KR20070063709A

KR20070063709A - 변전 설비 접지진단 시스템

Info

Publication number: KR20070063709A
Application number: KR1020050123793A
Authority: KR
Inventors: 황영식
Original assignee: 벽산엔지니어링주식회사
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2007-06-20

Abstract

본 발명은, 직류전원을 이용하여 변전소 접지선 망의 두 접지 도선 사이를 연결하고 접지선 망에 큰 직류 전류를 가하고, 두 접지 도선 사이의 전압 및 회로의 전류를 측정하여 두 접지 도선사이의 입력저항 또는 전이저항을 얻고, 접지선 망의 위상구조 및 모든 접지 도선 위치에 의하여 확정한 측정방안의 요구에 따라 모든 접지 도선 사이의 입력저항 및 전이저항을 측정하고, 측량결과 및 접지선 망의 위상구조를 진단 소프트웨어에 입력하면 진단 소프트웨어가 분석하여 각 부분의 도전체의 저항수치를 얻고 분석하여 얻은 각 부분의 접지선 망 도전체의 저항수치는 접지선 망이 온전할 때 계산 및 분석하여 얻은 설계저항수치와 비교하여 그 임계치에 의하여 해당 접지선 망의 도전체의 단절 여부와 부식 상황을 판단하는 변전소 접지 망의 부식 및 단절 지점 파악을 수행하는 시스템으로서, 컴퓨터 및 미리 작성하여 컴퓨터 메모리에 저장한 진단 소프트웨어 및 이 진단 소프트웨어와 통신하는 미세 저항 측정 장치가 포함되고, 상기 미세 저항 측정 장치에는 측정신호를 수집하는 모의 입력전기회로、각 회로의 매개 샘플 채취의 순간모의측정수치를 데이터량으로 전환한 멀티채널 모의데이터 전환회로 및 데이터량으로 전환한 신호를 계산하고 처리하는 단일 칩 컴퓨터 및 그 데이터 회로가 포함되며, 상기 입력 전기 회로는 전압제한 보호와 확대전기회로로 구성되고, 멀티채널 데이터 전환전기회로는 멀티채널스위치、샘플 채취/유지、데이터량 전환 및 모듈전환으로 구성되며, 단일 칩 컴퓨터의 회로는 데이터처리、시스템복원과 데이터통신으로 구성되며 또한 미리 작성하여 단일 칩 컴퓨터 메모리에 저장한 측정데이터 분석처리 소프트웨어도 포함되고, 상기 데이터 통신은 측정결과를 컴퓨터의 진단 소프트웨어로 전송하며,상기 미리 작성하여 컴퓨터에 저장한 진단 소프트웨어는 위상 구조의 입력、측정 방안의 확정、부식 및 단절 지점의 분석 및 분석구조도 디스플레이 수행 모듈로 이루어진 것을 그 특징으로 하는 변전소 접지 망의 부식 및 단절 지점 파악 시스템에 관한 것이다.

변전소, 접지선 망, 부식, 단절 및 진단 스프트웨어

Description

변전소 접지선 망의 부식 및 단절 지점 파악 시스템{A system for detecting grounded network erosion and broken point of substation}

도1은 접지선 망 도면이다.

도2는 본 발명의 측정방법 도면이다.

도3은 고장 전후의 망의 도면이다. 도 3a는 고장 전의 망이고 도 3b는 고장 후의 망이다.

도4는 본 발명의 계산모듈 흐름도이다.

도5는 본 발명 측정시스템의 구조도이다.

도7은 본 발명 실시예의 접지선 망의 일부분 구조도이다.

도8은 본 발명 실시예의 파악결과이다.

도9는 본 발명 실시예의 각 분기회로의 계산저항 증대 배수이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 접지선 망 13 : 접지 도선

21 : 직류 전원 22 : 측정 시스템

101 : 채취 포트 102 : 채취 포트

본 발명은 전기량의 정밀 측정 및 분석영역에 속하며 특히 전력 시스템이 정상적으로 운행하는 상황에서 변전소 접지 망의 부식 및 단절 지점 및 새 접지선 망의 용접누락과 용접불량 등 고장을 확인하는 정확하고 신뢰할만한 간단한 파악방법을 수행하는 시스템에 관한 것이다. 또 금속 파이프(물파이프, 기체파이프, 오일파이프)의 부식 파악에도 사용할 수 있다.

변전소 내에는 대량의 중요한 전기설비가 집중되어 있어 양호한 접지 장치로 작업접지, 안전접지와 우뢰방지접지의 요구를 만족시켜야 한다. 공정에서 사용하는 접지장치는 접지 망이며 주로 편평한 강판, 원형강판, L자형 철재 또는 스틸 파이프 등으로 용접하여 만든 망(11)이다. 이 망의 노드에는 접지도선 (13)이 도1에 표시된 바와 같이 연결되어 있다. 이 망은 지하의 일정한 깊이에 매장되어 있으며 전압균등, 전류분배와 접지저항을 감소하는 작용을 한다. 접지 도선의 한 끝을 지면에 노출시켜 전력설비와 연결한다.

변전소에 단락 사고 발생 시 고장 전류 I는 접지선 망을 통하여 땅속에 들어가며 접지 저항 R이 작을수록 접지선 망의 전위 상승 U는 낮아진다. 이때 지면 위 의 접지물체의 전위도 비교적 낮게 되어 안전을 보장한다. 변전소의 접지선 망은 전력시스템이 안전하게 운행되도록 보호하며 운행인원의 안전을 보장하는 중요한 조치이다. 접지 망을 구성하는 도전체는 지하에 매장하고 항상 시공 시의 용접불량 및 용접누락、토양의 부식、접지 단락전류전동력의 작용 등 원인으로 접지선 망 도전체 및 접지 도선의 부식 심지어 단절을 일으켜 접지선 망의 전기 연결성능이 나쁘게 되고 접지 저항이 높아지게 된다. 만약 전기시스템이 접지 단락 고장이 발생할 경우 접지선 망 자체의 일부분 전위차와 접지선 망 전위의 이상 증가로 운행인원에게 위협을 줄 뿐만 아니라 또 반격 또는 케이블 외피 환류로 인하여 2차 설비의 절연이 파괴되고 고압이 제어실을 통과하게 되어 검측 또는 제어설비에 오작동이 발생하여 거대한 경제 손실을 가져온다. 부식성이 비교적 강한 토양에서 접지선 망 금속의 년 부식율은 2.0 mm에 달하며 부식성이 극히 강한 토양에서는 8.0 mm에 달한다. 접지선 망의 부식 또는 단절로 인한 사고는 가끔 발생하며 매 번 사고는 모두 거대한 직접적 경제손실을 유발한다.

현재 접지선 망의 부식 또는 단절 지점에 대한 이해수단은 아주 원시적이다. 전력 시스템이 현재 접지선 망 부식, 단절 지점을 요해하는 상용방법은 정전하고 샘플 채취로 파헤치는 방법이다. 즉 수 년이 경과한 후 지역의 토양 부식비율에 의하여 경험적으로 접지선 망 도전체 저항 부식 정도를 예상하고 나서, 샘플 채취로 파헤쳐 검사하는 것이다. 이러한 방법은 맹목적이고 작업량이 크며 속도가 느리다. 또 현장운행조건의 제한을 받아 단절 지점과 부식 정도를 정확히 판단할 수 없다. 동시에 변전소에서는 국민생산의 거대한 책임을 부담하고 있으므로 정전의 발생은거대한 경제손실을 피할 수 없어 실제 조작에서 어려움을 가져왔다.

그러나 도선 고장의 검사판단에 대하여 현재 일반적으로 채용하는 방법은 A/S인원이 육안으로 접지 도선의 지표부분의 부식상황을 관찰하고 접지 도선을 힘껏 흔들어 지표 이하의 얕은 층 부분의 단절 여부를 관찰한다. 그러나 접지 도선의 지표 위의 부분은 항상 녹 방지층이 코팅되어 있어 이런 방법을 사용할 때 근본적으로 도선의 녹 방지층 내부의 부식상황과 정도에 대하여 판단할 수 없다. 또 접지 도선 대부분이 편평한 강판이나 원형 강판 같은 스틸 자재이므로 힘껏 흔들어도 비교적 깊은 곳 도선의 단절 여부는 판단할 수 없다. 그리하여 이런 방법은 접지 도선 지표 아래의 부식상황에 대하여서는 어쩔 수 없다.

이외의 방법은 전체 접지선 망의 접지저항을 측정하여 접지선 망의 부식상황을 분석하는 것이다. 이런 방법은 원리상 문제가 존재한다. 접지선 망이 부식 또는 단절 지점이 존재할 때 접지선 망의 접지저항은 기본적으로 변화가 없다. 즉 접지선 망이 엄중하게 부식되어 접지선 망이 분열되더라도 두 부분의 접지선 망의 상호저항의 작용으로 분열한 후의 측정 접지저항은 비교적 큰 변화가 없다. 그 외에 접지저항은 토양 저항율의 계절변동、측정방법、측정방향의 변동에 따라 비교적 크게 변한다. 즉 측정하여 얻은 접지저항의 변동은 접지선 망의 부식 및 단절 때문에 일어난 것이 아니다. 다시 말하자면 즉 접지선 망의 접지저항이 접지선 망의 부식상 황을 반역할 수 있다 하더라도 정확한 고장부위를 확정할 수 없다. 부득불 인공으로 샘플 채취하는 방식으로 파헤쳐 검사하거나 또는 대범위로 파헤쳐 검사하여야 하며 이는 원가가 높고 검측작업량이 큰 등 폐단을 조성하게 된다. 접지선 망의 고장은 이미 전력시스템의 안전운행에 큰 어려움이 되었다.

본 발명의 목적은 기존 기술의 부족한 점을 극복하고 일종의 변전소 접지선 망 부식 및 단절 지점의 파악방법 및 그 측정 방법、파악 시스템을 제출하여 정전하지 않고 접지선 망을 파헤치지 않는 상황에서 접지선 망 각 부분 도전체의 부식상황 및 단절 여부를 확인하여 전력시스템의 안전적이고 믿음직한 운행을 보장하는 것이다. 또 간편하고 정확하며 현장운행조건의 제한을 받지 않는 방법을 제공하는 것이다.

여기서, 상기 측정 장치는 전자 스크린이 있는 박스에 설치하며 모의 전기회 로는 데이터 전기회로와 분리하여 설치하고, 상기 데이터 회로 칩의 전원이 분리되고, 상기 접지선을 굵게 하여 접지선으로 감싸서 기능 모듈을 분리하고 "가드(guard)”전기회로가 사용되며, 상기 소프트웨어는 메인 프로그램 입구에 소프트웨어시간을 연장하고 I/O 포트를 프로그래밍할 수 있는 기능을 추가하여 반복재생、제어 명령 반복 실행、명령중복、데이터 웨이브 필터링 및 데이터 처리 기능 모듈을 설정한다.

본 발명에서는 변전소 접지선 망 부식 및 단절 지점의 파악방법을 제출하였으며 그 특징은 다음과 같다.

1. 직류전원을 이용하여 접지선 망의 두 접지 도선 사이를 연결하고 접지선 망에 큰 직류전류를 가한다.

2. 접지선 망의 두 접지 도선 사이의 전압 및 회로의 전류를 측정하여 두 접지 도선 사이의 입력저항과 전이저항을 얻어낸다.

3. 접지선 망 위상구조 및 모든 접지 도선 위치에 의하여 확정한 측정방안에서 요구하는 모든 접지 도선 사이의 입력저항 및 전이저항을 측정한다.

4. 측정결과 및 접지선 망의 위상구조를 진단 소프트웨어에 입력하고 진단 소프트웨어가 각 부분의 도전체의 저항수치를 분석한다. 분석하여 얻은 각 부분의 접지선 망 도전체의 저항을 접지선 망이 온전할 때 계산, 분석하여 얻은 설계저항수치(또는 과거 측정결과 분석치)와 비교한다. 그 임계치(threshold value)에 의하여 접지선 망의 도전체의 단절 여부와 부식상황을 판단한다.

상기 제 1 단계의 순서는 구체적으로 다음과 같다.

1) 접지선 망의 위상구조 및 접지 도선의 위치를 진단 소프트웨어에 입력한다. 진단 소프트웨어가 측정방안을 확정한다. 즉 어느 접지 도선 사이의 입력저항 또는 전이저항을 측정해야 할지를 정한다.

2) 접지선 망에 큰 직류전류를 주입하여 접지선 망의 측정의 필요한 두 접지도선 사이에 가한다.

상기 제 2 단계의 순서는 구체적으로 다음과 같다.

측정을 통하여 각 도선 사이의 전압과 가한 전류의 크기를 얻고 샘플 채취/유지하는 측정 방법을 이용하여 전압 U와 전류 I를 동시에 측정하여 전압, 전류의 동일한 순간수치를 얻는다. 즉 측정이 필요한 이 두 개의 접지 도선 사이의 입력저항과 전이저항을 얻는다.

상기 보조 단계를 반복 진행하면 측정방안에서 측정을 원하는 모든 접지 도선 사이의 입력저항 또는 전이저항을 얻을 수 있다.

본 발명은 또 상기 변전소 접지선 망의 부식 및 단절 지점의 파악방법을 이용한 접지선 망 부식 및 단절 지점 측정、파악시스템을 제출하였으며 여기에는 컴퓨터 및 미리 편성하여 그 컴퓨터의 메모리에 저장한 진단 소프트웨어 및 진단 소프트웨어와 통신하는 미세 저항 측정 장치가 포함된다. 미세 저항 측정 장치는 측 정신호를 수집하는 모의입력전기회로, 각 회로의 매 샘플 채취의 순간 모의측정수치를 데이터량으로 전환하는 멀티채널 모듈전환회로, 및 데이터 량으로 전환한 신호를 계산 및 처리하는 단일 칩 컴퓨터 및 그 데이터 전기회로가 포함된다. 입력회로는 전압제한 보호와 확대전기회로로 조성된다. 멀티채널 모의 데이터 전환 전기회로는 멀티채널스위치、샘플 채취/유지 및 데이터량 전환 및 모의수치 전환으로 구성된다. 단일 칩 컴퓨터의 전기회로에는 데이터 처리、시스템복원과 데이터 통신이 포함되며 또 미리 편성하여 단일 칩 컴퓨터 메모리에 저장 한 측정데이터 분석처리 소프트웨어가 포함된다. 데이터 통신은 측량 결과를 컴퓨터의 진단 소프트웨어로 전송한다. 미리 편성하여 컴퓨터 메모리에 저장한 진단 소프트웨어는 위상구조입력、측정방안 확정、부식 및 단절 지점 분석 및 분석구조도 디스플레이 등 기능 모듈로 구성되었다.

상기 측정시스템은 박스를 통하여 세밀한 전자 스크린을 채취할 수 있으며 하드웨어 시스템은 모의 전기회로와 데이터 전기회로의 분리를 수행하고、또 데이터 회로 칩의 전원을 분리하며、접지선을 굵게 하고 접지선으로 감싸서 각 기능 모듈을 분리하며 "가드(guard)”전기 회로를 사용하는 등 조치를 취한다. 소프트웨어설계에서는 메인 프로그램 입구에 소프트웨어시간을 연장하고 I/O 포트를 프로그래밍할 수 있는 기능을 추가하여 반복재생、제어 명령 반복 실행、명령중복、데이터 웨이브 필터링, 데이터 처리 등을 설정하는 조치를 취하여 전체적인 저항능력을 확보하였다.

본 발명의 기본원리는 접지선 망 도선 사이의 입력저항 또는 전이저항 측정치에 의하여 이미 알고 있는 접지선 망의 위상구조에 적당한 계산방법을 응용하여 접지선 망 각 부분 도전체의 저항을 계산해 내여 저항의 번호에 따라 상응한 부식 정도를 확인하는 것이다. 만약 접지선 망 중 어느 부분에 있는 도전체의 저항이 뚜렷하게 높아진다면 그곳에 단절 또는 부식현상이 발생하였다는 것을 설명한다.

본 발명은 전기회로 이론에 의하여 부식을 파악하는 수학방식 및 질대(체대) 양식을 설립하여 최적화 이론의 2 차 계획법을 이용하여 병태(病態)와 미정의 수학방식을 풀이한다. 도전체의 단절 여부를 판단하는 임계치는 인공신경 망 방법으로 확정한다. 본 발명을 이용하여 연구제작한 작은 저항 정밀 측정 장치는 정확한 측정수치를 얻어냈으며 측정 장치는 데이터 웨이브 필터링의 방식을 사용하여 방해의 영향을 해소하였다. 접지선 망 자체의 전기저항이 비교적 작으므로 측정의 정확성을 보장하기 위하여 방해를 방지하는 능력을 높여 비교적 큰 직류전원을 접지선 망에 주입하여 측정을 진행한다. 측정치 최적화는 메인요소분석을 통하여 일종의 자동으로 측정방법을 확인하는 선택방법을 연구하였다. 접지선 망의 어느 한 부분의 도전체가 단절 또는 부식될 경우 이 부분의 도전체 저항은 필연코 높아진다. 그 외에 변전소의 각종 전기설비는 모두 접지선 망과 관련된 접지 도선이 있다. 토양 전기 저항율과 접지선 망의 금속도전체의 전기 저항율에 비해 많이 크므로 접지선 망은 하나의 집중함수 순 저항망에 상당하고 접지선 망의 접지 도선은 이 망의 노드 로 한다. 즉 측정 가능한 점으로 한다. 접지선 망을 하나의 끝점수치와 접지 도선 숫자가 동일한 멀티 포트 전기저항 망으로 보면 접지 도선은 이 망의 접속 지점이 된다. 즉 측정 가능한 점이 된다. 이리하여 접지선 망의 고장 지점 측정의 문제를 멀티 포트 망의 포트 특성에 의하여 망 내부함수를 측정하고 망 분석 결과의 역함수로 전환할 수 있다. 즉 전기저항 망의 파악문제로 전환한다. 그리하여 접지선 망의 접지 도선 사이의 전기함수 측정치 및 이미 알고 있는 접지선 망의 위성구조에 의하여 이론분석방법을 응용하여 접지선 망 각 구간 도전체의 전기저항수치를 얻어 내여 접지선 망의 단절 지점 위치 및 각 구간 도전체의 부식상황을 판단할 수 있으며 상대적으로 접지선 망의 수리 및 복구를 진행하며 접지선 망의 남은 운행수명도 예상할 수 있다.

본 발명의 서술방법은 도 2에 표시된 것과 같다. 직류전원(배터리)(21)을 접지선 망(11)에 연결하여 접지선 망에 큰 직류전류(20A 정도)를 가하는 방식을 채용하였다. A、B는 접지선 망 접지 도선(13)의 두 개의 노드이다. 101과 101‘는 측정시스템(22)의 전류 샘플 채취 포트이다. 102와 102’는 측정시스템의 전압 샘플 채취 포트이며 접지선 망 두 개의 가용한 분기 회로 A, B사이의 전압을 측정한다. R는 전압 분리용 정밀 전기저항이며 위의 전압측정을 통하여 측정회로의 전류를 계산해 낸다. 즉 접지선 망에 주입한 측정전류를 계산한다. 본 방법에서 채용한 측정 장치는 동시에 멀티채널 데이터를 수집하며 동시에 접지 도선 사이의 전압차이와 정밀 전기 저항의 전압 강하를 알아 내여 두 접지 도선 사이의 입력저항을 얻어낸 다.

본 발명에서 채용한 접지 부식파악의 수학방식의 서술은 다음과 같다.

접지선 망 파악의 수학방식은 텔레겐의 정리(Tellegen theorem)를 이용하여 멀티 포트 망의 전이 저항 행렬와 망 내부 함수의 관계를 유도하고 직접 상응한 질대 양식을 유도한다. 변전소의 접지선 망 고장은 많고도 복잡하며 접지선 망의 노드가 많고 규모가 크며 또 거의 소프트 고장 형태이다. 망 방법에 따라 많은 고장에 대하여 위치를 정하고 수치를 정하여 접지선 망 각 구간의 도전체 전기저항수치를 계산할 수 있으며 또 그 변화량에 의하여 분기회로의 고장을 확정할 수 있는 것은 본 발명이 요구, 희망하는 것이다. 그러므로 반드시 해결해야 할 문제는 파악 방정식의 미정문제(미지수의 개수는 이미 알고 있는 숫자의 개수보다 작음)이다. 본 발명에서는 망 방법에 따른 파악방정식을 채용하여 질대의 수학방식으로 실제 풀이 가 이루어질 때까지 수렴한다.

도 3a에 표시된 부식 전의 접지선 망 망 N과 도 3b에 표시된 부식 후의 접지선 망(N')은 모두 동일한 노드와 분기회로 및 번호(단절 지점은 부식의 한 가지 특수형식으로 봄), 완전 동일한 기준 노드를 갖고 있다. 즉 동일한 위상구조를 갖고 있다. 13a, 11b 및 13m, 13a', 13b' 및 13m'은 접지선 망의 접지 도선(13)의 번호이다. 이 선형 망은 n 개수의 노드(가용한 노드 포함)、b 라인의 분기회로 및 m 개의 가용 노드가 있다. 각 부호의 정의는 다음과 같다.

Vb=[Vb1,Bb2,....,Vbb]는 분기회로 전압 방향 벡터이다.

Ib=[ib1,ib2,....,ibb]는 분기회로 전류 방향 벡터이다.

만약 망의 어느 한 분기 회로 저항이 Rk에서 Rk'로 다음과 같이 변한다.

(1)

이로써, 망 N은 망 N'로 변하며 그 I 포트와 j 포트 사이의 저항도 같이 Rij에서 Rij'로 다음과 같이 변한다.

(2)

텔레겐의 공율 정리에 의하여,

및

(3)

여기서, Vk와 Vk'는 부식전과 부식후의 분기회로에 대한 전압이며 Ik와 Ik'는 부식전과 부식후의 분기회로에 대한 전압이다. 측정량을 설정할 때 접지선 망에 주입한 전류는 Io이다.

(4)

또한, Iij=Iij'=Io이며, 다음과 같다.

(5)

(6)

식(1)、식(4) 및 식(5)을 각각 식(6)에 치환하면,

(7)

이를 간단하게 한 후 즉 다음과 같은 방식을 얻는다.

(8)

이로써, 다음과 같이 저항을 측정한 수학적 질대 방식을 얻을 수 있다.

(9)

그 중 n은 질대 회수를 말한다.

접지선 망 각 구간의 도체 저항수치와 접지선 망 접지 도선 전기함수 사이의 수학 관계는 하나의 비선형 관계이며 반드시 질대 방식을 이용하여 풀이해야 한다. 이것은 계산법의 질대 방식 및 수렴 문제와 관련된다. 일반적으로 측정하여 얻은 접지 도선 사이의 전기함수의 독립적인 데이터는 접지선 망의 도전체 수보다 적다. 그리하여 반드시 미정 비선형 방정식의 풀이문제를 고려하여야 한다. 접지선 망 각 구간 도전체 저항의 변화로 일어난 도선 사이의 전기 함수값의 변화는 그리 뚜렷하지 않으므로 그 계산 결과는 측정오차에 대하여 아주 민감하다. 이론상 이것은 하나의 엄중한 병태 문제이므로 반드시 일정한 방법으로 극복하여 계산 결과가 측정오차에 미치는 민감도를 저하시켜야 한다. 그 외에 측정치는 항상 오차 등 구체적인 문제가 존재하므로 반드시 하나의 신속하고 정확하며 잡음 방지 능력이 강하고 행렬 병태 영향을 극복하는 계산방법을 구축하여야 한다.

앞에서 유도한 수학 방식에 대하여 본 발명에서는 최적화의 방법을 이용하여 풀이하였으며 여기에서는 2차 계획법을 모색하여 일정한 제약조건이 있는 최적화 풀이방식을 만족시켰다. 각종 수학 계획방법의 비교를 통하여 본 발명에서는 2차 계획계산법 중의 리차드슨(Richardson) 방법을 채용하였다. 모든 방정식 중의 오차를 동시에 교정하기 위하여 제일 간단한 SIRT 계산법(Simultaneous Iterative Reconstruction Techniques)를 이용하였으며 그 행렬 표현 방식은 다음과 같다.

이에 상응한 함수는 다음과 같다.

대응한 행렬 D는 한 쌍의 코너 행렬이며 그 제 i 번째 원소 Di는 다음과 같다.

행렬 M의 모든 분량이 모두 부의 값이 아니므로(non-negative) 이 계산법은 한군데에 수렴한다.

본 발명은 앞에서 절약한 수학방식 및 수치계산 방법 등에 의하여 접지선 망 부식 진단 소프트웨어를 작성하였다. 이 소프트웨어는 전체가 도형화면이며 조작이 간편하여 접지선 망의 도전체 데이터만 입력하면 프로그램이 자동으로 위상구조도, 측정 방안 도면을 생성하며 프로그램이 각 가용한 노드 측정 데이터 문서를 읽은 후 계산을 통하여 고장 구간을 파악할 수 있으며 또 직관적으로 도형에서 표현한다. 도 4는 진단 소프트웨어 공정 흐름도이다. 그 기본과정은 먼저 접지선 망의 위상구조파일*.brh를 읽고 접지선 망의 위상구조에서 접지선 망 부식을 파악하는 측정방안을 확정한다. 측정방안에 의하여 각 접지 도선 사이의 입력저항과 전이저항을 측정하여 측정문서 *.msr를 얻는다. 아래의 계산순서는 위상구조 및 측정결과에 의하여 각 구간의 도전체의 부식 및 단절을 분석한 상황이다. 위상구조에 의하여 행렬을 계산하며 삼각 분석을 진행하여 전기회로의 노드 법을 운행한다. 파악방정식의 최적화 분석에 의하여 각 구간 도전체의 저항치 Rk를 얻는다. 만약 분석결과가 규정한 정밀도 요구에 도달하면 분석 계산을 정지하고 계산결과 Rk를 *.out로 저장한다. 임계치에 의하여 각 구간의 도전체의 단절 여부를 판단하며 각 구간의 도전체의 부식 정도를 계산하고 *.dia로 저장하고 분석 결과를 내보낸다.

원리상 단절 지점을 일종의 특수형식의 부식으로 보기 때문에 부식 정도가 얼마만큼의 크기로 될 경우 도전체 부식 단절로 보아야 하는지 고려해야 한다. 접지선 망의 접지 도선 사이의 전기함수의 측정치에서 얻은 접지선 망 각 구간 도전체 전기저항계산치와 실제수치는 절대치에서 항상 일정한 오차가 존재한다. 각 구간의 도전체 저항 계산치 사이의 상대치만이 고장 점의 판단에 의의가 있다. 그러므로 반드시 이러한 저항치의 분포상황에 의하여 자동으로 단절 지점과 미 단절 지점 사이의 저항 한계를 정하고 임계치 판단 근거로 확정해야 한다. 본 발명은 대량의 모의 계산을 통하여 인공 신경망을 이용하여 서로 다른 허용 상황에서의 임계치 방식을 구축하였다.

접지선 망 파악 시 실제 시공시의 도면과 망의 위상 구조 사이에 반드시 일정한 차이가 있으며 케이블 홈의 영향 등이 존재할 것이다. 분석을 통하여 이러한 허용으로 인한 파악 오차는 크지 않으므로 단절 지점에 대한 영향은 임계치 조절을 통하여 해결할 수 있다는 것을 표명하였다. 파악시스템의 다른 한 부분은 접지선 망 접지 도선 사이의 미세전기함수(입력저항 또는 전이저항)를 정밀하게 측정하는 측정시스템이다. 접지 도선 사이의 입력저항은 mΩ 레벨이며 이 파악시스템은 외부 방해가 존재하는 상황에서 mΩ 레벨의 작은 저항을 정밀하게 측정하는 문제를 해결 하였다. 본 발명에서 설계한 작은 저항 미세 측정 장치는 외부 방해 하에 디지털화로 정확하게 측정하는 성능을 가지고 있다. 그 원리는 접지선 망 접지 도선 사이에 큰 전류(20~30A)를 주입하여 신호와 잡음의 비례를 높여 도선사이의 전위차 및 입력전류를 측정하여 입력저항을 얻거나 기타 도선 사이의 전위차를 측정하여 전이저항을 얻는다. 측정 장치가 변전소에서 정상적으로 운행할 경우 접지선 망에 대한 부식을 판단할 경우 전극환경이 아주 악화되는 경우를 고려하여 측정 장치에 일련의 통용 방해 방지조치를 취하여 단일 칩 컴퓨터 및 단일 칩 컴퓨터 프로그램의 방해방지 능력을 보증하였다. 접지선 망 부식판단시스템 측정 장치 부분의 기본 성능은 방해 작용 하의 작은 신호에 대하여 정확히 검측하는 것이다. 그리하여 설계 전체 전기회로에는 과전압보호、레인지 전환、샘플 채취/유지、A/D、디지털 메인 보드 등 몇 개 모듈부분이 포함된다. 만약 모든 접지 도선 사이의 전기함수를 모두 측정한다면 첫째는 작업량이 크고 둘째는 어떤 측정결과는 중복될 수 있다. 그러므로 본 발명은 진단 소프트웨어에 메인요소분석원리의 측정방안에 의하여 자동 확정방식을 추가하였다. 접지선 망의 위상구조 및 접지 도선의 위치에 진단 소프트웨어를 입력 한 후 분석을 통하여 측정이 필요한 전기함수의 접지 도선 번호를 정하며 측정방안을 제공한다.

본 발명의 변전소 접지선 망 부식 및 단절 지점의 파악방법 및 측정 방법、파악시스템을 실시예와 결합한 첨부도면에 대한 설명은 다음과 같다. 본 실시예는 새로 건축한 220 kV 변전소에 대하여 단절 지점 파악 실험을 진행한 것이다. 실험 시 인공으로 접지선 망의 한 라인의 도전체를 절단하였다. 본 실시예의 변전소 접지선 망의 부식 및 단절 지점을 파악하는 조작순서는 다음과 같다.

단계 1 측정방안 확정: 접지선 망의 위상구조 및 접지 도선의 위치를 진단 소프트웨어에 입력시킨다. 진단 소프트웨어가 접지선 망에 대하여 구역을 분리하고 측정방안을 정한다. 즉 어느 부분의 접지 도선 사이의 입력저항과 전이저항을 측정할지를 확정한다.

단계 2 : 단계 1에서 확정한 측정방안에 의하여 입력저항 또는 전이저항을 측정한다.

(a) 접지선 망에 큰 직류전류(25A정도)를 주입한다. 25A정도의 직류 교차 전류 소스를 외부 증가 전원으로 하여 접지선 망의 어느 두 라인의 접지 도선 사이에 가한다. 공사현장에서 교차 전류 소스를 찾기 비교적 힘들 경우 180A/h의 배터리로 대신할 수 있다. 직류전원을 사용하면 교류 전원의 전세(전기세력)를 감응하는 영향을 피할 수 있다. 전류를 가하면 접지선 망 도전체중의 방해신호를 억제할 수 있다.

(b) 측정을 통하여 각 도선 사이의 전압을 얻는다. 측정시스템은 외부 신호에 대하여 샘플 채취/유지하는 측정방식을 이용하여 멀티채널신호의 동일순간의 수치를 유지하고 전압U와 I를 동시에 측정하여 U, I의 동일순간의 수치를 얻을 수 있다. 그리하여 배터리 전압의 전하 등 불안정한 요소의 영향을 해소할 수 있으며 두 접지 도선 사이의 정확한 입력저항을 얻을 수 있다.

(c) 측정결과는 파악 분석 소프트웨어와 통신하여 직접 진단 소프트웨어에 전송한다.

단계 3 : 접지선 망 각 구간 도전체의 부식 및 단절상황을 확인한다.

(a) 부식 후의 접지선 망 각 구간 도전체의 저항을 확인한다 : 편제한 진단 소프트웨어(도4)를 통하여 측정하여 얻은 접지선 망 접지 도선 사이의 입력저항 또는 전이저항 및 입력한 접지선 망 위치구조를 통하여 접지선 망 각 구간 도전체의 저항을 얻는다.

(b) 각 구간 도전체는 측정구조를 통하여 분석하여 얻은 각 도전체의 저항과 계산 및 분석하여 얻은 설계저항수치와 비교를 진행한다. 부식 후(또는 새 접지선 망 공사완료 후) 각 구간의 도전체 저항의 변화상황에 의하여 임계치에 E라 각 구간 도전체의 단절 여부를 판단하며 부식 정도를 판단한다. 만약 새 접지선 망일 경우에는 용접불량 또는 용접누락상황을 판단한다. 접지선 망을 설계, 준공한 후 각 구간 도전체의 길이、단면 면적 및 재료를 이미 확인하였기 때문에 그 설계 저항치는 일정한 것이다. 그러므로 계산해 낸 각 도전체의 저항치의 차이는 부식 정도의 차이를 대표한다.

본 실시예의 측정장치 구조는 도 5에 표시된 바와 같다. 첫 번째 모듈은 입력전기회로이며 전압제한 보호와 확대회로 두 개 부분이 포함된다. 적당한 확대전기회로를 선택하여 신호의 변조를 감소시켜 운행하는 영점 변이(null shift)와 워밍 변이(Warming Shift)를 엄격히 제어한다.

두 번째 모듈은 멀티채널 모의수치전환회로이며 멀티채널스위치、샘플 채취/ 유지、레인지 전환 및 모듈전환이 포함된다. 각 회로의 매개 샘플 채취의 순간 모 이 측정치를 데이터 량으로 전환하여 단일 칩 컴퓨터 메인보드에 전송한다.

세 번째 모듈은 단일 칩 컴퓨터의 핵심 회로이며 데이터처리、시스템복원과 데이터통신이 포함된다. 미세 처리기가 모듈을 전환한 결과를 얻은 후 미리 설계한 계산법에 따라 이에 대하여 계산을 진행하며 계산결과를 컴퓨터에 전송한다. 상술한 모듈은 모두 시장에서 판매하는 제품을 사용할 수 있다.

도6은 본 실시예의 측정 장치 단일 칩 컴퓨터의 소프트웨어 흐름도이다. 먼저 요구사항에 의하여 측정해야 할 도선 사이에 직류전류를 가하고 측정 도선 사이 전위차의 측정 도선을 배치한 후 측정과정은 먼저 측정시스템의 각 부분을 초기화한 후 컴퓨터에서 측정시작명령을 내리고 측정시간 거리, 데이터 샘플 채취, 모듈전환을 진행한다. 만약 측정결과가 이상일 경우 다시 샘플 채취를 한다. 모두 300회 샘플 채취하며 샘플 채취가 끝난 후 측정결과에 대하여 수정하며 수정한 후의 결과는 본체의 진단 소프트웨어의 측정문서*.msr에 보낸다.

본 실시예에서 측정 장치는 박스를 통하여 정밀한 전자스크린을 채취하고 하드웨어 시스템은 모의 전기회로와 데이터 전기회로의 분리、또 데이터 회로 칩의 전원 분리、접지선을 굵게 하고 접지선으로 감싸며 각 수행 모듈을 분리하고 “가드(gurard)”전기 회로를 사용하는 등 조치를 취한다. 소프트웨어설계에서는 메인 프로그램 입구에 소프트웨어시간을 연장하고 I/O 포트를 프로그래밍할 수 있는 기능을 추가하여 반복 재생、제어 명령 반복 실행、명령중복、데이터 웨이브 필터링、데이터 처리 등을 설정하는 조치를 취하여 전체적인 저항능력을 확보하였다. 이 는 모두 자주 사용하는 마이크로 컴퓨터 시스템 방해방지 조치이다.

본 실시예의 접지선 망 일부분 구조도는 도 7과 같다. 실험 전에 5-6의 도전체를 절단한다. 진단 소프트웨어는 직접 그 결과를 도형방식으로 도면8과 같이 내보낸다. 도면 중의 회색은 부식 정도를 표시하며 검은색은 단절현상을 표시한다. 파악결과 문서에 의하여 각 수평분기회로의 계산 데이터를 도 9와 같이 나타낸다. 도면 중 12 분기 회로는 도 7에서 확인한 5-6 도전체이다. 설정저항 증대배수가 1.2 이하일 경우 도전체는 부식이 발생하지 않으며 설정저항증대배수가 3 이상일 경우 도전체에는 단절이 발생한다. 도면 6에서 고장을 5-6분기회로라고 판단할 수 있으며 설계 결과와 완전 일치한다. 현장 측정결과는 사람들로 하여금 만족하게 한다. 측정데이터와 진단 소프트웨어를 통하여 분석하며 분석하여 얻은 단절 지점 위치는 실제상황과 일치하다. 실험결과는 사람들의 요구를 만족시키며 본 발명에서 제출한 접지선 망 부식 및 단절 지점 파악원리와 방법의 정확성 및 시스템의 가능성을 검증하였다. 그 외에 접지선 망 부식파악결과와 실제 접지선 망 부분을 파헤쳐 얻은 실제 접지 도전체의 부식상황은 기본적으로 일치하며 오차는 8% 이내이다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 첨부 도면을 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 이러한 정확한 실시예들로만 한정되는 것이 아니라, 다양한 수정 및 변경이 다음의 첨부된 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범위 내에서 본 기술 분야의 당업자에게 자명하다.

본 발명에서 설계한 접지선 망의 미세입력저항 또는 전이저항을 측정하는 단일 칩 컴퓨터와 윈도우 기초 위에 도형화한 진단 소프트웨어는 하나의 파악시스템을 구축한다. 컴퓨터를 핵심으로 집중측정 량과 계산을 일체로 한 접지선 망 단절 지점 및 부식 파악시스템이다. 즉 접지선 망 단절 지점 및 부식파악과 새 접지선 망의 검사를 진행하는 공업 컴퓨터 단층 촬영기이다. 본 발명방법을 이용한 파악 결과는 실제부분을 파헤쳐 얻은 실제 접지 도전체의 부식상황과 기본적으로 일치하며 오차는 8% 이내이며 접지 망 도전체의 단절 상황을 효율적으로 파악할 수 있다. 비교적 높은 정확도를 가지고 있어서 현장 측정의 요구사항을 만족시킬 수 있다. 이러한 부식파악방법은 간단하고 정확하며 현장운행조건의 제한을 받지 않으며 정전하지 않고 파헤치지 않는 상황 하에 접지선 망의 고장에 대하여 효율적으로 판단하여 공사 품질을 보증하고 접지선 망의 은폐된 문제점을 해소함으로써 접지선 망의 보호와 과학적인 관리를 도와준다. 중대사고의 발생을 미리 방지할 수 있어 아주 큰 경제 효익과 사회 효익이 있다. 본 발명은 접지선 망 부식 검사 시스템뿐만 아니라 접지 공사 준공 후 시공 중의 접지선 망 용접누락과 용접불량에 대하여 효율적으로 검사하는 수단으로도 된다. 즉 접지선 망의 용접불량과 용접누락상황을 파악하고 분석하여 접지선 망 시공의 공사 품질을 확보한다. 동시에 금속파이프(물파이프, 기체파이프, 오일파이프)의 부식파악에도 사용할 수 있다.

Claims

직류전원을 이용하여 변전소 접지선 망의 두 접지 도선 사이를 연결하고 접지선 망에 큰 직류 전류를 가하고, 두 접지 도선 사이의 전압 및 회로의 전류를 측정하여 두 접지 도선사이의 입력저항 또는 전이저항을 얻고, 접지선 망의 위상구조 및 모든 접지 도선 위치에 의하여 확정한 측정방안의 요구에 따라 모든 접지 도선 사이의 입력저항 및 전이저항을 측정하고, 측량결과 및 접지선 망의 위상구조를 진단 소프트웨어에 입력하면 진단 소프트웨어가 분석하여 각 부분의 도전체의 저항수치를 얻고 분석하여 얻은 각 부분의 접지선 망 도전체의 저항수치는 접지선 망이 온전할 때 계산 및 분석하여 얻은 설계저항수치와 비교하여 그 임계치에 의하여 해당 접지선 망의 도전체의 단절 여부와 부식 상황을 판단하는 변전소 접지 망의 부식 및 단절 지점 파악을 수행하는 시스템으로서,

컴퓨터 및 미리 작성하여 컴퓨터 메모리에 저장한 진단 소프트웨어 및 이 진단 소프트웨어와 통신하는 미세 저항 측정 장치가 포함되고,

상기 미세 저항 측정 장치에는 측정신호를 수집하는 모의 입력전기회로、각 회로의 매개 샘플 채취의 순간모의측정수치를 데이터량으로 전환한 멀티채널 모의데이터 전환회로 및 데이터량으로 전환한 신호를 계산하고 처리하는 단일 칩 컴퓨터 및 그 데이터 회로가 포함되며,

상기 입력 전기 회로는 전압제한 보호와 확대전기회로로 구성되고,

멀티채널 데이터 전환전기회로는 멀티채널스위치、샘플 채취/유지、데이터량 전환 및 모듈전환으로 구성되며,

단일 칩 컴퓨터의 회로는 데이터처리、시스템복원과 데이터통신으로 구성되며 또한 미리 작성하여 단일 칩 컴퓨터 메모리에 저장한 측정데이터 분석처리 소프트웨어도 포함되고,

상기 데이터 통신은 측정결과를 컴퓨터의 진단 소프트웨어로 전송하며,

상기 미리 작성하여 컴퓨터에 저장한 진단 소프트웨어는 위상 구조의 입력、측정 방안의 확정、부식 및 단절 지점의 분석 및 분석구조도 디스플레이 수행 모듈로 이루어진 것을 그 특징으로 하는

변전소 접지 망의 부식 및 단절 지점 파악 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 측정 장치는 전자 스크린이 있는 박스에 설치하며 모의 전기회로는 데이터 전기회로와 분리하여 설치하고,

상기 데이터 회로 칩의 전원이 분리되고, 상기 접지선을 굵게 하여 접지선으로 감싸서 기능 모듈을 분리하고 "가드(guard)”전기회로가 사용되며,

상기 소프트웨어는 메인 프로그램 입구에 소프트웨어시간을 연장하고 I/O 포트를 프로그래밍할 수 있는 기능을 추가하여 반복재생、제어 명령 반복 실행、명령중복、데이터 웨이브 필터링 및 데이터 처리 기능 모듈을 설정하는,

변전소 접지 망의 부식 및 단절 지점 파악 시스템.