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문제 정의
- 현재까지의 제철소 후판공장 EIC 설비 중 전원공급설비 및 전원구동설비의 용량은 기계 데이터에 의한 부하 계산 및 기존의 기준 값과의 비교 등을 통하여 선정 및 적용하였으나, 실제 설비용량에 대하여 적은 부하로 운전되는 경우가 있었다. 따라서 본 논문에서는 각 설비별 실 부하를 확인하여 해당 설비의 최적부하를 검토하고 향후 신규설비에 적용 하여 원가절감에 기여하고자 하였다. 이를 위하여 기존의 경험자료 및 발주자의 요청 내용을 검증 없이 반영하던 방식에서 후판공장 전력계통 및 전원설비의 최적화를 통하여 설비비를 절감할 수 있었으며, 이러한 설비 최적용량의 선정 방법을 향후 신규설비에 적용하면 원가의 절감이 가능할 것으로 사료된다.
제안 방법
- 구체적으로 2005년 준공된 A제철소 2 후판공장의 수·배전설비는 A건설에서 엔지니어링, 제작, 공급 및 시운전을 수행하였으나 단순히 기존 설비를 참조하였으며, 전원구동설비는 A건설에서 기술적 설계(Technical Design)를 하고, Siemens에서 기본 설계와 시운전을 수행하였다.
- 먼저 수·배전설비는 K제철소 후판공장 수·배전설비와 벤치마킹(Bench Marking) 자료로 활용하기 위하여 최근에 준공된 H제철 1, 2후판공장 및 B지역 후판공장의 수·배전설비의 구성을 비교하였다. 다음으로 변압기 사용부하 측정은 K-제철소 후판공장의 변압기 설비용량에 따른 가동조건을 고려하여 사용부하를 측정하고 설비용량과 부하용량의 차이를 확인하였다. 마지막으로 전원구동부하 데이터의 확보는 K-제철소 후판공장 전원구동 설비용량에 따른 Process 데이터 및 운전방안 변경에 따른 변경부하용량의 차이를 확인하였다.
- 다음으로 엔지니어링 데이터의 신뢰성 미흡 중 수·배전설비 구성이 최적화 되지 못한 것은 전기실 재구성에 따른 피더 최적화를 수립하였으며, 설비용량 대비 사용부하 간의 차이 발생 및 설비 정상화 이후 설계 데이터 미확인은 K-제철소 후판공장 전력사용량의 설계 용량에 대한 실제 데이터를 분석하여 최적화를 수립하였다.
- 따라서 본 논문에서는 먼저 현재까지의 제철소 후판공장 전원공급설비 및 전원구동설비의 데이터를 수집하고 과용량 잠재원인을 분석한다. 다음으로 이러한 데이터 수집과 과용량 원인 분석을 바탕으로 최적용량을 선정하고 선정된 최적 용량의 경제성을 검토한다. 이를 위하여 먼저 데이터 검증이 가능한 K-제철소 후판공장 전원공급설비 및 전원구동설비의 설계 데이터와 실제 운전 데이터를 비교하여 설비 구성 및 용량 최적화를 통하여 수량 및 용량에 있어서 약 5[%]의 물량 절감 목표치를 선정한다.
- 다음으로 일반 부하의 경우 표 6과 같이 각 변압기의 평균부하가 변압기 설비용량 대비 약 30~50[%] 정도 현저히 낮은 수준에서 운전되고 있음을 알 수 있다. 따라서 변압기 적정부하율을 60[%] 로 가정하고 각 변압기 군의 Process 및 요소를 재산성하여 변압기 용량을 재검토하였다.
- 따라서 본 논문에서는 먼저 현재까지의 제철소 후판공장 전원공급설비 및 전원구동설비의 데이터를 수집하고 과용량 잠재원인을 분석한다. 다음으로 이러한 데이터 수집과 과용량 원인 분석을 바탕으로 최적용량을 선정하고 선정된 최적 용량의 경제성을 검토한다.
- 또한 K-제철소 후판 공장 운전상황 및 각 설비별 실제 부하를 측정하고, 운전상황 및 설비용량에 대한 최적부하를 검토 및 분석하여 수·배전설비 구성의 최적화, 변압기 및 구동설비 용량의 최적화, 전동기(Motor) 데이터 검증 및 Process 데이터 확인 등을 통하여 부하특성에 따른 설비의 최적용량을 검토한다.
- 또한, 2010년 준공된 K-제철소와 현재 진행 중인 인도네시아 후판공장 수·배전설비의 경우에도 A제철소 후판공장을 모델로 하였으며, 전원구동설비는 A건설에서 기술적 설계와 기본 설계 및 시운전을 수행하였다.
- 다음으로 변압기 사용부하 측정은 K-제철소 후판공장의 변압기 설비용량에 따른 가동조건을 고려하여 사용부하를 측정하고 설비용량과 부하용량의 차이를 확인하였다. 마지막으로 전원구동부하 데이터의 확보는 K-제철소 후판공장 전원구동 설비용량에 따른 Process 데이터 및 운전방안 변경에 따른 변경부하용량의 차이를 확인하였다. 데이터 수집 결과 K-제철소 후판공장의 고압 차단기 대수는 103개이었으며, 변압기 용량은 134,550[kVA], C/B(Cooling Bed) 전원구동용량은 11,415[kW]이었다.
- 먼저 수·배전설비는 K제철소 후판공장 수·배전설비와 벤치마킹(Bench Marking) 자료로 활용하기 위하여 최근에 준공된 H제철 1, 2후판공장 및 B지역 후판공장의 수·배전설비의 구성을 비교하였다.
- 다음으로 이러한 데이터 수집과 과용량 원인 분석을 바탕으로 최적용량을 선정하고 선정된 최적 용량의 경제성을 검토한다. 이를 위하여 먼저 데이터 검증이 가능한 K-제철소 후판공장 전원공급설비 및 전원구동설비의 설계 데이터와 실제 운전 데이터를 비교하여 설비 구성 및 용량 최적화를 통하여 수량 및 용량에 있어서 약 5[%]의 물량 절감 목표치를 선정한다. 또한 K-제철소 후판 공장 운전상황 및 각 설비별 실제 부하를 측정하고, 운전상황 및 설비용량에 대한 최적부하를 검토 및 분석하여 수·배전설비 구성의 최적화, 변압기 및 구동설비 용량의 최적화, 전동기(Motor) 데이터 검증 및 Process 데이터 확인 등을 통하여 부하특성에 따른 설비의 최적용량을 검토한다.
성능/효과
- 다음으로 전기실 재구성에 따른 피더 최적화를 위해서 그림 4와 같이 C/B 2전기실과 Shear 전기실을 통합하여 VCB 2개와 GPT 1개를 절감할 수 있었다.
- 마지막으로 전원구동부하 데이터의 확보는 K-제철소 후판공장 전원구동 설비용량에 따른 Process 데이터 및 운전방안 변경에 따른 변경부하용량의 차이를 확인하였다. 데이터 수집 결과 K-제철소 후판공장의 고압 차단기 대수는 103개이었으며, 변압기 용량은 134,550[kVA], C/B(Cooling Bed) 전원구동용량은 11,415[kW]이었다.
- 519-1992의 고조파 전압, 전류 왜형률 규정치를 만족시키도록 구성한 예로서 투자비 측면에서 최적화된 설비 임을 알 수 있다[8]. 따라서 6.6[kV] 각 Group Line의 5, 7, 11 고조파 필터 설비를 제외 하는 대신 역률개선용 콘덴서를 각 Group Line에 반영함으로써 고압차단기 피더를 9 세트에서 3 세트로 절감할 수 있었다.
- 다음으로 변압기의 용량을 결정하는 경우, 최초 설계 시 최대수요전력에 따른 수용률, 부등률 등을 도출하여 변압기 용량을 선정하는 것이 타당하나, 현재 운영 중인 공장의 경우는 최적 변압기 용량 선정에 있어서 이의 보완 개념으로 운영 중인 변압기의 부하율을 측정하여 설비 용량에 있어서 얼마나 여유 율을 가지고 있으며 이러한 여유용량을 어떻게 활용하느냐에 따라서 변압기의 효율적인 활용이 가능하고 설비용량을 줄일 수 있다. 따라서 발주처에서 적정 부하율을 피크부하 시 100[%]에서 부하율 60[%]로 적용할 것을 권고하고 있기 때문에 부하율을 60[%]로 선정하고, 설비용량에 대하여 현재 사용하는 부하 데이터를 비교 분석한 결과 표 1과 같이 변압기 용량산정 시 절감 가능한 여유용량이 존재하고 변압기의 용량 감소가 가능한 부하개소를 선정할 수 있었다.
- 먼저 인버터 부하의 경우 표 5와 같이 각 변압기의 평균 부하가 변압기 설비용량 대비 약 10[%] 이하로 현저히 낮은 수준에서 운전되고 있어 공급설비는 과용량으로 판단된다. 따라서 변동이 심한 단속적 부하특성을 고려하여 적정부하 율를 60[%]로 가정하고 재검토를 한 결과, 평균부하 이용률이 2배 이상 증가한 것을 알 수 있다. 또한, 피크부하는 150[%], 60[sec]을 초과하는 경우도 있었지만 빈도수가 많지 않아 문제가 되지 않을 것으로 판단된다.
- 6[kV] 모선에 진상용 콘덴서가 설치되어 1개의 고압반 피더로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 따라서, 1개의 피더로 역률보상설비를 구성할 수 있는지에 대한 상세 검토가 필요하며, 이를 통하여 역률보상설비 및 고압반 4면의 감소 요인이 발생할 것으로 예상되었다. 또한, 그림 2와 같이 NO.
- 마지막으로 Process 데이터 변경 적용에 따른 전원구동(Power/Drive) 용량의 적정성을 검토한 결과, 그림 3과 같이 C/B Walking Beam Motor Line 속도의 경우 발주자의 요청으로 30[mpm]으로 설계 되었으나 운전 중 설비 불안정으로 15[mpm]으로 변경하여 사용하고 있었으며, 15[mpm]으로 운전 시에도 목표생산량 달성을 위한 정상 운전 및 조업이 가능함을 알 수 있었다.
- 먼저 설계 기본 데이터 과대요구 중 발주자의 운전경험에 따른 과대설비 요구는 Process 데이터 변경적용에 따른 Drive 용량의 적정성을 검토한 결과, 계약 사양서 내용과 설계내용의 불일치로 확인되어 최적화 대상에서 제외하였으며, 전력설비 품질 향상을 위한 과대 요구는 타사 후판공장과 K-제철소 후판공장 수·배전설비의 검토를 통하여 최적안을 수립하였다.
후속연구
- 따라서 본 논문에서는 각 설비별 실 부하를 확인하여 해당 설비의 최적부하를 검토하고 향후 신규설비에 적용 하여 원가절감에 기여하고자 하였다. 이를 위하여 기존의 경험자료 및 발주자의 요청 내용을 검증 없이 반영하던 방식에서 후판공장 전력계통 및 전원설비의 최적화를 통하여 설비비를 절감할 수 있었으며, 이러한 설비 최적용량의 선정 방법을 향후 신규설비에 적용하면 원가의 절감이 가능할 것으로 사료된다.
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