KR100691655B1 - 가스절연기기의 부분방전진단장치 및 진단방법 - Google Patents

가스절연기기의 부분방전진단장치 및 진단방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스절연기기의 부분방전진단장치 및 진단방법에 관한 것으로, 부분방전신호를 검출하여 그 신호를 다단계로 조건분기하여 진단함으로써 정밀도가 높은 진단을 행하는 것이다.
가스절연기기가 발생하는 부분방전신호를 검출하는 부분방전신호검출기와, 그 부분방전신호검출기의 검출신호를 수신하여 부분방전신호를 신호해석하는 신호해석장치와, 상기 해석장치의 해석결과를 수신하여 상기 부분방전의 발생원인을 진단하는 진단장치와, 그 진단결과를 표시하는 표시장치로 이루어지는 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서, 상기 진단장치는 다단계로 조건분기하는 진단수단을 구비하고, 제 1 진단수단의 진단결과에 따라 복수의 제 2 진단수단중의 1의 진단수단으로 조건분기하고, 그 제 2 진단수단의 진단결과를 얻도록 한 것이다.
이에 따라, 본 발명의 가스절연기기의 부분방전진단장치 및 진단방법에 의하면, 부분방전신호를 검출하고, 그 신호를 다단계로 조건분기하여 진단하기 때문에 정밀도가 높은 진단을 행할 수 있게 된다.

Description

가스절연기기의 부분방전진단장치 및 진단방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING PARTIAL ELECTRIC DISCHARGE OF GAS INSULATION DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 가스절연기기의 부분방전진단장치를 나타내는 도,
도 2는 도 1의 부분방전진단장치의 조건분기에 의한 진단플로우를 나타내는 도,
도 3은 본 발명의 진단장치에 사용할 수 있는 뉴럴네트워크를 나타내는 도,
도 4는 본 발명의 일 실시예의 부분방전진단장치의 진단플로우의 다른예를 나타내는 도,
도 5는 본 발명의 일 실시예의 재진단을 행하는 뉴럴네트워크의 진단플로우를 나타내는 도,
도 6은 본 발명의 일 실시예의 부분방전신호의 주파수 스펙트럼을 나타내는 도,
도 7은 도 6에 나타내는 주파수 스펙트럼을 분할하고, 분할한 각 영역에 최대치 및 평균치를 표시한 막대그래프를 겹쳐 표시한 도,
도 8은 본 발명의 일 실시예의 위상에 동기한 주기성분의 신호강도의 패턴을 나타내는 도,
도 9는 도 8에 나타내는 신호강도의 패턴을 분할하고, 분할한 각 영역에 최대치 및 평균치를 표시한 막대그래프를 겹쳐 표시한 도,
도 10은 본 발명의 일 실시예의 위상에 동기한 주기성분의 신호강도의 패턴을 그 최대치로 규격화한 패턴을 나타내는 도,
도 11은 본 발명의 일 실시예의 주파수 스펙트럼으로부터 추출한 특징량을 나타내는 도,
도 12는 본 발명의 일 실시예의 위상에 동기한 주기성분의 신호강도패턴으로부터 추출한 특징량을 나타내는 도,
도 13은 본 발명의 일 실시예의 진단플로우의 또 다른예를 나타내는 도이다.
본 발명은 가스절연기기의 부분방전진단장치 및 진단방법에 관한 것으로, 특히 부분방전신호를 검출하여, 해당신호를 다단계로 조건분기하여 진단하는 가스절연기기의 부분방전진단장치 및 진단방법에 관한 것이다.
변전소에 설치하는 가스절연개폐장치 등의 가스절연기기는 기기내부에 절연이상이 발생하였을 때，부분방전을 발생한다. 그리고 부분방전에 따라 전자파가 발생한다. 가스절연기기의 절연파괴사고를 미연에 방지하기 위해서는, 절연파괴사고의 전구현상이라고도 할 수 있는 상기 부분방전을 정확하게 검출하여, 절연이상이 존재하는 지의 여부를 진단하는 것이 필요하다.
상기 절연이상의 원인에는, 금속이물의 혼입, 스페이서내의 보이드 또는 스페이서에 발생한 균열 등의 절연물의 결함, 시일드(shield)부재 등의 도전물의 접촉불량 등을 들 수 있다.
이들 이상원인에 의거하는 상기 부분방전이 진행되면, 절연물의 열화가 진행되어 벼락 등의 과전압이 침입하였을 때, 절연파괴에 이를 가능성이 있다. 따라서 상기 부분방전의 발생부위 및 발생레벨을 정확하게 파악하여, 발생부위 및 발생레벨에 따라서는 조속하게 부분방전의 발생부위를 점검하여 보수할 필요가 있다.
상기 부분방전의 검출은, 부분방전에 따라 발생하는 전자파, 고주파전류, 진동, 소리 또는 발생가스성분을 검출하여 행할 수 있다.
상기 가스절연기기내의 SF6가스중에서 발생하는 부분방전은 펄스폭이 수 ns 내지 수십 ns라는 매우 급준한 펄스방전으로서, 그 부분방전에 따라 발생하는 전자파는 수 GHz까지의 넓은 주파수 대역을 가진다.
상기 가스절연기기는 금속용기로 밀폐한 구조로서, 구조적으로는 도파관과 같이 전자파를 효율좋게 전파한다. 또한 가스절연기기의 내부는 금속용기로 덮여져 있기 때문에, 외부로부터의 전자파노이즈는 비교적 침입하기 어렵다. 따라서 상기 금속용기내에 안테나를 설치함으로써, 상기 부분방전에 따라 발생하는 전자파를 감도 좋게 검출할 수 있다. 이 때문에 내부안테나를 사용하여 수 MHz 내지 수 GHz의 넓은 주파수대역의 전자파를 수신하여 스펙트럼애널라이저 등에 의하여 주파수해석하여 부분방전의 발생부위를 특정하는 방법이 제안되어 있다.
한편, 상기 넓은 주파수대역의 전자파를 모두 수신하는 것은 아니고, 외부 노이즈의 영향을 받지 않는 특정한 주파수 또는 좁은 주파수범위의 전자파를 수신하여 절연진단을 행하는 방법도 제안되어 있다.
또한 일본국 특공평7-50147호 공보에 나타나는 바와 같이, 검출한 전자파를 주파수해석하고, 각 주파수에 대한 레벨에 따라 이상을 판정하는 방법, 또는 파형의 패턴형상으로부터 산출한 특징량에 따라 이상을 판정하는 방법이 제안되어 있다. 또 판정수단을 뉴럴네트워크 또는 퍼지시스템을 사용한 패턴인식에 의하여 구성한 예도 알려져 있다.
예를 들어 뉴럴네트워크를 사용한 시스템에서는, 뉴럴네트워크를 입력층, 중간층 그리고 출력층으로 구성하고, 입력층에 복수의 주파수데이터를 입력하면, 진단결과를 출력층으로부터 얻을 수 있게 되어 있었다.
상기 종래의 부분방전에 따라 발생하는 전자파를 검출하여 상기 가스절연기기의 절연이상을 진단하는 진단방법에서는, 상기 부분방전의 발생의 유무나 발생의 원인을 정확하게 파악하는 것은 곤란하였다.
즉, 종래의 부분방전 방전신호의 검출방법에서는, 판단기준으로서 측정하고 있는 주파수대역내에 일정레벨이상의 신호가 발생한 경우에 부분방전이 발생하였다고 판단하는 방법이 취해지고 있다. 이 경우에는 부분방전신호와 외부 노이즈신호를 명확하게 식별하는 것이 곤란하다. 외부 노이즈신호가 방송파 등으로 정상적으로 발생하고 있는 경우에는, 사전에 외부 노이즈를 측정하여 두고, 노이즈가 있는 주파수대역을 피하여 측정하는 방법, 또는 노이즈를 신호처리로 제거하는 등의 방법을 채용할 수 있다. 그러나 외부 노이즈신호가 휴대전화의 통신신호, 기기노이 즈 또는 공기중 코로나노이즈 등의 비정상적인 노이즈인 경우에는, 내부의 부분방전에 따라 발생한 부분방전신호와 외부 노이즈를 식별하는 것은 곤란하다.
또한 상기 부분방전신호를 가스절연기기내에 배치한 안테나로 검출하면, 안테나로 검출한 신호의 주파수 특성은 안테나를 포함하는 센서의 주파수 특성 및 가스절연기기를 구성하는 탱크형상 및 구조 등에 의하여 결정되는 전자파전파로의 주파수 특성의 영향을 받는다. 이 때문에 안테나로 검출한 신호가 내부의 부분방전에 따라 발생한 부분방전신호인지, 외부 노이즈인지를 정밀도 좋게 진단을 하는 것은 곤란하며, 전문가에 의한 진단을 필요로 하고 있었다.
한편, 상기 진단법으로서 뉴럴네트워크 또는 퍼지시스템을 사용하여 진단알고리즘으로서 일반적인 패턴인식법을 사용하는 경우에는, 상기 검출신호로부터 얻어지는 데이터량이 방대해져, 학습시간이 너무 길어지거나, 수속되지 않는 등 문제가 발생한다. 또 상기 학습이 수속되었다 하여도, 상기 부분방전에는 불균일이 존재하기 때문에, 부분방전의 발생원인, 발생부위의 상세까지 진단하는 것은 곤란하였다.
또 상기 종래의 백프로퍼게이션(Back Propagation)법의 뉴럴네트워크구조에 의하면, 해석데이터를 입력하면 일거에 진단하여 진단결과를 출력한다. 그러나 입력층이나 출력층의 노이즈가 많아져 내부구조도 복잡하게 되기 때문에, 기지(旣知) 데이터의 학습시에 수속하기 어려워지는 로컬미니멈에 빠지기 쉬운, 학습시간이 방대해지는 등의 문제가 생긴다. 또 실용가능한 진단정밀도를 얻는 것도 곤란하였다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 가스절연기기의 절연파괴사고의 전구현상인 부분방전신호를 검출하여, 그 신호를 다단계로 조건분기하여 진단함으로써 높은 정밀도의 진단을 행할 수 있는 부분방전진단장치 및 진단방법을 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 다음과 같은 수단을 채용하였다.
가스절연기기가 발생하는 부분방전신호를 검출하는 부분방전신호검출기와,
그 부분방전신호검출기의 검출신호를 수신하여 부분방전신호를 해석하는 신호해석장치와,
상기 해석장치의 해석결과를 수신하여 상기 부분방전의 발생원인을 진단함과 동시에, 다단계로 조건분기되는 진단수단을 가지는 진단장치와,
그 진단결과를 표시하는 표시장치를 구비하고,
상기 진단장치의 진단수단은, 제 1 진단수단의 진단결과에 따라 복수의 제 2 진단수단중의 하나의 진단수단으로 조건분기되고, 그 제 2 진단수단의 진단결과를 얻는 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서,
상기 진단장치는 상기 부분방전신호의 주파수스펙트럼을 진단하는 진단수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서,
상기 주파수스펙트럼은 소정 주파수폭마다 분할한 이산치인 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서,
상기 진단장치는 상기 부분방전신호의 주파수스펙트럼의 특징량을 진단하는 진단수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서,
상기 진단장치는 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분신호를 진단하는 진단수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서,
상기 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분신호는, 계통주파수의 1주기를 소정각도마다 분할한 이산치인 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서,
상기 진단장치는 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분신호의 최대값, 평균치, 위상각의 특징량 중 어느 하나 이상을 진단하는 진단수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서,
상기 제 1 진단수단 및 제 2 진단수단이 해석하는 신호는 다른 종류의 해석신호인 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서,
상기 진단장치가 진단하는 상기 신호는 그 최대치로 규격화한 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서,
상기 진단장치는 뉴럴네트워크를 사용한 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서,
상기 뉴럴네트워크는 그 뉴럴네트워크의 1의 판정출력이 0.5 이상이 아닌 경우, 다시 신호를 받아들여 재진단하는 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단장치에 있어서,
상기 진단장치는 퍼지시스템을 사용한 것을 특징으로 한다.
또 가스절연기기가 발생하는 부분방전신호를 검출하는 부분방전신호검출기와,
그 부분방전신호검출기의 검출신호를 수신하여 부분방전신호를 신호해석하는 신호해석장치와,
상기 신호해석의 결과를 수신하여 상기 부분방전의 발생원인을 진단하는 진단장치와,
그 진단결과를 표시하는 표시장치로 이루어지고,
상기 진단장치는 다단계로 조건분기되는 진단수단을 구비하고, 제 1 진단수단의 진단결과에 따라 복수의 제 2 진단수단중 1의 진단수단으로 조건분기되고, 그 제 2 진단수단의 진단결과를 순차 얻도록 한 가스절연기기의 부분방전진단방법에 있어서, 상기 진단수단은 최초로 상기 검출신호를 상기 가스절연기기가 발생하는 부분방전신호와 외부 노이즈신호로 분기되는 진단을 행하는 것을 특징으로 한다.
또 상기 가스절연기기의 부분방전진단방법에 있어서,
상기 진단수단은 상기 검출신호를 상기 가스절연기기가 발생하는 부분방전신호와 진단한 후의 진단에 있어서 가스절연기기의 가스중에서 발생하는 부분방전신호와 가스절연기기중의 절연물중에서 발생하는 부분방전신호로 분기되는 진단을 행하는 것을 특징으로 한다.
이하에 본 발명의 실시형태를 도 1 및 도 2를 사용하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 관한 가스절연기기의 부분방전진단장치를 나타내는 도, 도 2는 도 1에 나타내는 부분방전진단장치의 조건분기에 의한 진단플로우를 나타내는 도면이다.
도 1에 있어서, 1은 가스절연기기의 접지금속용기, 2는 고압도체, 3은 고압도체(2)를 유지하는 절연스페이서, 4a, 4b, 4c는 부분방전에 따르는 전자파 등을 검출하는 부분방전신호검출기이며, 검출용 안테나 또는 가스절연기기내의 내부전극을 검출안테나로서 이용할 수 있다. 5는 부분방전신호검출기(4a, 4b, 4c)중 어느하나를 선택하는 광대역 변환스위치, 6은 증폭기, 7은 스펙트럼애널라이저 등에 의한 주파수 해석장치, 또는 디지털저장스코프에 의하여 얻은 신호를 해석하는 FFT(고속 푸리에변환)해석장치 등의 신호해석장치, 8은 PC 등으로 구성한 진단장치이며, 진단장치(8)는 부분방전의 발생원인의 진단 및 노이즈의 종별진단을 행한다. 9는 진단결과를 표시하는 표시장치이다.
부분방전신호검출기로 검출한 검출신호는, 광대역변환스위치(5) 및 증폭기 (6)를 통하여 신호해석장치(7)에 입력하고, 신호해석장치(7)에 의하여 주파수 해석등의 신호해석이 행하여진다. 진단장치(8)는 상기 신호해석된 데이터를 입력하여 부분방전의 발생원인의 진단 및 노이즈의 종별진단을 행하고, 진단결과를 표시장치(9)에 의하여 표시한다.
이와 같은 구성을 채용함으로써 진단시간의 대폭적인 단축을 도모할 수 있음 과 동시에, 자동감시에 의한 가스절연기기의 이상진단이 가능하게 된다.
다음에 상기 진단장치(8)에 의한 진단을 진단플로우를 나타내는 도 2를 참조하여 설명한다.
가스절연기기내의 부분방전검출기(4)로부터 받아들인 신호는, 스펙트럼애널라이저 등의 해석장치에 의하여 신호해석하고, 해석한 부분방전신호를 진단(1 내지 3)에 의하여 조건분기하여 진단한다.
먼저, 진단(1)에서는 부분방전신호가 발생하지 않은 상태에서 발생하고 있는 백그라운드노이즈(BGN)의 해석데이터를 사전에 준비하여 두고, 이 BGN의 해석데이터와 상기 부분방전신호의 해석데이터를 비교하여, 부분방전이 발생하고 있는 지의 여부를 진단한다. 예를 들어 부분방전의 해석데이터가 BGN의 해석데이터를 넘어서고 있는 경우에는, 부분방전이 발생하고 있다고 진단할 수 있다. 진단(1)에 의하여 부분방전이 발생하고 있다고 판단한 경우는 진단(2)로 진행한다. 부분방전이 발생하지 않아 정상이라고 진단한 경우에는 정상이라는 취지의 표시를 행한다.
진단(2)에서는 부분방전신호가 가스절연기기의 내부에 기인하는 신호인지, 외부에 기인하는 신호인지를 진단한다. 진단(2)에 의하여 가로축을 전압 위상으로 측정한 경우(예를 들면 도 8, 도 12의 도면)에, 1개 또는 2개의 피크가 존재하는 경우에는 내부이상으로 판단하여 진단(3)으로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 '노이즈'라는 취지의 표시를 행한다.
진단(3)에서는 검출한 부분방전신호가 가스절연기기 내부의 부분방전신호인지, 시일드 등의 접촉불량에 기인하는 신호인지를 진단한다. 진단(3)에 있어서 가로축을 전압 위상으로 측정한 경우에, 완전히 동일한 크기의 펄스신호가 측정되는 경우에는 접촉 불량이라 판단하여 접촉 불량이라는 취지의 표시를 행하고, 크기가 다른 신호가 측정되는 경우에는 가스절연기기 내부의 부분방전이라고 판단하여 내부방전이라는 취지의 표시를 행한다.
이와 같이, 검출한 부분방전신호를 조건분기하여 다단계로 진단함으로써 정밀도가 좋은 진단을 행할 수 있다.
도 3은 상기 진단장치에 사용할 수 있는 뉴럴네트워크를 나타내는 도면이다.
도면에 있어서, 11은 뉴럴네트워크의 입력층, 12는 뉴럴네트워크의 중간층, 13은 뉴럴네트워크의 출력층이며, 뉴럴네트워크는 3층구조를 이루고 있다.
상기 입력층(11)에는 입력데이터(x1∼xm)를 입력한다. 입력데이터(x1∼xm)는 후기하는 바와 같은 주파수스펙트럼의 각 주파수대역 마다의 신호강도, 또는 계통주파수의 1주기를 소정각도마다 분할한 각 대역마다의 신호강도를 이용할 수 있다.
진단결과는 출력층(13)으로부터 얻을 수 있고, 출력층(13)에서의 출력 (y1∼y2)에 의하여 진단을 행할 수 있다.
도 3에 나타내는 뉴럴네트워크는 출력층(13)의 유닛수를 적게 하고, 진단결과의 분기수를 적게 하여 진단을 고속으로 진행시켜 가는 방법이다. 즉, 분기조건을 2분기정도로 함으로써, 개개의 진단에 사용하는 뉴럴네트워크구조를 간소화하여 정밀도가 좋은 판정결과를 조속하게 얻을 수 있다. 또 학습시간이 대폭 감소하여, 학습에 있어서의 수속이 하기 쉬워진다.
또 출력층의 유닛수를 감소하는 것은, 동시에 중간층(12)의 유닛수를 감소하는 것이 되기 때문에, 전체의 유닛수를 적게 한 뉴럴네트워크구조를 얻을 수 있다.
도 4는 도 1에 나타내는 부분방전진단장치의 조건분기에 의한 진단플로우의다른 예를 나타내는 도면이다.
가스절연기기내의 부분방전검출기(4)로부터 받아들인 신호는, 스펙트럼애널라이저 등의 해석장치에 의하여 신호해석하고, 부분방전신호를 진단(1∼14)에 의하여 조건분기진단한다.
먼저, 진단(1)에서는 백그라운드노이즈(BGN)의 해석데이터를 사전에 준비하여 두고, 이 BGN의 해석데이터와 상기 부분방전신호의 해석데이터를 비교하여, 부분방전이 발생하고 있는 지의 여부를 진단한다. 예를 들어 부분방전의 해석데이터가 BGN의 해석데이터를 넘어서고 있는 경우에는 부분방전이 발생하고 있다고 진단할 수 있다. 진단(1)에 의하여 부분방전이 발생하고 있다고 판단한 경우는 진단 (2)로 진행한다. 부분방전이 발생하지 않아 정상이라고 진단한 경우, 또는 부분방전이 아닌 노이즈라고 판단하였을 때는 정상이라는 취지의 표시를 행한다.
진단(2)에서는 검출한 부분방전신호가 가스절연기기 내부의 부분방전신호인지, 시일드 등의 접촉불량에 의거하는 노이즈 또는 가스절연기기 탱크밖의 공기중 코로나에 기인하는 신호인지를 진단한다. 진단(2)에 있어서 주파수 500㎒ 이하에서도 큰 신호가 발생하고 있는 경우에는 접촉불량 또는 공기중 코로나에 기인하는 신호로 판단하여 진단(3)으로 진행하고, 주파수 500㎒ 이상에서 큰 신호가 발생하고 있지 않은 경우에는 가스절연기기 내부의 부분방전으로 판단하여 진단(4)로 진행한다.
진단(3)에서는, 검출한 부분방전신호가 시일드 등의 접촉불량에 의거하는 신호인지, 또는 가스절연기기 탱크밖의 공기중 코로나에 기인하는 신호인지를 진단한다. 가로축을 전압 위상으로 측정한 경우에, 전압 위상이 90도 또는 270도 부근을 중심으로 신호가 발생하는 경우에는 공기중 코로나에 기인하는 신호로 진단하고, 그렇지 않은 경우에는 접촉불량에 기인하는 신호로 진단한다.
진단(4)에서는 검출한 부분방전신호가 절연가스계의 이상에 기인하는 신호인지, 절연물계의 이상에 기인하는 신호인지를 진단한다. 가로축을 전압 위상으로 측정한 경우에, 전압 위상이 90도 또는 270도 부근을 중심으로 신호가 발생하는 경우에는 절연가스계가 이상이라고 진단하여 진단(9)로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 절연물계가 이상이라고 진단하여 진단(5)로 진행한다.
진단(5)에서는 검출한 부분방전신호가 스페이서 이상에 기인하는 신호인지, 내장한 콘덴서 이상에 기인하는 신호인지를 진단한다. 가로축이 전압 위상인 경우에, 동일 크기의 신호들이 가지런히 나타나는 경우에는 콘덴서 이상으로 진단하고, 그렇지 않은 경우에는 '스페이서 이상'으로 진단하여 진단(6)으로 진행한다.
진단(6)에서는 검출한 부분방전신호가 스페이서 측면이물에 기인하는 신호인 지의 여부를 진단한다. 전압 위상이 0도 내지 90도와 180도 내지 270도에서 신호가 발생하고, 3각형상이며 그 크기가 크고 작은 것이 섞여 있는 경우에는 '스페이서 연면이상'으로 진단하고, 그렇지 않은 경우에는 '보이드, 균열, 박리'로 진단하여 진단(7)로 진행한다.
진단(7)에서는 검출한 부분방전신호가 절연물에 발생한 균열 또는 절연물의 박리에 기인하는 신호인지, 절연물에 발생한 보이드에 기인하는 신호인지를 진단한다. 신호의 발생간격이 큰 (가로축이 전압 위상인 경우에 간격이 벌어진) 경우에는 보이드에 기인하는 신호로 진단하고, 신호의 발생간격이 치밀한 경우에는 균열 또는 박리에 기인하는 신호로 진단한다.
진단(8)에서는 검출한 부분방전신호가 절연물에 발생한 균열에 기인하는 신호인지, 절연물의 박리에 기인하는 신호인지를 진단한다. 신호의 크기가 큰 경우에는 박리에 기인하는 신호로 진단하고, 신호의 크기가 작은 경우에는 균열에 기인하는 신호로 진단한다.
진단(9)에서는 검출한 부분방전신호가 절연가스중에 존재하는 고정이물에 기인하는 신호인지, 절연가스중에 부유하는 금속제의 프리이물에 기인하는 신호인지를 진단한다. 도 12에 도시된 바와 같이 전압 위상이 90도 또는 270도 부근을 중심으로 완전하게 1개 또는 2개의 피크가 존재하는 경우에는 고정 이물에 기인하는 신호로 진단하여 진단(10)으로 진행하고, 도 8에 도시된 바와 같이 전 위상에 신호가 발생하는 경우에는 프리 이물에 기인하는 신호로 진단한다.
진단(10)에서는 검출한 부분방전신호가 절연가스중에 존재하는 돌기에 기인하는 신호인지, 금속물로부터 떠 있는 플로트이물에 기인하는 신호인지를 진단한다. 전압 위상이 90도 또는 270도 부근을 중심으로, 그 중심에 있는 신호가 가장 큰 신호인 경우에는 돌기에 기인하는 신호로 진단하여 진단(11)로 진행하고, 모든 신호의 크기가 가지런히 나타나는 경우에는 플로트 이물에 기인하는 신호로 진단한다.
진단(11)에서는 검출한 부분방전신호가 도체상 이물에 기인하는 신호인지를 진단한다. 전압 위상이 0도 내지 180도인 양(+)극성에서 발생하고 있는 신호들의 위상 간격이 넓은 경우에는 탱크상 이물에 기인하는 신호로 진단하고, 전압 위상이 180도 내지 360도인 음(-)극성에서 발생하고 있는 신호들의 위상 간격이 넓은 경우에는 도체상 이물에 기인하는 신호로 진단한다.
진단(12)에서는 검출한 부분방전신호가 노이즈에 기인하는 신호인지의 여부를 진단한다.
주파수 500㎒ 내지 1500㎒에서 신호가 발생하고 있지 않은 경우에는 정상으로 진단하고, 그렇지 않은 경우에는 노이즈로 진단하여 진단(13)으로 진행한다.
진단(13)에서는 검출한 부분방전신호가 방송파인지, 비정상 노이즈인지를 진단한다. 정상적으로 신호가 발생하고 있는 경우에는 방송파로 진단하고, 신호가 비정상적인 경우에는 비정상 노이즈로 진단하여 진단(14)로 진행한다.
진단(14)에서는 검출한 부분방전신호가 휴대전화의 신호인지, 그 밖의 노이즈인지를 진단한다. 휴대전화의 주파수 대역에서 신호가 발생하고, 전압 위상에서 보면 그 신호의 형상이 직사각형파인 경우에는 휴대전화의 신호로 진단하고, 이러한 신호 이외에는 그 밖의 노이즈로 진단한다.
본 실시형태에서는 진단(1∼14)에 의한 조건분기에 의하여 이상원인의 진단을 행하고 있다. 또한 각 진단의 분기수는 2분기이기 때문에 개개의 진단을 간소화할 수 있어, 정밀도가 좋은 진단을 행할 수 있다.
또 상기 조건분기는 특징적인 패턴이 나타나는 경우를 가능한 한 빠른 단계에서 분기함으로써, 진단정밀도를 향상하고 있다. 즉, 부분방전신호와 크게 다른 노이즈신호를 진단(1)에서 진단하고, 또 부분방전에 기인하는 신호인지, 접촉불량이나 공기중 코로나에 기인하는 신호인지의 진단을 진단(2)에서 진단하고, 스페이서 이상에 기인하는 신호인지, 내장한 콘덴서 이상에 기인하는 신호인지의 진단을 진단(5)에서 진단하고 있다. 이와 같이 진단의 초기단계에서 큰 분기를 행함으로 써, 최종적인 부분방전원인의 진단정밀도가 향상한다.
다음에 재진단에 의하여 뉴럴네트워크의 진단정밀도를 향상하는 방법에 관하여 설명한다.
도 5는 재진단을 행하는 뉴럴네트워크의 진단플로우를 나타내는 도면이다.
또한 도면에 있어서 진단(1 내지 3)에 의한 진단형태 및 진단결과에 의한 2분기는 도 2에 나타내는 플로우차트와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
도면에 있어서, 진단(1)에서는 백그라운드노이즈(BGN)를 부분방전신호로서 사전에 준비하여 두고, 이 BGN 신호와 실제로 진단을 받은 부분방전신호를 비교하여, 부분방전이 발생하고 있는지의 여부를 진단한다. 예를 들어 부분방전신호가 BGN 신호를 넘어서고 있는 경우에는 부분방전이 발생하고 있다고 진단할 수 있다.
뉴럴네트워크가 행하는 상기 진단(1)에 있어서, 뉴럴네트워크는 그 출력유닛의 하나가 어느 값 이상의 출력을 발생한 경우에만, 그 출력이 참이라고 판단할 필요가 있다. 즉, 진단(1)의 출력유닛이 나타내는 출력치(yn)가, yn > 0.5인 것이 참이라고 판단한다. 도 5의 진단(1)에서는 y1 > 0.5 일 때 정상이라고 판단하고, y2 > 0.5 일때는 부분방전신호검출로 진단하여, 진단(2)으로 진행한다. y1 < 0.5이고, 또 y2 < 0.5인 경우에는 확정하는 진단을 행할 수 없는 것으로 판단하여, 다시 신호를 받아들여 재진단한다.
이하, 마찬가지로 진단(2) 내지 진단(3)에 있어서도 y1 < 0.5 이고, 또 y2 < 0.5인 경우에는 확정할 수 있는 진단을 행할 수 없는 것으로 판단하여, 다시 신호를 받아들여 재진단한다.
종래와 같이, 출력유닛이 나타내는 출력치중 최대치를 취하는 것이 참이라는 판단기준만으로 판단하면, 출력유닛의 출력치가 영에 가까운 경우, 즉 학습한 데이터와 입력데이터가 크게 괴리된 경우에도 어떠한 판단을 하여 버린다. 그러나 상기한 바와 같이 y1 < 0.5 이고, 또 y2 < 0.5인 경우에는 확정할 수 있는 진단을 행할 수 없다고 판단하여, 다시 신호를 받아들여 재진단함으로써, 잘못된 판단을 방지할 수 있다.
다음에 상기 진단에 사용하는 해석데이터에 관하여 설명한다. 진단에 사용하는 해석데이터는 상기 신호해석장치(7)로부터 얻을 수 있다.
도 6는 가스절연기기내에서 발생한 부분방전신호를 스펙트럼애널라이저로 측정하여 얻은 주파수스펙트럼이다. 횡축의 주파수의 데이터는 수백포인트로서, 방대한 양이기 때문에, 이들 데이터를 그대로 뉴럴네트워크에 입력하여 진단을 행하면 학습에 장시간을 요하고, 또 수속하지 않은 경우도 발생한다.
도 7은 도 6의 주파수스펙트럼의 주파수대역 0∼1500 MHz를 75 MHz 마다 20의 영역으로 분할하고, 분할한 각 영역중에 각각의 최대치 및 평균치의 막대그래프에 겹쳐 표시한 도면이다. 이와 같이 영역을 분할하여 분할한 각 영역마다 그 최대치 및 평균치를 얻고, 이 데이터를 해석데이터로 함으로써, 주파수스펙트럼의 패턴을 바꾸는 일 없이 해석데이터량을 삭감할 수 있다. 또 상기 데이터량을 삭감함으로써 부분방전현상의 불균일에 의한 신호의 상위를 적게 하여 정밀도가 높은 진단을 행할 수 있다.
도 8은 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분의 신호강도의 패턴을 나타내는 도면이다. 가스절연기기내에서 발생하는 부분방전현상은 교류인가전압의 진폭에 의존한다. 이 때문에 여러가지의 부분방전은 그 발생원인마다 고유의 위상특성을 가진다. 따라서 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분의 신호강도를 각 위상마다 해석함으로써 부분방전신호와 노이즈신호를 분리하는 것이 가능하고, 또한 부분방전신호의 발생원인을 진단할 수 있다.
도 9는 도 8의 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분의 신호강도를 나타내는 도면에 있어서, 교류인가전압의 1주기(0∼360도)를 18도마다 20의 영역으로 분할하고, 분할한 각 영역중에 각각의 최대치 및 평균치의 막대그래프에 겹쳐 표시한 도면이다. 이와 같이 영역을 분할하고, 분할한 각 영역마다 그 최대치 및 평균치를 얻어 이 데이터를 해석데이터로 함으로써, 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분의 신호강도를 패턴을 바꾸는 일 없이 해석데이터량을 삭감할 수 있다. 또 상기 데이터량을 삭감함으로써, 부분방전현상의 불균일에 의한 신호의 상위를 적게 하여 정밀도가 높은 진단을 행할 수 있다.
도 10은 상기 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분의 신호강도의 패턴을 그 최대치로 규격화한 패턴을 나타내는 도면이다. 또한 상기 규격화는 주기성분의 신호강도의 패턴 외에, 상기 주파수패턴, 후기하는 특징량의 패턴 등의 임의의 패턴에 적용할 수 있다.
상기 부분방전신호는 부분방전의 크기, 또는 부분방전의 발생개소와 측정지점과의 거리의 상위 등에 의하여 같은 발생원인의 부분방전이라 하여도 다른신호로 진단할 가능성이 있다.
그러나 도 10에 나타내는 바와 같이, 신호강도의 패턴을 그 최대치로 규격화함으로써, 감쇠 등에 의한 신호의 상위를 없애고 있다. 따라서 동일한 발생원인의 신호강도 패턴을 다른발생원인 패턴으로 오인하는 일이 없다.
도 11은 부분방전신호를 스펙트럼애널라이저로 측정하여 얻은 주파수스펙트럼으로부터 추출한 특징량을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, Y max는 신호강도의 최대치, Y ave는 신호강도의 평균치, f max는 신호강도의 최대치가 얻어지는 주파수, fs 및 fe는 고역측에 발생하는 스펙트럼의 저역측 주파수 및 고역측 주파수이며, 이들 특징량을 상기 해석장치의 해석데이터로서 사용할 수 있다.
도 12는 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분의 신호강도의 패턴으로부터 추출한 특징량을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, U max+는 양의 반파기간중에 있어서의 신호강도의 최대치, U max-는 음의 반파기간중에 있어서의 신호강도의 최대치, Uave+는 양의 반파기간중에 있어서의 신호강도의 평균치, Uave-는 음의 반파기간중에 있어서의 신호강도의 평균치, θs+ 및 θs-는 양의 반파신호파형 및 음의 반파신호의 상승부분의 위상각, θe+ 및 θe-는 양의 반파신호파형 및 음의 반파신호의 하강부분의 위상각, θmax+ 및 θmax-는 양의 반파신호파형 및 음의 반파신호의 신호강도의 최대치가 얻어지는 위상각이며, 이들 특징량을 상기 해석장치의 해석데이터로서 사용할 수 있다.
또한 도 11 및 도 12는 가스절연기기의 고압도체상에 돌기 등의 고정이물이 존재하는 경우에 발생하는 부분방전의 0∼1500 MHz 에 있어서의 신호강도의 패턴의 개략을 각각 나타낸 도면이다. 특히 도 12에 있어서, 부분방전에 따르는 신호는 양의 반파와 음의 반파의 피크부근에 신호가 집중하여 발생하고 있고, 가스계의 이상에 기인하여 발생하는 부분방전신호의 전형적인 특징을 보이고 있다.
이와 같이, 도 11 및 도 12에 나타내는 특징량은 가스절연기기의 고압도체상에 있는 돌기 등의 고정이물의 검출에 관해서는, 상기 주파수스펙트럼 또는 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분의 신호강도의 패턴을 사용하는 것보다도 현저하며, 이 특징량을 이용함으로써 진단정밀도가 향상한다.
이상의 설명에서는 상기 특징량은 방전검출신호의 크기와, 그 신호가 발생하고 있는 주파수 및 위상 등을 나타내는 파라미터로부터 추출하였으나, 신호강도의 패턴의 왜곡이나 첨예도 등의 패턴형상을 나타내는 특징량 또는 양 및 음의 반파사이에 있어서의 상관계수 등의 다른 특징량을 해석데이터로서 사용할 수 있다.
또 이와 같은 부분방전신호의 특징량은, 부분방전의 발생원인 별로 특유한 특징량과, 인가전압, 가스압력 등, 주위상황 등의 측정조건에 의하여 변화되는 특징량이 있다. 예를 들어 상기 고전압도체상의 돌기에 의거하는 방전현상은 인가 전압의 상승에 따라 방전의 발생수, 크기 및 시작위상은 각각 변화된다. 한편, 방전의 최대치를 주는 전압위상 및 방전이 발생하고 있는 평균위상은 인가전압의 크기가 변화되더라도 거의 변화하지 않는다. 따라서 측정조건이 변화되더라도 변화하지 않은 특징량을 해석데이터로서 사용하여 진단함으로써 진단정밀도를 향상할 수 있다.
그리고 이와 같이 하여 추출한 특징량은 퍼지시스템의 입력, 또는 뉴럴네트워크의 입력으로서 사용하여 진단장치를 구성할 수 있다.
도 13은 상기 진단장치에 의한 다른 진단플로우를 나타내는 도면이다.
먼저, 진단(1)에서는 주파수스펙트럼(주파수패턴)을 해석하여 얻은 주파수 해석데이터를 이용하여 진단을 행한다. 즉, 백그라운드노이즈(BGN)의 해석데이터를 사전에 준비하여 두고, 이 BGN의 해석데이터와 상기 부분방전신호의 해석데이터를 비교하여 부분방전이 발생하고 있는 지의 여부를 진단한다. 예를 들어 부분방전의 해석데이터가 BGN의 해석데이터를 넘어서고 있는 경우에는 부분방전이 발생하고 있다고 진단할 수 있다. 진단(1)에 의하여 부분방전이 발생하고 있다고 판단한 경우는 진단(2)으로 진행한다. 부분방전이 발생하지 않아 정상 또는 노이즈 신호라고 진단한 경우에는 정상 또는 노이즈라는 취지의 표시를 행한다.
진단(2)에서는 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분의 신호강도의 패턴(위상패턴)을 해석하여 얻은 해석데이터를 이용하여 진단을 행한다. 즉, 부분방전신호가 가스절연기기의 내부에 기인하는 신호인지, 외부에 기인하는 신호인지를 진단한다. 진단(2)에 의하여 주파수 500㎒ 이하에서도 큰 신호가 발생하고 있는 경우에는 외부에 기인하는 신호로 판단하여 외부 노이즈 또는 접촉불량이라는 취지의 표시를 행하고, 주파수 500㎒이상에서 큰 신호가 발생하고 있지 않은 경우에는 내부방전으로 진단하여 진단(3)으로 진행한다. 또한 위상패턴의 해석에 있어서는 300 MHz 이하의 주파수는 공기중 코로나 및 방송파의 영향을 받기 쉽기 때문에, 300 MHz 이상에 있어서, 최대의 출력이 얻어지는 주파수를 선택하는 것이 좋다. 또 단지 하나의 주파수의 위상패턴 뿐만 아니라, 제 2 및 제 3의 피크가 얻어지는 복수의 주파수의 위상패턴을 사용하면 진단의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
진단(3)에서는 상기 주파수패턴 또는 위상패턴중 어느 하나 이상의 패턴으로부터 추출한 특징량을 이용하여 진단을 행한다. 즉, 검출한 부분방전신호가 가스절연기기 내부의 가스계에 의한 부분방전신호인지, 절연물계의 부분방전신호인지를 판단한다. 진단(3)에 있어서 도 12에 도시된 바와 같이 전압 위상이 90도 또는 270도 부근을 중심으로 신호가 발생하고 있는 경우에는 가스절연기기 내부의 가스계라고 판단하여 가스계라는 취지의 표시를 행하고, 그렇지 않은 경우에는 절연물계로 판단하여 절연물계라는 취지의 표시를 행한다.
이상은 진단(1 ∼ 3)에 뉴럴네트워크를 사용하는 것을 전제로 설명하였으나, 각 진단에 있어서 가장 정밀도가 높은 진단방법을 이용하면 좋다. 예를 들어 진단(1) 및 진단(2)은 뉴럴네트워크를 사용하고, 진단(3)은 퍼지시스템을 사용할 수 있다. 진단마다 알고리즘이 변하기 때문에 진단장치의 구성은 복잡하게 되나, 개개의 진단에 정밀도가 높은 진단방법을 이용할 수 있기 때문에, 높은 정밀도의 진단을 행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 부분방전신호를 검출하여, 그 신호를 다단계로 조건분기하여 진단하기 때문에, 정밀도가 높은 진단을 행할 수 있다.
또한 부분방전신호를 해석하여 여러가지의 패턴으로서 진단하기 때문에 간이하고 높은 정밀도의 진단장치를 얻을 수 있다.

Claims (13)

  1. 가스절연기기가 발생하는 부분방전신호를 검출하는 부분방전신호검출기와,
    상기 부분방전신호검출기의 검출신호를 수신하여 부분방전신호를 해석하는 신호해석장치와,
    상기 해석장치의 해석결과를 수신하여 상기 부분방전의 발생원인을 진단함과 동시에, 다단계로 조건분기되는 진단수단을 구비하는 진단장치와,
    상기 진단결과를 표시하는 표시장치를 구비하고,
    상기 진단장치의 진단수단은, 제 1 진단수단의 진단결과에 따라 복수의 제 2진단수단중의 하나의 진단수단으로 조건분기되어 상기 제 2 진단수단의 진단결과를 얻는 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 진단장치는 상기 부분방전신호의 주파수스펙트럼을 진단하는 진단수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 주파수스펙트럼은 소정주파수폭마다 분할한 이산치인 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 진단장치는 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분신호를 진단하는 진단수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분신호는, 계통주파수의 1주기를 소정각도마다 분할한 이산치인 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 진단장치는 계통주파수의 위상에 동기한 주기성분신호의 최대치, 평균치, 위상각의 특징량 중 어느 하나 이상을 진단하는 진단수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 진단수단 및 제 2 진단수단이 해석하는 신호는 다른 종류의 해석신호인 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 진단장치가 진단하는 상기 신호는 그 최대치로 규격화한 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 진단장치는 뉴럴네트워크를 사용한 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 뉴럴네트워크는 상기 뉴럴네트워크의 1의 판정출력이 0.5 이상이 아닌 경우, 다시 신호를 받아들여 재진단하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 진단장치는 퍼지시스템을 사용한 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단장치.
  12. 가스절연기기가 발생하는 부분방전신호를 검출하는 부분방전신호검출기와,
    상기 부분방전신호검출기의 검출신호를 수신하여 부분방전신호를 신호해석하는 신호해석장치와,
    상기 신호해석의 결과를 수신하여 상기 부분방전의 발생원인을 진단하는 진단장치와,
    상기 진단결과를 표시하는 표시장치로 이루어지고,
    상기 진단장치는 다단계로 조건분기되는 진단수단을 구비하고, 제 1 진단수단의 진단결과에 따라 복수의 제 2 진단수단중 하나의 진단수단으로 조건분기되고,
    상기 제 2 진단수단의 진단결과를 순차 얻도록 한 가스절연기기의 부분방전진단방법에 있어서,
    상기 진단수단은 최초로 상기 검출신호를 상기 가스절연기기가 발생하는 부분방전신호와 외부 노이즈신호로 분기되는 진단을 행하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 진단수단은 상기 검출신호를 상기 가스절연기기가 발생하는 부분방전신호라고 진단한 후의 진단에 있어서 가스절연기기의 가스중에서 발생하는 부분방전신호와 가스절연기기중의 절연물중에서 발생하는 부분방전신호로 분기하는 진단을 행하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전진단방법.
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