KR102298314B1 - 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교류 전철급전시스템에 구비되는 보호계전기에 대한 정상동작 여부를 테스트 하기 위한 시험 시뮬레이터에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 전철급전시스템에서 발생되는 급전사고를 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션하고, 급전사고 시뮬레이션을 통해 계산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 테스트하고자 하는 전절급전시스템 보호계전기로 입력하여 상기 보호계전기의 성능정보를 분석하며, 상기 보호계전기의 성능정보 분석을 통해 불량여부를 판별하기 위한 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 관한 것으로,
본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터는, 교류 전철급전시스템의 사고 발생을 방지하기 위해 변전소 보호반에 구비되는 전철급전시스템 보호계전기에 연결되며, 상기 교류 전철급전시스템의 사고발생을 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션하고, 사고 발생 시뮬레이션을 통해 연산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 상기 전철급전시스템 보호계전기로 입력하여 상기 전철급전시스템 보호계전기의 정상동작 여부를 테스트하는 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 교류 전철급전시스템을 수치해석 모델링하고, 다수의 전철급전시스템의 사고 발생 유형 중 소정 사고발생 유형을 수치해석 모델링한 후, 시뮬레이션하여 해당 사고발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 전철급전시스템 사고 모델링부; 상기 전철급전시스템 사고 모델링부에서 출력되는 해당 사고발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 입력받아 저장하고, 저장한 상기 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 시뮬레이터 제어부; 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환시켜 상기 전철급전시스템 보호계전기로 출력하는 보호계전기 신호 입력부; 및, 상기 전철급전시스템 보호계전기에서 외부로 출력되는 작동신호를 검출하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하는 신호검출부를; 포함하여 구성되며, 상기 시뮬레이터 제어부는, 상기 신호검출부로부터 입력받은 소정 전류값 및 전압값을 통해 시험기간 내의 복수의 시점 별 임피던스를 연산하여 디스플레이 장치로 출력하고, 상기 신호검출부로부터 입력받은 상기 전철급전시스템 보호계전기의 작동신호를 통해 상기 보호계전기의 성능정보를 상기 디스플레이 장치로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터는, 교류 전철급전시스템의 사고 발생을 방지하기 위해 변전소 보호반에 구비되는 전철급전시스템 보호계전기에 연결되며, 상기 교류 전철급전시스템의 사고발생을 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션하고, 사고 발생 시뮬레이션을 통해 연산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 상기 전철급전시스템 보호계전기로 입력하여 상기 전철급전시스템 보호계전기의 정상동작 여부를 테스트하는 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 교류 전철급전시스템을 수치해석 모델링하고, 다수의 전철급전시스템의 사고 발생 유형 중 소정 사고발생 유형을 수치해석 모델링한 후, 시뮬레이션하여 해당 사고발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 전철급전시스템 사고 모델링부; 상기 전철급전시스템 사고 모델링부에서 출력되는 해당 사고발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 입력받아 저장하고, 저장한 상기 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 시뮬레이터 제어부; 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환시켜 상기 전철급전시스템 보호계전기로 출력하는 보호계전기 신호 입력부; 및, 상기 전철급전시스템 보호계전기에서 외부로 출력되는 작동신호를 검출하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하는 신호검출부를; 포함하여 구성되며, 상기 시뮬레이터 제어부는, 상기 신호검출부로부터 입력받은 소정 전류값 및 전압값을 통해 시험기간 내의 복수의 시점 별 임피던스를 연산하여 디스플레이 장치로 출력하고, 상기 신호검출부로부터 입력받은 상기 전철급전시스템 보호계전기의 작동신호를 통해 상기 보호계전기의 성능정보를 상기 디스플레이 장치로 출력하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 교류 전철급전시스템에 구비되는 보호계전기에 대한 정상동작 여부를 테스트 하기 위한 시험 시뮬레이터에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 전철급전시스템에서 발생되는 급전사고를 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션하고, 급전사고 시뮬레이션을 통해 계산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 테스트하고자 하는 전절급전시스템 보호계전기로 입력하여 상기 보호계전기의 성능정보를 분석하며, 상기 보호계전기의 성능정보 분석을 통해 불량여부를 판별하기 위한 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 관한 것이다.
현대 전기철도시스템은 자동차 등의 다른 여타 육상 교통시스템과 비교하여 수송능력, 에너지 효율, 운영비 및, 환경친화적인 면에서 많은 이점들을 갖고 있으나, 단락사고, 지락사고 및, 차단기 동작시 서지전압 등의 다양한 사고발생 유형들이 존재하며, 여러 사고 유형 중 경미한 사고 발생시에도 다수의 승객과 대형 설비들로 인해 대형 사고로 이어질 수 있는 위험성을 안고 있다.
따라서, 전기철도시스템의 운영 중 경미한 사고 발생시에도 사고의 파급을 최소화하기 위해 급전계통의 계통 조건과 사고에 의한 사고전류를 판별하여 보호계전기를 동작시켜 계통을 보호할 필요가 있으며, 이러한 사고 전류는 사고의 종류와 사고 위치에 따라 다양하게 나타난다.
한편, 일반적으로 보호계전기는 전기회로에 단락, 지락이나 순환전류 등의 이상상태가 발생했을 때, 이상상태가 발생한 부분을 회로에서 분리시키는 기능을 갖춘 장치이다. 이와 같은 보호계전기는 발전소로부터 생산된 전력을 각 수용가인 공장, 오피스빌딩 및, 가정 등에 안정적으로 공급하기 위해 전력을 생산하는 발전소의 발전기, 전력을 분배하는 변압기 및, 전력 공급 선로의 차단기 등을 제어하는 배전반에 설치되어 전력계통을 감시 보호한다.
보호계전기는 전력계통에 사용되는 각종 기기들의 동작상태 및 계측값을 확인하여, 이상상태 발생시 고장 구간을 분리하는 제어신호를 차단기에 송출하여 이상발생의 파급을 방지하는 등, 전력계통의 안정적 운영에 있어 필수적으로 구비되어야 하는 장치이다.
특히, 교류 전철급전시스템에 구비되는 보호계전기는 전철급전시스템의 내, 외부 사고를 방지하여 안정적으로 전철을 운행할 수 있도록 하는 중요 장비로, 일반 보호계전기에 비해 고가의 정밀 장치로 구성되며, 국내 전철급전시스템의 보호반에 구비되는 보호계전기는 현재 대부분 해외 제조사로부터 수입하여 운용 중에 있다. 해외 제조사로부터 수입 운영되는 전철급전시스템 보호계전기의 경우, 해외 제조사의 판매 정책에 따라 보호계전기의 세부 자료는 공개하고 있지 않으며, 보호계전기의 운용에 필요한 필수 사용법만을 공개하고 있는 실정이다.
등록특허 제10-1906383호(발명의 명칭:'보호계전기 시험장비 운용장치 및 방법')에서는, 사전에 준비된 사고발생시 생성된 소정 시험 전류값 및 전압값 데이터가 저장된 시험장비를 시험장비 운용 장치를 통해 보호계전기와 연결하고, 상기 소정 시험 전류값 및 전압값을 상기 시험장비 운용장치를 거쳐 상기 보호계전기로 입력함과 함께, 보호계전기로부터 출력되는 트립(Trip) 신호 또는 클로즈(Close)신호를 전달받아 보호계전기의 성능정보를 분석할 수 있도록 하는 보호계전기 시험장비 운용장치 및 방법에 대하 게재되어 있으나, 이 경우에 교류 급전시스템에 구비되는 보호계전기에 대한 실제 전철급선시스템에서 발생될 수 있는 다양한 사고상황에 따라 발생되는 다양한 소정의 사고 전류값 및 전압값을 실제 보호계전기로 입력하기 어려워 보다 실제 급전시스템의 사고상황에 따른 전절급전시스템 보호계전기에 대한 보다 정확한 성능분석 및 테스트가 어려운 문제점이 있고, 또한 다양한 제조사에 따른 보호계전기의 성능분석의 토대가 되는 다양한 기준 임피던스 궤적을 활용한 정확한 보호계전기 성능분석이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 전철급전시스템에서 발생되는 다양한 급전사고를 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션할 수 있도록 하고, 급전사고 시뮬레이션을 통해 계산 출력되는 다양한 급전사고에 의해 발생되는 소정 전류값 및 전압값을 테스트하고자 하는 전절급전시스템 보호계전기로 입력하여 상기 보호계전기의 성능정보를 분석할 수 있도록 하며, 상기 보호계전기의 성능정보 분석을 통해 전철급전시스템 보호계전기의 작동 불량여부를 용이하게 판별할 수 있도록 하고, 다양한 제조사에서 생산 판매중이 전철급전시스템 보호계전기의 성능정보를 서로 비교분석할 수 있도록 하여 해당 전철급전시스템에서 발생되는 다양한 급전사고에 대해 능동적으로 보호동작 할 수 있는 최적의 보호계전기를 선택할 수 있는 근거자료를 제공할 수 있도록 한다.
상기 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 형태에서는, 교류 전철급전시스템의 사고 발생을 방지하기 위해 변전소 보호반에 구비되는 전철급전시스템 보호계전기에 연결되며, 상기 교류 전철급전시스템의 사고발생을 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션하고, 사고 발생 시뮬레이션을 통해 연산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 상기 전철급전시스템 보호계전기로 입력하여 상기 전철급전시스템 보호계전기의 정상동작 여부를 테스트하는 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 교류 전철급전시스템을 수치해석 모델링하고, 다수의 전철급전시스템의 사고 발생 유형 중 소정 사고발생 유형을 수치해석 모델링한 후, 시뮬레이션하여 해당 사고발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 전철급전시스템 사고 모델링부; 상기 전철급전시스템 사고 모델링부에서 출력되는 해당 사고발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 입력받아 저장하고, 저장한 상기 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 시뮬레이터 제어부; 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환시켜 상기 전철급전시스템 보호계전기로 출력하는 보호계전기 신호 입력부; 및, 상기 전철급전시스템 보호계전기에서 외부로 출력되는 작동신호를 검출하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하는 신호검출부를; 포함하여 구성되며, 상기 시뮬레이터 제어부는, 상기 신호검출부로부터 입력받은 소정 전류값 및 전압값을 통해 시험기간 내의 복수의 시점 별 임피던스를 연산하여 디스플레이 장치로 출력하고, 상기 신호검출부로부터 입력받은 상기 전철급전시스템 보호계전기의 작동신호를 통해 상기 보호계전기의 성능정보를 상기 디스플레이 장치로 출력하는 것을 특징으로 하는 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터를 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따른 전절급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 상기 시뮬레이터 제어부는, 상기 보호계전기 신호입력부 및 전철급전시스템 보호계전기에 각각의 작동에 필요한 작동 셋팅 신호를 출력할 수 있고,
바람직하게는, 상기 시뮬레이터 제어부는, 상기 전철급전시스템 보호계전기의 임피던스 궤적과 함께, 시험 대상이 되는 상기 전철급전시스템 보호계전기의 제조사와 다른 제조사에서 생산된 다수의 전철급전시스템 보호계전기에 대한 임피던스 궤적 및, 상기 신호검출부로부터 입력받은 소정 전류값 및 전압값을 통해 시험기간 내의 복수의 시점 별 임피던스 궤적을, 상기 디스플레이 장치의 한 화면에 동시에 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터는, 전철급전시스템에서 발생되는 다양한 급전사고를 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션할 수 있고, 급전사고 시뮬레이션을 통해 계산 출력되는 다양한 급전사고에 의해 발생되는 소정 전류값 및 전압값을 테스트하고자 하는 전절급전시스템 보호계전기로 입력하여 상기 보호계전기의 성능정보를 분석할 수 있으며, 상기 보호계전기의 성능정보 분석을 통해 전철급전시스템 보호계전기의 작동 불량여부를 용이하게 판별할 수 있고, 다양한 제조사에서 생산 판매중이 전철급전시스템 보호계전기의 성능정보를 서로 비교분석할 수 있어 해당 전철급전시스템에서 발생되는 다양한 급전사고에 대해 능동적으로 보호동작 할 수 있는 최적의 보호계전기를 선택할 수 있는 근거자료를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터를 나타내는 블록 선도;
도 2는 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 전철급전시스템 사고 모델링부의 일 실시예로, 다수의 사고발생 유형 중 선로 지락 사고발생을 나타내는 전철급전시스템 사고 모델링;
도 3은 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 전철급전시스템 사고 모델링부에서 수치해석을 통해 선로 지락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 컴트레이드(comtrade) 파일로 변환하여 시뮬레이터 제어부로 출력하는 데이터 레코더를 나타내는 전철급전시스템 사고 모델링부의 데이터 레코더 모델링;
도 4는 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 전철급전시스템 사고 모델링부에서 수치해석 모델링을 통해 선로 지락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형을 나타내는 그래프; 및,
도 5는 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 일 실시예로 선로 지락 사고 발생에 따른 전철급전시스템 보호계전기의 성능정보를 보여주는 시뮬레이터 제어부의 디스플레이 화면;이다.
도 2는 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 전철급전시스템 사고 모델링부의 일 실시예로, 다수의 사고발생 유형 중 선로 지락 사고발생을 나타내는 전철급전시스템 사고 모델링;
도 3은 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 전철급전시스템 사고 모델링부에서 수치해석을 통해 선로 지락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 컴트레이드(comtrade) 파일로 변환하여 시뮬레이터 제어부로 출력하는 데이터 레코더를 나타내는 전철급전시스템 사고 모델링부의 데이터 레코더 모델링;
도 4는 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 전철급전시스템 사고 모델링부에서 수치해석 모델링을 통해 선로 지락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형을 나타내는 그래프; 및,
도 5는 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 일 실시예로 선로 지락 사고 발생에 따른 전철급전시스템 보호계전기의 성능정보를 보여주는 시뮬레이터 제어부의 디스플레이 화면;이다.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터를 나타내는 블록 선도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 전철급전시스템 사고 모델링부의 일 실시예로, 다수의 사고발생 유형 중 선로 지락 사고발생을 나타내는 전철급전시스템 사고 모델링이며, 도 3은 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 전철급전시스템 사고 모델링부에서 수치해석을 통해 선로 지락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 컴트레이드(comtrade) 파일로 변환하여 시뮬레이터 제어부로 출력하는 데이터 레코더를 나타내는 전철급전시스템 사고 모델링부의 데이터 레코더 모델링이다.
또한, 도 4는 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 전철급전시스템 사고 모델링부에서 수치해석 모델링을 통해 선로 지락 사고 발생에 의해 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형을 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 일 실시예로 선로 지락 사고 발생에 따른 전철급전시스템 보호계전기의 성능정보를 보여주는 시뮬레이터 제어부의 디스플레이 화면이다.
본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터는, 교류 전철급전시스템의 사고 발생을 방지하기 위해 변전소 보호반에 구비되는 전철급전시스템 보호계전기에 연결되며, 상기 교류 전철급전시스템의 사고발생을 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션하고, 사고 발생 시뮬레이션을 통해 연산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 상기 전철급전시스템 보호계전기로 입력하여 상기 전철급전시스템 보호계전기의 정상동작 여부를 테스트하는 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 크게, 교류 전철급전시스템 설비계통 및 전철급전시스템 사고를 수치해석을 통해 시뮬레이션하기 위해 모델링하는 전철급전시스템 사고 모델링부와, 수치해석 모델링을 통해 상기 전철급전시스템 사고 모델링부에서 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 저장 및 출력하며, 전철급전시스템 보호계전기에서 출력되는 작동신호를 입력받아 보호계전기 성능정보를 외부로 디스플레이하는 시뮬레이터 제어부와, 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 데이터를 이용하여 실제 전철급전시스템에 사용되는 보호계전기로 소정 전류값 및 전압값을 입력하는 보호계전기 신호입력부와, 상기 전철급전시스템 보호계전기에서 출력되는 작동신호를 검출하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하는 신호 검출부를 포함하여 구성된다.
상기 전철급전시스템 사고 모델링부는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 교류 전철급전시스템의 설비계통을 수치해석으로 시뮬레이션하기 위한 수치해석 모델링부로, 전철급전시스템의 운용 중 발생될 수 있는 각각의 선로 지점에서의 단락 및 지락, 과전류 및 과부하 발생, 과전압 및 부족전압 발생 등의 다양한 전철 운전중 발생될 수 있는 다양한 급전시스템의 사고발생 유형 중 소정 사고발생을 모델링하여 시뮬레이션하고, 해당 사고발생 시뮬레이션 결과로 나타나는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하게 된다.
상기 급전시스템 사고 모델링부로는, EMTDC(Electro Magnetic DC analysis program) 및, 전자계 과도현상 해석 프로그램으로 통용되고 있는 PSCAD(Power Computer Aided Design) 프로그램을 이용하여 교류 전철급전시스템을 수치해석 모델링하고, 전기전 현상에 대하여 시뮬레이션하며, 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 계전기 시험용 Comtrade(Common format for Transient Data Exchange for power system) 파일 형태로 출력하게 된다.
상기 시뮬레이터 제어부는, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 발전기 사고 모델링부에서 수치해석 시뮬레이션 결과 출력되는 해당 발전기 사고 발생에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 입력받아 저장 장치에 저장하고, 저장한 상기 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 외부로 출력하게 되며, 상기 신호 검출부로부터 계전기 출력신호를 입력받게 된다.
바람직하게는, 상기 시뮬레이터 제어부는, 상기 신호 검출부로부터 상기 보호계전기의 트립(trip) 신호 또는 클로즈(close) 신호 등과 같은 작동신호를 입력받아 소정 급전 선로 사고유형에 따라 동작된 보호요소 계전기의 작동신호에 대한 성능정보를 디스플레이 장치를 통해 외부로 출력하여 전철급전시스템에 사용되는 실제 보호계전기 또는 설치할 시험 대상 보호계전기의 오작동 여부 등을 확인할 수 있고, 아울러 상기 소정 급전선로 사고유형에 가장 잘 대처할 수 있는 타사 제품의 보호계전기의 성능정보 또한 확인할 수 있게 된다.
상기 보호계전기 신호 입력부는, 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환시켜 외부로 출력하게 된다. 상기 전철급전시스템 사고 모델링부로부터 출력되는 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터는 실제 보호계전기 장치에서 인식할 수 없는 파일 형태로, 상기 보호계전기 신호 입력부는 상기 Comtrade 파일 형태의 전류 및 전압 파형 데이터를 상기 전철급전시스템 보호계전기 장치에서 인식할 수 있는 소정 전류값 및 전압값으로 변환하여 상기 보호계전기 장치로 출력하게 되며, 바람직하게는, 소정 전류값 및 전압값으로 변환된 데이터를 전철급전시스템 보호계전기로 입력함과 동시에, 상기 신호 검출부를 통해 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하여 상기 보호계전기의 성능정보를 외부로 출력하는 디스플레이 창의 동일 화면상에 출력하여 상기 보호계전기의 오작동 여부 등의 검토에 활용할 수 있게 한다.
상기 전철급전시스템 보호계전기는, 실제 운용중인 전철급전시스템의 보호반을 구성하는 하드웨어 장비로, 상기 보호계전기 신호 입력부로부터 소정 전류값 및 전압값을 입력받아 급전 사고유형에 따라 입력받은 상기 소정 전류값 및 전압값을 통해 트립(trip) 신호 또는 클로즈(close) 신호 등과 같은 작동신호를 외부로 출력하게 된다.
본 발명을 구성하는 상기 전철급전시스템 보호계전기는, 종래 교류 전철급전시스템에 사용중인 통상의 디지털 보호계전기로 구성되고, 일반적인 디지털 보호계전기의 경우, 비율차동계전기, 과여자보호계전기, 과전류보호계전기, 열동계전기, 결상계전기 등, 급전시스템을 구성하는 변압기 보호용 또는 선로 보호용 디지털 보호계전기 등이 시험 대상 보호계전기로 사용될 수 있으며, 종래 통상의 보호계전기에 대한 자세한 작동설명은 당업자에게 자명한 것으로 생략한다.
바람직하게는, 상기 시뮬레이터 제어부는, 상기 보호계전기 신호 입력부 및 상기 보호계전기의 작동에 필요한 소정의 작동 셋팅 신호를 출력할 수 있도록 하여, 상기 보호계전기 신호 입력부의 세부작동을 사용자가 용이하게 제어할 수 있게 하고, 시뮬레이션 결과를 실시간으로 확인하면서 즉각적으로 각각의 전철급전시스템 보호계전기의 작동조건을 새롭게 셋팅할 수 있게 하여 오작동 발생을 방지할 수 있도록 한다.
본 발명에서는 다양한 종류의 급전 사고유형을 모델링한 후 시뮬레이션하고, 시뮬레이션 결과에 따른 소정 전류값 및 전압값을 상기 실제 보호계전기로 인가하여 당해 시험 대상이 되는 보호계전기 뿐만 아니라 다른 제조사별 보호계전기의 성능정보를 검토 확인할 수 있으며, 검토 확인한 성능정보에 당해 시험 대상이 되는 보호계전기의 오작동 여부 및 해당 급전 사고유형에 가장 잘 대응할 수 있는 타사 보호계전기의 성능정보 또한 확인 할 수 있게 된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시뮬레이터에 대해 일 실시예를 들어 좀 더 상세하게 설명하면, 먼저, 도 2와 도3에 도시된 바와 같이, 상기 급전시스템 사고 모델링부로는 PSCAD 및 EMTDC를 활용하여 교류 전철급전시스템의 설비계통 즉, 한전 변전소와 전철 변전소를 연결시켜주는 송전선로, 상기 한전 변전소에서 공급받은 3상의 주전원을 T상 및 M상의 2상으로 변환하여 출력하는 스코트 변압기, 권선변압기(AT), 전철 선로, 전철 변전소 내의 변압기, 병렬급전소(Parallel Post) 및, 급전구분소(Sectioning Post) 등을 모델링하고, 여러 급전 사고유형 중, 전철차량 1량 편성, 전철 변전소로부터 T상 상행선 10Km 지점의 선로에서 지락사고가 발생된 것으로 선로 사고발생을 모델링한 후, 전기적 현상에 대하여 시뮬레이션하여 RTP 레코더(Recorder)를 통해 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 계전기 시험용 Comtrade(Common format for Transient Data Exchange for power system) 파일 형태로 생성하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하게 된다.
상기 시뮬레이터 제어부는, 상기 전철급전시스템 사고 모델링부의 선로 지락사고 시뮬레이션를 통한 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 Comtrade 파일 형태로 입력받아 저장장치에 저장하고, 저장한 상기 Comtrade 파일 형태의 전류 및 전압 파형 데이터를 상기 보호계전기 신호 입력부로 출력하게 된다.
상기 보호계전기 신호 입력부는, 상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 Comtrade 파일 형태의 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환하여 전기적으로 연결된 실제 보호계전기로 출력하며, 또한, 변환된 소정 전류값 및 전압값을 상기 신호 검출부를 통해 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하여 보호계전기의 동작 및 성능정보를 외부로 출력하는 디스플레이 창의 동일 화면상에 출력하여 보호계전기의 오작동 여부 및 성능 적합성 등의 검토에 활용할 수 있게 한다. 상기 보호계전기 신호 입력부로는, OMICRON 사의 CMC 256을 이용하여 구성할 수 있다.
상기 보호계전기는, 실제 전철급전시스템에서 사용되는 SIEMENS 사의 디지털 보호계전기 모델을 사용해 구성하였고, 상기 보호계전기 신호 입력부로부터 소정 전류값 및 전압값을 입력받아 설치 초기시 셋팅되는 작동조건에 따라 동작하게 되며, 해당 작동조건에 따른 보호계전기의 작동신호 즉, 트립 또는 클로저 신호 등의 작동신호를 외부로 출력하게 된다.
상기 신호 검출부는, 상기 보호계전기의 작동신호선과 연결되어 보호계전기의 작동신호를 검출해 내며, 또한, 상기 보호계전기 신호 입력부의 출력 신호선과도 연결되어 상기 보호계전기 신호 입력부에서 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 검출해 내고, 상기 보호계전기 및 보호계전기 신호 입력부에서 검출해 낸 각각의 작동신호, 소정 전류값 및 전압값은 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하며, 상기 시뮬레이션 제어부는, 도 5에 도시된 바와 같이, 입력받은 상기 보호계전기의 작동신호, 소정 전류값 및 전압값을 디스플레이 창을 통해 출력하면서 시험 대상이 되는 상기 보호계전기의 기준 임피던스 궤적과 함께, 상기 신호검출부로부터 입력받은 소정 전류값 및 전압값을 이용한 연산을 통해 시험기간 내의 복수의 시점 별 임피던스 궤적을 디스프레이 장치로 표시하고, 상기 복수의 시점별 임피던스 궤적이 상기 보호계전기의 기준 임피던스 궤적과 만나는 지점에서 상기 보호계전기로부터 작동신호가 출력되는 지를 검출하여 정상동작 여부를 판단하게 되며, 또한, 시험 대상이 되는 상기 전철급전시스템 보호계전기의 제조사(Simens)와 다른 제조사(ABB)에서 생산된 전철급전시스템 보호계전기에 대한 기준 임피던스 궤적을 표시하고, 시험 대상 상기 보호계전기의 기준 임피던스, 상기 다른 제조사 보호계전기의 기준 임피던스 궤적 및 상기 복수의 시점별 임피던스 궤적을 비교분석하여 상기 소정 급전선 지락사고에 대해 보다 효과적으로 동작하는 보호계전기를 검출해 낼 수 있다.
도 4는 전철차량 1편성, 전철변전소의 T상 상행선 10Km의 지락사고 발생지점에서의 소정 전류 파형 및 전압 파형을 나타내는 그래프로, 즉, 위에서부터 차례로 전차선 전압, 급전선 전압, 전차선과 급전선 사이 전압 및, 사고 전류에 대한 그래프를 나타내고 있으며, 지락 사고는 약 1.2초에 발생하여 0.3초간 지속된 후, 1.5초에 해소되고, 지락 사고 발생동안 전차선 및 급전선의 전압값이 15kV로 낮아진 것을 확인할 수 있으며, 사고 전류값은 1.6kA까지 올라간 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 5는 전철차량 1편성, 전철변전소의 T상 상행선 10Km의 지락사고 발생에 의한 소정 전류값 및 전압값을 이용해 연산된 임피던스 궤적, 시험 대상 보호계전기(위)의 기준 임피던스 궤적 및, 타사의 비교 보호계전기(아래)의 기준 임피던스 궤적을 보여주는 디스플레이 장치의 화면으로, 지락사고 발생시 0.3초간 시험대상 보호계전기의 Zone2 기준 임피던스 궤적 영역내로 진입한 것을 확인할 수 있고, 시험 대상 보호계전기의 작동신호가, 연산된 임피던스 궤적이 Zone2 임피던스 궤적과 만나는 지점에서 발생되는지를 검출하여 정상동작 여부를 확인할 수 있고, 시험대상 보호계전기의 경우, 연산된 임피던스 궤적이 Zone2 기준 임피던스 궤적 영역내로만 진입하고 있으나, 타사의 비교 보호계전기의 경우에는, 연산된 임피던스 궤적이 Zone1 기준 임피던스 궤적과 만나, 해당 지락사고에 대한 보호계전기의 반응속도로만 단순 비교시, 연산된 임피던스 궤적이 빠른 차단기능이 가능한 Zone1의 기준 임피던스와 만나는 타사의 비교 보호계전기의 선로 보호성능이 우수함을 확인할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터는, 전철급전시스템에서 발생되는 다양한 급전사고를 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션할 수 있고, 급전사고 시뮬레이션을 통해 계산 출력되는 다양한 급전사고에 의해 발생되는 소정 전류값 및 전압값을 테스트하고자 하는 전절급전시스템 보호계전기로 입력하여 상기 보호계전기의 성능정보를 분석할 수 있으며, 상기 보호계전기의 성능정보 분석을 통해 전철급전시스템 보호계전기의 작동 불량여부를 용이하게 판별할 수 있고, 다양한 제조사에서 생산 판매중이 전철급전시스템 보호계전기의 성능정보를 서로 비교분석할 수 있어 해당 전철급전시스템에서 발생되는 다양한 급전사고에 대해 능동적으로 보호동작 할 수 있는 최적의 보호계전기를 선택할 수 있는 근거자료를 제공할 수 있게 된다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 여러 다른 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.
Claims (3)
- 교류 전철급전시스템의 사고 발생을 방지하기 위해 변전소 보호반에 구비되는 전철급전시스템 보호계전기에 연결되며, 상기 교류 전철급전시스템의 사고발생을 수치해석 모델링을 통해 시뮬레이션하고, 사고 발생 시뮬레이션을 통해 연산 출력되는 소정 전류값 및 전압값을 상기 전철급전시스템 보호계전기로 입력하여 상기 전철급전시스템 보호계전기의 정상동작 여부를 테스트하는 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터에 있어서,
교류 전철급전시스템을 수치해석 모델링하고, 다수의 전철급전시스템의 사고 발생 유형 중 소정 사고발생 유형을 수치해석 모델링한 후, 시뮬레이션하여 해당 사고발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 전철급전시스템 사고 모델링부;
상기 전철급전시스템 사고 모델링부에서 출력되는 해당 사고발생 유형에 따른 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 입력받아 저장하고, 저장한 상기 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 출력하는 시뮬레이터 제어부;
상기 시뮬레이터 제어부로부터 입력받은 소정 전류 파형 및 전압 파형 데이터를 이용하여 소정 전류값 및 전압값으로 변환시켜 상기 전철급전시스템 보호계전기로 출력하는 보호계전기 신호 입력부; 및,
상기 전철급전시스템 보호계전기에서 외부로 출력되는 작동신호를 검출하여 상기 시뮬레이터 제어부로 출력하는 신호검출부를; 포함하여 구성되며,
상기 시뮬레이터 제어부는,
상기 신호검출부로부터 입력받은 소정 전류값 및 전압값을 통해 시험기간 내의 복수의 시점 별 임피던스를 연산하여 디스플레이 장치로 출력하고, 상기 신호검출부로부터 입력받은 상기 전철급전시스템 보호계전기의 작동신호를 통해 상기 보호계전기의 성능정보를 상기 디스플레이 장치로 출력하고,
상기 시뮬레이터 제어부는,
상기 보호계전기 신호입력부 및 전철급전시스템 보호계전기에 각각의 작동에 필요한 작동 셋팅 신호를 출력하며,
상기 시뮬레이터 제어부는,
상기 전철급전시스템 보호계전기의 임피던스 궤적과 함께, 시험 대상이 되는 상기 전철급전시스템 보호계전기의 제조사와 다른 제조사에서 생산된 다수의 전철급전시스템 보호계전기에 대한 임피던스 궤적 및, 상기 신호검출부로부터 입력받은 소정 전류값 및 전압값을 통해 시험기간 내의 복수의 시점 별 임피던스 궤적을, 상기 디스플레이 장치의 한 화면에 동시에 출력하고,
상기 전철급전시스템 사고 모델링부는,
스코트 변압기(Scott transformer), 권선변압기(AT), 전철선로, 병렬급전소(Parallel Post) 및, 급전구분소(Sectioning Post)에 대한 수치해석 모델링을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전철급전시스템 보호계전기용 시험 시뮬레이터. - 삭제
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