KR101183587B1 - 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템 및 방법 - Google Patents

초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지중 송전선로 전 구간에 걸쳐 지중 송전선로를 감시 및 진단할 수 있고, 지중 송전선로의 감시와 함께, 전력구내 설비의 작동 제어가 가능하도록 하여 전력구내 전력설비의 통합적 감시 시스템을 구축하는며, 전지 전력저장 시스템(BESS)을 사용하여 주간에 편중된 전력부하를 균등화하고, 부동충전방식을 사용하여 전력 설비 통신간 발생하는 노이즈를 최소화 하여 데이터 전송 품질을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템은, 지중 송전선로의 상태를 감지하는 센서부; 상기 센서부에서 감지된 상기 지중 송전선로의 센싱 정보를 수집하는 데이터 수집장치; 및 상기 데이터 수집장치로부터 상기 센싱 정보를 수신하고, 상기 센싱 정보를 기초로 상기 지중 송전선로의 상태를 모니터링하는 상위 서버를 포함한다.

Description

초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING UNDERGROUND TRANSMISSION LINE}
본 발명은 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로 상세하게는 지중 송전선로의 전구간에 걸쳐 지중 송전선로의 부분방전, 분포온도, 변형 및 침수를 측정하고, 유/무선 통신망을 이용해 상위 시스템으로 전송하여, 원격으로 지중 송전선로의 고장여부 및 송전용량을 판단하고, 전력구내 환경설비를 감시, 제어할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
지중 송전선로는 초고압의 전압을 전송하는 전력 케이블로, 전력구에 포설되어 있다. 종래에는 지중 송전선로에 대한 사고 예방을 위한 점검을 위해서는 전력구에 점검자가 출입하여, 지중 송전선로를 육안 점검하거나 계측 장비에 의한 측정의 형태로 수행된다. 그러나, 지하 관로의 특성상 점검자의 안전의 문제와 작업 신뢰성 측면에서 문제점이 있고, 예방점검관리 업무를 상시적으로 시행해야 하는데 따른 인력 소모의 문제점이 있다. 또한 전력구내 환풍설비, 전등 등 전력설비가 정상적으로 동작하지 않는 경우에도, 작업자가 직접 전력구에 출입하지 않으면 이를 확인할 수 없는 문제점이 있다.
기존의 계측 장비를 통한 지중 송전선로의 점검은 부분방전 가능성이 높은 케이블의 접속부를 중심으로 수행되었으나, 도로진동 등 외적 손상요인이 점차 증가함에 따라 접속부 중심의 점검시스템은 지중 송전선로 전구간에 걸쳐 확대될 필요성이 있다. 즉, 기존의 Node 중심의 점검 환경에서 벗어나, Line 개념의 점검 시스템을 구축할 필요가 있는 것이다. 또한, 현재의 전력계통은 잠재된 수요증가, 송전제약 최소화 요구증가 등 공급자측 여건악화로 전원과 수송인프라 여유도가 저하하고 있고, 이에 따라 지역단위 또는 광역단위 정전 발생 가능성이 커지고 있어 지중 송전선로의 감시 진단 시스템의 개발이 시급하다고 할 것이다.
본 발명은 지중 송전선로 전 구간에 걸쳐 지중 송전선로를 감시 및 진단할 수 있는 원격의 점검 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 지중 송전선로의 감시와 함께, 전력구내 설비의 작동 제어가 가능하도록 하여 전력구내 전력설비의 통합적 감시 시스템을 구축하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 전지 전력저장 시스템(BESS)을 사용하여 주간에 편중된 전력부하를 균등화하고, 부동충전방식을 사용하여 전력 설비 통신간 발생하는 노이즈를 최소화 하여 데이터 전송 품질을 개선하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 전력구 환경감시/제어, 분포온도 측정, 부분방전감시 등 개별적인 감시, 제어, 진단시스템을 일원화하여 통합적인 감시진단 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본원의 제 1 발명 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템은, 지중 송전선로의 상태를 감지하는 센서부; 상기 센서부에서 감지된 상기 지중 송전선로의 센싱 정보를 수집하는 데이터 수집장치; 및 상기 데이터 수집장치로부터 상기 센싱 정보를 수신하고, 상기 센싱 정보를 기초로 상기 지중 송전선로의 상태를 모니터링하는 상위 서버를 포함한다.
이때, 전력구 내 전력설비인 환풍설비 및 조명의 작동상태 중 적어도 하나의 동작 상태 정보를 생성하는 제어부를 더 포함하고, 상기 데이터 수집장치는 상기 제어부의 상기 동작 상태 정보를 더 수집하고, 상기 상위 서버는 상기 전력설비를 제어할 수 있는 제어신호를 생성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 센서부는, 상기 지중 송전선로에 소정의 간격으로 설치되어 상기 지중 송전선로의 부분방전을 감지하는 부분방지 감지 센서(PDMS); 및 상기 지중 송전선로와 함께 광케이블의 형태로 포설되어, 상기 지중 송전선로의 온도와 변형을 센싱하는 분산 변형 및 온도 센서(DSTS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 데이터 수집장치는 부동충전방식을 통해 충전될 수 있고, 전지 전력저장 시스템(BESS)을 통해 충전될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본원의 제 2 발명, 초고압 지중 송전선로 감시 진단 방법은, 센서부가 지중 송전선로의 상태를 센싱하는 단계; 데이터 수집장치가 상기 센서부에서 감지된 상기 지중 송전선로의 센싱 정보를 수집하는 단계; 상기 센싱 정보를 상위서버로 전송하는 단계; 및 상위서버가 상기 센싱 정보에 기초하여 상기 지중 송전선로의 상태를 모니터링하는 단계를 포함한다.
상기 구성에 따른 본 발명에 의하면, 본 발명은 점검자의 투입 없이도, 지중 송전선로 전 구간에 걸쳐 지중 송전선로를 감시 및 진단할 수 있는 원격 점검 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있고, 또한, 지중 송전선로와 함께 전력구내 전력설비의 작동상황을 점검하고 이를 제어할 수 있는 통합적 감시 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.
또한 전지 전력저장 시스템(BESS)을 사용하여 주간에 편중된 전력부하를 균등화하고, 부동충전방식을 사용하여 전력 설비 통신간 발생하는 노이즈를 최소화 하여 데이터 전송 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템,
도 2는 도 1에 따른 데이터 수집장치의 블럭도, 및
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초고압 지중 송전선로 감시 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템을 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템은, 센서부(100), 제어부(120), 데이터 수집장치(200) 및 상위서버(300)를 포함한다.
센서부(100)는 전력구에 포설된 지중 송전선로의 상태와 전력구의 환경을 감시한다. 센서부(100)는 지중 송전선로의 부분방전을 감지하는 부분방전 감지 센서(PDMS : Partial Discharge Monitoring Sensor), 지중 송전선로의 분포온도를 측정하는 온도 센서(Temperature Sensor), 지중 송전선로의 외부요인에 의한 변형을 감지하는 변형 센서(Strain Sensor), 지중 송전선로의 침수여부를 감지하는 침수 센서(Submersion Sensor)를 포함한다.
부분방전 감지 센서는 지중 송전선로에서 부분방전을 감지하는 것으로 지중 송전선로의 주도체(Conductor) 부위에 설치하고, 소정 간격을 두고 감시하고자 하는 지중 송전선로 곳곳에 배치한다. 종래에는 부분방전이 일어날 가능성이 높은 지중 송전선로의 접속부에서만 부분방전을 감시하였지만, 부분방전 감시 센서를 지중 송전선로 전구간에 걸쳐 설치하여 감시함으로써, 부분방전 감시 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다.
온도 센서와 변형 센서는 지중 송전선로와 함께 포설되는 광케이블의 형태인 분산 변형 및 온도 센서(DSTS : Distributed Strain and Temperature Sensor)로 구비될 수 있다. 이 경우, 온도와 변형에 관한 감지는 어느 지점에 관한 것이 아닌, 광케이블 전체에 걸쳐 연속적인 분포로 나타난다.
침수 센서와 수위 센서는 지중 송전선로의 침수여부를 감시하기 위한 것으로, 침수 센서와 수위 센서를 선택적으로 사용하거나, 병행하여 사용할 수 있다. 침수 센서는 지중 송전선로의 표면에 부착되고, 수위 센서는 지중 송전선로에 부착하거나 전력구의 지표지표면부터 소정의 높이에 부착할 수 있다.
제어부(120)는 지하 전력구의 주요 설비인 환풍설비와 조명의 작동상태 및 출입문의 개폐 상황을 감지하고, 이에 따른 동작 상태 정보를 생성하고 데이터 수집장치(200)로부터 제어신호를 수신하여 각 설비의 작동을 제어할 수 있다.
데이터 수집장치(200)는 센서부(100)의 센싱 정보와 제어부(120)의 동작 상태 정보를 수집하고, 수집한 정보를 상위서버(300)로 전송한다. 데이터 수집장치(200)는 센서부(100)의 각 위치와 측정한 센싱 정보를 송신하도록 전력구에 소정 간격으로 다수 구비된다.
데이터 수집장치(200)와 센서부(100)는 일정 시간 간격으로 sleep & wake up 방식으로 통신할 수 있다. 이는 항상 전원을 공급받을 수 있는 데이터 수집장치(200)가 센서부(100)로 동기화 패킷을 전송하며, 동기화 패킷에 따라 센서부(100)에 포함된 센서가 동기화되어 동작하게 된다. Sleep 시간은 상위서버(300)를 통해 운영자가 설정할 수 있고, 센서부(100)는 wake up 후 동기화 패킷을 수신하고 센싱 정보를 데이터 수집장치(200)로 전송한다.
상위서버(300)는 데이터 수집장치(200)에서 수집한 센싱 정보와 동작 상태 정보를 수신하고, 수신된 정보를 기초로 지중 송전선로의 상태와 전력구 설비의 동작상황을 모니터링할 수 있다. 상위서버(300)는 센싱 정보와 동작 상태 정보를 데이터베이스로 저장하여 관리하고, 저장된 정보를 이용해 지중 송전선로의 감시 및 진단 환경을 제공한다.
예컨대, 지중 송전선로의 부분방전 여부를 감시하고, 부분방전에 대한 진단정보를 운영자에게 제공하며, 지중 송전선로에 대한 온도 센싱 정보에 기반하여 지중 송전선로의 송전용량을 계산하여 운영자에게 제공할 수 있다. 또한 침수 센서와 수위 센서를 활용하여 전력구 내부의 침수 발생 가능성을 감시하고 사전에 침수 피해를 조치할 수 있도록 활용할 수 있다. 즉, 운영자는 데이터 수집장치(200)로부터 수신한 센싱 정보에 기초하여 지중 송전선로의 감시 진단 시스템을 활용하여, 지중 송전선로의 점검 및 설비보수 여부를 결정할 수 있다.
또한, 제어부(120)로부터 수신한 전력구 설비의 동작 상태 정보에 기초하여 각각의 설비의 작동상황을 모니터링 하고 작동을 제어할 수 있다. 예컨대, 환풍설비의 경우 전력구의 CO, CO2, H2S, CH4 등의 농도(ppm)가 일정 수준 이상인 경우, 또는 미리 지정된 시간 간격에 따라 작동하게 되는데, 환풍설비의 작동이 필요한 경우인데도 환풍설비가 동작하지 않는 경우, 환풍설비를 원격으로 동작시키거나, 환풍설비의 점검 및 보수 여부를 결정할 수 있다.
상위서버(300)는 각 설비의 작동을 제어하는 제어신호를 생성하고, 데이터 수집장치(200)를 통해 제어부(120)로 전달하여, 각 설비의 작동여부를 결정한다.
상위 서버는 운영자가 전력설비를 제어할 수 있는 인터페이스를 제공하는 HMI(Human Machine Interface)로서 작용하며, 지중 송전선로에 부분방전이 발생하거나, 송전용량이 일정하지 않은 경우, 또는 지중 송전선로가 침수되거나, 전력구 설비에 고장이 발생한 경우 알람 신호를 출력할 수 있다. 알람 신호는 디스플레이 화면에 경고 메시지를 출력하거나, 데이터베이스에 등록된 운영자의 이메일 또는 휴대폰으로 메시지를 전송하는 방법으로 구현될 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 데이터 수집장치의 블럭도다.
도 2를 참조하면, 데이터 수집장치(200)는 데이터 수집부(210), 데이터 전송부(220), 중앙처리부(230) 및 전원공급부(240)를 포함한다.
데이터 수집부(210)는 센서부(100)와 제어부(120)에 연결되어 센싱 정보 및 동작 상태 정보를 수집하고, 상위서버(300)로부터 수신한 제어신호를 제어부(120)에 송신하는 역할을 수행한다. 이때, 데이터 수집부(210)와 센서부(100)는 유선 또는 무선통신을 수행할 수 있다. 유선통신을 수행하는 경우, 데이터 수집부(210)와 센서부(100)는 아날로그 신호선으로 연결되거나, RS232, RS422, RS485 방식의 시리얼 통신, 이더넷 통신을 사용할 수 있으며, 무선통신을 수행하는 경우, 무선랜이나 지그비(Zigbee) 또는 블루투스(Bluetooth) 방식을 사용할 수 있다.
데이터 전송부(220)는 상위서버(300)와 연결되어 센싱 정보 및 동작 상태 정보를 전송하고, 상위서버(300)로부터 제어신호를 수신하는 역할을 수행한다. 데이터 전송부(220)와 상위서버(300)는 근거리 통신망(LAN : Local Area Network)으로 연결될 수 있으며, 바람직하게는 이더넷(Ethernet) 기반의 TCP/IP 프로토콜일 수 있다. 또한, 변전설비 통신에 관한 표준규격인 IEC61850이 적용될 수 있다.
중앙처리부(230)는 센싱 정보와 동작 상태 정보를 저장부(도면 미도시)에 저장하고, 데이터 수집부(210)와 데이터 전송부(220)에서 송수신할 정보를 통신 규격에 맞게 데이터 처리한다. 중앙처리부(230)는 동기화 패킷을 생성하여 데이터 수집부(210)를 통해 센서로 전송하고, sleep & wake up 방식에 따라 센싱 정보를 수집할 수 있도록 한다.
전원공급부(240)는 데이터 수집장치(200)의 각 기능부가 동작할 수 있도록 전원을 공급하는 역할을 수행한다. 이때, 전원공급부(240)는 충방전이 가능한 충전식 배터리인 것이 바람직하며, 전원공급부(240)를 충전하는 경우 전지 부동충전방식을 사용할 수 있다. 데이터 수집장치(200)가 센서부(100), 제어부(120) 또는 상위 서버와 통신을 수행하는 경우, 전력구의 환경에 영향을 받을 수 있고, 특히 전원공급원의 충전 신호와 간섭현상으로 인한 노이즈에 노출될 수 있다. 부동충전 방식의 경우 균등충전 방식보다 낮은 전압을 통해 전원공급원의 충전이 가능하므로, 균등충전 방식보다 통신 환경에서 발생하는 노이즈 발생량을 더 줄일수 있다는 효과가 있다.
또한, 전원공급부(240)는 전지 전력저장 시스템(BESS : Battery Energy Storage System)을 통해 충전할 수 있다. 전지 전력저장 시스템(BESS : Battery Energy Storage System)은 야간에 비해 상대적으로 높은 주간의 전력부하를 평준화하기 위하여 전지를 이용하여 심야전력을 저장한 후 주간에 활용하기 위한 설비를 의미한다. 전지 전력저장 시스템은 전력이 필요한 지역에 바로 설치할 수 있고, 본 발명에서는 전력구에 설치되어 데이터 수집장치(200)로 충전 전력을 공급할 수 있다.
결국, 본 발명은 지중 송전선로의 감시 영역을 Node 개념에서 Line 영역으로 확장하여, 지중 송전선로 전구간에 걸쳐 부분방전 발생 여부, 지중 송전선로의 분포온도, 변형여부, 침수여부 등을 원격으로 감시할 수 있는 시스템을 제공하고, 지중 송전선로의 감시와 함께, 전력구 설비를 제어할 수 있는 통합 관리 시스템을 구축하는데 사용될 수 있다.
나아가 전지 전력저장 시스템을 사용하여, 야간에 충전한 전원을 주간에 사용할 수 있도록 하여, 주간과 야간의 전력부하를 평준화 하는데 기여할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초고압 지중 송전선로 감시 방법의 흐름도이다.
지중 송전선로 센싱 단계(S310)는 센서부(100)가 지중 송전선로의 부분방전, 표면 온도, 변형, 침수여부 등 지중 송전선로의 상태를 감지하는 단계이다.
전력구 설비 감지 단계(S320)는 제어부(120)가 전력구내 환풍설비와 조명의 작동 상태와 출입문의 개폐상태를 감시하고 이에 기반하여 동작 상태 정보를 생성하는 단계이다.
센싱 정보와 동작 상태 정보 수집 단계(S330)는 데이터 수집장치(200)가 센서부(100)로부터 센싱 정보를 수집하고 제어부(120)로부터 동작 상태 정보를 수집하는 단계이다.
센싱 정보와 제어 정보 전송 단계(S340)는 데이터 수집장치(200)가 센싱 정보와 동작 상태 정보를 상위서버(300)로 전송하는 단계이다.
감시 진단 단계(S350)는 상위서버(300)가 센싱 정보와 동작 상태 정보에 기초하여 지중 송전선로의 고장여부와 전력구내 전력설비의 고장여부를 파악하고, 전력설비의 작동을 제어하는 제어신호를 생성하는 단계이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
100 : 센서부 120 : 제어부
200 : 데이터 수집장치 210 : 데이터 수집부
220 : 데이터 전송부 230 : 중앙처리부
240 : 전원공급부 300 : 상위서버

Claims (9)

  1. 지중 송전선로의 상태를 감지하는 센서부;
    상기 센서부에서 감지된 상기 지중 송전선로의 센싱 정보를 수집하는 데이터 수집장치;
    상기 데이터 수집장치로부터 상기 센싱 정보를 수신하고, 상기 센싱 정보를 기초로 상기 지중 송전선로의 상태를 모니터링하는 상위 서버; 및
    전력구 내 전력설비인 환풍설비 및 조명의 작동상태 중 적어도 하나의 동작 상태 정보를 생성하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 데이터 수집장치는 상기 제어부의 상기 동작 상태 정보를 더 수집하며,
    상기 상위 서버는 상기 전력설비를 제어할 수 있는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서부는,
    상기 지중 송전선로에 소정의 간격으로 설치되어 상기 지중 송전선로의 부분방전을 감지하는 부분방지 감지 센서(PDMS); 및 상기 지중 송전선로와 함께 광케이블의 형태로 포설되어, 상기 지중 송전선로의 온도와 변형을 센싱하는 분산 변형 및 온도 센서(DSTS) 중 적어도 하나를 포함하는 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 센서부는,
    상기 지중 송전선로의 침수 여부를 감지하는 침수센서 및 상기 지중 송전선로가 포설된 전력구의 수위를 감지하는 수위 센서 중 적어도 하나를 더 포함하는 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 수집장치는,
    상기 센서부로부터 상기 센싱 정보를 수집하는 데이터 수집부;
    상기 센싱 정보를 상기 상위 서버에 전송하는 데이터 전송부;
    상기 데이터 수집부에서 수신한 데이터를 처리하고, 상기 데이터 수집부와 상기 데이터 전송부를 제어하는 중앙처리부; 및
    상기 데이터 수집부, 상기 데이터 전송부 및 상기 중앙처리부가 동작할 수 있도록 전원을 공급하는 전원공급부
    를 포함하는 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전원공급부는,
    충전식 배터리이고, 부동충전방식을 통해 충전되는 것을 특징으로 하는 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 전원공급부는,
    충전식 배터리이고, 전지 전력저장 시스템(BESS)을 통해 충전되는 것을 특징으로 하는 초고압 지중 송전선로 감시 진단 시스템.
  8. 삭제
  9. 센서부가 지중 송전선로의 상태를 센싱하는 단계;
    제어부가 전력구 내 환풍설비와 조명의 작동상태를 감지하는 단계;
    데이터 수집장치가 상기 센서부에서 감지된 상기 지중 송전선로의 센싱 정보와 상기 제어부에서 감지된 상기 환풍설비와 조명의 작동 상태 정보를 수집하는 단계;
    상기 센싱 정보와 상기 작동 상태 정보를 상위서버로 전송하는 단계; 및
    상위서버가 상기 센싱 정보와 상기 작동 상태 정보에 기초하여 상기 지중 송전선로와 상기 전력구의 상태를 모니터링하는 단계
    를 포함하는 초고압 지중 송전선로 감시 진단 방법.
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