KR101843792B1

KR101843792B1 - 전력설비의 부분방전 판정방법

Info

Publication number: KR101843792B1
Application number: KR1020170081038A
Authority: KR
Inventors: 신한철; 심종태; 윤석준
Original assignee: 주식회사 제나드시스템
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2018-03-30

Abstract

본 발명은 전력설비에 대한 부분방전 판정의 정확성을 높이기 위해 개선된 전력설비의 부분방전 판정방법에 관한 것이다.
본 발명은 (A) 전력설비의 부분방전 검출 및 측정장치로부터 부분방전 데이터를 취득하는 단계와; (B) 상기 취득한 부분방전 데이터를 라이브러리로 부분방전 판정 프로그램에 저장하여 부분방전을 판정하는 단계와; (C) 상기 단계 (B)에서 부분방전 판정에 오류가 발생되었다고 판단되는 경우, 새로운 부분방전 패턴인지 확인하는 단계와; (D) 상기 단계 (C)에서 새로운 부분방전 패턴으로 확인하고, 부분방전 신호를 라이브러리 학습을 통해 부분방전 데이터에서 노이즈를 제거하는 단계와; (E) 상기 노이즈가 제거된 부분방전 데이터에서 블랭크 데이터와 무효 데이터의 신호를 제거하는 단계와; (F) 부분방전 학습을 시작하는 단계;를 포함하는 전력설비의 부분방전 판정방법을 제공한다.

Description

전력설비의 부분방전 판정방법{METHOD FOR DECIDING PARTIAL DISCHARGE FOR POWER EQUIPMENT}

본 발명은 전력설비의 부분방전 판정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력설비에 대한 부분방전 판정의 정확성을 높이기 위해 개선된 전력설비의 부분방전 판정방법에 관한 것이다.

일반적으로 부분방전(Partial Discharge)이란, 절연물 표면에서 고전계에 의한 부분적인 표면 방전 또는 절연물 내부에 존재하는 공극이나 기포에 발생하는 내부 방전, 강한 불균일 전계(inhomogeneous)가 인가될 때 기체 중에서 발생하는 코로나 방전, 고체 유전체에서 방전의 지속적인 영향에 의하여 발생되는 전기트리 방전 등을 포함한다.

이러한 부분방전시 전압 스트레스에 의한 절연물의 열화가 발생되는 것으로 알려져 있다.

예컨대, 전력설비 중 고전압 전력을 공급하기 위한 전력케이블에서도 부분방전이 발생되는데, 그 원인을 보면 제조시 발생하는 불량 현상, 포설 후에 가해지는 외부 충격, 마모, 열, 습기 등에 의한 노후 현상 등으로 인하여, 점차 전력케이블의 절연 내력이 낮아지게 되면서 절연파괴에 도달하게 됨으로써, 절연파괴와 동반하여 전력케이블로부터 부분방전이 발생하고 있다.

이렇게 고전압에서 동작하는 전력케이블의 절연물들은 시간이 지나면서 열화를 하게 되고, 이러한 열화로 인하여 부분방전이 발생하며, 이때의 부분방전은 절연체를 추가로 열화시키는 악순환이 일어나게 되어, 종국에는 전력케이블의 절연 파괴와 그 주변 부품의 고장을 일으키게 된다.

그리므로, 전력케이블 절연체의 열화 정도를 감시하고, 그 수리시기를 예측하는 것은 매우 중요하며, 부분방전의 측정 및 감시로 수리시기에 대한 예측과 관리가 가능하다.

이에 따라 부분방전 검출을 위한 고주파 변류기(HFCT: High frequency current transformer), 용량성 박센서(capacitive foil sensor), 방향성 결합기(directional coupler) 등 다양한 종류의 케이블용 부분방전 측정장치들이 사용되고 있다.

그런데, 종래에는 상기와 같은 부분방전의 학습을 실시하기 위해 부분방전 종류별 시험 후, 수집된 데이터를 분석해 보면, 노이즈와 부분방전 신호가 혼재하여 취득된다.

이에 따라 상기와 같은 노이즈 데이터와 같이 학습을 시킬 경우, 노이즈 신호도 부분방전으로 판정되기 때문에, 부분방전 판정의 정확성을 떨어뜨린다. 즉, 상기한 노이즈 신호가 부분방전의 판정 정확성을 떨어뜨린다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 노이즈가 제거된 신호만을 가지고 부분방전 학습을 하게 하여 부분방전의 판정의 정확성을 높이도록 한 전력설비의 부분방전 판정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력설비의 부분방전 판정방법은,

(A) 전력설비의 부분방전 검출 및 측정장치로부터 부분방전 데이터를 취득하는 단계와;

(B) 상기 취득한 부분방전 데이터를 라이브러리로 부분방전 판정 프로그램에 저장하여 부분방전을 판정하는 단계와;

(C) 상기 단계 (B)에서 부분방전 판정에 오류가 발생되었다고 판단되는 경우, 새로운 부분방전 패턴인지 확인하는 단계와;

(D) 상기 단계 (C)에서 새로운 부분방전 패턴으로 확인하면, 부분방전 신호를 라이브러리 학습을 통해 부분방전 데이터에서 노이즈를 제거하는 단계와;

(E) 상기 노이즈가 제거된 부분방전 데이터에서 블랭크 데이터와 무효 데이터의 신호를 제거하는 단계와;

(F) 부분방전 학습을 시작하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 단계 (D)에서, 상기 부분방전 라이브러리 학습을 통하여 부분방전 신호에서 노이즈 신호 제거시, 상기 부분방전 신호의 개수가 설정 개수 이하일 경우, 상기 부분방전 판정 프로그램에서 (위상 × 크기 × 빈도) 구간을 선택하여 원하는 구간의 신호를 제거한다.

기존에는 부분방전 학습을 실시하기 위해 부분방전 종류별 시험 후, 수집된 데이터를 분석해 보면 노이즈와 부분방전 신호가 혼재하여 취득하였는데, 노이즈 데이터와 같이 학습시킬 경우, 노이즈 신호도 부분방전 신호로 판정하였기 때문에 부분방정 판정에 신뢰성이 떨어졌다.

즉, 종래에는 노이즈 신호가 부분방전 판정 정확성을 떨어뜨렸다.

하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 학습시키고자 하는 부분방전 데이터 중 노이즈 데이터와 블랭크(blank) 데이터 등을 제거한 데이터만가지고 라이브러리를 만들어 학습하였다.

이와 같이 노이즈가 제거된 신호만을 가지고 학습하였기 때문에, 부분방전 데이터 판정시 노이즈 및 블랭크 데이터를 별도로 분류 후 부분방전 신호만을 판정 할 수 있다.

따라서 부분방전 데이터 판정률의 정확성 및 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전력설비의 부분방전 판정방법을 순차적적으로 나타낸 순서도.
도 2는 전력 케이블용 부분방전 검출 및 측정장치의 구성도.
도 3은 가스절연 개폐장치(GIS)용 부분방전 검출 및 측정장치의 구성도.
도 4는 전력 변압기용 부분방전 검출 및 측정장치의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 전력설비의 부분방전 판정방법이 적용된 전력설비 부분방전 학습 프로그램의 모니터 화면.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 전력설비의 부분방전 판정방법이 구현되는 도 3의 프로그램 모니터 화면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 전력설비의 부분방전 판정방법을 순차적적으로 나타낸 순서도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전력설비의 부분방전 판정방법은, 우선, 전력설비의 부분방전 검출 및 측정장치로부터 부분방전 데이터를 취득한다.(단계 110)

도 2에는 전력설비의 부분방전 검출 및 측정장치의 일 실시예로, 전력케이블용 부분방전 검출 및 측정장치의 구성도가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 전력케이블(10)의 부분방전을 검출하는 부분방전 검출장치인 예컨대, 박형 센서(16)가 다수 장착된다.

이때, 절연물인 접속재가 시간이 지남에 따라 열화되어 부분방전이 많이 발생하는 부분이고, 반면 접속재를 지나면 부분방전 신호의 감쇠가 심하고 전력케이블 피복이 차폐되어 있으므로, 각 접속재 근처의 전력케이블(10)에 부분방전 검출장치인 박형 센서(16)를 장착하는 것이 바람직하다.

상기 박형 센서(16)는, 전력케이블(10)을 감싸는 동박 포일(foil)과 포일(foil)부의 소정 위치에 부착되는 검출기를 포함하는 구조로서, 종단접속재(12) 및 직선접속재(14)로부터 3m 이내의 전력케이블(10)에 장착하여, 부분방전을 펄스신호로 용이하게 측정하도록 한다.

따라서 전력케이블(10)의 부분방전 발생시 박형 센서(16)로부터 측정된 부분방전 펄스신호가 동축케이블(32, 신호전송라인)로 연결된 부분방전 측정장치(30)로 전송된다.

한편, 상기 부분방전 검출장치인 박형 센서(16)에서 검출된 부분방전 펄스신호는 각각 동축 케이블(32)을 통해 부분방전 측정장치(30)로 전송되고, 부분방전 측정장치(30)에서는 전력케이블에 인가된 고전압 위상과 측정된 부분방전 펄스 신호를 동기화시키는 등의 제반 부분방전 측정 로직을 진행하고, 측정된 결과는 원거리의 작업자가 모니터링 가능하도록 통신수단을 통해 서버(40)로 전송된다.

다른 한편으로, 가스절연 개폐장치(GIS, Gas Insulated Switchgear)는, 옥ㆍ내외 변전소용으로, 정상 상태의 개폐뿐만 아니라 사고, 단락 등의 이상 상태에 있어서도 선로를 안전하게 개폐하여 계통을 적절히 보호하는 장치이며, SF6 가스로 충진 밀폐된 금속재 외함(Enclosure) 내에 단로기(DS), 접지개폐기(ES), 차단기(CB) 등의 개폐설비와 모선을 내장시킨 개폐장치이다.

그리고 스페이서(spacer)는 상기 금속재 외함 내의 도체를 지지하고 절연가스(SF6)의 구획을 설정하는 절연물로써, 상기 스페이서는 고전계에 견뎌야 하고 절연가스 분해 생성물에 대해 전기적ㆍ기계적 특성변화가 적어야 하며, 기계적인 스트레스에 잘 견디는 재질로 구성된다.

통상적으로, 가스절연 개폐장치 시스템은 원통형 금속재 외함을 적정한 간격으로 연결하는 스페이서가 에폭시 등 절연재질로 이루어져 가스절연 개폐장치 내부에서 부분방전이 발생할 경우, 방사되는 초고주파(UHF, Ultra High Frequency) 부분방전 전자파가 상기 스페이서를 통해 외부로 누출되는 점을 이용하여 스페이서에 부분방전 검출센서를 부착하고 가스절연 개폐장치 내부에서 발생되는 전자파를 감지한 후 감지 신호에 섞인 잡음을 제거하여 열화 정도와 같은 이상 유무를 진단하고, 보수 또는 교체시기를 추정하도록 한다.

상기의 가스절연 개폐장치 등 전력기기의 내부에서는 볼트풀림, 접촉 불량, 금속성 이물질 유입, 스페이서 내부의 보이드(void) 등에 의해 부분방전이 발생할 경우 방사되는 전자파를 센서로 검출하여 전력기기의 이상 유무를 감시 및 진단하는 기술이 공지되어 있다.

이러한 가스절연 개폐장치의 부분방전 검출 및 측정장치가 도 3에 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 가스절연 개폐장치의 부분방전 검출 및 측정장치는, 상기한 바와 같이, 원통형의 금속재 외함(1)과, 이 외함(1) 내의 도체(2)와, 이 도체(2)를 지지하고 절연가스(SF6)의 구획을 설정하는 절연물인 스페이서(3)와, 이 스페이서(3)에 설치되어 발생된 부분방전을 검출하는 부분방전 검출센서(4)와, 이 부분방전 검출센서(4)와 동축케이블(5)을 통해 연결되어 부분방전을 측정하는 부분방전 측정장치(6)와, 이 부분방전 측정장치(6)와 데이터 통신 가능하게 연결(GPIB 연결)되어 부분방전을 분석하는 진단서버(7)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 부분방전 검출센서(4)는 (외장형) UHF 센서이고, 상기 부분방전 측정장치(6)는 상기 UHF 센서에 의해 검출된 신호가 동축케이블(5)에 의해 전송되면, 상기 검출 신호를 증폭시키는 증폭기(pre-Amp)와, 이 증폭기에 의해 증폭된 신호를 크기 및 위상분석을 하는 주파수 분석기(spectrum analyzer)로 이루어진다.

또한, 상기 진단서버(7)는 부분방전 측정 프로그램이 설치된 컴퓨터(PC 또는 노트북)로 이루어진다.

또 다른 한편으로, 도 4에는 전력 변압기용 부분방전 검출 및 측정장치의 구성도가 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 전력 변압기용 부분방전 검출 및 측정장치는, 전력변압기(310)의 상부 또는 하부의 드레인 벨브(360)에 설치되고, N-타입 커넥터(미도시) 및 동축케이블(330)을 통해 부분방전 신호처리장치(340)와 연동되게 부분방전 검출장치(300)가 설치된다.

그리고 상기 부분방전 검출장치(200)에는 전력변압기(310)에서 발생하는 부분방전 신호대역(0.5~1.5GHz, UHF대역)을 검출하기 위해 다수로 분할된 다중 대역의 신호를 각각 검출하는 안테나(301)가 설치되며, 이 안테나(301)는 부분방전 신호대역의 다수 분할대역(예들 들어, 4개의 주파수 대역: 제1대역(0.5~0.75GHz), 제2대역(0.75~1.00GHz), 제3대역(1.00~1.25GHz), 제4대역(1.25~1.5GHz)) 별로 각각 구분되도록 파장 길이를 상이하게 할 수 있다.

이러한 안테나(301)는 주파수 대역 중 전력변압기(310)의 부분방전 신호를 검출하기 위한 분할된 다수의 신호대역으로 이루어진 분할 주파수를 수신하고, 부분방전으로 인한 전자파를 검출할 수 있다.

그리고 검출된 전자파는 안테나(301)를 포함한 동축케이블(330)을 통하여 부분방전 측정장치(340)로 전송된다.

이러한 상기 부분방전 검출장치(300)는 드레인 밸브(360) 내부 및 도체 파이프(303) 내의 E-field 분포를 위해 안테나 케이블(305)의 쉴드선과 도체 파이프(303)를 이격시켜 절연 거리를 유지해 주고, 도체 파이프(303)의 끝부분에서 쉴드선과 도체 파이프(303)를 접지를 시켜주는 접지부(307)를 포함한다.

또한, 도 4에서 도면번호 306은 금속 손잡이부로, 이 금속 손잡이부(306)는 부분방전이 상시 측정이 가능하도록 하는 구성으로, 상기 동축케이블(330)과 연결이 가능하다.

또한, 부분방전 측정장치(340)는 동축케이블(330)에 의하여 부분방전 검출장치(300)와 연결되며, 상기 안테나(301)가 검출한 전자파의 세기를 측정하며, 이 측정 결과에 기초하여 전력변압기(310) 내부에 부분 방전이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.

이와 같이 해당 전력설비의 각각에서 취득한 부분방전 데이터를 라이브러리로 부분방전 판정 프로그램에 저장하여 부분방전을 판정한다.(단계 120)

즉, 본 발명에 따른 전력설비의 부분방전 판정방법은, 전력설비의 전력 케이블, 가스절연 개폐장치(GIS) 및 전력 변압기 등의 부분방전 판정이 가능하다.

또한, 도 2 내지 도 4에 도시된 부분방전 검출 및 측정장치는 하나의 실시예에 불과하고, 전력설비의 전력 케이블, 가스절연 개폐장치(GIS) 및 전력 변압기 등의 부분방전 검출 및 측정장치의 구성은 다른 방법으로도 가능함은 물론이다.

상기 단계 120에서 부분방전 판정에 오류가 발생되었다고 판단되는 경우, 새로운 부분방전 패턴인지 확인한다.(단계 130)

상기 단계 120에서 부분방전 판정에 오류가 발생되었으면 새로운 부분방전 패턴이 있다고 보고, 상기 단계 130에서 그 새로운 부분방전이 실제 있는지 확인하는 것이다.

상기 단계 130에서 확인한 부분방전 패턴의 부분방전 신호를 라이브러리 학습을 통해 부분방전 데이터에서 노이즈를 제거한다.(단계 140)

한편, 도 5는 전력설비의 부분방전 학습 프로그램의 실제 모니터 화면이다.

이 부분방전 판정 프로그램은, 수집한 부분방전 데이터를 라이브러리로 저장하는 프로그램으로, 부분방전 데이터를 라이브러리로 저장할 경우, 노이즈 및 필요 없는 데이터가 많은데, 상기 노이즈 및 필요 없는 데이터를 제거한 후 저장하고, 위상을 변화하여 신뢰도를 높인다.

도 5를 참조하면, A부는 노이즈의 빈도 및 크기를 설정하는 항목으로, 상기 항목에서 설정값 이하이면 부분방전으로 판정하지 않는다.

그리고 B부는 노이즈 빈도 설정 항목이고, C부는 상기 데이터의 파일 열기 항목이고, D부는 노이즈 신호 제거 항목이며, E부는 상기 라이브러리 저장 파일명이 보이는 항목이며, F부는 위상을 변환하는 항목이다.

이와 같이 구성된 전력설비의 부분방전 학습 프로그램을 이용하여, 노이즈를 제거한다.

도 6에서, G부는 노이즈가 제거되기 전의 상태를 나타내 보인 것이고, H부는 부분방전 판정 결과를 나타내 보인 것이다.

또한, 도 7은 도 6에서 노이즈가 제거된 상태를 나타내 보인 것이다.

그리고 상기 단계 140에서, 상기 부분방전 신호를 라이브러리 학습을 통하여 부분방전 신호에서 노이즈 신호를 제거는, 부분방전 신호의 개수가 설정 개수 이하일 경우, 상기 부분방전 판정 프로그램에서 (위상 × 크기 × 빈도) 구간을 선택하여 원하는 구간의 신호를 제거한다.

이와 같이 노이즈가 제거된 부분방전 데이터에서, 블랭크(blank) 데이터와 무효 데이터의 신호를 제거한다.(단계 150)

즉, 부분방전 신호가 설정값의 크기 및 빈도보다 낮을 경우 도 8에 보이는 바와 같이, 해당 신호를 제거한다.

이어서, 부분방전 학습을 시작하고, 상기 단계 120을 다시 시작한다.(단계 160)

한편, 상기 단계 140과 150 사이에, 필요시 위상을 이동시킨다.(단계 141)

즉, 위상이 틀어진 경우에는 위상을 조정(Shift)한다. 부분방전은 90도, 270도에서 신호가 발생하며, 180도의 위상차가 생긴다.

또한, 상기 단계 120에서 부분방전 판정이 정상 판정이면, 부분방전 판정 이벤트를 출력한다.(단계 210)

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 전력설비의 부분방전 판정방법은, 전력설비로부터 취득된 부분방전 신호를 분석 및 판정하는데 있어, 부분방전 판정 라이브러리 학습 방법 및 불필요 데이터를 제거하여 신뢰성을 높이고, 학습시키고자 하는 부분방전 신호 중 외부에서 들어오는 노이즈 신호를 제거하고, 위상 이동을 통한 표준 라이브러리 데이터 생성한다.

즉, 도 2 내지 도 4와 같은 각 전력설비에 설치된 부분방전 검출 및 측정장치로부터 취득된 부분방전 신호는 기존의 학습된 라이브러리로 판정을 하고, 부분방전 신호와 판정된 부분방전 신호가 상이한 경우(또는 처음 라이브러리를 등록하는 경우), 부분방전 신호를 라이브러리로 학습한다.

이때, 부분방전 신호원을 정확히 알고 있는 상태의 패턴만 라이브러리로 등록할 수 있다.

그리고 모의실험 또는 현장 신호는 현장 분해 점검 후, 점검결과로 판정한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10. 전력케이블
12. 종단접속재
14. 직선접속재
16. 박형 센서
30. 부분방전 측정장치
32. 동축케이블
40. 서버

Claims

(A) 전력설비의 부분방전 검출 및 측정장치로부터 부분방전 데이터를 취득하는 단계와;
(B) 상기 취득한 부분방전 데이터를 라이브러리로 부분방전 판정 프로그램에 저장하여 부분방전을 판정하는 단계와;
(C) 상기 단계 (B)에서 부분방전 판정에 오류가 발생되었다고 판단되는 경우, 새로운 부분방전 패턴인지 확인하는 단계와;
(D) 상기 단계 (C)에서 새로운 부분방전 패턴으로 확인하면, 부분방전 신호를 라이브러리 학습을 통해 부분방전 데이터에서 노이즈를 제거하는 단계와;
(E) 상기 노이즈가 제거된 부분방전 데이터에서 블랭크 데이터와 무효 데이터의 신호를 제거하는 단계와;
(F) 부분방전 학습을 시작하는 단계;를 포함하되,
상기 단계 (D)에서, 상기 부분방전 신호를 라이브러리 학습을 통해 부분방전 신호에서 노이즈 신호 제거시,
상기 부분방전 신호의 개수가 설정 개수 이하일 경우, 상기 부분방전 판정 프로그램에서 (위상 × 크기 × 빈도) 구간을 선택하여 원하는 구간의 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 전력설비의 부분방전 판정방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 (D)단계와 상기 (E)단계 사이에 필요시, 위상을 조정하는 단계를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 전력설비의 부분방전 판정방법.