KR102245440B1 - 보호계전기의 고장 시험 장치 및 방법 - Google Patents

보호계전기의 고장 시험 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보호계전기의 고장 시험 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 장치는, 전력계통에 대해 미리 선정된 각 고장 유형에 따른 전압 및 전류의 고장모의 파형정보가 저장된 모의고장 데이터베이스와, 고장모의 파형정보를 시험하고자 하는 보호계전기가 설치된 전력계통의 특성에 따라 변환하는 데이터 변환부와, 전력계통의 동작 절차에 따라 설정된 고장 발생 시점에서 변환된 고장모의 파형이 발생하도록 시퀀스 데이터를 생성하는 시퀀스부와, 생성된 시퀀스 데이터에 따른 신호를 생성하여 전력계통의 보호계전기에 공급하는 신호발생기와, 보호계전기의 동작 상태에 대한 정보를 수신하여 분석하는 동작분석부를 포함한다.

Description

보호계전기의 고장 시험 장치 및 방법{fault simulator for protection relay and method}
본 발명은 보호계전기의 고장 시험 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 보호계전기는 보호해야 할 전력설비에 고장발생시 자동으로 고장을 검출하고 차단기를 개방하여 설비를 보호하는 장치다. 이를 위해 보호계전기는 전력설비의 모든 고장에 대비하여 적절한 보호회로 및 동작기준인 정정치가 설정되어야 하며, 전력설비에서 발생 될 수 있는 모든 고장에 대한 동작 신뢰성 검증이 요구된다.
그런데, 종래에는 이런 보호계전기가 보호해야 하는 전력설비가 다양하고 또한 보호계전기가 설치된 전력계통이 복잡하기 때문에, 보호계전기의 신뢰성 검증을 하기 위해서 보호계전기 설치환경에 적합한 전력계통을 모의해야 하므로 전력설비가 달라질 때마다 많은 인력과 시간이 소요된다. 또한, 전력계통 시스템을 잘 설계하고 잘 계산된 정정치를 설정하여 신뢰성 검증시험을 수행하여도, 오동작하거나 부동작하여 피해가 확대되는 경우가 발생한다. 그 이유는 보호계전기 정상 운전 전 수행하는 신뢰성 검증시험에서 충분히 여과되지 못한 숨어있는 오류가 발생하기 때문이다.
전력계통에서 전력설비 고장 시 보호계전기의 오동작 또는 부동작으로 입게 되는 피해는 적게는 수억에서 많게는 수천억에 이를 수 있어 모든 전력회사들이 100% 완벽한 보호시스템을 구축하기 위해 보호계전기 값보다도 수배의 엔지니어링 대가를 지불하면서 신뢰성 검증시험을 수행하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 보호계전기의 설치환경에 따라 신뢰성 검증시험이 용이하고, 또한, 보다 일관되고 정확히 보호계전기의 신뢰성 검증시험을 수행할 수 있는 보호계전기의 고장 시험 장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 장치는, 전력계통에 대해 미리 선정된 각 고장 유형에 따른 전압 및 전류의 고장모의 파형정보가 저장된 모의고장 데이터베이스와, 고장모의 파형정보를 시험하고자 하는 보호계전기가 설치된 전력계통의 특성에 따라 변환하는 데이터 변환부와, 전력계통의 동작 절차에 따라 설정된 고장 발생 시점에서 변환된 고장모의 파형이 발생하도록 시퀀스 데이터를 생성하는 시퀀스부와, 생성된 시퀀스 데이터에 따른 신호를 생성하여 전력계통의 보호계전기에 공급하는 신호발생기와, 보호계전기의 동작 상태에 대한 정보를 수신하여 분석하는 동작분석부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 장치는, 전력계통을 모델링하고 전력계통의 특성을 설정하는 모델러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 장치는, 모델링된 전력계통의 회로도 및 전력계통의 특성을 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 장치는, 전력계통의 특성을 변경하거나, 사용자 조작 신호를 입력하는 입력부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 고장모의 파형정보는 고장 유형별로 전압값, 전류값, 파형 모양, 최대 부하 및 고장 유형 설명 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 각 고장 유형은 보호계전기의 기능별로 설정될 수 있다.
전력계통의 특성은 변압기의 변압비, 변압기의 벡터 그룹, 변류기의 변류비 및 설비 정격 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
데이터 변환부는 고장모의 파형정보를 전력계통의 특성 및 고장 유형에 따라, 미리 설정된 파형 역변환 방식, 파형 크기 변환 방식, 옵셋 변환 방식, 주파수 변환 방식 및 위상 변환 방식 중 적어도 하나의 방식을 통해 변환할 수 있다.
동작분석부는 수신된 보호계전기의 동작 상태에 대한 정보에 따라 고장 발생원인 및 고장 유형을 분석할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 방법은, 시험하고자 하는 보호계전기가 포함된 전력계통을 모델링하는 단계와, 미리 선정된 각 고장 유형에 따른 전압 및 전류의 고장모의 파형정보를 모델링된 전력계통의 특성에 따라 변환하는 단계와, 전력계통의 동작 절차에 따라 설정된 고장 발생 시점에서 변환된 고장모의 파형이 발생하도록 시퀀스 데이터를 생성하는 단계와, 생성된 시퀀스 데이터에 따른 신호를 생성하여 전력계통의 보호계전기에 공급하는 단계와, 보호계전기의 동작 상태에 대한 정보를 수신하여 분석하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 미리 선정된 각 고장 유형에 따른 고장모의 파형을 시험하고자 하는 보호계전기가 설치된 전력계통의 특성에 따라 변환함으로써, 보호계전기의 설치환경에 따라 신뢰성 검증시험을 용이하게 수행할 수 있고, 또한, 전력계통에 대해 각 고장 유형에 따른 고장모의 파형정보를 미리 선정하여 저장함으로써, 보다 일관되고 정확히 보호계전기의 신뢰성 검증시험을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 시스템을 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모델링된 전력 계통을 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장모의 파형정보 생성 알고리즘을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 데이터 변환 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드별 고장 시험 과정을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보호계전기의 고장 시험 장치는, 모의고장 DB(10), 데이터 변환부(20), 시퀀스부(30), 신호발생기(40), 동작분석부(50), 모델러(60), 표시부(70), 입력부(80) 및 제어부(90)를 포함할 수 있다.
모의고장 DB(10)는 전력계통에 대해 미리 선정된 각 고장 유형에 따른 전압 및 전류의 고장모의 파형정보가 저장되는 저장부이다.
고장 유형은 보호계전기가 설치되는 전력계통에서 발생 될 수 있는 모든 고장 케이스에 대해 미리 선정된 것이다. 일례로, 각 고장 유형은 보호계전기의 기능별로 설정될 수 있다.
또한, 고장모의 파형정보는 고장 유형별로 전압값, 전류값, 파형 모양, 최대 부하 및 고장 유형 설명 정보 중 적어도 하나를 포함하도록 설정된다. 일례로, 고장모의 파형정보가 모의고장 DB(10)에 저장될 때에는 전력계통 시스템에서 공용으로 이용될 수 있는 파일 형식(예로써, COMTRADE 형식)으로 저장될 수 있다. 고장모의 파형 정보는 고장 유형별로 다양한 계측 실험을 통해 생성할 수 있다.
데이터 변환부(20)는 모의고장 DB(10)에 저장된 고장모의 파형정보를 시험하고자 하는 보호계전기가 설치된 전력계통의 특성에 따라 변환하는 구성이다. 이를 위해, 데이터 변환부(20)는 모의고장 DB(10)에 저장된 고장모의 파형정보를 시험하고자 하는 전력계통의 환경 즉 특성에 맞게 변환하는 기능을 갖는다.
여기서, 전력계통의 특성은, 설정값으로서, 변압기의 변압비, 변압기의 벡터 그룹, 변류기의 변류비 및 설비 정격 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전력계통의 특성은 전력계통을 모델링할 때 사용자에 의해 설정될 수 있으며, 전력계통의 전력설비가 변경될 때 사용자에 의해 변경될 수 있다.
일례로, 데이터 변환부(20)는 고장모의 파형정보를 전력계통의 특성 및 고장 유형에 따라, 미리 설정된 파형 역변환 방식, 파형 크기 변환 방식, 옵셋 변환 방식, 주파수 변환 방식 및 위상 변환 방식 중 적어도 하나의 방식을 통해 변환할 수 있다.
여기서, 파형 역변환 방식의 경우, 구성 파일의 아날로그 채널 정보 중 '채널 멀티플라이어'의 값에 '×-1' 연산을 통해 역변환을 하거나, 데이터 파일의 아날로그 데이터 값에 '×-1' 연산을 통해 역변환을 할 수 있다. 이때, 연산속도 증가를 위해 입출력단에 버퍼를 사용할 수도 있다. 파형 크기 변환 방식의 경우, 구성 파일의 아날로그 채널 정보 중 '채널 멀티플라이어'의 값에 '× 배율' 연산을 통해 파형 크기 변환을 하거나, 데이터 파일의 아날로그 데이터 값에 '×배율' 연산을 통해 파형 크기 변환을 할 수 있다. 옵셋 변환 방식의 경우, 구성 파일의 아날로그 채널 정보 중 '채널 옵셋 가산기'의 값에 '+ 옵셋' 연산을 통해 옵셋 변환을 하거나, 데이터 파일의 아날로그 데이터 값에 '+ 옵셋' 연산을 통해 옵셋 변환을 할 수 있다. 옵셋 값은 실수이다. 주파수 변환 방식의 경우, 샘플링 레이트 변경을 통한 주파수 변환이나, 원본 파형의 타임 스탬프 증배율 변경을 통한 주파수 변환을 할 수 있다. 또한, 위상 변환 방식의 경우, 시간 지연을 통한 위상 변환이나 타임 스탬프 변경을 통한 위상 변환을 할 수 있다.
시퀀스부(30)는 전력계통의 동작 절차에 따라 설정된 고장 발생 시점에서 변환된 고장모의 파형이 발생하도록 시퀀스 데이터를 생성하는 구성이다.
신호발생기(40)는 생성된 시퀀스 데이터에 따른 신호 즉, 아날로그 형식의 전류값 및 전압값를 생성하여 전력계통의 보호계전기에 공급한다. 이로써, 보호계전기의 신뢰성 검증을 위해 실제 상황에 대응하는 고장 재현을 할 수 있다.
이어서, 동작분석부(50)는 보호계전기의 동작 상태에 대한 정보(측정값)를 수신하여 분석한다. 일례로, 동작분석부(50)는 수신된 보호계전기의 동작 상태에 대한 정보에 따라 고장 발생원인 및 고장 유형을 분석할 수 있다.
또한, 모델러(60)는 전력계통을 모델링하고 전력계통의 특성을 설정 및 변경하는 구성이다. 모델러(60)는 전력계통을 모델링하는 프로그램이 저장되어, 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 보호계전기(210, 220)를 포함하는 전력계통을 구성하는 변압기(PT1, PT2, M.TR), 변류기(CT1 ~ CT4), 발전기(GEN) 등의 전력 설비를 선정하고, 선정된 각 전력 설비를 배선 연결하여 전력계통의 회로도를 설계하고. 또한, 변압기의 변압비, 변압기의 벡터 그룹, 변류기의 변류비 및 설비 정격와 같은 각 전력 설비의 특성을 설정함으로써 전력계통을 모델링할 수 있다. 일례로, 전력계통은 도 3에서와 같이, 가스 차단기(GCB), 접지 변압기(NGTR) 등의 전력 설비를 더 포함할 수 있다.
표시부(70)는 모델링된 전력계통의 회로도 및 전력계통의 특성을 출력하는 구성이다. 일례로, 표시부는 모니터 등으로 구현될 수 있다.
입력부(80)는 전력계통의 특성을 변경 등을 포함하는 사용자 조작 신호를 입력하는 구성이다. 일례로, 입력부(80)는 마우스, 키보드 등의 입력장치를 통해 사용자 조작 신호를 입력할 수 있다.
일례로, 표시부(70)와 입력부(80)는 터치스크린을 통해 표시와 입력을 동시에 수행할 수 있는 사용자 인터페이스로서 구현될 수도 있다.
제어부(90)는 모의고장 DB(10), 데이터 변환부(20), 시퀀스부(30), 신호발생기(40), 동작분석부(50), 모델러(60), 표시부(70), 입력부(80)와 각각 연결되어, 각 구성의 동작을 제어하는 처리부이다.
따라서, 본 발명에 의하면, 경험 등에 의해 미리 선정된 고장모의 파형을 이용하여, 각각의 보호계전기 설치환경에 맞는 고장모의 파형으로 자동 변환하여 보호계전기의 신뢰성 검증을 수행할 수 있으므로, 어느 시스템에서든 용이하게 적용할 수 있는 진보된 고장 시험 장치다.
이어서, 도 2를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장시험 과정을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 시스템을 나타내는 도이다.
도 1과 유사하게 본 발명에 따른 고장 시험 장치(100)는, 모의 고장 DB(110)에 저장된 고장모의 파형정보를 시험하고자 하는 전력 계통의 환경에 맞게 변환하는 알고리즘을 포함한 데이터 변환부(120)와 변환된 고장모의 파형정보로부터 고장 상황 재현을 위한 시퀀스 데이터를 생성 및 제어하는 시퀀스부(130)를 포함한다.
여기서, 데이터 변환부(120)는 전력 계통 구성의 특성 즉, 사용자로부터 입력받은 변류기/변압기 특성, 1/2차 측 변성비, 권수비 및 계통 한계 용량 등의 계통 특성을 분석하며, 해당 전력 계통에 맞는 정상 전압 전류 파형정보를 우선적으로 생성할 수 있다. 이러한 정보를 기반으로 하여 모의고장 DB(110) 내에 저장된 COMTRADE 형식의 샘플링된 고장모의 파형정보를 추출하고 분석하여, 해당 전력계통에 적합한 형태로 데이터를 변환한다. COMTRADE 형식 파일 중 데이터 파일 내 일정 주기별로 기록된 아날로그/디지털 신호를 해석하여 각 채널별 전압 및 전류 값, 파형 정보, 최대 부하, 고장 신호 데이터 등의 신호 재현을 위한 전력 정보를 추출하고, 고장 시점의 전압, 전류 파형 정보를 재구성한다. 이때, 재구성된 고장모의 파형정보는 보호계전기 종류별, 고장 상황별 등으로 구분하여 재사용을 위해 모의고장 DB(110)에 저장될 수 있다. 재구성된 파형정보의 경우 전류의 위상각은 변화되지 않도록 조정을 해야 하며 실적용 전력계통 내 보호계전기의 정정치 정보를 고려하여 작성될 수 있다.
이어서, 시퀀스부(130)에서는 데이터 변환부(120)에서 생성된 정상 파형 정보와 고장 파형 정보를 활용하여 고장 발생 상황 재현을 위한 아날로그 신호 데이터를 구성할 수 있다. 시퀀스부(130)에서는 시험 환경 및 절차에 따라 사용자에 의해 계획된 순서에 맞게 신호가 발생하도록 시퀀스 데이터를 생성하여 시스템 내부에 파일 형식으로 저장할 수 있다.
시퀀스부(130)에서 생성된 시퀀스 데이터는 DSP(133)에서 디지털 신호 처리되고, 버퍼(137)에 임시 저장되어 신호발생기(140)로 전달될 수 있다.
이어서, 신호발생기(140)는 시퀀스 데이터에 따른 아날로그 신호를 전력 계통에 포함될 보호계전기(200)에 공급한다.
여기서, 보호계전기(200) 동작 재현을 위해, 고장 시험 장치(100)는 시퀀스부(130)에서 생성된 시퀀스 데이터를 신호발생기(140)에 제어 명령을 통해 전송하며, 신호발생기(140)는 시퀀스부(130)의 제어 명령에 따라 아날로그 신호를 발생하여 계측하려는 전력계통에 신호를 전달하게 된다. 고장 시험 장치(100)는 신호발생기(140)와 TCP 통신을 통해 연결되어 제어할 수 있다. 비록 도 2에서는 고장 시험 장치(100)와 신호발생기(140)를 별도의 구성으로 표시하고 있으나, 신호발생기(140)는 고장 시험 장치(100)의 일부 구성으로 이해할 수 있다.
신호발생기(140)는 제공된 시퀀스 데이터를 통해 아날로그 신호를 발생시켜 시험하고자 하는 모델링된 전력 계통에 신호를 전달한다.
한편, 사용자는, 사용자 인터페이스(170)를 통해, 도 3의 모델링된 전력계통과 함께 보호계전기별, 현상별 고장 시험을 시각적으로 확인하고 조작신호를 입력할 수 있다. 예로써, 사용자는 사용자 인터페이스(170)를 통해 보호계전기 기능, 고장 발생 유형 등의 설정 조건을 입력하여, 해당 설정 조건에 상응하도록 시퀀스 데이터를 재구성하도록 할 수 있다.
일례로, 고장 시험을 위한 제어명령은, 수동 모드 및 자동 모드로서 설정할 수 있으며, 자동 모드에서는 시퀀스부(130)에서 하나 이상의 고장모의 파형정보에 대해 생성된 시퀀스 데이터를 시간 순서에 맞게 신호발생기(140)에 제어명령을 전달하고, 수동 모드에서는 사용자 인터페이스(170)를 통해 입력된 조작 신호로서 선택된 고장모의 파형정보에 대해 시퀀스 데이터를 생성하여 처리할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 사용자 인터페이스를 통하여 시스템에서 생성된 정상, 고장 파형정보를 제공하고, 사용자의 조작을 통해 정보를 수정, 적용할 수 있으며, 실 전력계통에 신호 발생 적용 전 시뮬레이션을 통해 데이터에 대한 검증 작업을 수행할 수 있다.
다시 도 2로 돌아가서, 고장 시험 장치(100)는, 통신모듈(155)을 통해서, 보호계전기(200)의 동작 상태에 따른 정보를 수신할 수 있다. 예를 들면, 통신모듈(155)은 IEC61850 통신 프로토콜을 적용하여 보호계전기(200)로부터 동작 상태에 따른 정보를 수신할 수 있다. 여기서, IEC61850 통신 프로토콜을 적용한 통신 모듈은 고장 발생 시 보호계전기로부터 동작 상황에 대한 정보를 수신받아 동작 분석 모듈(150)로 전달하며, 동작 분석 모듈(150)은 보호계전기별 동작 정보를 분석하여 고장 발생원인, 고장 유형을 분석하여 사용자에게 분석 결과를 사용자 인터페이스(170)를 통해 제공할 수 있다.
이어서, 도 4를 이용하여 고장모의 파형정보에 해당하는 고장 데이터를 생성하는 과정을 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 데이터 생성 순서를 나타내는 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 계측을 통해 고장 발생 시점의 COMTRADE 형식 파일을 준비하여 분석한다(S410). 이어서, 실 전력계통의 특성을 입력받는다(S420). 예로써, 전력 계통을 구하는 발전기(GEN), 주변압기(M.TR), 변류기(CT), 변압기(PT)의 정보를 입력하고, 또한, 변압기에 대한 벡터그룹, 변성비, 권수비 등을 입력한다. 이어서, 계측 환경 정보를 입력받는다(S430). 예로써, 구동 정보, 고장 발생 원인지점, 기타 고장 정보 등을 입력받는다. 이어서, 고장이 발생했는지 판단하여 고장 데이터가 생성 여부를 판단한다(S440). 고장이 발생한 경우에는 고장 발생 시점에서의 데이터를 재구성하여 고장 데이터를 생성하여 모의고장 데이터베이스에 저장한다(S450). 만일, 고장이 발생되지 않는 경우에는 데이터 생성 실패를 사용자에게 알린다.
이어서, 도 5를 이용하여 고장 데이터 변환 과정을 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 데이터 변환 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 데이터 변환부는 모의고장 데이터베이스에서 고장 데이터를 추출한다(S510). 이어서, 사용자 인터페이스를 통해 시험하고자 하는 전력 계통의 특성을 설정한다(S520). 예로써, 변류비, 변압비, 설비정격 및 변압기의 벡터 그룹 파라미터를 입력받는다. 이어서, 추출된 고장 데이터를 설정된 전력계통의 특성에 따라 변환한다(S530). 이어서, 데이터 변환이 성공했는지 판단한다(S540). 데이터 변환이 성공한 경우 전력계통의 특성에 따라 생성된 고장 데이터를 확인하고 저장한다(S550). 만일, 데이터 변환이 실패한 경우, 변환 실패를 사용자 인터페이스를 통해 알린다. 예로써, 데이터 변환이 성공했는지 판단여부는 도 1의 제어부(90)를 통해 이루어질 수 있다.
이어서, 도 3 및 도 6을 이용하여 자동/선택/수동 모드에 의한 고장 시험 과정을 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드별 고장 시험 과정을 나타내는 순서도이다.
설명에 앞서, 시험하고자 하는 모델링된 전력계통의 특성 조건을 확인하여 설정한다. 예로써, 도 3에서와 같이, CT1~CT4의 변류비, PT1~PT2의 변압비, 주변압기(M.TR)의 조건(예로써, 1차측 전류(p MVA), 1/2차측 전압(p/s kV)), 발전기(GEN)의 조건(전력(gMW), 전압(gkV)) 등을 설정한다. 이어서, 고장 시험 장치의 신호발생기를 전력계통에 맞게 보호 계전기의 변압기 및 변류기의 입력 단자에 연결한다. 또한, 고장 시험 장치의 통신 모듈과 보호계전기를 연결한다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저, 사용자에 의해 고장 시험을 위한 자동/선택/수동 모드 선택이 이루어진다(S610). 여기서, 자동 모드는 설정된 모든 고장 유형을 순서적으로 자동 시험하는 것이다. 선택 모드는 사용자에 의해 선택된 고장 유형의 보호 기능만을 선별적으로 시험하는 것이다. 또한, 수동 모드는 사용자가 지정한 기능만 시험하는 것이다. 일례로, 고장 유형에 따른 보호기능은 예를 들면, 도 3의 보호계전기(210) 내에 87T, REF 등과 같은 미리 설정된 보호 기능을 사용자 인터페이스를 통해 표시하고 선별적으로 선택받을 수 있다. 마찬가지로, 도 3의 보호계전기(220) 내에 87G, F/L 등과 같은 미리 설정된 보호 기능을 사용자 인터페이스를 통해 표시하고 선별적으로 선택받을 수 있다.
이어서, 고장 시험 장치는 적어도 하나의 모드가 선택되면, 모의고장 DB로부터 전력계통의 특성에 따라 고장 유형별 고장 데이터를 추출하여(S620), 모의 고장 시험을 실행한다(S630).
여기서, 고장유형에 따른 보호 기능으로서, 변압기 및 발전기의 전부하(F/L) 전류 시험이 이루어지는 경우를, 예로 들어, 보호 계전기에 입력되는 값을 설명한다.
(변압기 전부하 전류 모의 시험의 경우)
도 3의 변압기 고압측(Y 결선측) CT 1의 2차측 전류를 Ip1 , p2, p3라고 할 때, 계산식은 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112017079359993-pat00001
도 3의 변압기 고압측(△ 결선측) CT 2의 2차측 전류를 Ip1 , p2, p3라고 할 때, 계산식은 다음의 수학식 2과 같다.
Figure 112017079359993-pat00002
변압기 전부하 모의 시험 시 입력 전류(F/L)는 수학식 1, 2에 의해
CT 1측에 입력할 전류는, 각각, 다음과 같이 된다.
Ip1=X∠0°[A], Ip2=X∠-120°[A], Ip3=X∠-240°[A]
또한, CT 2측에 입력할 전류는, 각각, 다음과 같이 된다.
Is1=Y∠-210°[A], Is2=Y∠-330°[A], Is3=Y∠- 90°[A]
(발전기 전부하 전류 모의 시험의 경우)
도 3의 발전기(GEN) 정격전류를 CT 3의 2차측으로 변환한 전류를 Ig1 , g2, g3라고 할 때, 계산식은 다음의 수학식 3과 같다.
Figure 112017079359993-pat00003
도 3의 발전기(GEN) 정격전압을 PT 2의 2차측으로 변환한 전압을 Vg1 , g2, g3라고 할 때, 계산식은 다음의 수학식 4과 같다.
Figure 112017079359993-pat00004
발전기 전부하 모의 시험시 입력 전압은 수학식 3, 4에 의해,
CT 3측에 입력할 전류는, 각각, 다음과 같이 된다.
Ig1=Z∠0°[A], Ig2=Z∠-120°[A], Ig3=Z∠-240°[A]
CT 4측에 입력할 전류는, 각각, 다음과 같이 된다.
Ig1=Z∠-180°[A], Ig2=Z∠-300°[A], Ig3=Z∠- 60°[A]
또한, PT 2측에 입력할 전압은, 각각, 다음과 같이 된다.
Vg1=V∠0°[V], Vg2=V∠-120°[V], Vg3=V∠-240°[V]
이어서, 도 6에서와 같이, 고장 시험 장치는 보호 계전기의 동작 상태를 판단한다(S640). 해당 고장 유형에 따른 고장 시험이 성공하면(Y), 전체 고장 유형별 횟수(N≤고장 유형)를 판단하여 수행 결과를 확인하여(S650), 다음 고장 유형에 따른 고장 시험을 위해 단계 S630으로 이동한다. 만일, 단계 S640에서 고장 시험이 실패하는 경우에는 미리 설정된 횟수를 기준으로 모의 고장 실행 단계(S630)를 반복하거나 시험 실패에 따른 알람신호를 출력한다. 예를 들면, 수동 모드가 선택된 경우, 도 3의 보호계전기(220)의 보호 기능 중 Function Number 87G가 지정하면, 내부고장 또는 외부고장을 선택하여 고장 시험을 진행하고 고장 시험이 성공하면 다음 보호 기능을 수행한다. 이어서, 단계 S650에서 모든 고장 유형별 고장 시험이 완료되면, 보호계전기의 동작 상태를 분석하여 보고서를 작성하고(S660), 고장시험을 종료한다.
이어서, 도 7를 이용하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 방법을 설명하기로 한다. 도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호계전기의 고장 시험 방법의 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보호계전기의 고장 시험 방법은, 먼저, 시험하고자 하는 보호계전기가 포함된 전력계통을 모델링한다(S10). 이어서, 미리 선정된 각 고장 유형에 따른 전압 및 전류의 고장모의 파형정보를 모델링된 전력계통의 특성에 따라 변환한다(S20). 이어서, 전력계통의 동작 절차에 따라 설정된 고장 발생 시점에서 변환된 고장모의 파형이 발생하도록 시퀀스 데이터를 생성한다(S30). 이어서, 생성된 시퀀스 데이터에 따른 신호를 생성하여 전력계통의 보호계전기에 공급한다(S40). 이어서, 보호계전기의 동작 상태에 대한 정보를 수신하여 분석한다(S50).
이와 같은 본 발명에 의하면, 미리 선정된 각 고장 유형에 따른 고장모의 파형을 시험하고자 하는 보호계전기가 설치된 전력계통의 특성에 따라 변환함으로써, 보호계전기의 설치환경에 따라 신뢰성 검증시험을 용이하게 수행할 수 있고, 또한, 전력계통에 대해 각 고장 유형에 따른 고장모의 파형정보를 미리 선정하여 저장함으로써, 보다 일관되고 정확히 보호계전기의 신뢰성 검증시험을 수행할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 모의고장 DB 20: 데이터 변환부
30: 시퀀스부 40: 신호발생기
50: 동작분석부 60: 모델러
70: 표시부 80: 입력부
90: 제어부

Claims (10)

  1. 전력계통에 대해 미리 선정된 각 고장 유형에 따른 전압 및 전류의 고장모의 파형정보가 저장된 모의고장 데이터베이스;
    상기 고장모의 파형정보를 시험하고자 하는 보호계전기가 설치된 전력계통의 특성에 따라 변환하는 데이터 변환부;
    상기 전력계통의 동작 절차에 따라 설정된 고장 발생 시점에서 변환된 고장모의 파형이 발생하도록 시퀀스 데이터를 생성하는 시퀀스부;
    생성된 시퀀스 데이터에 따른 신호를 생성하여 상기 전력계통의 보호계전기에 공급하는 신호발생기; 및
    상기 보호계전기의 동작 상태에 대한 정보를 수신하여 분석하는 동작분석부를 포함하는 보호계전기의 고장 시험 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장모의 파형정보는 고장 유형별로 전압값, 전류값, 파형 모양, 최대 부하 및 고장 유형 설명 정보 중 적어도 하나를 포함하는 보호계전기의 고장 시험 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력계통의 특성은 변압기의 변압비, 변압기의 벡터 그룹, 변류기의 변류비 및 설비 정격 중 적어도 하나를 포함하는 보호계전기의 고장 시험 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 데이터 변환부는, 상기 고장모의 파형정보를 상기 전력계통의 특성 및 고장 유형에 따라, 미리 설정된 파형 역변환 방식, 파형 크기 변환 방식, 옵셋 변환 방식, 주파수 변환 방식 및 위상 변환 방식 중 적어도 하나의 방식을 통해 변환하는 보호계전기의 고장 시험 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력계통을 모델링하고 상기 전력계통의 특성을 설정하는 모델러를 더 포함하는 보호계전기의 고장 시험 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 모델링된 전력계통의 회로도 및 상기 전력계통의 특성을 표시하는 표시부를 더 포함하는 보호계전기의 고장 시험 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전력계통의 특성을 변경하거나, 사용자 조작 신호를 입력하는 입력부를 더 포함하는 보호계전기의 고장 시험 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 동작분석부는 수신된 상기 보호계전기의 동작 상태에 대한 정보에 따라 고장 발생원인 및 고장 유형을 분석하는 보호계전기의 고장 시험 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 고장 유형은 보호계전기의 기능별로 설정되는 것인 보호계전기의 고장 시험 장치.
  10. 시험하고자 하는 보호계전기가 포함된 전력계통을 모델링하는 단계;
    미리 선정된 각 고장 유형에 따른 전압 및 전류의 고장모의 파형정보를 상기 모델링된 전력계통의 특성에 따라 변환하는 단계;
    상기 전력계통의 동작 절차에 따라 설정된 고장 발생 시점에서 상기 변환된 고장모의 파형이 발생하도록 시퀀스 데이터를 생성하는 단계;
    생성된 시퀀스 데이터에 따른 신호를 생성하여 상기 전력계통의 보호계전기에 공급하는 단계; 및
    상기 보호계전기의 동작 상태에 대한 정보를 수신하여 분석하는 단계를 포함하는 보호계전기의 고장 시험 방법.
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