KR20180074231A - 한류기 유지 보수 시스템 및 방법 - Google Patents

한류기 유지 보수 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대용량의 전력을 공급하는 전력계통에 이용되는 한류기에서 고장이 검출되는 경우에 전력계통에 전원 공급을 중단하지 않고 바이패스(Bypass)로 분리하여 계속적으로 공급함으로써 한류기의 고장 시에도 유지보수 할 수 있도록 하는, 한류기 유지 보수 시스템 및 방법이 개시된다. 개시된 한류기 유지 보수 시스템은, 전력계통에서 정격전류의 일정 배수에 해당하는 이상 전류의 발생 시에 임피던스를 증가시켜 전류값을 감소시키는 한류기; 상기 한류기의 전단 및 후단에 설치되어, 상기 한류기로의 전원 공급을 스위칭 오프(Switching off)를 통해 차단하는 하나 이상의 단로기; 상기 한류기의 상태 신호를 검출하는 상태 검출부; 상기 한류기에 공급되는 전원을 스위칭 온(Switching On) 동작으로 바이패스(Bypass)하여 전력계통에 공급하는 바이패스 차단부; 및 상기 상태 검출부를 통해 검출된 상태 신호에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식한 경우에, 상기 한류기에 공급되던 전원이 상기 한류기에 공급되지 않고 상기 바이패스 차단부를 통해 바이패스하여 전력계통에 공급되도록 상기 바이패스 차단부를 구동 제어하는 메인 제어부를 포함한다.

Description

한류기 유지 보수 시스템 및 방법{Fault current limiter maintenance method and system}
본 발명은 한류기 유지 보수 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 대용량의 전력을 공급하는 전력계통에서 지락 혹은 단락 사고와 같은 고장으로 정격전류의 5~20 배에 해당하는 고장 전류 발생 시 계통에 임피던스를 증가시켜 전류값을 감소시키는 한류기(Fault Current Limiter)에 전원을 인가하는 전원선이나 광케이블의 단선이 발생하거나 한류기 자체에 과열 발생으로 고장이 검출되는 경우에 전력계통에 전원 공급을 중단하지 않고 바이패스(Bypass)로 분리하여 계속적으로 공급할 수 있도록 함으로써 한류기의 고장 시에도 유지보수 할 수 있도록 하는, 한류기 유지 보수 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 한류기(Fault Current Limmiter)는 전력계통에서 지락 혹은 단락사고와 같은 고장이 발생하여 정격전류의 5~20배에 해당하는 고장전류 발생 시 계통에 임피던스를 증가시켜 그 값을 감소하는 전력기기이다.
고장전류 발생 시 타 계통으로 파급을 막기 위해서 차단기를 개방(Open)하여 계통에서 해당 부분을 분리하도록 하며, 차단 시간은 3 ~ 5cycle 내에 동작이 이루어진다. 차단기는 차단할 수 있는 전류 용량을 가지고 있으며, 이를 넘어설 경우 차단능력을 상실하게 된다.
스마트 그리드 기술의 발달에 따라 기존의 일방적 흐름의 전력공급 및 운영에서 양방향 흐름으로 변화되고 네트워크화 되면서 복잡성이 증가함에 따라 그에 따른 사고 발생 가능성 역시 높아지고 있다. 또한, 풍력, 태양광 등 다양한 신재생 전원 및 연료전지 등의 분산형 전원을 수용하게 되면서 단락용량이 증가하게 되고 이로 인해 고장전류가 증가하게 되었다.
이에 따라 차단기의 용량을 늘려 정상적으로 계통분리 성능을 낼 수 있도록 차단기 교체가 필요하지만, SF6 가스의 사용 제한 등으로 인해 대체 개발하고 있는 대용량 차단기 개발에 어려움이 따르고 있다. 이를 해소하기 위한 대안으로 고장전류를 기존 차단기가 차단이 가능한 수준 아래로 감소시켜 주는 한류기의 개발이 전세계적으로 추진되고 있으며, 초전도, 가변 리액턴스, 하이브리드형, 전력전자형 등 다양한 한류기의 연구가 이루어지고 있다.
그런데, 한류기가 적용되는 요소는 최소 6.9kV 이상의 고압 및 특고압이나 대용량 전력계통으로 각종 사회 인프라에 전기를 공급하는 역할을 하므로, 사고 발생 시를 제외하고는 상시 전기가 공급되어야 한다.
전력전자가 적용된 한류기는 평상시에는 전력전자(통상 사이리스터)로 정격전류가 흐르다가 사고가 발생하여 단락전류가 발생할 때 리액턴스를 공급하여 사고전류를 감소해주는 방법을 사용하고 있다.
그리고, 한류기에는 다음과 같은 문제가 발생하고 있다.
1) 한류기를 구성하는 사이리스터에 전류인가 또는 광신호 인가를 통해 턴온/턴온프(Turn On/Turn Off) 동작을 수행할 때, 전원선이나 광케이블에 단선이 발생하여 해당 사이리스터의 턴 온 수행이 불가능해 질 수 있다.
2) 메인 제어기의 사이리스터 Firing 신호 발생 알고리즘의 오류 발생으로 인한 위상각이 생성되거나, 한류기의 오랜 사용에 따른 사이리스터에 과열이 발생할 수 있다.
3) 기타 부분방전 검출이나 소음 발생 등 내부 검지 시스템에 의한 점검이 필요하거나, 한류기를 구성하는 리액터의 탑 오일(Top Oil) 온도 및 권선 온도가 제한치 이상으로 상승할 수 있다.
4) 유중 변압기의 오일량이 부족하거나, 유중 가스 분석기로 검출된 유중 변압기의 내부에 오일 이상이 발생할 수 있다.
전술한 바와 같은 문제가 한류기에 상시 정격전류가 흐를 때 발생하는 경우에, 전력계통에 전기공급을 중단하지 않고 분리하여 유지보수를 실시하고 다시 계통에 투입하여 상시 운전 상태로 복구할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
한국 등록특허공보 제10-1395643호(등록일: 2014.05.09, 명칭: 보호 스위치가 구비된 한류기)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 대용량의 전력을 공급하는 전력계통에 이용되는 한류기에 전원을 인가하는 전원선이나 광케이블의 단선이 발생하거나 한류기 자체에 과열 발생으로 고장이 검출되는 경우에 전력계통에 전원 공급을 중단하지 않고 바이패스(Bypass)로 분리하여 계속적으로 공급할 수 있도록 함으로써 한류기의 고장 시에도 유지보수 할 수 있도록 하는, 한류기 유지 보수 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 한류기 유지 보수 시스템은, 전력계통에서 정격전류의 일정 배수에 해당하는 이상 전류의 발생 시에 임피던스를 증가시켜 전류값을 감소시키는 한류기; 상기 한류기의 전단 및 후단에 설치되어, 상기 한류기로의 전원 공급을 스위칭 오프(Switching off)를 통해 차단하는 하나 이상의 단로기; 상기 한류기의 상태 신호를 검출하는 상태 검출부; 상기 한류기에 공급되는 전원을 스위칭 온(Switching On) 동작으로 바이패스(Bypass)하여 전력계통에 공급하는 바이패스 차단부; 및 상기 상태 검출부를 통해 검출된 상태 신호에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식한 경우에, 상기 한류기에 공급되던 전원이 상기 한류기에 공급되지 않고 상기 바이패스 차단부를 통해 바이패스하여 전력계통에 공급되도록 상기 바이패스 차단부를 구동 제어하는 메인 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 한류기는, 하나 이상 다수 개의 사이리스터(Thyristor)가 직렬로 연결되고 저항이 병렬로 연결된 전력전자부와, 상기 이상 전류를 리액터를 통해 제한하는 리액터부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상태 검출부는, 상기 한류기에 병렬로 연결된 계기용 변압기(PT)와, 상기 한류기에 직렬로 연결된 계기용 변류기(CT)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인 제어부는, 상기 계기용 변압기(PT)를 통해 검출된 상기 한류기의 전압 신호에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식하거나, 상기 계기용 변류기(CT)를 통해 검출된 상기 한류기의 전류 신호에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식할 수 있다.
또한, 상기 상태 검출부는, 상기 전력전자부에서 발생된 부분 방전을 검출하는 방전 검출부, 상기 전력전자부에서 사이리스터의 게이트(Gate) 인가 전원선 또는 광케이블의 단선에 따라 상기 사이리스터의 턴온(Turn-On) 수행 불가능 상태를 검출하는 사이리스터 동작 검출부; 상기 메인 제어부의 사이리스터 동작(Firing) 신호 발생 알고리즘의 오류 발생으로 인해 생성되는 위상각을 검출하는 위상각 검출부; 상기 사이리스터의 과열 발생에 따른 온도를 검출하는 사이리스터 온도 검출부; 및 상기 전력전자부에서 발생되는 소음을 검출하는 소음 검출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상태 검출부는, 리액터부의 오일 온도 및 권선 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 리액터부의 변압기 오일량을 검출하는 오일 검출부, 및 상기 리액터부의 이상으로 발생되는 유중 가스를 검출하는 가스 검출부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 메인 제어부는, 상기 한류기로부터 상기 상태 검출부를 통해 검출된 전압, 전류, 오일 온도, 권선 온도, 오일량, 유중가스, 부분방전, 소음 중 하나에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 한류기 유지 보수 방법은, 한류기의 전단과 후단에 각각 단로기가 연결되고, 상기 한류기에 병렬로 바이패스 차단기가 연결된 시스템의 한류기 유지보수 방법으로서, (a) 전원 공급부에서 상기 한류기에 전원을 공급하는 단계; (b) 상태 검출부에서 상기 한류기의 상태 신호를 검출하는 단계; (c) 메인 제어부가 상기 검출된 상태 신호에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식하는 단계; (d) 메인 제어부가 스위칭 온(Switching ON) 제어신호를 바이패스 차단부에 출력하는 단계; 및 (e) 바이패스 차단부가 상기 스위칭 온 제어신호에 따라 스위칭 온(Switching On) 동작으로, 상기 한류기에 공급되던 전원을 바이패스하여 전력계통에 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, (f) 상기 한류기의 전단 및 후단에 연결된 각각의 단로기가 상기 메인 제어부의 제어에 따라 상기 한류기에 전원이 공급되지 않도록 스위칭 오프(Switching OFF)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (f) 단계 이후에, 상기 메인 제어부는 상기 각각의 단로기가 모두 스위칭 온(Switching ON) 되면, 상기 바이패스 차단부를 스위칭 오프(Switching OFF)시켜 상기 한류기에 전원이 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 상태 검출부는, 계기용 변압기(PT)를 통해 전력전자부의 전압 신호를 검출하거나, 계기용 변류기(CT)를 통해 전력전자부의 전류 신호를 검출하여, 상기 한류기의 상태 신호를 검출할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서 상기 메인 제어부는, 상기 상태 검출부를 통해 검출된, 전압, 전류, 오일 온도, 권선 온도, 오일량, 부분방전, 소음, 유중가스, 상기 사이리스터의 턴온(Turn-On) 수행 불가능 상태, 상기 메인 제어부의 사이리스터 동작(Firing) 신호 발생 알고리즘의 오류 발생으로 인해 생성되는 위상각 중 하나에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식할 수 있다.
그리고, 상기 (f) 단계에서 상기 메인 제어부는, 상기 바이패스 차단부를 스위칭 온(Switching ON) 시킨 이후에, 상기 한류기의 전력전자부 및 리액터부를 점검하여 유지 보수할 수 있도록 하기 위해, 상기 한류기에 전원이 공급되지 않도록 상기 한류기의 전단 및 후단에 설치된 상기 하나 이상의 단로기(Disconnect Switch)를 개방(Open)시키게 된다.
본 발명의 다른 양상들, 장점들 및 특징들은 다음의 섹션들: 도면의 간단한 설명, 상세한 설명 및 청구범위를 포함하는 전체 출원 명세서에 기재된 내용에 기초하여 보다 명백해질 것이다.
본 발명에 의하면, 한류기에 상시 정격전류가 흐를 때 해당 한류기에 고장이 발생하더라도 전력계통에 전기공급을 중단하지 않고 분리하여 유지보수를 실시하고 다시 계통에 투입하여 상시 운전 상태로 복구할 수 있다.
따라서, 전력전자가 적용된 한류기는 평상시에는 전력전자(사이리스터)부로 정격전류가 흐르다가 사고가 발생하여 단락전류가 발생할 때 리액턴스를 공급하여 사고전류를 감소해 주는 기능을 계속 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명을 적용하기 전 한류기의 일반적인 동작 개념을 나타낸 동작 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 한류기 유지 보수 시스템의 기본적인 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 한류기 유지 보수 시스템의 회로 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 한류기 유지 보수 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 한류기 유지보수 방법에 대한 순차적인 동작 과정을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명을 적용하기 전 한류기의 일반적인 동작 개념을 나타낸 동작 개념도이다.
도 1에서, (a)는 한류기에 정격전류가 공급된 경우를 나타낸 것으로서, 전원부(Vs)로부터 차단기를 경유해 한류기에 정격전류가 공급되면, 한류기는 스위치가 온(ON) 된 상태에서 전류가 흐르게 된다.
도 1에서, (b)는 전력계통에 사고로 인한 고장 전류가 발생한 경우를 나타낸 것으로서, 사고로 인해 정격전류의 5~20배에 해당하는 고장 전류가 발생되고, 차단기는 차단 용량 부족으로 개방(Open)되지 않게 된다.
도 1에서, (c)는 한류기에서 리액턴스 성분의 투입으로 고장 전류를 감소시키는 경우를 나타낸 것으로서, 고장 전류의 발생 시에 한류기가 스위치를 오프(Off)시켜 리액터를 통해 전류가 흐르도록 하게 된다. 이에 따라 전원부(Vs)로부터 전류가 차단기를 경유해 한류기의 리액터로 흐르게 됨으로써 고장 전류가 감소하게 된다.
도 1에서, (d)는 차단기를 개방(Open)시켜 고장 전류를 차단하는 경우를 나타낸 것으로서, 전원부(Vs)로부터 전류가 차단기를 경유해 리액터로 흐르는 동작이 수 사이클(Cycle)이 진행된 이후에 차단기가 개방(Open) 됨으로써 전원부(Vs)로부터 전류가 한류기에 공급되지 않게 되는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 한류기 유지 보수 시스템의 기본적인 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 한류기 유지 보수 시스템(100)은, 한류기(110), 하나 이상의 단로기(Disconnect Switch)(120, 130), 상태 검출부(140), 메인 제어부(150) 및 바이패스 차단부(160)를 포함한다.
한류기(110)는 전력계통에서 정격전류의 일정 배수에 해당하는 이상 전류의 발생 시에 임피던스를 증가시켜 전류값을 감소시키는 기능을 수행한다.
또한, 한류기(110)는, 도 3에 도시된 바와 같이 하나 이상 다수 개의 사이리스터(Thyristor)가 직렬로 연결되고 저항이 병렬로 연결된 전력전자부와, 이상 전류를 리액터를 통해 제한하는 리액터부를 포함할 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 한류기 유지 보수 시스템의 회로 구성 예를 나타낸 도면이다.
하나 이상의 단로기(120, 130)는 한류기(110)의 전단 및 후단에 각각 연결되고, 전원부(Vs)로부터 한류기(110)로의 전원 공급을 스위칭 오프(Switching off)를 통해 차단한다. 이때, 단로기(120, 130)의 스위칭 오프 동작은 메인 제어부(150)의 제어에 따라 수행할 수 있고, 사용자의 선택 동작에 따라 수행할 수도 있다.
상태 검출부(140)는 한류기(110)의 상태 신호를 검출한다.
또한, 상태 검출부(140)는, 도 3에 도시된 바와 같이 한류기(110)에 병렬로 연결된 계기용 변압기(PT)와, 한류기(110)에 직렬로 연결된 계기용 변류기(CT)를 포함할 수 있다.
또한, 상태 검출부(140)는, 전력전자부에서 발생된 부분 방전을 검출하는 방전 검출부, 상기 전력전자부에서 사이리스터의 게이트(Gate) 인가 전원선 또는 광케이블의 단선에 따라 상기 사이리스터의 턴온(Turn-On) 수행 불가능 상태를 검출하는 사이리스터 동작 검출부; 상기 메인 제어부의 사이리스터 동작(Firing) 신호 발생 알고리즘의 오류 발생으로 인해 생성되는 위상각을 검출하는 위상각 검출부; 상기 사이리스터의 과열 발생에 따른 온도를 검출하는 사이리스터 온도 검출부; 및 상기 전력전자부에서 발생되는 소음을 검출하는 소음 검출부를 포함할 수 있다.
그리고, 상태 검출부(140)는, 리액터부의 오일 온도 및 권선 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 리액터부의 변압기 오일량을 검출하는 오일 검출부, 및 상기 리액터부의 이상으로 발생되는 유중 가스를 검출하는 가스 검출부를 포함할 수 있다.
메인 제어부(150)는 상태 검출부(140)를 통해 검출된 상태 신호에 근거해 한류기(110)의 이상 상태를 인식한 경우에, 한류기(110)에 공급되던 전원이 한류기(110)에 공급되지 않고 바이패스 차단부(160)를 통해 바이패스하여 전력계통에 공급되도록 바이패스 차단부(160)를 구동 제어한다.
또한, 메인 제어부(150)는, 한류기의 이상 상태를 인식하면, 상기 바이패스 차단부를 스위칭 온(Switching ON) 시켜, 한류기에 공급되던 전원이 상기 한류기에 공급되지 않고 바이패스 차단부(160)를 통해 바이패스하여 전력계통에 공급되도록 한다.
또한, 메인 제어부(150)는, 바이패스 차단부(1600를 스위칭 온(Switching ON) 시킨 이후에, 상기 한류기의 전단 및 후단에 설치된 하나 이상의 단로기(Disconnect Switch)를 개방(Open)시켜, 한류기의 전력전자부 및 리액터부를 점검 및 보수할 수 있도록 한다.
바이패스 차단부(160)는 한류기(110)에 공급되는 전원을 스위칭 온(Switching On) 동작으로 바이패스(Bypass)하여 전력계통에 공급한다.
또한, 메인 제어부(150)는, 계기용 변압기(PT)를 통해 검출된 한류기의 전압 신호에 근거해 한류기의 이상 상태를 인식하거나, 계기용 변류기(CT)를 통해 검출된 한류기의 전류 신호에 근거해 한류기의 이상 상태를 인식할 수 있다.
그리고, 메인 제어부(150)는, 한류기(110)로부터 상태 검출부(140)를 통해 검출된, 전압, 전류, 오일 온도, 권선 온도, 오일량, 부분방전, 소음, 상기 사이리스터의 턴온(Turn-On) 수행 불가능 상태, 메인 제어부의 사이리스터 동작(Firing) 신호 발생 알고리즘의 오류 발생으로 인해 생성되는 위상각, 유중가스 중 하나에 근거해 한류기의 이상 상태를 인식할 수 있다.
한편, 도 2는 도시하지는 않았지만 한류기(110)에 전원을 공급하는 전원부(Vs)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 한류기 유지 보수 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 한류기 유지 보수 시스템(100)은, 전원부(Vs)에서 한류기(110)에 전원을 공급한다(S410).
즉, 전원부(Vs)에서 정격 전류가 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 메인 차단기와 단로기(120)를 경유해 한류기(110)에 공급된다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 한류기 유지보수 방법에 대한 순차적인 동작 과정을 나타낸 도면이다. 한류기(110)는 전원부(Vs)로부터 전원을 공급받으면, 사이리스터의 게이트(Gate)에 전류인가 또는 광신호 인가를 통해 턴 온/턴 오프(Turn On/Turn Off) 동작을 수행한다. 이때, 전력전자부에서 사이리스터는 도 3에 도시된 바와 같이 N 개의 직렬회로로 구성되고, 병렬로 구성된 저항에 인가되는 전압을 감시하여 검출한다. 사이리스터가 정상적으로 턴온 상태가 유지되지 못하는 경우에 상태 검출부(140)는 VAK_on-state(On State 애노드-캐소드) 전압 이상의 값을 검출한다.
이어, 상태 검출부(140)에서 한류기(110)의 상태 신호를 검출한다(S420).
즉, 상태 검출부(140)는 한류기(110)에 병렬로 구성된 계기용 변압기(PT) 및 직렬로 구성된 계기용 변류기(CT)를 사용하여 전압과 전류를 검출한다. 이때, 메인 제어부(150)는 한류기(110)의 정상 운전 시에 검출된 전류 파형이 깨끗한 정형파가 아닌 경우에 고장이 발생한 것으로 인식하는 것이다.
또한, 상태 검출부(140)는 한류기(110)의 전압과 전류를 검출하는 것 이외에 도 3에 도시된 바와 같이 온도 검출부를 통해 사이리스터의 온도를 검출하거나, 한류기(110)의 오일 온도 및 권선 온도를 검출할 수 있다.
또한, 상태 검출부(140)는 오일 검출부를 통해 한류기(110)의 변압기 오일량을 검출하거나, 가스 검출부를 통해 한류기(110)의 이상으로 발생되는 유중 가스를 검출할 수 있다.
그리고, 상태 검출부(140)는 방전 검출부를 통해 한류기(110)에서 발생된 부분 방전을 검출하거나, 소음 검출부를 통해 한류기(110)에서 발생되는 소음을 검출할 수 있다.
이어, 메인 제어부(150)는 검출된 상태 신호에 근거해 한류기의 이상 상태를 인식한다(S430).
즉, 메인 제어부(150)는 전술한 바와 같이 상태 검출부(140)를 통해 검출된 전압, 전류, 오일 온도, 권선 온도, 오일량, 유중가스, 부분방전, 소음에 관한 신호에 근거해 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 한류기(110)에 고장이 발생한 것으로 인식하는 것이다.
이어, 메인 제어부(150)는 스위칭 온(Switching ON) 제어신호를 바이패스 차단부(160)에 출력한다(S440).
즉, 메인 제어부(150)는 한류기(110)에 공급되던 전원이 한류기(110)에 공급되지 않고, 바이패스 차단기(160)를 통해 바이패스하여 전력계통으로 공급되도록 바이패스 차단부(150)를 스위칭 온 시키는 스위칭 온 제어신호를 바이패스 차단부(160)에 출력하는 것이다.
이어, 바이패스 차단부(160)는 스위칭 온 제어신호에 따라 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 스위칭 온(Switching On) 동작으로, 한류기에 공급되던 전원을 바이패스하여 전력계통에 공급한다(S450).
즉, 바이패스 차단부(160)를 구성하는 차단기의 접촉 저항이 한류기(110)의 임피던스 값보다 더 작으므로, 한류기(110)에 공급되던 대부분의 전류가 한류기(110)에 병렬로 연결된 바이패스 차단부(160)로 흐르게 되는 것이다. 따라서, 한류기(110)에 고장이 발생하더라도 전력계통으로의 전원 공급은 계속 유지할 수 있게 되는 것이다.
이어, 한류기(110)의 전단 및 후단에 연결된 각각의 단로기(120, 130)는 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 한류기(110)에 전원이 공급되지 않도록 스위칭 오프(Switching OFF) 동작을 수행하게 된다. 즉, 메인 제어부(150)는, 바이패스 차단부(160)를 스위칭 온(Switching ON) 시킨 이후에, 한류기의 전력전자부 및 리액터부를 점검하여 유지 보수할 수 있도록 하기 위해, 한류기에 전원이 공급되지 않도록 하나 이상의 단로기(Disconnect Switch)를 개방(Open)시키는 것이다.
따라서, 전원부(Vs)로부터 전원이 한류기(110)에 공급되지 않고 차단된 상태에서, 작업자 또는 관리자 등이 한류기(110)의 고장 상태를 안전하게 수리할 수 있게 되는 것이다.
그리고, 메인 제어부(150)는 한류기(110)가 수리된 이후에 각각의 단로기(120, 130)가 모두 스위칭 온(Switching ON) 되면, 바이패스 차단부(160)를 스위칭 오프(Switching OFF)시켜 전원부(Vs)로부터 단로기1(120)을 통해 한류기(110)에 전원이 공급되도록 제어한다.
따라서, 전원부(Vs)로부터 단로기1(120)를 경유해 한류기(110)에 전원이 공급되고, 한류기(110)는 사이리스터 또는 리액터를 통해 전류가 흐르도록 스위칭 동작하고, 이에 따라 전류가 한류기(110)로부터 단로기2(130)를 통해 전력계통으로 흐르게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 대용량의 전력을 공급하는 전력계통에 이용되는 한류기에 전원을 인가하는 전원선이나 광케이블의 단선이 발생하거나 한류기 자체에 과열 발생으로 고장이 검출되는 경우에 전력계통에 전원 공급을 중단하지 않고 바이패스(Bypass)로 분리하여 계속적으로 공급할 수 있도록 함으로써 한류기의 고장 시에도 유지보수 할 수 있도록 하는, 한류기 유지 보수 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 한류기 유지 보수 시스템
110 : 한류기
120, 130 : 단로기
140 : 상태 검출부
150 : 메인 제어부
160 : 바이패스 차단부

Claims (15)

  1. 전력계통에서 정격전류의 일정 배수에 해당하는 이상 전류의 발생 시에 임피던스를 증가시켜 전류값을 감소시키는 한류기;
    상기 한류기의 전단 및 후단에 설치되어, 상기 한류기로의 전원 공급을 스위칭 오프(Switching off)를 통해 차단하는 하나 이상의 단로기;
    상기 한류기의 상태 신호를 검출하는 상태 검출부;
    상기 한류기에 공급되는 전원을 스위칭 온(Switching On) 동작으로 바이패스(Bypass)하여 전력계통에 공급하는 바이패스 차단부; 및
    상기 상태 검출부를 통해 검출된 상태 신호에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식한 경우에, 상기 한류기에 공급되던 전원이 상기 한류기에 공급되지 않고 상기 바이패스 차단부를 통해 바이패스하여 전력계통에 공급되도록 상기 바이패스 차단부를 구동 제어하는 메인 제어부;
    를 포함하는 한류기 유지보수 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한류기는, 하나 이상 다수 개의 사이리스터(Thyristor)가 직렬로 연결되고 저항이 병렬로 연결된 전력전자부와, 상기 이상 전류를 리액터를 통해 제한하는 리액터부를 포함하는, 한류기 유지보수 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상태 검출부는, 상기 한류기에 병렬로 연결된 계기용 변압기(PT)와, 상기 한류기에 직렬로 연결된 계기용 변류기(CT)를 포함하는, 한류기 유지보수 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 메인 제어부는, 상기 계기용 변압기(PT)를 통해 검출된 전력전자부의 전압 신호에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식하거나, 상기 계기용 변류기(CT)를 통해 검출된 전력전자부의 전류 신호에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식하는, 한류기 유지보수 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상태 검출부는, 상기 전력전자부에서 발생된 부분 방전을 검출하는 방전 검출부, 상기 전력전자부에서 사이리스터의 게이트(Gate) 인가 전원선 또는 광케이블의 단선에 따라 상기 사이리스터의 턴온(Turn-On) 수행 불가능 상태를 검출하는 사이리스터 동작 검출부; 상기 메인 제어부의 사이리스터 동작(Firing) 신호 발생 알고리즘의 오류 발생으로 인해 생성되는 위상각을 검출하는 위상각 검출부; 상기 사이리스터의 과열 발생에 따른 온도를 검출하는 사이리스터 온도 검출부; 및 상기 전력전자부에서 발생되는 소음을 검출하는 소음 검출부;
    를 포함하는, 한류기 유지보수 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 상태 검출부는, 리액터부의 오일 온도 및 권선 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 리액터부의 변압기 오일량을 검출하는 오일 검출부, 및 상기 리액터부의 이상으로 발생되는 유중 가스를 검출하는 가스 검출부를 포함하는, 한류기 유지보수 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 메인 제어부는, 상기 상태 검출부를 통해 검출된, 전압, 전류, 오일 온도, 권선 온도, 오일량, 부분방전, 소음, 상기 사이리스터의 턴온(Turn-On) 수행 불가능 상태, 상기 메인 제어부의 사이리스터 동작(Firing) 신호 발생 알고리즘의 오류 발생으로 인해 생성되는 위상각, 유중가스 중 하나에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식하는, 한류기 유지보수 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 메인 제어부는, 상기 한류기의 이상 상태를 인식하면, 상기 바이패스 차단부를 스위칭 온(Switching ON) 시켜, 상기 한류기에 공급되던 전원이 상기 한류기에 공급되지 않고 상기 바이패스 차단부를 통해 바이패스하여 전력계통에 공급되도록 하는, 한류기 유지보수 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 메인 제어부는, 상기 바이패스 차단부를 스위칭 온(Switching ON) 시킨 이후에, 상기 한류기의 전력전자부 및 리액터부를 점검하여 유지 보수할 수 있도록 하기 위해, 상기 한류기에 전원이 공급되지 않도록 상기 한류기의 전단 및 후단에 설치된 상기 하나 이상의 단로기(Disconnect Switch)를 개방(Open)시키는, 한류기 유지보수 시스템.
  10. 한류기의 전단과 후단에 각각 단로기가 연결되고, 상기 한류기에 병렬로 바이패스 차단기가 연결된 시스템의 한류기 유지보수 방법으로서,
    (a) 전원 공급부에서 상기 한류기에 전원을 공급하는 단계;
    (b) 상태 검출부에서 상기 한류기의 상태 신호를 검출하는 단계;
    (c) 메인 제어부가 상기 검출된 상태 신호에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식하는 단계;
    (d) 메인 제어부가 상기 한류기의 이상 상태를 인식하면, 스위칭 온(Switching ON) 제어신호를 바이패스 차단부에 출력하는 단계; 및
    (e) 바이패스 차단부가 상기 스위칭 온 제어신호에 따라 스위칭 온(Switching On) 동작하여, 상기 한류기에 공급되던 전원을 바이패스하여 전력계통에 공급하는 단계;
    를 포함하는, 한류기 유지보수 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    (f) 상기 한류기의 전단 및 후단에 연결된 각각의 단로기가 상기 메인 제어부의 제어에 따라 상기 한류기에 전원이 공급되지 않도록 스위칭 오프(Switching OFF)하는 단계;
    를 더 포함하는, 한류기 유지보수 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 (f) 단계 이후에, 상기 메인 제어부는 상기 각각의 단로기가 모두 스위칭 온(Switching ON) 되면, 상기 바이패스 차단부를 스위칭 오프(Switching OFF)시켜 상기 한류기에 전원이 다시 공급되도록 제어하는, 한류기 유지보수 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 상태 검출부는, 계기용 변압기(PT)를 통해 전력전자부의 전압 신호를 검출하거나, 계기용 변류기(CT)를 통해 전력전자부의 전류 신호를 검출하여, 상기 한류기의 상태 신호를 검출하는, 한류기 유지보수 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 메인 제어부는, 상기 상태 검출부를 통해 검출된, 전압, 전류, 오일 온도, 권선 온도, 오일량, 부분방전, 소음, 유중가스, 상기 사이리스터의 턴온(Turn-On) 수행 불가능 상태, 상기 메인 제어부의 사이리스터 동작(Firing) 신호 발생 알고리즘의 오류 발생으로 인해 생성되는 위상각 중 하나에 근거해 상기 한류기의 이상 상태를 인식하는, 한류기 유지보수 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서 상기 메인 제어부는, 상기 바이패스 차단부를 스위칭 온(Switching ON) 시킨 이후에, 상기 한류기의 전력전자부 및 리액터부를 점검하여 유지 보수할 수 있도록 하기 위해, 상기 한류기에 전원이 공급되지 않도록 상기 한류기의 전단 및 후단에 설치된 상기 하나 이상의 단로기(Disconnect Switch)를 개방(Open)시키는, 한류기 유지보수 방법.
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