KR20110035833A - 케이블 고장 지점 탐지 시스템 및 방법 - Google Patents

케이블 고장 지점 탐지 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110035833A
KR20110035833A KR1020100045961A KR20100045961A KR20110035833A KR 20110035833 A KR20110035833 A KR 20110035833A KR 1020100045961 A KR1020100045961 A KR 1020100045961A KR 20100045961 A KR20100045961 A KR 20100045961A KR 20110035833 A KR20110035833 A KR 20110035833A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
detail
cable
filtering
failure
Prior art date
Application number
KR1020100045961A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101067866B1 (ko
Inventor
정채균
강지원
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to US12/886,815 priority Critical patent/US8547105B2/en
Priority to JP2010214121A priority patent/JP5404572B2/ja
Publication of KR20110035833A publication Critical patent/KR20110035833A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101067866B1 publication Critical patent/KR101067866B1/ko
Priority to US14/028,087 priority patent/US8704526B2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/28—Provision in measuring instruments for reference values, e.g. standard voltage, standard waveform
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/14—Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
    • G06F17/148—Wavelet transforms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Locating Faults (AREA)

Abstract

본 발명은 케이블 고장 지점 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다. 케이블 고장 지점 탐지 시스템은 고장 전류를 전송하는 케이블, 케이블에 연결되어 고장 전류를 수신하여 고장 전류 원신호를 검출하는 변류부, 고장 전류 원신호로부터 고주파 영역의 디테일 성분인 제1 디테일 신호 및 제2 디테일 신호를 검출하는 검출부, 제1 디테일 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 케이블의 고장을 판별하는 비교부 및 제1 디테일 신호 및 제2 디테일 신호를 이용하여 제1 필터링 신호 및 제2 필터링 신호를 생성하며, 제1 디테일 신호와 제2 필터링 신호를 비교하여 비교 결과에 따라 고장 탐지 신호를 출력하는 신호 필터부를 포함한다.

Description

케이블 고장 지점 탐지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING CABLE FAILURE PLACE}
본 발명은 케이블 고장 지점 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
초고압 송전을 위한 지중 케이블에서 고장 발생시 고장 지점을 탐지하기 위해 휘스톤 브리지 원리를 이용한 머레이 루프(Murray loop) 방법과 진행파의 원리를 이용하는 TDR(Time Domain Reflectometer)을 이용하는 방법, 핀 포인팅 방법 등 다양한 방법을 사용한다. 이들 방법은 지중 케이블의 고장 지점을 탐지하기 위해 오프 라인에서 적용된다. 그리고, 고장 발생시 해당 선로를 완전히 계통에서 분리한 후 고장 지점을 탐지하는 방법을 적용하여 고장 지점 탐지 및 고장 복구에 오랜 시간이 소요된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 온라인으로 케이블의 고장 지점을 탐지하는 케이블 고장 지점 탐지 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 케이블 고장 지점 탐지 시스템을 이용하여 온라인으로 케이블의 고장 지점을 탐지하는 케이블 고장 지점 탐지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면 케이블 고장 지점 탐지 시스템이 제공된다.
케이블 고장 지점 탐지 시스템은 고장 전류를 전송하는 케이블, 케이블에 연결되어 고장 전류를 수신하고 고장 전류 원신호를 검출하는 변류부, 고장 전류 원신호로부터 고주파 영역의 디테일 성분인 제1 디테일 신호 및 제2 디테일 신호를 검출하는 검출부, 제1 디테일 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 케이블의 고장을 판별하는 비교부 및 제1 디테일 신호 및 제2 디테일 신호를 이용하여 제1 필터링 신호 및 제2 필터링 신호를 생성하며, 제1 디테일 신호와 제2 필터링 신호를 비교하여 비교 결과에 따라 고장 탐지 신호를 출력하는 신호 필터부를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 케이블 고장 지점 탐지 방법이 제공된다.
케이블 고장 지점 탐지 방법은 케이블의 양단에서 고장 전류 원신호를 추출하는 단계, 웨이브렛 변환을 통해 고장 전류 원신호로부터 제1 근사 신호 및 제1 디테일 신호를 검출하는 단계, 제1 디테일 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 케이블의 고장 여부를 판별하는 단계, 웨이브렛 변환을 통해 제1 근사 신호로부터 제2 근사 신호와 제2 디테일 신호를 검출하는 단계, 제1 디테일 신호와 제2 디테일 신호를 연산하여 제1 필터링 신호를 생성하는 단계, 제1 디테일 신호 및 제1 필터링 신호를 이용하여 설정된 상호 관계 방정식으로 제2 필터링 신호를 생성하는 단계 및 제1 디테일 신호와 제2 필터링 신호를 비교하여 고장 탐지 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 케이블 고장 지점 탐지 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체가 제공된다.
기록 매체는 송전 계통에서 케이블 고장 지점 탐지 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 전자 장치에서 판독할 수 있으며, 케이블의 양단에서 고장 전류 원신호를 추출하는 단계, 웨이브렛 변환을 통해 고장 전류 원신호로부터 제1 근사 신호 및 제1 디테일 신호를 검출하는 단계, 제1 디테일 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 케이블의 고장 여부를 판별하는 단계, 웨이브렛 변환을 통해 제1 근사 신호로부터 제2 근사 신호와 제2 디테일 신호를 검출하는 단계, 제1 디테일 신호와 제2 디테일 신호를 연산하여 제1 필터링 신호를 생성하는 단계, 제1 디테일 신호 및 제1 필터링 신호를 이용하여 설정된 상호 관계 방정식으로 제2 필터링 신호를 생성하는 단계 및 제1 디테일 신호와 제2 필터링 신호를 비교하여 고장 탐지 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 케이블 고장 지점 탐지 시스템은 고장 신호 필터가 웨이브렛 변환으로 검출된 제1 성분 신호 및 제2 성분 신호의 상호 관계에 근거하여 과도 신호와 노이즈로부터 반사파 신호를 판별함으로써 케이블에서 온라인으로 고장 지점을 탐지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 케이블 고장 지점 탐지 방법은 진행파를 이용하여 온라인으로 고장 지점을 탐지하고, 케이블의 양 말단의 모선에서 검출된 고장 신호를 이용하여 고장 지점을 계산할 수 있다. 따라서, 오프라인에서 고장점을 탐지하는 방법과 달리 고장이 발생하는 동시에 온라인으로 고장점 탐지가 이루어지므로 신속한 고장점 탐지가 가능하며 이의 영향으로 고장복구 시간 및 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 고장 지점 탐지 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 검출부의 웨이브렛 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 비교부에 설정된 기준값을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 고장 지점 탐지 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 일 구성요소가 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 케이블 고장 지점 탐지 시스템 및 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 고장 지점 탐지 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 고장 지점 탐지 시스템(100)은 케이블(110), 제1 및 제2 변류부(121,123), 제1 및 제2 검출부(131,133), 제1 및 제2 비교부(141,143), 제1 및 제2 신호 필터부(151,153) 및 연산부(160)를 포함한다.
케이블(110)은 전류를 전송한다.
제1 및 제2 변류부(121,123) 각각은 케이블(110)의 양단에 연결되어 배치된다. 제1 및 제2 변류부(121,123)는 케이블(110)의 말단의 도체에서 고장 전류를 수신한다. 제1 및 제2 변류부(121,123)는 고장 전류로부터 고장 전류 원신호를 검출한다. 제1 및 제2 변류부(121,123)는 검출한 고장 전류 원신호를 제1 및 제2 검출부(131,133)에 제공한다.
제1 및 제2 검출부(131,133)는 고장 전류 원신호를 수신한다. 제1 및 제2 검출부(131,133)는 고장 전류 원신호에 웨이브렛 변환을 적용한다. 적용 결과 제1 및 제2 검출부(131,133)는 고장 전류 원신호로부터 저주파 영역의 제1 근사(approximation) 신호와 고주파 영역의 제1 디테일 신호를 검출한다. 제1 및 제2 검출부(131,133)는 제1 디테일 신호를 제1 및 제2 비교부(141,143)로 제공한다.
예를 들면, 제1 및 제2 검출부(131,133)는 매스웍스사의 매틀랩(matlab)을 이용하여 고장 전류 원신호에 웨이브렛 변환을 적용한다. 이때, 제1 및 제2 검출부(131,133)는 웨이브렛 변환을 위해 'db4' 마더 웨이브렛을 이용할 수 있다.
여기서 웨이브렛 변환은 해석학의 일부분으로 신호 처리, 영상 처리 등에 관련되어 사용된다. 웨이브렛 변환은 주파수 영역뿐만 아니라 시간 영역에서도 과도 신호의 분석이 가능하여 고장 지점을 탐지하는데 적합하다. 웨이브렛 변환은 한 파장의 파형을 기본 파형으로 설정하여 그 크기와 위치를 변화시켜가며 상관 관계를 밝힌다. 웨이브렛 변환은 푸리에 급수의 주파수 변화와 유사한 개념으로 크기를 변화시킨다. 웨이브렛 변환은 한 파장의 파형을 크기와 함께 위치도 변화시키므로 주파수 정보와 함께 시간의 정보도 알 수 있다. 예를 들면, 웨이브렛 변환은 시간-스케일 영역에서 가변 윈도우 특성을 나타내므로 로우 스케일(low scale)에서는 고주파 성분을 나타내고, 하이 스케일(high scale)에서는 저주파 성분을 나타낸다.
이하에서 도 2를 더 참조하여 제1 및 제2 검출부(131,133)의 웨이브렛 변환을 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 검출부의 웨이브렛 변환을 설명하기 위한 도면이다. 여기서는 설명의 편의를 위해 제1 검출부(131)를 기준으로 설명한다.
도 2를 더 참조하면, 제1 검출부(131)는 제1 내지 제n 웨이브렛 필터부(131a,131b,…,131n)를 포함한다. 제1 웨이브렛 필터부(131a)는 고장 전류 원신호 S를 저역 통과 필터(low pass filter)와 고역 통과 필터(high pass filter)에 통과시켜 고장 전류 원신호 S로부터 저주파 영역의 제1 근사 신호 A1과 고주파 영역의 제1 디테일 신호 D1을 분해해낸다. 또한, 제2 웨이브렛 필터부(131b)는 제1 근사 신호 A1으로부터 저주파 영역의 제2 근사 신호 A2와 고주파 영역의 제2 디테일 신호 D2로 분해한다. 제1 검출부(131)는 제1 내지 제n 웨이브렛 필터부(131a,131b,…,131n)를 이용하여 고장 전류 원신호 S로부터 원하는 신호를 얻을 때까지 분해 과정을 반복한다.
다시 도 1을 참조하면, 제1 및 제2 비교부(141,143)는 제1 및 제2 검출부(131,133)로부터 제1 디테일 신호를 수신한다. 제1 및 제2 비교부(141,143)는 제1 디테일 신호를 미리 설정된 기준값(Threshold value)과 비교한다. 여기서 기준값은 케이블(110)에서 고장을 판별하는 기준으로 설정된다. 케이블(110)의 고장은 케이블(110)의 상태나 부하 조건, 고장 저항 등에 따라 다른 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 기준값은 케이블(110)의 상태 또는 조건에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
여기서 도 3을 더 참조하여 기준값을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 비교부에 설정된 기준값을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 더 참조하면, 제1 및 제2 비교부(141,143)는 제1 디테일 신호를 케이블(110)의 상태 또는 조건에 따라 설정된 기준값(190)과 비교한다. 예를 들면, 기준값(190)은 약 8350의 샘플링 포인트로 설정될 수 있다.
제1 및 제2 비교부(141,143)는 제1 디테일 신호가 기준값(190)을 초과하는 경우 케이블(110)이 고장 상태인 것으로 판단한다. 또는 제1 및 제2 비교부(141,143)는 제1 디테일 신호가 기준값(190) 이하일 경우 케이블(110)이 정상 상태인 것으로 판단한다. 제1 및 제2 비교부(141,143)는 제1 디테일 신호가 기준값을 초과할 경우 제1 및 제2 검출부(131,133)에 고장 발생을 알린다.
다시 도 1을 참조하면, 제1 및 제2 검출부(131,133)는 케이블(110)에서 고장이 발생한 경우 제1 근사 신호에 웨이브렛 변환을 적용한다. 제1 및 제2 검출부(131,133)는 제1 근사 신호로부터 제2 근사 신호 및 제2 디테일 신호를 검출한다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 설명하였으므로 상세한 설명을 생략한다. 제1 및 제2 검출부(131,133)는 제1 디테일 신호 또는 제2 디테일 신호를 제1 및 제2 신호 필터부(151,153)로 제공한다.
제1 및 제2 신호 필터부(151,153)는 제1 및 제2 검출부(131,133)로부터 제1 디테일 신호 또는 제2 디테일 신호를 수신한다. 제1 및 제2 신호 필터부(151,153)는 제1 디테일 신호와 제2 디테일 신호의 상관 관계에 따라 연산한다.
구체적으로 제1 및 제2 신호 필터부(151,153)는 제1 디테일 신호와 제2 디테일 신호의 상호 관계에 의한 멀티 스케일 코릴레이션(correlation) 방법을 이용하여 제1 필터링 신호를 생성한다. 예를 들면, 제1 및 제2 신호 필터부(151,153)는 제1 디테일 신호와 제2 디테일 신호를 곱하여 제1 필터링 신호를 생성한다.
또한, 제1 및 제2 신호 필터부(151,153)는 제1 디테일 신호 및 제1 필터링 신호를 연산하여 제2 필터링 신호를 생성한다. 제2 필터링 신호는 아래의 상호 관계 방정식으로 생성할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 C는 상기 제1 필터링 신호이고, C_new는 상기 제2 필터링 신호이며, D1은 상기 제1 디테일 신호이다.
상호 관계 방정식은 제1 디테일 신호의 계수를 제곱하여 합산한 값과, 제1 필터링 신호의 계수를 제곱하여 합산한 값을 이용한 상호 관계 계수를 제1 필터링 신호에 적산하도록 설정된다.
제2 디테일 신호는 웨이브렛 변환을 거치면서 제1 디테일 신호에 비해 과도 신호에 포함된 노이즈가 줄어든다. 동시에 제2 디테일 신호는 불규칙적으로 발생하는 노이즈에 비해 케이블(110)의 길이에 비례하여 일정한 패턴으로 나타나는 반사파가 동일한 시간 영역에서 피크를 보인다. 즉, 노이즈가 포함된 맥시마(maxima)의 수는 스케일이 증가하면서 점점 감소된다. 따라서, 제1 디테일 신호와 제2 디테일 신호를 곱하게 되면 피크 값과 노이즈의 격차가 더욱 커지게 된다.
여기서 제2 필터링 신호는 제1 필터링 신호에서 보다 완벽한 상호 관계신호를 검출하기 위해 제1 필터링 신호에
Figure pat00002
의 계수를 사용하여 생성된다.
예를 들면, 웨이브렛 변환에서 첫 번째 스케일은 2j에서 분석되며, 변환이 진행될수록 스케일은 2j+1로 커진다. 제2 디테일 신호는 제1 디테일 신호에 비해 2배 이상 스케일이 커지게 된다. 따라서, 제1 디테일 신호와 제2 디테일 신호의 곱으로 생성되는 제1 필터링 신호는 제1 디테일 신호에 비해 커지므로 제1 디테일 신호에 2배를 취하고, 제1 필터링 신호와 제1 디테일 신호의 합을 제곱하여 제곱근을 계수로 취해 제2 필터링 신호를 생성한다.
제1 및 제2 신호 필터부(151,153)는 제1 디테일 신호의 절대값과 제2 필터링 신호의 절대값을 비교한다. 이때, 제2 필터링 신호는 케이블(110)에서 고장이 발생하는 경우 제1 디테일 신호보다 큰 절대값을 가질 수 있다. 제2 필터링 신호가 제1 디테일 신호보다 큰 이유는 케이블(110)의 제1 단부(111) 및 제2 단부(113)에서 반사되는 시점에 검출되는 고장 전류가 고장 발생시 제2 노이즈가 증가되는 특성을 갖기 때문이다.
또는 제2 필터링 신호는 제1 디테일 신호보다 작은 절대값을 가질 수 있다. 이는 스케일이 증가되면 제2 필터링 신호의 노이즈 성분이 감소하는 특성을 가지기 때문이다.
제1 및 제2 신호 필터부(151,153)는 제2 필터링 신호의 절대값이 제1 디테일 신호의 절대값보다 크면 제2 필터링 신호를 케이블(110)에서 반사된 반사파 신호로 판별한다. 판별 후 제1 및 제2 신호 필터부(151,153)는 제2 필터링 신호를 고장 탐지 신호로 출력한다.
또는 제1 및 제2 신호 필터부(151,153)는 제2 필터링 신호의 절대값이 제1 디테일 신호의 절대값 이하일 경우 제2 필터링 신호를 노이즈로 판단하여 제2 필터링 신호를 제거한다. 제거 후 제1 및 제2 신호 필터부(151,153)는 제1 디테일 신호를 고장 탐지 신호로 출력한다.
제1 및 제2 신호 필터부(151,153)는 제1 필터링 신호에 계수를 곱한 값이 제1 디테일 신호보다 클 경우 반사파 신호로 판별하여 고장 탐지 신호로 출력하고, 그 외의 신호는 노이즈로 간주하여 제거한다.
연산부(160)는 제1 및 제2 신호 필터부(151,153)과 연결되어 고장 탐지 신호를 수신한다. 여기서 연산부(160)는 데이터 통신 장치(170)를 이용하여 제1 및 제2 신호 필터부(151,153)에 연결된다. 예를 들면, 연산부(160)는 광 케이블을 포함하는 통신선 또는 GPS 장치 등을 이용한 데이터 통신 장치(170)를 이용하여 고장 탐지 신호의 지연 시간을 계산한다.
연산부(160)는 고장 탐지 신호의 지연 시간과 케이블(110)의 전파 속도를 이용하여 고장 지점까지의 거리를 환산한다. 연산부(160)는 아래의 수학식 2를 이용하여 고장 지점까지의 거리를 환산한다.
Figure pat00003
수학식 2에서 X는 고장 지점까지의 거리, L은 케이블의 양단 사이의 거리, ν 는 케이블의 전파 속도, TAP1은 케이블(110)의 제1 단부(111)에서 처음 도달하는 신호의 제1 도착 시간 및 TBP1은 케이블(110)의 제2 단부(113)에 처음 도달하는 신호의 제2 도착 시간이다.
연산부(160)는 제1 단부(111)와 제2 단부(113) 각각에 도달하는 진행파의 도착 시간의 차이인 지연 시간을 수신한다. 연산부(160)는 지연 시간과 케이블(110)의 전파 속도와 적산하고, 적산값과 케이블(110)의 양단 사이의 거리를 가산한 후 반으로 나눈다.
예를 들면, 케이블(110)의 20Km 지점에서 고장이 발생한 것으로 가정하면, 제1 및 제2 신호 필터부(151,153)를 거쳐 노이즈가 제거된 제1 디테일 신호는 각각 제1 도착 시간 TAp1과 제2 도착 시간 TBp1에 케이블(110)의 양단에 도달한다. 여기서 케이블(110)의 양단 사이의 거리 L이 101.7km, 케이블(110)의 전파 속도 ν이 약 137.2m/㎲, 제1 도착 시간 TAp1를 0.008475 및 제2 도착 시간 TBp1를 0.008924로 설정하여 고장 지점까지의 거리를 계산하면 연산부(160)는 약 20.24km의 거리를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 고장 지점 탐지 시스템은 웨이브렛 변환으로 검출된 제1 디테일 신호와 제2 디테일 신호를 이용하여 제2 필터링 신호를 생성하고, 제2 필터링 신호와 제1 디테일 신호를 비교하여 노이즈를 제거한 후 고장점 탐지에 필요한 반사파 신호를 최종적으로 출력하여 케이블의 고장 지점을 탐지한다. 케이블 고장 지점 탐지 시스템은 온라인으로 케이블의 고장 지점을 탐지할 수 있다.
케이블 고장 지점 탐지 시스템은 신호 필터들이 고장 전류 원신호에 포함된 다량의 노이즈를 효과적으로 제거하고 케이블에서 반사되는 신호만을 검출함으로써 장거리 케이블에서 급격한 신호의 감쇄 현상의 영향을 감소시킨다. 따라서, 케이블 고장 지점 탐지 시스템은 정확하게 고장점을 탐지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 고장 지점 탐지 방법을 나타내는 도면이다. 여기서는 도 1에 도시된 케이블 고장 지점 탐지 시스템을 참조하여 케이블 고장 지점 탐지 방법을 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 고장 지점 탐지 방법은 고장 전류 원신호를 추출하는 단계(S10), 제1 디테일 신호를 검출하는 단계(S20), 제1 디테일 신호를 기준값과 비교하는 단계(S30), 제2 디테일 신호를 검출하는 단계(S40), 제1 필터링 신호를 생성하는 단계(S50), 제2 필터링 신호를 생성하는 단계(S60), 제1 디테일 신호와 제2 필터링 신호를 비교하여 고장 탐지 신호를 검출하는 단계(S70) 및 고장 지점을 탐지하는 단계(S80)를 포함한다.
단계 S10에서 변류부는 전류를 전송하는 케이블의 양 말단 각각에 배치된 도전체에 설치되어 고장 전류 원신호를 추출한다. 여기서 변류부는 케이블로부터 고장 전류를 수신하여 데이터 샘플링을 통해 고장 전류 원신호를 추출한다.
단계 S20에서 검출부는 고장 전류 원신호에 웨이브렛 변환을 적용하여 저주파 영역의 근사 성분인 제1 근사 신호와 고주파 영역의 디테일 성분인 제1 디테일 신호를 검출한다.
단계 S30에서 비교부는 검출부로부터 제1 디테일 신호를 수신하여 미리 설정된 기준값과 비교한다. 여기서 기준값은 케이블에서 고장을 판별하는 기준으로 설정된다. 케이블의 고장은 케이블의 상태나 부하 조건, 고장 저항 등에 따라 다른 특성을 가질 수 있으므로, 기준값은 케이블의 상태 또는 조건에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
비교부는 제1 디테일 신호와 기준값을 비교하여 케이블의 고장 여부를 판별한다. 비교부는 제1 디테일 신호가 기준값 이하일 경우 케이블에서 고장이 발생하지 않은 것으로 판별한다. 또는 비교부는 제1 디테일 신호가 기준값을 초과할 경우 케이블에서 고장이 발생한 것으로 판별한다.
단계 S40에서 검출부는 비교부의 비교 결과에 따라 케이블의 고장 발생이 판별된 경우 제1 근사 신호에 웨이브렛 변환을 적용하여 제2 근사 신호 및 제2 디테일 신호를 검출한다. 여기서 제2 근사 신호는 제1 근사 신호로부터 검출된 저주파 영역의 근사 성분이다. 또한, 제2 디테일 신호는 제1 근사 신호로부터 고주파 영역의 디테일 성분이다.
단계 S50에서 신호 필터부는 검출부로부터 제1 디테일 신호와 제2 디테일 신호를 수신한다. 신호 필터부는 제1 디테일 신호와 제2 디테일 신호를 상호 관계에 따라 연산하여 제1 필터링 신호를 생성한다. 예를 들면, 신호 필터부는 제1 디테일 신호와 제2 디테일 신호를 적산하여 제1 필터링 신호를 생성한다.
단계 S60에서 신호 필터부는 상호 관계 방정식을 이용하여 제2 필터링 신호를 생성한다. 여기서 상호 관계 방정식은 제1 디테일 신호의 계수를 제곱하여 합산한 값과, 제1 필터링 신호의 계수를 제곱하여 합산한 값을 이용한 상호 관계 계수를 제1 필터링 신호에 적산하도록 설정된다.
단계 S70에서 신호 필터부는 제1 디테일 신호와 제2 필터링 신호를 비교한다. 구체적으로 신호 필터부는 제1 디테일 신호의 절대값과 제2 필터링 신호의 절대값을 비교하여 고장 탐지 신호를 검출한다. 신호 필터부는 제2 필터링 신호의 절대값이 제1 디테일 신호의 절대값보다 크면 제2 필터링 신호를 케이블의 양 말단에서 반사된 반사파로 판별하여 고장 탐지 신호로 검출한다. 또는 신호 필터부는 제2 필터링 신호의 절대값이 제1 디테일 신호의 절대값보다 작으면 제2 필터링 신호를 노이즈로 판단하여 제2 필터링 신호를 제거한다. 그리고 신호 필터부는 제1 디테일 신호를 고장 탐지 신호로 검출한다. 고장 탐지 신호는 케이블의 고장 발생시 고장 신호가 케이블의 모선의 양측으로 진행하여 모선에서 반사되는 시점을 탐지할 수 있는 신호이다. 신호 필터부는 고장 탐지 신호를 연산부로 출력한다.
단계 S80에서 연산부는 케이블 양측 말단 각각에서 고장 탐지 신호를 검출한다. 다음, 연산부는 데이터 통신 장치를 이용하여 검출된 고장 탐지 신호의 지연 시간을 계산한다. 다음, 연산부는 고장 탐지 신호의 지연 시간과 케이블의 전파 시간을 이용하여 케이블의 고장 지점까지의 거리를 계산한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 케이블 고장 지점 탐지 방법은 진행파를 이용하여 온라인으로 고장 지점을 탐지하고, 케이블의 양 말단의 모선에서 검출된 고장 신호를 이용하여 고장 지점을 계산한다. 상기 케이블의 양측 말단의 모선에서 고장 신호를 검출하는 방법은 양측 말단의 모선에 최초로 도달하는 신호만 검출하면 되므로 이후로 도달하는 신호에서 발생하는 감쇄 현상으로부터 영향을 받지 않는다. 따라서, 오프라인에서 고장점을 탐지하는 방법과 달리 고장이 발생하는 동시에 온라인으로 고장점 탐지가 이루어지므로 신속한 고장점 탐지가 가능하며 이의 영향으로 고장복구 시간 및 비용을 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 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 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 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.

Claims (20)

  1. 고장 전류를 전송하는 케이블;
    상기 케이블에 연결되어 상기 고장 전류를 수신하여 고장 전류 원신호를 검출하는 변류부;
    웨이브렛 변환을 이용하여 상기 고장 전류 원신호로부터 제1 디테일 신호 및 제2 디테일 신호를 검출하는 검출부;
    상기 제1 디테일 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 상기 케이블의 고장을 판별하는 비교부; 및
    상기 제1 디테일 신호 및 상기 제2 디테일 신호를 이용하여 제1 필터링 신호 및 제2 필터링 신호를 생성하며, 상기 제1 디테일 신호와 상기 제2 필터링 신호를 비교하여 비교 결과에 따라 고장 탐지 신호를 출력하는 신호 필터부를 포함하는 케이블 고장 지점 탐지 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 검출부는
    상기 고장 전류 원신호에 웨이브렛 변환을 적용하여 저주파 성분의 제1 근사 신호 및 고주파 성분의 상기 제1 디테일 신호를 검출하고,
    상기 제1 근사 신호에 웨이브렛 변환을 적용하여 저주파 성분의 제2 근사 신호 및 고주파 성분의 상기 제2 디테일 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 제1 디테일 신호가 상기 기준값을 초과한 경우 상기 제2 디테일 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 필터부는
    상기 제1 디테일 신호와 상기 제2 디테일 신호를 적산하여 상기 제1 필터링 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 필터부는 상기 제1 디테일 신호와 상기 제1 필터링 신호의 상호 관계 방정식으로 상기 제2 필터링 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 상호 관계 방정식은
    Figure pat00004
    로 설정되는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 시스템. (여기서 C_new는 제2 필터링 신호, C는 제1 필터링 신호 및 D1은 제1 디테일 신호임)
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 필터부는 상기 제2 필터링 신호와 상기 제1 디테일 신호의 절대값을 비교하여 상기 고장 탐지 신호를 출력하되,
    상기 고장 탐지 신호는 상기 제2 필터링 신호의 절대값이 상기 제1 디테일 신호의 절대값보다 큰 경우 출력되는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 신호 필터부는 상기 제2 필터링 신호의 절대값이 상기 제1 디테일 신호의 절대값보다 작을 경우 상기 제2 필터링 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 필터부로부터 상기 고장 탐지 신호를 수신하고, 상기 고장 탐지 신호의 지연 시간과 상기 케이블의 전파 속도를 이용하여 고장 지점까지의 거리를 계산하는 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 신호 필터부와 상기 연산부에 연결되어 상기 고장 탐지 신호의 지연 시간을 상기 연산부에 제공하는 통신 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 시스템.
  11. 케이블의 양단에서 고장 전류 원신호를 추출하는 단계;
    웨이브렛 변환을 통해 상기 고장 전류 원신호로부터 제1 근사 신호 및 제1 디테일 신호를 검출하는 단계;
    상기 제1 디테일 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 상기 케이블의 고장 여부를 판별하는 단계;
    웨이브렛 변환을 통해 상기 제1 근사 신호로부터 제2 근사 신호와 제2 디테일 신호를 검출하는 단계;
    상기 제1 디테일 신호와 상기 제2 디테일 신호를 연산하여 제1 필터링 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 디테일 신호 및 상기 제1 필터링 신호를 이용하여 설정된 상호 관계 방정식으로 제2 필터링 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 디테일 신호와 상기 제2 필터링 신호를 비교하여 고장 탐지 신호를 출력하는 단계를 포함하는 케이블 고장 지점 탐지 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 디테일 신호는 상기 제1 디테일 신호가 상기 기준값을 초과할 경우 검출되는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 케이블의 고장 여부를 판별하는 단계는
    상기 디테일 신호가 상기 기준값 이하일 경우 상기 케이블이 정상 상태인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 필터링 신호는 상기 제1 디테일 신호와 상기 제2 디테일 신호를 적산하여 생성되는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 고장 탐지 신호를 검출하는 단계는,
    상기 제1 디테일 신호의 절대값과 상기 제2 필터링 신호의 절대값을 비교하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점의 탐지 방법.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 고장 탐지 신호를 이용하여 상기 케이블의 고장 지점을 탐지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점의 탐지 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 케이블의 고장 지점은 상기 고장 탐지 신호의 지연 시간과 상기 케이블의 전파 속도를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점의 탐지 방법.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 상호 관계 방정식은
    Figure pat00005
    으로 설정되는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점의 탐지 방법. (여기서 C_new는 제2 필터링 신호, C는 제1 필터링 신호 및 D1은 제1 디테일 신호임)
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 고장 탐지 신호는
    상기 제2 필터링 신호의 절대값과 상기 제1 디테일 신호의 절대값을 비교하여 상기 제2 필터링 신호의 절대값이 상기 제1 디테일 신호의 절대값보다 큰 경우 검출되는 것을 특징으로 하는 케이블 고장 지점 탐지 방법.
  20. 송전 계통에서 케이블 고장 지점 탐지 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 전자 장치에서 판독할 수 있는 기록매체에 있어서,
    케이블의 양단에서 고장 전류 원신호를 추출하는 단계;
    웨이브렛 변환을 통해 상기 고장 전류 원신호로부터 제1 근사 신호 및 제1 디테일 신호를 검출하는 단계;
    상기 제1 디테일 신호를 미리 설정된 기준값과 비교하여 상기 케이블의 고장 여부를 판별하는 단계;
    웨이브렛 변환을 통해 상기 제1 근사 신호로부터 제2 근사 신호와 제2 디테일 신호를 검출하는 단계;
    상기 제1 디테일 신호와 상기 제2 디테일 신호를 연산하여 제1 필터링 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 디테일 신호 및 상기 제1 필터링 신호를 이용하여 설정된 상호 관계 방정식으로 제2 필터링 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 디테일 신호와 상기 제2 필터링 신호를 비교하여 고장 탐지 신호를 출력하는 단계를 포함하는 케이블 고장 지점 탐지 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체.
KR1020100045961A 2009-09-30 2010-05-17 케이블 고장 지점 탐지 시스템 및 방법 KR101067866B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/886,815 US8547105B2 (en) 2009-09-30 2010-09-21 System and method for detecting a location of fault in a cable
JP2010214121A JP5404572B2 (ja) 2009-09-30 2010-09-24 ケーブルの故障箇所検知システム及び方法
US14/028,087 US8704526B2 (en) 2009-09-30 2013-09-16 System and method for detecting a location of fault in a cable

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20090093331 2009-09-30
KR1020090093331 2009-09-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110035833A true KR20110035833A (ko) 2011-04-06
KR101067866B1 KR101067866B1 (ko) 2011-09-27

Family

ID=44044105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100045961A KR101067866B1 (ko) 2009-09-30 2010-05-17 케이블 고장 지점 탐지 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101067866B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020060305A1 (ko) * 2018-09-20 2020-03-26 한국전력공사 지중케이블의 고장위치 탐지장치 및 그 방법
CN113985208A (zh) * 2021-10-28 2022-01-28 西安热工研究院有限公司 一种长距离高压海底电缆故障精确定位***及方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101331274B1 (ko) 2012-06-12 2013-11-20 성균관대학교산학협력단 배전 계통의 고장 판별 방법 및 고장 판별 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4585929B2 (ja) * 2005-06-28 2010-11-24 日産自動車株式会社 ケーブル異常監視装置およびその方法
DE102006017479A1 (de) * 2006-04-13 2007-10-18 Siemens Ag Österreich Verfahren zum Messen eines mittels Wechselrichter erzeugten Wechselstromes und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
KR20080104678A (ko) * 2007-05-29 2008-12-03 대진전기 (주) 저압 기중 차단기용 전력선의 전류 검출 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020060305A1 (ko) * 2018-09-20 2020-03-26 한국전력공사 지중케이블의 고장위치 탐지장치 및 그 방법
KR20200033536A (ko) * 2018-09-20 2020-03-30 한국전력공사 지중케이블의 고장위치 탐지장치 및 그 방법
CN113985208A (zh) * 2021-10-28 2022-01-28 西安热工研究院有限公司 一种长距离高压海底电缆故障精确定位***及方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101067866B1 (ko) 2011-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5404572B2 (ja) ケーブルの故障箇所検知システム及び方法
US4766549A (en) Single-ended transmission line fault locator
US10989752B2 (en) Distance protection using traveling waves in an electric power delivery system
CN107636922B (zh) 直流电保护***的改进或及其相关改进
KR101029292B1 (ko) 케이블의 고장점 탐지 장치 및 방법
Saleh et al. Fault detection and location in medium‐voltage DC microgrids using travelling‐wave reflections
Krzysztof et al. Regular paper Traveling Wave Fault Location In Power Transmission Systems: An Overview
CN104620119A (zh) 监测电网的装置和方法
Costa et al. Fault-induced transient analysis for realtime fault detection and location in transmission lines
Jung et al. Wavelet based noise cancellation technique for fault location on underground power cables
KR101067866B1 (ko) 케이블 고장 지점 탐지 시스템 및 방법
Gonzalez-Sanchez et al. Fault location on transmission lines based on travelling waves using correlation and MODWT
US20190094290A1 (en) Traveling wave identification using distortions for electric power system protection
WO2008039131A1 (en) Method and device for monitoring a system
CN105021954A (zh) 一种基于线模电流s变换辐角检测的母线保护方法
GB2496121A (en) Fault location in a vehicle electrical system by time domain reflectometry
EP3685175A2 (en) Secure traveling wave distance protection in an electric power delivery system
KR100474192B1 (ko) 진행파를 이용한 송전 선로의 고장 지점 검출 방법
Javaid et al. High pass filter based traveling wave method for fault location in VSC-Interfaced HVDC system
CN102540019A (zh) 一种测后模拟识别母线区内外故障的方法
CN104714078A (zh) 电平信号的分析方法和触发脱扣器的方法
Cavalcante et al. A transmission line two-end fault location approach based on mathematical morphology
Jung et al. A validated accurate fault location approach by applying noise cancellation technique
Costa et al. Low-sampling frequency two-terminal traveling wave-based overhead transmission line protection
Jung et al. Fault location algorithm on underground power cable systems using noise cancellation technique

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140915

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150915

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160920

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180831

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190829

Year of fee payment: 9