수 있다. - 이는 팬 브레이크(230)의 작동 해제에 상응한다.
롤러 수문 구동장치(200)의 기계적 작동 원리는 하기와 같이 제공된다. 여기서는 스티어링 롤러들의 전동 롤링 메커니즘(130)으로서 형성되는 권양 시스템(winding system)은 케이블 드럼(133) 상의 인장 스트랜드(131)로부터 전력을 공급받는다. 케이블 드럼은 수문 구동장치(200)에 의해, 요컨대 완전하게 비동기기(210)에 의해 구동되며, 상기 비동기기는 모터로서 기능하면서 변속기(220)를 구동하고, 그 외에 편향 롤러(133)도 구동한다. 따라서 롤러 수문의 수문 게이트(110)는 수력 발전 설비(1000)의 수로(500) 또는 그 터빈관(300)을 위한 폐쇄부로서 이용될 수 있다.
폐회로 제어 모드에서, 전력 계통(600)은 여기서는 3개의 위상(I1, I2, I3)을 위한 라인들로 도시되어 있는 3상 전류(I)를 나타내기 위해 제공된다. 무정전 전력 공급 없이, 그리고 작동 회로(700)의 제1 부분 내의 하나의 주파수 컨버터(712)를 통해서만, 전류는 제1 전력 라인(710)을 경유하여 비동기기(210)로 공급될 수 있다. 릴레이 또는 이와 같은 전기 기계식 접촉기(720)(여기서는 정상 작동 접촉기의 형태)의 무효 전력 상태에서, 전류 라인(I)의 위상들(I1, I2, I3)은 비동기기(210)와 전기 연결되며, 그럼으로써 상기 비동기기가 구동될 수 있다. 이를 위해, 정상 작동 접촉기(720)는 주파수 컨버터(712)를 통한 주전력 라인(711)으로의 연결을 위해 전기 분기 라인(713) 내에 위치된다. 이는 비상 작동 접촉기의 무효 전력(즉 비활성화) 상태에 해당한다. 주파수 컨버터(712)는 제동 저항기들을 포함한 3상 주파수 컨버터이다. 무정전 전력 공급 시스템은 본 실시예의 경우에 제공될 수 있으며, 이는 예컨대 상응하는 개수의 배터리 및 하나의 바이패스를 포함한 3개의 위상에서 400 V의 작동 전압을 위한 것이다. 팬 브레이크(230)는 본 실시예의 경우처럼 제동압을 통해 기능할 수 있으며, 제동압은 본 실시예의 경우 브레이크 스프링(250)의 브레이크 스프링 힘을 통해 제공된다.
정상 작동 접촉기(720)가 제어 전류를 공급받지 않는 상태에서 상기 정상 작동 접촉기는 개방되어 전기 분기 라인(713)을 분리한다. 상응하는 제어 신호 라인(720)은 정상 작동 접촉기(720)로 이어진다. 이런 상태는, 전력 공급이 전력 계통(600)의 전력 공급이든지, 또는 여기서는 원칙상 제공되어 있지 않지만, 그러나 특수한 경우에 제공되어 있는 무정전 전력 공급 장치(UPS)의 전력 공급이든지 그 여부와 무관하게, 전력 공급이 없는 비동기기(210)의 상태에 상응한다. 비동기기(210)는 예컨대 400 V에서, 그리고 상응하는 교류 전압에서 예컨대 3 Hz와 50 Hz 사이의 주파수로 작동될 수 있다. 비상 작동 모드를 위해 제공되는 작동 회로(700)의 제2 부분에서, 작동 회로(700)는 제2 전력 라인(730) 내에서 발전기로서의 아일랜드 모드를 위해 특별한 방식으로 구성된다. 아일랜드 모드에서, 비동기기(210)는 아일랜드 모드로의 발전기의 작동을 위해 구성된다.
수문(100)의 수문 게이트(110)의 중량 힘(G)은 앞서 기술한 것처럼 팬 브레이크(230)가 작동 해제될 때 비동기기(210)의 스테이터 내에서 로터의 회전 운동을 생성하며, 그에 따라 구동 장치(200)의 개회로 및/또는 폐회로 제어부의 자체 전력 공급을 제공한다. 여기 커패시터들의 커패시터 어셈블리(731), 다시 3개의 위상(I1, I2, I3)을 위한 복수의 부하 저항기의 제1 어셈블리(732), 그리고 다시 전기 비상 작동 라인(714)의 3개의 위상(I1, I2, I3)을 위한 부하 저항기들의 제2 어셈블리(733)는 비상 작동부(730)를 위한 적합한 부하 접촉기들을 통해 접속될 수 있다. 제1 부하 접촉기는 예컨대 여기 커패시터들의 회전 자계 및 무효 전력을 통해 생성된 제어 전류로 스위칭될 수 있다. 제2 비상 작동 접촉기(716)는 마찬가지로 회전 자계 및 그에 따라 제어 전류로서 생성된 전류를 통해 스위칭될 수 있다. 상응하는 제어 신호 라인들(721', 722')은 비상 작동 접촉기들(721, 722)로 이어진다.
원칙상, 비동기기(210)는 제한되는 조건들 하에 발전기로서 아일랜드 모드로, 다시 말하면 전력 계통(600)에 연결되지 않으면서 예컨대 비상 발전기로서 작동될 수 있다. 아일랜드 모드를 위한 바람직한 가능성은 자려 비동기 발전기로서의 작동의 가능성이다. 자화를 위해 유도성 및/또는 용량성 무효 전력을 공급할 수 있는 외부의 3상 전력 계통(600)에 대한 연결 없이, 무효 전력은, 병렬로 연결되어 그 자체로 용량성 무효 전력을 방출하는 커패시터 배터리(731)를 통해 공급될 수 있다. 특히 모터는 유도성 무효 전력을 생성한다.
아일랜드 모드의 경우, 주파수는 주파수 컨버터(712)를 통해 특히 일정하게 사전 설정된다. 전압 진폭은 최대 상 전류 진폭의 고려하에 제어될 수 있다. 과부하의 경우, 전압 진폭은 필요에 따라 감소될 수 있다. 적합한 폐회로 또는 개회로 제어 전자장치에 의해, 여기서 제안되는 것처럼, 비동기 발전기에 의한 고품질의 아일랜드 모드가 실행된다. 이를 위해, 복수의 여기 커패시터(731.1, 731.2, 731.3), 제1 개수의 접속 가능한 부하 저항기(732.1, 732.2, 732.3), 및 제2 개수의 접속 가능한 부하 저항기(733.1, 733.2, 733.3)가 각각 3개씩 제2 전력 라인(730)의 제1, 제2 및 제3 위상을 위해 제공된다.
원칙상, 전력 계통(600)에서 제1 전력 라인(710)의 작동 회로의 제1 부분에서는 무정전 전력 공급은 필요하지 않다. 여기서 도시된 실시예의 장점은, 상기 무정전 전력 공급이 불필요하다는 점에 있다. 원칙상, 무정전 전력 공급 장치들(UPS)은, 전력 계통(600)에서 교란 시 임계 전기 부하의 공급을 보장하기 위해 이용된다. 그럼에도, 무정전 전력 공급 장치(UPS)의 단순한 실시예의 경우, 전력 공급은 기능 손실 없이 연결된 부하 장치들에 의해 허용되는 짧은 시간, 예컨대 수 밀리초 동안 중단될 수 있다.
도 4에는, 특히 작동 회로(700)를 통해, 또는 명확하게 말하면 작동 회로(700)의 제1 부분을 통해, 요컨대 제2 전력 라인(730)을 이용하는 비상 작동 회로에 이르기까지 수문 구동장치(200)를 위한 비상 폐쇄 제어 방법의 순서가 개별적으로 도시되어 있다.
제1 단계(VS1)에서 본원의 방법을 시작할 때, 작동 회로(700)는 정상 작동 모드에 위치되며, 다시 말하면 정상 작동 접촉기(720)가 전류를 공급받으며 그에 따라 (도 3에 도시된 것처럼) 폐쇄되어 있다. 비동기기(210)는 전력 계통(600)의 전력 공급을 통해 주파수 컨버터(712) 및 정상 작동 접촉기(720)에 의해 모터로서 작동될 수 있다. 제2 방법 단계(VS2)에서 비상 폐쇄 상황이 검출되면, 원칙상 전력 계통(600)으로부터의 전력 공급으로 주파수 컨버터(712)에 의해 수문 구동장치(200)의 구동이 수행될 수 있다. 정상 작동 모드에서는 주파수 컨버터(712)를 통해 다양하고 경우에 따라 가변적인 속도로 작동이 수행될 수 있으며, 이는 예컨대 스타트 및 스톱 램프(start and stop ramp)를 이용한 수문 게이트(110)의 저속 상승 또는 스타트 및 스톱 램프를 이용한 수문 게이트의 저속 하강을 달성한다. 또한, 원칙적으로 전력 계통(600)이 가용한 경우, 비상 폐쇄는 목표하는 정지 램프로 수행될 수 있다. 이는 특히 비동기기(210)의 발전기 작동을 통한 통상의 전기 제동 방법도 포함할 수 있다.
추가 방법 단계(VS3)에서, 전력 계통(600)으로부터의 전력 공급이 불가능한 점이 검출된다면(Y형 경로), 수문 구동장치(200)의 본원의 제어 방법은, 수동형으로 실현될 수 있다는 장점을 제공한다. 다시 말하면, 수문 구동장치(200)의 제어 방법은 전력 계통(600)으로부터 외부 에너지 공급이 없고, 그리고 주파수 컨버터(712) 외에 경우에 따라 제공되어 있는 무정전 전력 공급 장치(UPS)로부터의 에너지 공급도 없는 경우에 실행될 수 있다.
도 3에 도시된 실시예의 한 변형예에서 UPS가 제공될 수 있지만, 그러나 여기서 제안되는 수동형 방법(passive method)은, 비용이 많이 드는 무정전 전력 공급 시스템이 절약될 수 있다는 장점을 제공한다.
방법 단계들(VS2, VS3)의 개요를 통해, 수문(100)의 비상 폐쇄가 전력 공급 없이도 필요하다는 상황이 존재한다면, 이는 시그널링 유닛(270)을 통해 검출되어 지시될 수 있다. 제4 방법 단계(VS4)에서는, 예시로서 전술한 액추에이터 유닛(240)을 통해 팬 브레이크(230)가 작동 해제될 수 있다.
이런 경우에, 수문 게이트(110)의 중량 힘(G)에 상응하게 야기되는, 비동기기(210)의 발전기로서의 구동이 뒤따르며, 그에 따라 방법 단계(VS5)에서 여기 커패시터들(731.1, 731.2, 731.3)의 단(731)에 의해 회전 자계가 생성된다. 상응하는 전압과 그에 따라 제어 전류 라인(720')에서 생성된 제어 전류는, 정상 작동 릴레이(720)가 무효 전력으로 활성화되는 릴레이로서 형성될 때 자동 개방되지 않는 점에 한해, 상기 정상 작동 릴레이(720)의 개방을 위해 이용될 수 있다.
제어 전류 라인(721') 내에서 제공되는 제어 전류는 전압에 따라서, 및/또는 수문의 위치에 따라서, 또는 제1 회전속도(n-)의 조건에서 부하 저항기들(732.1, 732.2, 732.3)의 제1 단(732)을 접속할 수 있으며, 이는 예컨대 구간의 50%와 95% 사이를 하강 복귀하는 수문 게이트(110)를 적합하게 다시 말하면 도 2에 도시된 이동 영역(B90)에서 제동하기 위한 것이다.
회전속도(n+)가 계속 상승하여 더 높거나, 또는 제2 제어 전압 라인(722')에서 제2 제어 전압에 도달한 경우, 제2 비상 작동 접촉기(722)는 부하 저항기들(733.1, 733.2, 733.3)의 제2 단(733)을 접속하기 위해 스위칭될 수 있다. 상기 스위칭에 추가로, 또는 그 대안으로 롤러 수문의 위치가 결정적으로 주요할 수 있다. 상기 위치는, 상대적으로 더 가파른 제2 정지 램프에서, 도 2에 도시된 하강 영역(B10)에서 수문 게이트(110)의 상당한 잔여 제동을 달성할 수 있다. 따라서 방법 단계(VS6)에서 제1 정지 램프는 부하 저항기들의 제1 유닛(732)을 통해, 그리고 방법 단계(VS7)에서는 제2 정지 램프가 부하 저항기들의 제2 유닛(733)을 통해 실현된다. 그에 따라, 비상 작동 모드에서, 작동 회로의 제2 부분을 통해, 요컨대 제2 전력 라인(730)을 통해, 제1 및 제2 정지 램프가 수동형으로 이동될 수 있다. 그 결과, 전력 계통 없이도, 및/또는 주파수 컨버터(712) 없이도 수문 게이트(110)의 안전한 제동이 구현될 수 있다. 또한, 수문 게이트(110)의 수동형 이동 개시도 무전류 개방형 조절 밸브(243)를 포함한 앞서 설명한 액추에이터 유닛(240)을 통해 구현될 수 있다.
비상 폐쇄의 경우에서도 전력 계통(600)으로부터 전력 공급이 존재하고 주파수 컨버터(712)도 제 기능을 수행하는 경우(N형 경로), 그럼에도 방법 단계들(VS4 및 VS%)이 실행될 수 있다. 그러나 수문 게이트(110)의 하강 복귀는 방법 단계(VS9)에서 전류 제어 방식으로 수행될 수 있다. 본원의 방법은 단계(VS8)에서 수문 게이트가 하강 복귀되는 것으로 종료된다.

Claims (23)

  1. 바람직하게는 수력 발전 설비(1000)에서 수문(100)을 위한, 특히 롤러 수문을 위한 수문 구동장치(200)를 제어하기 위한 방법으로서,
    상기 구동장치는 전기 기기를 포함하며, 특히 비동기기(210), 특히 비동기 모터/발전기를 포함하는, 상기 방법에 있어서,
    - 상기 전기 기기, 특히 비동기기(210)는 팬 브레이크(230)를 포함하며,
    상기 방법은
    - 불충분한 전력 공급이 지시되는 경우 상기 팬 브레이크(230)를 작동 해제하는 단계와,
    - 전기 기기, 특히 비동기기(210)를 자동 작동시키는 단계를 포함하며,
    상기 전기 기기, 특히 비동기기는 발전기로서 회전 자계가 자동 생성되는 아일랜드 모드로 작동되는 것을 특징으로 하는 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 불충분한 전력 공급이 지시되는 경우에,
    - 상기 방법은 전력 공급, 특히 전력 계통(600) 및/또는 무정전 전력 공급을 위한 시스템(UPS)으로부터의 전력 공급을 검출하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 전기 기기, 특히 비동기기(210)는 상기 전력 공급으로 작동되는 것인, 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비동기기(210)는, 특히 충분한 전력 공급이 지시되는 경우에, 가변 회전속도로 작동되는 것을 특징으로 하는 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비동기기(210)는 수문을 저속으로 폐쇄하기 위해 작동되고, 및/또는 상기 비동기기를 위한 전기 정지 램프가 이동되며, 특히, 이는, 특히 충분한 전력 공급이 지시되는 경우에 상기 비동기기(210) 및/또는 주파수 컨버터(712)의 전기 폐회로 제어 하에 적용되는 것을 특징으로 하는 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 비상 폐쇄 상황을 검출하는 단계, 및/또는
    - 불충분한, 특히 부재한 전력 공급을 검출하는 단계를 추가로 포함하는 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 전력 계통(600)으로부터의 불충분한 전력 공급, 및/또는 무정전 전력 공급을 위한 시스템(UPS)의 불충분한 전력 공급이 포함되는 것을 특징으로 하는 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비동기기(210)는 특히 실질적으로 사전 설정되어 고정되고 서로 상이한 제1 및 제2 회전속도로 작동되며, 특히 불충분한 전력 공급이 지시되는 경우에는 특히 전력 공급 없이 작동되는 것을 특징으로 하는 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팬 브레이크(230)의 작동 해제 단계는 상기 팬 브레이크(230)를 자동 및 자력으로 떨어지게 하면서, 특히 상기 비동기기(210)의 스테이터로부터 로터를 자동 및 자력으로 떨어지게 하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수문(100)의 수문 게이트(110)의 중량 힘(G)의 작용하에 상기 비동기기(210)가 구동되며, 그리고 회전 자계는 여기 커패시터들(731.1, 731.2, 731.3)의 커패시터 어셈블리(731)를 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 개회로 및/또는 폐회로 제어단, 특히 상기 비동기기(210)를 위한 (바람직하게는 제동단으로서의) 제1 개회로 및/또는 폐회로 제어단(VS6) 및 (바람직하게는 정지단으로서의) 제2 개회로 및/또는 폐회로 제어단(VS7)이 특히 상기 팬 브레이크(230)의 부하 전환하에 가동되는 것을 특징으로 하는 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 부하 저항기들(732.1, 732.2, 732.3)의 하나 이상의 제1 단(732)이 접속되며, 바람직하게는 부하 저항기들(733.1, 733.2, 733.3)의 제1 및 제2 단(733)이 접속되는 것을 특징으로 하는 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비동기기(210)는 적어도 2개의 회전속도 단계로 제어되며, 특히 제1 회전속도 단계는 전압에 따라서, 및/또는 수문의 위치에 따라서 선택되고, 및/또는 제2 회전속도 단계는 전압에 따라서, 및/또는 수문의 위치에 따라서 선택되는 것을 특징으로 하는 수문용 수문 구동장치의 제어 방법.
  13. 바람직하게는 수력 발전 설비(1000)에서, 수문(100)을 위한, 특히 롤러 수문을 위한 수문 구동장치(200)를 제어하기 위한 작동 회로(700)로서,
    구동장치는 전기 기기, 특히 비동기기(210)를 포함하며, 특히 비동기 모터/발전기를 포함하는, 상기 작동 회로에 있어서,
    - 상기 전기 기기, 특히 비동기기(210)는 팬 브레이크(230)를 포함하며,
    - 상기 작동 회로(700)는 특히 정상 작동 모드를 위한 제1 제어 라인과 특히 비상 작동 모드를 위한 제2 제어 라인을 포함하며,
    - 상기 제2 제어 라인은, 상기 전기 기기, 특히 비동기기를 발전기로서 아일랜드 모드로 자동 작동시키도록 형성되며, 회전 자계는 특히 제1 개회로 및/또는 폐회로 제어단(VS6)을 위한 부하 저항기들의 하나 이상의 제1 단(732), 및 제2 개회로 및/또는 폐회로 제어단(VS7)을 위한 부하 저항기들의 하나의 제2 단(733)으로 자동 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 수문용 수문 작동장치의 제어용 작동 회로.
  14. 바람직하게는 수력 발전 설비(1000)에서 비동기기(210)의 제어를 위한 수문(100)용 수문 구동장치(200), 특히 롤러 수문용 롤러 수문 구동장치에 있어서,
    - 상기 전기 기기, 특히 비동기기(210)는 팬 브레이크(230)를 포함하며,
    그리고
    - 특히 불충분한 전력 공급이 지시되는 경우에 상기 팬 브레이크(230)의 작동 해제를 구현하도록 형성되는 액추에이터 유닛(240)과,
    - 상기 전기 기기, 특히 상기 비동기기(210)를 자동 작동시키기 위한, 수문(100)용 수문 구동장치(200)를 제어하기 위한 작동 회로(700)를
    추가로 포함하며,
    상기 작동 회로(700)는 상기 전기 기기, 특히 비동기기(210)를 발전기로서 아일랜드 모드로 작동시키도록 형성되고,
    회전 자계는 특히 부하 저항기들의 하나 이상의 제1 단(732) 및 부하 저항기들의 하나의 제2 단(733)으로 자동 생성될 수 있는 것을 특징으로 하는 비동기기의 제어를 위한 수문용 수문 구동장치(200).
  15. 제14항에 있어서, 비상 폐쇄 상황을 검출하고, 및/또는 지시하도록 형성되는 시그널링 유닛(270)을 추가로 포함하는 비동기기의 제어를 위한 수문용 수문 구동장치(200).
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 액추에이터 유닛(240)은 상기 팬 브레이크(230)의 브레이크 스프링(250)을 이완시킬 수 있는 가스 스프링형 실린더(244)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기기의 제어를 위한 수문용 수문 구동장치(200).
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터 유닛(240)은, 특히 상기 팬 브레이크(230)의 브레이크 스프링(250)의 작동을 위해, 축압기(241)와 가스 스프링형 실린더(244) 사이의 액추에이터 압력 라인(242) 내에서 전류가 공급되는 상태에서 폐쇄되고 무전류 상태에서는 열려 있는 조절 밸브(243)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기기의 제어를 위한 수문용 수문 구동장치(200).
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 회로(700)는 특히 제2 제어 라인(730) 내에 복수의 여기 커패시터(731.1, 731.2, 731.3)와, 적어도 제1 개수의 접속 가능한 부하 저항기(732.1, 732.2, 732.3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기기의 제어를 위한 수문용 수문 구동장치(200).
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 회로(700)는 특히 제2 제어 라인(730) 내에 제1 개수의 접속 가능한 부하 저항기(732.1, 732.2, 732.3)와, 제2 개수의 접속 가능한 부하 저항기(733.1, 733.2, 733.3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비동기기의 제어를 위한 수문용 수문 구동장치(200).
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 회로(700)는 특히 제2 제어 라인(730) 내에서, 특히 제1 및/또는 제2 릴레이 또는 이와 같은 전기 기계식 접촉기(721, 722)를 통해, 전압에 따라서, 및/또는 수문의 위치에 따라서 접속 가능한 부하 저항기들의 제1 단(732) 및/또는 접속 가능한 부하 저항기들의 제2 단(733)을 접속하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 비동기기의 제어를 위한 수문용 수문 구동장치(200).
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 회로(700)는 제1 제어 라인(710) 내에서 특히 전력 계통(600)의 정규 제어 전력 공급을 통해 가변 회전속도로 비동기기(210)를 전기 제어하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 비동기기의 제어를 위한 수문용 수문 구동장치(200).
  22. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 회로(700)는 특히 제1 제어 라인(710) 내에 무정전 전력 공급을 위한 시스템(UPS)이 없는 것을 특징으로 하는 비동기기의 제어를 위한 수문용 수문 구동장치(200).
  23. 수문(100)을 위한, 특히 롤러 수문을 위한, 전기 기기, 특히 비동기기(210)를 제어하기 위한 제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따르는 수문 구동장치(200)를 포함하는 수력 발전 설비(1000)에 있어서, 상기 비동기기(210)는 팬 브레이크(230)를 포함하는, 수력 발전 설비(1000).
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