KR102117938B1 - 전력기기의 부분방전 감시 시스템 - Google Patents

전력기기의 부분방전 감시 시스템 Download PDF

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KR102117938B1 KR1020190013062A KR20190013062A KR102117938B1 KR 102117938 B1 KR102117938 B1 KR 102117938B1 KR 1020190013062 A KR1020190013062 A KR 1020190013062A KR 20190013062 A KR20190013062 A KR 20190013062A KR 102117938 B1 KR102117938 B1 KR 102117938B1
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손승택
최정봉
박철배
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한국전력공사
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Abstract

본 발명은 부분방전신호를 감지할 때, 과압방출디스크 통합 센서를 사용하기 때문에, 노이즈의 영향이 적고, 일정시간을 감시하는 효과가 있다.

Description

전력기기의 부분방전 감시 시스템 {PARTIAL DISCHARGE MONITORING SYSTEM OF POWER DEVICE}
본 발명은 전력기기의 부분방전 감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과압방출디스크 통합형 센서를 이용하여 부분방전을 감시하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 부분방전이라 함은 각종 산업체 및 전력계통 변전소에 설치되는 수전설비 및 고압 배전반, 고압 케이블, 변압기, GIS(Gas Insulated Switchgear, 가스절연 개폐장치), 개폐기, 수전설비 등 전력기기 시스템의 어느 한 부분에 생기는 방전을 총칭하는 것으로서, 전극의 첨단 부근에 생기는 코로나 방전, 절연물의 표면을 따라서 생기는 연면방전, 절연물 내의 공극에 생기는 보이드 방전 등을 들 수 있다.
또한, 전력기기의 이상 유무 감지 및 절연체의 열화 정도를 감시하고 수리시기를 예측하는 것은 매우 중요하며, 부분방전의 측정 및 감시로 이러한 예측과 관리가 가능하다.
이러한 목적으로 고압 케이블, 변압기, GIS(Gas Insulated Switchgear, 가스절연 개폐장치), 개폐기, 수전설비, 고압반, 저압반, 모터제어반, 배전반 등 전력기기 시스템 내부 전력설비 등의 다양한 전력설비에서 부분방전 측정 장치들이 사용되고 있다.
산업의 고도화로 전력수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 고압 케이블, 변압기, GIS, 수전설비, 전력기기 시스템 내의 전력설비에 의한 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 사고는 경제적 손실뿐만 아니라 기술적 손실도 발생시킬 수 있다.
특히, 고전압 전력기기는 국가 기간산업뿐 아니라, 민수용에서도 매우 중요한 시설로 취급되고 있으며, 전력기기의 사고는 인명의 피해, 전력 시설의 직접적 손실과 함께 정보통신망에도 영향을 미치는 국가적으로도 중차대한 사안이다.
발전소, 변전소 및 대형공장 등에 설치되어 있는 전력기기 시스템 내에 변압기, 케이블, 차단기, 개폐기, 고압 케이블, 변압기, GIS, PT, CT, 피뢰기 등의 각종 전력기기가 내장되어있으며, 이들 전력기기에서 접촉 불량, 절연물의 절연내력 저하 등으로 인해 발생되는 국부적 방전현상(부분방전)은 사고로 이어져 전력공급 시스템에 치명적인 영향을 미치고 있다.
한편, 도 1 내지 도 4에는 종래의 전력기기에서 부분방전신호를 검출하는 장치(10, 20, 30)가 도시되어 있다.
구체적으로, 종래의 부분방전장치(10, 20, 30)에 의한 부분방전(Partial Discharge, PD) 측정은 차폐실(Shield room)과 같은 외부 노이즈를 차단할 수 있는 환경에서 수행된다.
하지만, 최근 들어 노이즈 제거 기술이 발전함에 따라 현장에서도 어느 정도의 PD를 측정하고 기기 상태를 판정하게 되었으나, 여전히 그 신뢰도가 낮아 송전 설비(GIS, Cable 등) 일부에 국한되어 사용되어 지고 있다.
또한, 배전선로에 설치되어 있는 가스절연 기기 즉 개폐기는 정기적으로 PD, TEV(Transient Earth Voltage, 과도 대지 전압), HFCT(High Frequency Current Transformer) 등을 기기외부에 접촉하거나 설치하여 일회성으로 측정하고 있다.
전술한 기술들은 기기 외부에 설치되어 측정하기 때문에 노이즈의 영향을 많이 받아 정확성이 떨어지며, 또한 일회성으로 부분방전을 측정하기 때문에 간헐적으로 발생하는 부분방전을 검출하지 못해 정상으로 판정하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 과압방출디스크 통합형 센서를 이용하여 부분방전을 감시하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 본 발명의 목적은, 고압 케이블, 변압기, GIS(Gas Insulated Switchgear, 가스절연 개폐장치), 개폐기, 수전설비, 및, 배전반 중 어느 하나의 절력설비에서 발생하는 부분방전을 방지한느 부분 방전 감시 시스템에 있어서, 개폐장치의 내부에 설치되어 과압을 방출함과 동시에 부분방전으로 생성되는 고주파 전류의 전기적인 신호를 검출하는 센서부; 및 상기 센서부에 의해 측정된 신호가 부분방전 신호인지를 검출하는 부분방전 신호 검출부를 포함하는 전력기기의 부분 방전 감시 시스템을 제공함으로써 달성된다.
또한, 상기 센서부는, 과압방출디스크 통합형 센서인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서부에 의해 입력된 부분방전 신호에 대해 대역 통과 필터링을 수행하여 상기 부분방전 신호의 특정 대역 주파수만을 통과시키는 대역 통과 필터;상기 대역 통과 필터에서 주파수 필터링이 이루어진 부분방전 신호를 디지털 데이터로 변환시키는 A/D 변환기; 60 Hz의 교류 전원을 입력받아 트리거 신호를 생성하는 트리거 회로; 및 상기 트리거 신호를 이용하여 상기 채널 선택기를 통해 입력되는 부분방전 신호의 동기화를 수행하는 한편, 상기 A/D 변환기를 통해 입력되는 부분방전 신호의 디지털 데이터를 이용하여 최대 부분방전 전하량의 크기와 정규화된 부분방전 전하량을 연산하고 이에 대한 2차원 및 3차원 그래프를 생성하는 디지털 신호 처리기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 트리거 신호를 이용하여 상기 채널 선택기를 통해 입력되는 부분방전 신호의 동기화를 수행하며, 상기 A/D 변환기 로부터 디지털 데이터인 부분방전 신호를 받아들여 필터링과 이득을 제어하는 디지털 입출력부: 및 상기 부분방전 신호의 디지털 데이터를 이용하여 최대 부분방전 전하량의 크기와 정규화된 부분방전 전하량을 연산하고 2차원 및 3차원 그래프를 생성하는 신호 처리기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 디지털 신호 처리기에서 생성되는 연산 결과를 운영자에게 표시하기 위한 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 디지털 신호 처리기에서 생성되는 연산 결과를 운영자에게 유무선통신을 통해 사용자에게 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유무선 통신은, LoRa, Wi-SUN, Zig-Bee, Bluetooth 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서부의 인접부근에서의 부분방전신호의 횟수에 대한 정보를 저장하고, 상기 디스플레이부를 통해 상기 부분방전신호에 대한 횟수정보를 제공하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저장부는, 상기 부분방전신호에 대한 횟수정보를 월별 또는 년도별로 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과압방출디스크 통합형 센서의 표면에는 부분방전신호 감지를 위한 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과압방출디스크 통합형 센서는 안테나형 센서인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과압방출디스크 통합형 센서는 부분방전 센서와 일체형인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명인 전력기기의 부분방전 감시 시스템은, 부분방전신호를 감지할 때, 과압방출디스크 통합 센서를 사용하기 때문에, 노이즈의 영향이 적고, 일정시간을 감시하는 효과가 있다.
또한, 부분방전등을 감지할 때, 부분방전의 크기 변화등을 고려하여 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 과압방출디스크 통합 센서를 이용하여 부분방전을 감지하기 때문에, 장비에 대한 구체적인 배경지식이 불필요하고, 시스템 구성에 소요되는 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 과압 방출디스크 통합 센서를 사용하기 때문에, 시스템에 대한 진단비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 과압 방출디스크 통합 센서에 부분방전의 측정이 가능한 패턴이나 안테나형 디스크를 만들어 기기 내부에서 발생하는 부분방전을 감시하여 기기 상태판정 나아가 수명예측하여 종국적으로 기기고장을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 부분방전 측정장치를 나타내는 사시도.
도 2는 종래의 다른 부분방전 측정장치를 나타내는 사시도.
도 3은 도 2의 부분방전 측정장치를 통해 부분방전이 측정되는 상태를 나타내는 부분 확대도.
도 4는 종래의 다른 부분방전 측정장치를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력기기의 부분 방전 감시 시스템에 사용되는 과압방출디스크 통합형 센서를 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력기기의 부분 방전 감시 시스템에 사용되는 과압방출디시크 통합형 센서가 사용되는 상태를 나타내는 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력기기의 부분방전 감시 시스템을 나타내는 구성도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력기기의 부분방전 감시 시스템을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력기기의 부분 방전 감시 시스템에 사용되는 과압방출디스크 통합형 센서를 나타내는 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력기기의 부분 방전 감시 시스템에 사용되는 과압방출디시크 통합형 센서가 사용되는 상태를 나타내는 개념도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력기기의 부분방전 감시 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력기기의 부분방전 시스템(100)은, 고압 케이블, 변압기, GIS(Gas Insulated Switchgear, 가스절연 개폐장치), 개폐기, 수전설비 및 배전반 중 어느 하나의 절력설비에서 발생하는 부분방전을 감시한다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력기기의 부분방전 시스템(100)은, 센서부(110) 및 신호 검출부(130)를 포함할 수 있다.
상기 센서부(110)는, 개폐장치의 내부에 설치되어 과압을 방출함과 동시에 부분방전으로 생성되는 고주파 전류의 전기적인 신호를 감지한다.
여기서, 상기 센서부(110)는, 과압방출디스크 통합형 센서를 사용할 수 있으며, 상기 과압방출디스크 통합형 센서의 표면에는 부분방전신호 감지를 위한 패턴이 형성될 수 있고, 안테나형 패턴이나 안테나형 디스크 또는 디스크로 형성될 수 있다.
또한, 상기 과압방출디스크 통합형 센서는 부분방전 센서와 일체형으로 형성될 수 있다.
가스 개폐기, 변압기 등과 같은 전력기기는 내부 압력팽창에 따른 안전사고를 방지하기 위해 과압 방출장치를 사용한다.
이러한 과압방출장치는 접지가 된 도전성 함에 둘려 싸인 상태에서, 외부와 전기적으로 분리된채 개폐기 내부를 향해 설치되어 운전되기 때문에, 일종에 차폐실(Shield room)과 같은 조건이 형성된다.
본 발명에서는, 이러한 환경을 이용하여 외부 노이즈의 영향을 받지 않고, 개폐기 내부 도체 및 절연물 결함에 의한 방전인 진성 부분방전 신호를 측정할 수 있도록, 과압방출디스크 통합형 센서를 사용하였다.
과압방출센서의 주요 기능인 0.15Mpa~0.35Mpa의 압력에서 동작하고 외부 노이즈를 영향을 적게하기 위해, 비 도전성 재료에 부분방전의 측정용 패턴을 넣어 신호 취득률을 높혔다.
본 발명에서 고안한 부분방전의 측정용 패턴은, 종래의 부분방전의 측정 기술의 주파수 범위를 모두 포함하는 광대역 주파수 측정 장비로 다양한 부분 방전의 종류를 측정할 수 있다.
본 발명에서 광대역 주파수를 검출할 수 있는 이유는, 접지 계통에서 외함이 차폐실과 같은 효과를 주기 때문에, 종래의 기술이 외부 노이즈를 분리하기 위해 협대역 주파수를 선택해야만 하는 기술적 제한요소를 제거하였기 때문이다.
상기와 같이, 광대역으로 부분방전 주파수를 감지하기 때문에, 전력기기 내부의 부분방전에 의한 상태 판정에 대해 신뢰도가 향상되게 된다.
한편, 상기 신호 검출부(130)는, 상기 센서부(110)에 의해 측정된 신호가 부분방전 신호인지를 검출한다.
이때, 상기 신호 검출부(130)는 대역 통과 필터(131), A/D 변환기(미도시), 신호 증폭부(133), 피크 검출부(135), 검출크기 비교부(137)를 포함할 수 있다.
상기 대역 통과 필터(131)는, 상기 센서부(110)에 의해 입력된 부분방전 신호에 대해 대역 통과 필터링을 수행하여 상기 부분방전 신호의 특정 대역 주파수만을 통과시킨다.
상기 신호 증폭부(133)는, 상기 대역 통과 필터(131)를 통과한 신호를 증폭시키고, 상기 피크 검출부(135)는 피크 상태에 있는 피크값을 검출하며, 상기 검출크기 비교부(137)는 검출된 신호값을 상호 비교한다.
상기 A/D 변환기는, 상기 대역 통과 필터(131)에서 주파수 필터링이 이루어진 부분방전 신호를 디지털 데이터로 변환시킨다.
또한, 상기 부분 방전 시스템(100)은, 트리거 회로(170), 디지털 신호 처리기(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 트리거 회로(170)는 60 Hz의 교류 전원을 입력받아 트리거 신호를 생성한다.
상기 디지털 신호 처리기(150)는, 상기 트리거 신호를 이용하여 상기 센서부(110)를 통해 입력되는 부분방전 신호의 동기화를 수행하는 한편, 상기 A/D 변환기를 통해 입력되는 부분방전 신호의 디지털 데이터를 이용하여 최대 부분방전 전하량의 크기와 정규화된 부분방전 전하량을 연산하고 이에 대한 2차원 및 3차원 그래프를 생성한다.
여기서, 상기 디지털 신호 처리기(150)는, 디지털 입출력부(미도시) 및 신호 처리기(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 디지털 입출력부는, 상기 트리거 신호를 이용하여 상기 센서부(110)를 통해 입력되는 부분방전 신호의 동기화를 수행하며, 상기 A/D 변환기로부터 디지털 데이터인 부분방전 신호를 받아들여 필터링과 이득을 제어한다.
상기 신호 처리기는, 상기 부분방전 신호의 디지털 데이터를 이용하여 최대 부분방전 전하량의 크기와 정규화된 부분방전 전하량을 연산하고 2차원 및 3차원 그래프를 생성한다.
여기서, 상기 디지털 신호 처리기(150)에서 생성되는 연산 결과를 사용자에게 표시하기 위한 디스플레이부(190)를 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이부(190)는 연산결과를 사용자에게 표시할 뿐만 아니라 부분방전과 관련된 부분방전정보를 사용자에게 표시한다.
여기서, 상기 디스플레이부(190)는 상기 디지털 신호처리기로부터 생성되는 정보를 유무선통신을 통해 사용자에게 전송할 수 있다.
이때, 상기 유무선 통신은, LoRa, Wi-SUN, Zig-Bee, Bluetooth 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 부분 방전 시스템(100)은, 상기 센서부(110)의 인접부근에서의 부분방전신호의 횟수에 대한 정보를 저장하고, 상기 디스플레이부(190)를 통해 상기 부분방전신호에 대한 횟수정보를 제공하는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 저장부는, 상기 디스플레이부(190)를 통해 상기 부분방전신호에 대한 횟수정보를 월별 또는 년도별로 제공할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 경우, 부분방전신호를 감지할 때, 과압방출디스크 통합 센서를 사용하기 때문에, 노이즈의 영향이 적고, 일정시간을 감시하게 된다.
또한, 부분방전등을 감지할 때, 부분방전의 크기 변화등을 고려하여 감지할 수 있다.
또한, 과압 방출디스크 통합 센서를 이용하여 부분방전을 감지하기 때문에, 장비에 대한 구체적인 배경지식이 불필요하고, 시스템(100) 구성시 소요되는 비용이 절감되게 된다.
또한, 과압 방출디스크 통합 센서를 사용하기 때문에, 진단비용이 절감되게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10, 20, 30: 부분방전 측정장치 100: 시스템
110: 센서부 130: 신호 검출부
131: 대역통과필터 133: 신호 증폭부
135: 피크 검출부 137: 검출크기 비교부
150: 디지털 신호 처리기 170: 트리거 회로
190: 디스플레이부

Claims (12)

  1. 고압 케이블, 변압기, GIS(Gas Insulated Switchgear, 가스절연 개폐장치), 개폐기, 수전설비, 및, 배전반 중 어느 하나의 전력설비에서 발생하는 부분방전을 감지하는 부분 방전 감시 시스템에 있어서,
    개폐장치의 내부에 설치되어 과압을 방출함과 동시에 부분방전으로 생성되는 고주파 전류의 전기적인 신호를 검출하는 센서부; 및
    상기 센서부에 의해 측정된 신호가 부분방전 신호인지를 검출하는 부분방전 신호 검출부를 포함하며,
    상기 센서부는,
    비 도전성 재료부;
    상기 비 도전성 재료부의 일 면에 배치되고, 제1형태를 가지며 전기적인 신호를 검출하는 제1패턴부; 및
    상기 일 면에 배치되고, 제2형태를 가지며 전기적인 신호를 검출하는 제2패턴부를 포함하며,
    상기 제2형태를 제1축을 기준으로 180도 회전하는 경우, 회전된 제2형태는 상기 제1축에 대하여 수직인 제2축을 기준으로 상기 제1형태와 대칭되는 것을 특징으로 하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는, 과압방출디스크 통합형 센서인 것을 특징으로 하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부분방전 신호 검출부는,
    상기 센서부에 의해 입력된 부분방전 신호에 대해 대역 통과 필터링을 수행하여 상기 부분방전 신호의 특정 대역 주파수만을 통과시키는 대역 통과 필터;
    상기 대역 통과 필터에서 주파수 필터링이 이루어진 부분방전 신호를 디지털 데이터로 변환시키는 A/D 변환기;
    를 더 포함하고,
    60 Hz의 교류 전원을 입력받아 트리거 신호를 생성하는 트리거 회로; 및
    상기 트리거 신호를 이용하여 상기 센서부를 통해 입력되는 부분방전 신호의 동기화를 수행하는 한편, 상기 A/D 변환기를 통해 입력되는 부분방전 신호의 디지털 데이터를 이용하여 최대 부분방전 전하량의 크기와 정규화된 부분방전 전하량을 연산하고 이에 대한 2차원 및 3차원 그래프를 생성하는 디지털 신호 처리기;
    를 포함하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템
  4. 제3항에 있어서,
    상기 트리거 신호를 이용하여 상기 센서부를 통해 입력되는 부분방전 신호의 동기화를 수행하며, 상기 A/D 변환기로부터 디지털 데이터인 부분방전 신호를 받아들여 필터링과 이득을 제어하는 디지털 입출력부;
    상기 부분방전 신호의 디지털 데이터를 이용하여 최대 부분방전 전하량의 크기와 정규화된 부분방전 전하량을 연산하고 2차원 및 3차원 그래프를 생성하는 신호 처리기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 디지털 신호 처리기에서 생성되는 연산 결과를 운영자에게 표시하기 위한 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 디지털 신호 처리기에서 생성되는 연산 결과를 유무선 통신을 통해 사용자에게 전송하는 것을 특징으로 하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유무선 통신은, LoRa, Wi-SUN, Zig-Bee, Bluetooth 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센서부의 인접부근에서의 부분방전신호의 횟수에 대한 정보를 저장하고, 상기 디스플레이부를 통해 상기 부분방전신호에 대한 횟수정보를 제공하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저장부는,
    상기 부분방전신호에 대한 횟수정보를 월별 또는 년도별로 제공하는 것을 특징으로 하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템.
  10. 삭제
  11. 제2항에 있어서,
    상기 과압방출디스크 통합형 센서는 안테나형 센서인 것을 특징으로 하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 과압방출디스크 통합형 센서는 부분방전 센서와 일체형인 것을 특징으로 하는 전력기기의 부분방전 감시 시스템.
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