KR100903943B1 - 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 시스템 및그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 시스템 및 그 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 고전압 회전기기의 절연상태를 진단하기 위한 부분방전 측정 시스템에서 부분방전 신호에 유입되는 타상으로부터 유도된 인접상 유도 잡음을 개수 대 위상 분포 정보를 이용하여 제거함으로써, 부분방전 신호에 대한 정밀도를 높이고, 신뢰성 있는 절연 진단 결과를 도출할 수 있는 부분방전 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

이를 위해,

모든 상의 부분방전 신호를 수신하기 위한 신호수신부; 상기 수신된 부분방전 신호들을 개수 대 위상 분포로 정렬하는 신호정렬부; 상기 정렬된 신호에서 소정의 인접상 유도 잡음 위상 구간 내의 신호 샘플을 추출하기 위한 신호샘플추출부; 상기 추출된 신호 샘플의 수와 소정의 기준 샘플의 수를 비교하기 위한 신호샘플비교부; 상기 신호샘플비교부의 결과에 따라 소정 위상의 신호를 제거하는 위상신호제거부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 시스템을 제공한다.

고전압 회전기, 고정자, 부분방전 신호, 인접상 유도 잡음 제거.

Description

인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 시스템 및 그 방법 {A Partial Discharge Signal Measuring System With Removing Adjacent Induction Noise And Method Thereof}

본 발명은 고압 회전기기의 절연상태를 진단하기 위한 부분방전 측정 시스템의 잡음 제거에 관한 것이다.

일반적으로, 운전중 고압 회전기 고정자 권선의 절연상태를 진단하는 시스템에서 가장 문제가 되고 있는 것은 운전중에 발생하는 부분방전 신호 이외에 많은 외부 잡음과 인접한 상으로부터 유도되는 인접상 유도 잡음이 함께 측정된다는 것이다.

상기의 부분방전 신호는 특성상 전압곡선(사인파) 중 상승부위에 집중적으로 존재할 확률이 높으며, 외부에서 유입되는 잡음은 전체 위상에 걸쳐 비슷한 크기로 나타날 확률이 높고, 인접상 유도 잡음은 크기가 큰 타상 신호가 인접상 유도 잡음의 발생원이 되어 인접한 상의 특정 위상에 집중적으로 영향을 미칠 확률이 높다.

도 1a ~ 도 1c(도 1a: A상, 도 1b: B상, 도 1c: C상)는 대청댐 수력발전기 3상의 운전중 부분방전 측정시스템을 통하여 측정한 신호를 점으로 표기한 예이며, 상기와 같은 특성을 보여주고 있다.

즉, 다른 상에 비해 신호의 크기가 큰 B상은 부분방전 신호와 외부 잡음만 존재하지만, A상과 C상의 경우에는 각각 자신의 상보다 크기가 큰 B상, A상 B상 신호의 영향을 받아, 부분방전 신호와 외부 잡음뿐만 아니라 인접상 유도 잡음(10, 12, 14, 16, 18, 20)이 나타남을 알 수 있다.

한편, 종래 기술에 따른 잡음 제거 방법은 부분방전 신호에 혼재되어 있는 외부 잡음을 제거하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 각 상에 두 개의 센서(22, 24)를 설치하여 부분방전 신호의 시간 지연을 발생시켜 외부 잡음을 제거하는 차동(differential) 기법을 사용하였다.

상기 차동 기법에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 서로 다른 위치에 두 개의 접촉식 부분방전 센서를 설치하고, 상기 두 센서 간의 거리 L1은 부분방전 신호와 외부 잡음의 신호 지연을 고려하여 결정하며, 센서의 출력 라인의 길이 L2는 L1의 길이에 의해 발생하는 외부 잡음의 시간 지연을 보상할 수 있는 길이를 고려하여 결정한다.

상기에 제안한 차동 기법을 도 1a ~ 도 1c의 신호에 적용하여 얻은 결과인 도 3a ~ 도 3c에 도시된 바와 같이, 차동 기법은 외부 잡음 제거에는 효과적이지만, 인접상 유도 잡음이 발생한 A, C상, 특히 C상에 대해서는 인접상 유도 잡음(32, 34, 36)을 제거하지 못하여 인접상 유도 잡음이 발생할 시에 부분방전 신호 분석의 신뢰성을 저하시킴을 알 수 있다.

즉, 종래 기술에 따른 잡음 제거 방법은 부분방전 신호에 포함된 외부 잡음 제거를 목적으로 할 뿐 인접상 유도 잡음을 고려하지 않아서 인접상 유도 잡음이 나타날 경우 이를 제거하지 못하여 부분방전 신호 분석의 신뢰성이 저하된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 고전압 회전기기의 절연상태를 진단하기 위한 부분방전 측정 시스템으로서, 부분방전 신호에 유입되는 타상으로부터 유도된 인접상 유도 잡음을 개수 대 위상 분포 정보를 이용하여 제거함으로써, 부분방전 신호에 대한 정밀도를 높이고, 신뢰성 있는 절연 진단 결과를 도출할 수 있는 부분방전 측정 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 시스템은,

모든 상의 부분방전 신호를 수신하기 위한 신호수신부;

상기 수신된 부분방전 신호들을 개수 대 위상 분포로 정렬하는 신호정렬부;

상기 정렬된 신호에서 소정의 인접상 유도 잡음 위상 구간 내의 신호 샘플을 추출하기 위한 신호샘플추출부;

상기 추출된 신호 샘플의 수와 소정의 기준 샘플의 수를 비교하기 위한 신호샘플비교부;

상기 신호샘플비교부의 결과에 따라 소정 위상의 신호를 제거하는 위상신호제거부;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 신호샘플추출부의 소정의 인접상 유도 잡음 위상 구간은,

상기 부분방전 신호의 3상이 정확하게 위상 동기화 되었을 경우 90 ~ 175도, 270 ~ 355도인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신호샘플비교부의 기준 샘플의 수는

개이며, M _i 는 i상의 신호가 존재하는 인접상 유도 잡음 구간의 샘플 개수 평균, AP _i 는 i상의 인접상 유도 잡음 위상 구간, K _i 는 i상의 신호가 존재하는 인접상 유도 잡음 위상 구간의 크기, k는 신호의 위상, N _i (k)는 i상의 해당 위상의 샘플의 개수, G _i 는 i상에서 0 이상 1 이하의 값을 갖는 가중치를 각각 나타내는 것을 특징으로 한다.

또한, i 상에서 상기 가중치 G_i 는 n개 상의 부분방전 신호를 수신하였을 경우

이며, 이는 인접상 유도 잡음의 영향에 비례하여 0에 가까운 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 또 다른 태양인 인접상 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 방법은,

(a) 모든 상의 부분방전 신호를 수신하는 단계;

(b) 상기 수신된 부분방전 신호들을 개수 대 위상 분포로 정렬하는 단계;

(c) 상기 정렬된 신호에서 소정의 인접상 유도 잡음 위상 구간 내의 신호 샘 플을 추출하는 단계;

(d) 상기 추출된 신호 샘플의 수와 소정의 기준 샘플의 수를 비교하는 단계;

(e) 상기 비교의 결과에 따라 소정 위상의 신호를 제거하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 소정의 인접상 유도 잡음 위상 구간은,

상기 부분방전 신호의 3상이 정확하게 위상 동기화 되었을 경우 90 ~ 175도, 270 ~ 355도인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 i상의 기준 샘플의 수는

개이며, M _i 는 i상의 신호가 존재하는 인접상 유도 잡음 구간의 샘플 개수 평균, AP _i 는 i상의 인접상 유도 잡음 위상 구간, K _i 는 i상의 신호가 존재하는 인접상 유도 잡음 위상 구간의 크기, k는 신호의 위상, N _i (k)는 i상의 해당 위상의 샘플의 개수, G _i 는 i상에서 0 이상 1 이하의 값을 갖는 가중치를 각각 나타내는 것을 특징으로 한다.

또한, i 상에서 상기 가중치 G_i 는 n개 상의 부분방전 신호를 수신하였을 경우

이며, 이는 인접상 유도 잡음의 영향에 비례하여 0에 가까운 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명 부분방전 측정 시스템 및 그 방법에 의하면,

첫째, 고압 회전기에서 발생하는 부분방전 신호에 유입된 인접상 유도 잡음을 부분방전 신호는 최대한 유지하면서 효과적으로 제거할 수 있고,

둘째, 상기와 같은 인접상 유도 잡음의 제거를 통해 회전기기의 절연상태 진단의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있으며,

셋째, 기존의 잡음 제거 기법과 연동이 용이하여 인접상 유도 잡음이 존재하는 부분방전 신호일 경우에도 기존 기법의 성능을 유지시킬 수 있는 장점이 있으므로, 상당한 상업적·경제적 효과가 기대된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어를 사용하여 설명한다. 그러한 경우에는 해당 부분의 상세 설명에서 그 의미를 명확히 기재하므로, 본 발명의 설명에서 사용된 용어의 명칭만으로 단순 해석되어서는 안 될 것이 며 그 해당 용어의 의미까지 파악하여 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.

본 발명에 따른 고압 회전기에서 발생되는 부분방전 신호에 유입된 인접상 유도 잡음을 제거하기 위한 알고리즘의 구성은 다음과 같이 4단계로 이루어진다. ⅰ) 모든 상의 부분방전 신호를 수신하는 단계, ⅱ) 상기 수신된 부분방전 신호들을 개수대 위상분포로 정렬하는 단계, ⅲ) 인접상 유도 잡음 위상 영역에 해당하는 신호 샘플을 추출하는 단계, ⅳ) 상기의 각 위상에 해당하는 샘플 개수와 기준 샘플 개수를 비교하여 인접상 유도 잡음이라 판단되는 신호를 제거하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

상기 i) 단계인 부분방전 신호를 수신하는 단계에서는 도 1a ~ 도 1c와 같은 디지털 계측을 통해 부분방전 원 신호들을 수신한다(s404).

이후 상기 수신된 부분방전 신호들을 ⅱ) 단계에서 개수대 위상 분포로 정렬하며(s406), 도 1a ~ 도 1c의 신호에 적용한 결과를 점으로 표기한 예가 도 5a ~ 도 5c이다. 도 5a ~ 도 5c에 도시된 바와 같이, 부분방전 신호와 외부잡음만 존재하는 B상의 경우에는 전압곡선(사인파)중 상승부위에 신호가 집중되어 있지만, 각각 B상, A와 B상으로부터 유입된 인접상 유도 잡음이 나타나는 A상과 C상은 전압곡선(사인파)중 상승부위 위상이 아닌 특정 위상 구역에도 신호가 집중됨을 알 수 있다(52, 54, 56, 57, 58, 59).

이때의 특정 위상 구역을 인접상 유도 잡음 위상 구간으로 정하고 해당된 위상구간 신호의 샘플 추출을 ⅲ) 단계에서 수행한다(s408). 상기 인접상 유도 잡음 위상 구간은 구체적 실시예에 따라 다양하게 변동 가능하며, 본 실시예와 같이 3상이 정확하게 위상 동기화가 되었을 경우에는 90 ~ 175도, 270 ~ 355도로 선정할 수 있다.

마지막 단계인 ⅳ) 단계에서는 인접상 유도 잡음으로 판단된 신호를 제거하기 위하여 상기 ⅲ) 단계에서 추출한 인접상 유도 잡음 위상 구간 신호 샘플의 각 위상에서 샘플 개수(예를 들면, 도 5c에서 볼 수 있듯이 C상의 90, 91, 92도, ...의 샘플 개수 6, 49, 35개)와 인접상 유도 잡음의 판단의 기준이 되는 샘플 개수를 비교하여(s410) 샘플의 개수가 판단 기준이 되는 샘플 개수 이상이면 해당 샘플을 인접상 유도 잡음이라 판단하여 제거한다(s412).

이하 판단의 기준이 되는 샘플 개수를 '기준 샘플 개수'라 명명하며, i상의 '기준 샘플 개수'는 하기의 수학식 1과 같이 i상의 신호가 존재하는 인접상 유도 잡음 위상 구간 내의 평균 샘플 개수에 인접상의 영향을 고려한 가중치(Gain, G_i)를 곱하여 구한다.

상기에서, M _i 는 i상의 신호가 존재하는 인접상 유도 잡음 구간의 샘플 개수 평균, AP _i 는 i상의 인접상 유도 잡음 위상 구간, K _i 는 i상의 신호가 존재하는 인접 상 유도 잡음 위상 구간의 크기, k는 신호의 위상, N _i (k)는 i상의 해당 위상의 샘플의 개수, G _i 는 i상에서 0 이상 1 이하의 값을 갖는 가중치를 각각 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 실시예를 기준으로 상기 수학식 1에 대입하여 보면, 인접상 유도 잡음 위상 구간을 90 ~ 175도, 270 ~ 355도로 선정하며, AP는 인접상 유도 잡음 위상 구간으로 90 ~ 175도, 270 ~ 355도가 되고, K는 신호가 존재하는 인접상 유도 잡음 위상 구간의 크기로서 A, B, C상이 각각 139, 109, 172값을 갖는다. 한편, 상기 가중치(G _i )는 인접상 유도 잡음의 영향을 고려한 값으로서 0부터 1 사이의 값을 가지며 하기의 수학식 2와 같이 해당 상의 신호가 존재하는 인접상 유도잡음 구간의 샘플 개수 평균에 모든 상중 신호가 존재하는 인접상 유도잡음 구간의 최소 샘플 개수 평균값을 나누어 구한다. 이는 인접상 유도 잡음의 영향이 클수록 0의 값에 가까운 값을 갖도록 설정하여 기준 샘플 개수가 작게 설정되도록 한다.

도 6a ~ 도 6c는 도 1a ~ 도 1c의 신호에 인접상 유도 잡음 위상 구간을 90 ~ 175도, 270 ~ 355도로 설정한 본 발명 기법을 적용한 결과이다. 도 6a ~ 도 6c에 나타난 바와 같이 상기에서 설명한 본 발명은 종래 기술로는 해결할 수 없었던 문제인 인접상 유도 잡음을 효과적으로 제거함을 알 수 있다.

한편, 도 7a ~ 도 7b는 도 1a ~ 도 1c의 신호에 종래 기술에 따른 차동(differential) 기법 적용한 후, 인접상 유도 잡음 위상 구간을 90 ~ 175도, 270 ~ 355도로 설정한 본 발명에 따른 인접상 유도 잡음 제거 방법을 적용한 결과이며, 상기와 같이 종래 기술과의 결합을 통해 외부 잡음과 인접상 유도 잡음을 보다 효과적으로 동시에 제거하여 부분방전 신호 분석시의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

도 1a ~ 도 1c은 대청댐 수력발전기에서 측정한 부분방전 (A상, B상, C상) 신호 그래프,

도 2는 종래의 기술에 따른 외부 잡음을 제거하기 위한 차동(differential) 기법을 나타낸 도면,

도 3a ~ 도 3c는 도 1a ~ 도 1c의 신호에 종래 기술에 따른 차동(differential) 기법을 적용한 결과 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 인접상 유도 잡음 제거 방법을 설명하는 흐름도,

도 5a ~ 도 5c는 도 4에서 설명된 개수대 위상 분포 정렬을 도 1a ~ 도 1c의 신호에 적용한 결과 그래프,

도 6a ~ 도 6c는 도 1a ~ 도 1c의 신호에 본 발명에 따른 인접상 유도 잡음 제거 방법을 적용한 결과 그래프,

도 7a ~ 도 7b는 도 1a ~ 도 1c의 신호에 종래의 방법과 본 발명에서 제안한 방법을 결합하여 적용한 결과 그래프이다.

Claims (8)

1. 모든 상의 부분방전 신호를 수신하기 위한 신호수신부;

   상기 수신된 부분방전 신호들을 개수 대 위상 분포로 정렬하는 신호정렬부;

   상기 정렬된 신호에서 타상의 부분방전 신호에 의해 유도되는 신호가 발생하는 인접상 유도 잡음 위상 구간 내의 신호 샘플을 추출하기 위한 신호샘플추출부;

   상기 추출된 신호 샘플의 수와 상기 추출된 신호 샘플의 수를 이용하여 판단되는 각 상에서의 인접상 유도 잡음에 의한 영향 정도에 기초하여 설정되는 기준 샘플의 수를 비교하기 위한 신호샘플비교부;

   상기 신호샘플비교부의 비교 결과에 따라 상기 추출된 신호 샘플의 수가 기준샘플의 수보다 큰 경우 해당 위상에 존재하는 신호를 제거하는 위상신호제거부;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 신호샘플추출부의 인접상 유도 잡음 위상 구간은,

   상기 부분방전 신호가 회전기 3상 신호의 부분방전 신호이며, 상기 회전기 3상의 부분방전 신호들이 각상을 기준으로 정확하게 위상 동기화 되었을 경우 90 ~ 175도, 270 ~ 355도인 것을 특징으로 하는 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 신호샘플비교부의 기준 샘플의 수는

   

   개이며, M _i 는 i상의 신호가 존재하는 인접상 유도 잡음 구간의 샘플 개수 평균, AP _i 는 i상의 인접상 유도 잡음 위상 구간, K _i 는 i상의 신호가 존재하는 인접상 유도 잡음 위상 구간의 크기, k는 신호의 위상, N _i (k)는 i상의 해당 위상의 샘플의 개수, G _i 는 i상에서 0 이상 1 이하의 값을 갖는 가중치를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 특정 상 (i 상) 에서 G_i 는 n개 상의 부분방전 신호를 수신하였을 경우

   

   이며, 이는 인접상 유도 잡음의 영향에 비례하여 0에 가까운 값을 갖는 것을 특징으로 하는 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 시스템.
5. (a) 모든 상의 부분방전 신호를 수신하는 단계;

   (b) 상기 수신된 부분방전 신호들을 개수 대 위상 분포로 정렬하는 단계;

   (c) 상기 정렬된 신호에서 타상의 부분방전 신호에 의해 유도되는 신호가 발생하는 인접상 유도 잡음 위상 구간 내의 신호 샘플을 추출하는 단계;

   (d) 상기 추출된 신호 샘플의 수와 상기 추출된 신호 샘플의 수를 이용하여 판단되는 각 상에서의 인접상 유도 잡음에 의한 영향 정도에 기초하여 설정되는 기준 샘플의 수를 비교하는 단계;

   (e) 상기 비교 결과에 따라 상기 추출된 신호 샘플의 수가 기준샘플의 수보다 큰 경우 해당 위상에 존재하는 신호를 제거하는 단계;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 방법.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 인접상 유도 잡음 위상 구간은,

   상기 부분방전 신호가 회전기 3상 신호의 부분방전 신호이며, 상기 회전기 3상의 부분방전 신호들이 정확하게 위상 동기화 되었을 경우 90 ~ 175도, 270 ~ 355도인 것을 특징으로 하는 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 방법.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 기준 샘플의 수는

   

   개이며, M _i 는 i상의 신호가 존재하는 인접상 유도 잡음 구간의 샘플 개수 평균, AP _i 는 i상의 인접상 유도 잡음 위상 구간, K _i 는 i상의 신호가 존재하는 인접상 유도 잡음 위상 구간의 크기, k는 신호의 위상, N _i (k)는 i상의 해당 위상의 샘플의 개수, G _i 는 i상에서 0 이상 1 이하의 값을 갖는 가중치를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 방법.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 특정 상 (i 상) 에서 G_i 는 n개 상의 부분방전 신호를 수신하였을 경우

   

   이며, 이는 인접상 유도 잡음의 영향에 비례하여 0에 가까운 값을 갖는 것을 특징으로 하는 인접상 유도 잡음 제거가 가능한 부분방전 측정 방법.

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