KR0180629B1 - 전압용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출장치 및 방법 - Google Patents

전압용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출장치는, 가변전원 공급부(10)와, 와전류 센서(30)에 의해 유기되는 전압과, 전압 및 전류의 위상차를 직류전압의 형태로 감지하기 위한 전류안정화 및 임피던스 측정부(20)와, 상기한 전류안정화 및 임피던스 측정부(20)를 통해 공급된 전류원에 의해 유기되는 전압과 전류의 위상차를 감지하기 위한 와전류 센서(30)와, 상기한 전류안정화 및 임피던스 측정부(20)에서 얻어진 전압 및 전류를 증폭시키기 위한 증폭부(40)와, 증폭된 전류 및 전압의 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 A/D 신호변환부(50)와, 외부의 연산수단에 감지된 전압 및 위상 데이타를 전송하기 위한 제어 및 데이타 전송부(60)와, 상기한 가변전원 공급부(10)의 설정된 주파수 및 전류값 정보를 외부에 표시하기 위한 표시부(70)와, 상기한 제어 및 데이타 전송부(60)으로부터 전송받은 금속부유를 감지 데이타로부터 금속부유물의 종류 및 양을 측정하기 위한 연산수단을 포함한다.

Description

전력용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출장치 및 방법
본 발명은 전력용변압기 절연류 내의 금속부유물 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 전력용변압기의 절연유 내에 생성된 유화동, 유화은 등의 금속 부유물 및 변압기 점검시 또는 자연열화에 의한 상자성체, 강자성체 등의 각종 금속부유물을 활선상태에서 상기 검출할 수 있는 금속부유물 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다.
통상적으로, 전력의 공급을 위해 수많은 전력용변압기가 필수적으로 사용되고 있으나, 현재, 국내·외에 설치된 전력용변압기에 대한 활선상태에서의 진단업무가 제대로 수행되지 못하고 있기 때문에, 하절기 부하나 외기 상승 등에 따른 빈번한 변압기 고장발생으로 인하여, 막대한 경제적 손실이 발생하고 있는 실정이다.
이러한 변압기 사고 중에서도 절연과 직·간접적으로 관련된 사고가 큰 비중을 차지하고 있으며, 상기한 변압기의 절연 상태는 전력용변압기 내의 절연유에 포함된 금속부유물에 의해 악영향을 받으므로, 변압기의 사고발생 전에 변압기의 절연상태를 점검할 수 있도록 변압기 절연유 내의 금속부유물을 상시 검출할 수 있는 장치 및 방법의 개발이 끊임없이 요구되었다.
이와 같은 변압기 절연유 내의 금속부유물로는, 전력용변압기에 사용되고 있는 나동, 은 등과 절연유 중의 활성유황으로부터 생성되는 유화동, 유화은과 같은 금속부유물 및 기타 변압기 점검시 또는 자연열화에 의해 발생한 상자성체, 강자성체 등의 각종 금속부유물을 대표적인 예로 들 수 있다.
한편, 변압기의 절연에 대한 이상유무를 진단하기 위하여 다양한 종류의 변압기 현장 진단법이 개발되어 왔는데, 이중에서 최근에 실용화 또는 개발 사용되고 있는 종래의 변압기 현장 진단법을 하기 표 1에 나타내었다.
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 종래기술에 따른 전력용변압기의 현장 진단법은 그 대부분이 변압기 절연유 내의 가스를 분석함으로써, 기기 절연의 이상유무 및 기기의 열화 정도를 판정하는 방법으로서, 변압기 사고발생의 주요인인 변압기 절연유 내의 금속부유물을 전혀 검출할 수 없다는 한계를 지니고 있었다.
결국, 본 발명은 상기한 종래기술의 한계를 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 전력용변압기에 절연유 내에 생성된 금속부유물 및 변압기 점검시 또는 자연열화에 의해 발생한 각종 금속부유물을 활선상태에서 상기 검출할 수 있는 금속부유물 검출장치 및 검출방법을 제공함에 있다.
제1도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 금속부유를 검출장치의 주요부에 대한 블록 구성도.
제2도는 제1도의 금속부유물 검출장치에 외부의 연산장치가 연결된 상태를 나타낼 개략도.
제3a도는 본 발명에 따른 금속부유물 검출장치의 와전류 센서에 대한 확대 상세도.
제3b도는 제3a도에 도시된 와전류 센서를 구성하는 솔레노이드 코일의 분해 사시도.
제4도는 본 발명에 따른 금속부유물 검출장치의 와전류 센서를 전력용변압기에 장착한 일례를 나타낸 상태도.
제5도는 본 발명의 금속부유물 검출장치를 사용하여 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물을 검출시 1차 임피던스 및 2차 임피던스의 변화를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 가변전원 공급부 20 : 전류안정화 및 임피던스 측정부
30 : 와전류 센서 40 : 증폭부
50 : A/D 신호변환부 60 : 제어 및 데이터 전송부
70 : 표시부 200,300 : 퍼스널 컴퓨터
400 : 전력용변압기 450 : 바이패스 라인
상기한 목적을 달성하는, 본 발명에 따른 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출장치는, 전류의 크기를 가변시킬 수 있으며, 일정 주파수를 지닌 정전류를 공급하기 위한 가변전원 공급수단과, 상기한 가변전원 공급수단에 의해 공급된 전류원을 금속부유물 감지수단에 의해 안정적으로 공급하는 한편, 임피던스의 크기 및 위상을 측정하기 위하여, 금속부유물 감지수단에 의해 유기되는 전압과, 전압 및 전류의 위상차를 직류전압의 형태로 감지하기 위한 전류안정화 및 임피던스 측정수단과,
복수의 솔레노이드 코일로 구성되고, 전력용변압기 절연유 내에 설치되어, 상기한 전류안정화 및 임피던스 측정수단을 통해 공급된 전류원에 의해 유기되는 전압과 전류의 위상차를 감지하여 상기한 전류안정화 및 임피던스 측정수단에 제공하기 위한 금속부유물 감지수단과,
상기한 전류안정화 및 임피던스 측정수단에서 얻어진 전압 및 전류를 증폭시키기 위한 증폭 수단과,
상기한 증폭수단에 의해 증폭된 전류 및 전압의 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 A/D 신호변환수단과,
상기한 가변전원 공급수단에게 계측을 담당하게 하며, 상기한 A/D 신호변환수단을 제거하는 한편, 외부의 연산수단에 감지된 전압 및 위상 데이타를 전송하기 위한 제어 및 데이타 전송수단과,
상기한 가변전원 공급수단의 설정된 주파수 및 전류값 정보를 외부에 표시하기 위한 표시수단과,
상기한 제어 및 데이타 전송수단으로부터 전송받은 금속부유물 감지 데이타로부터 금속부유물의 종류 및 양을 판정하기 위한 연산수단을 포함한다.
아울러, 본 발명에 따른 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출방법은, 전력용변압기 외부의 바이패스 라인 내측에, 한 방향으로 감긴 관통형 제1솔레노이드 코일과 반대방향으로 감긴 코일이 연결된 관통하여 제2솔레노이드 코일로 구성된 금속부유물 감지수단을 설치하고, 외부에서 일정주파수를 지닌 전류원의 전원을 가하여 상기한 금속부유물 감지수단의 코일에 유기되는 전압과의 비인 임피던스의 크기 및 위상을 감지한 후,
감지된 신호를 증폭하고 A/D 변환한 다음, 연산을 수행함으로써, 금속부유물의 종류 및 양을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출장치 및 검출방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 금속부유물 검출장치의 주요부에 대한 블록 구성도이다.
제1도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 금속부유물 검출장치에 있어서, 가변전원 공급부(10)는 주파수가 100㎑인 정전류원으로 구성되는데, 이 정전류원은 그 내부에 포함된 가변저항에 의해 전류의 크기를 OA로부터 LA까지 가변시킬 수 있도록 회로가 구성되어 있다.
또한, 전류안정화 및 임피던스 측정부(20)는 상기한 가변전원 공급부(10)로부터 공급된 전류원을 금속부유물 감지부인 와전류 센서(30)에 안정적으로 공급하는 한편, 바람직하게는, 가변전원 공급부(10)에서 설정된 전류값과 와전류 센서(30)에 실제적으로 공급되는 전류값을 비교한 후, 그 정보를 가변전원 공급부(10)에 궤환(feedback)함으로써, 설정된 정전류원이 와전류 센서(30)에 공급되도록 정밀도를 증대시킬 수 있는 구조로 구성된다. 이때, 궤환전압은 차동연산증폭기(differential operation amplifier) 등을 이용하여 구성할 수 있다.
또한, 상기한 전류안정화 및 임피던스 측정부(20)는, 임피던스의 크기와 위상을 측정하기 위하여, 와전류 센서(30)에서 유기되는 전압을 유효전압값으로써 직류전압의 형태로 감지하며, 전압 및 전류의 위상차인 0°로부터 360°에 해당하는 위상각을 직류전압의 형태로 감지한다.
아울러, 복수의 솔레노이드 코일로 구성된 와전류 센서(30)로 이루어진 금속부유물 감지수단은, 전력용변압기 절연유 내에 설치되어, 상기한 전류안정화 및 임피던스 측정부(20)를 통해 공급된 전류원에 의해 유기되는 전압과 전류의 위상차를 감지하여, 상기한 전류안정화 및 임피던스 측정부(20)에 제공한다.
제3a도는 본 발명에 따른 금속부유물 검출장치에 와전류 센서에 대한 확대 상세도이고, 제3b도는 제3a도에 도시된 와전류 센서를 구성하는 솔레노이드 코일의 분해 사시도로서, 제3a도 및 제3b도에 도시된 바와 같이, 상기한 본 발명의 와전류 센서(30)는 한 방향으로 감긴 관통형 제1솔레노이드 코일(31)과 반대방향으로 감긴 코일의 연결된 관통형 제2솔레노이드 코일(32)로 구성하는 것이 바람직하다.
상기한 구성에 의해, 제5도에 의해 도시된 1차 이피던스 및 2차 임피던스의 변화를 나타낸 그래프에서 보듯이, 한 방향으로 감긴 관통형 제1솔레노이드 코일(31)은 2차 임피던스의 일정한 변화량을 통하여 전력용변압기 절연유 중의 금속부유물에 대한 평균 함유량(즉, 혼탁도)을 감지하는 한편, 반대방향으로 감긴 코일이 연결된 관통형 제2솔레노이드 코일(32)은 금속부유물이 코일을 통과하는 순간의 2차 임피던스 변화량을 검출함으로써, 금속부유물의 종류 및 크기를 검출하게 된다.
이때, 전선에 공급하는 자속은 솔레노이드 코일의 길이가 길수록 균일하게 되며, 코일의 도중에서 생기는 누설 자속도 적게 되어, 무한장 솔레노이드에 가깝게 된다.
한편, 증폭부(40)는 직류전압의 형태로 전류안정화 및 임피던스 측정부(20)에서 얻어지는 전압 및 전류를 안정적으로 A/D(analog to digital) 변환이 가능하도록 증폭시키는 역할을 하며, 그 값을 제어 및 데이타 전송부인 원칩 컴퓨터(one-chip computer)(60)의 메모리에 저장할 수 있도록, 범용 연산증폭기로 구성된다.
또한, A/D 신호변환부(50)는 상기한 증폭기(50)는 상기한 증폭기(40)에 의해 증폭된 전류 및 전압의 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는데, 검출된 신호의 변화량이 작은 경우에도 충분히 신호 검출이 가능하도록 16비트(bit)용 변환기를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, A/D 신호변환부(50)는 원칩 컴퓨터(60)에 의해 제어되는 2채널 A/D 변환기로서, 주파수 100㎑에 한 주기당 10점(point) 이상의 샘플링 (sampling) 능력을 보유하고 있다.
또한, 제어 및 데이타 전송부인 원칩 컴퓨터(60)는 상기한 가변전원 공급부(10)에게 계측을 담당하게 하며, 상기한 A/D 신호변환부(50)를 제어하는 한편, 제2도에 도시된 바와 같이, 연산수단인 외부의 퍼스널 컴퓨터(200, 300)에 감지된 전압 및 위상 데이타를 전송한다.
이때, 상기한 원칩 컴퓨터(60)은 금속부유물 데이타인 임피던스의 크기와 위상을 계산하기 위한 정보 데이타인 와전류 센서(30)의 솔레노이드 코일에 유기되는 전압 및 위상을 각각 3만개 이상 저장한다.
한편, 표시부(70)는 상기한 가변전원 공급부(10)의 설정된 주파수 및 전류값 정보를 육안으로 식별가능하도록 숫자로 외부에 표시한다.
또한, 제2도에 도시된 바와 같이, 연산수단인 퍼스널 컴퓨터(200, 300)는 상기한 제어 및 데이타 전송부(60)로부터 전송받은 금속부유물 감지 데이타로부터 금속부유물의 종류 및 양을 판정하여, 화면상으로 절연열화의 정도를 나타낸다.
한편, 제4도는 본 발명에 따른 금속부유물 검출장치의 와전류 센서를 전력용변압기에 장착한 일례를 나타낸 상태도로서, 제4도에 있어서, 도면부호 400은 전력용변압기, 410은 맨홀, 420은 철심, 430은 고압권선, 440은 지지금구, 450은 바이패스 라인을 각각 나타낸다.
제4도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 금속부유물 검출장치의 와전류 센서(30)는, 전력용변압기(400) 외부의 바이패스 라인(450) 내측에 설치될 수 있다.
상기한 본 발명의 금속부유물 검출장치를 사용하여, 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물을 검출하기 위해서는, 전력용변압기(400) 외부의 바이패스 라인(450) 내측에, 한 방향으로 감긴 관통형 제1솔레노이드 코일(31)과 반대방향으로 감긴 코일이 연결된 관통형 제2솔레노이드 코일(32)로 구성된 와전류 센서(30)의 코일(31, 32)에 유기되는 전압과의 비인 임피던스의 크기 및 위상을 감지한 후, 증폭부(40)에 의해 감지된 신호를 증폭하고 A/D 신호변환부(50)에서 A/D변환한 다음, 제어 및 데이타 전송부(70)를 거쳐 퍼스널 컴퓨터(200, 300)에 감지 데이타를 전송하여 퍼스널 컴퓨터(200, 300)에서 연산을 수행함으로써, 금속부유물의 종류 및 양을 검출하게 된다.
상기한 와전류 센서(30)의 코일(31, 32)에 유기되는 임피던스는 크기와 위상으로 나뉘어지는 벡터량이므로, 이 2가지 성질을 조합하여 판단함으로써, 금속부유물의 양 및 종류를 파악할 수 있게 된다.
이때, 가변전원 공급부에서 전류원을 공급하므로, 와전류 센서(30)의 코일(31, 32)에 걸리는 전압 파형의 크기와 전류의 크기의 비는 임피던스의 크기가 되며, 금속부유물 검출장치는 이 값을 제어 및 데이타 전송부(60)의 램(RAM)에 기록하게 된다. 또한, 전압과 전류의 위상차를 검출하여 상기한 방법으로 램에 기록함으로써, 결국, 임피던스의 크기와 위상을 동시에 검출할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 금속부유물 검출장치 및 검출방법에 따르면, 전력용변압기의 절연유 내에 생성된 금속부유물 및 변압기 점검시 또는 자연열화에 의해 발생한 각종 금속부유물을 활선상태에서 상시 검출할 수 있으므로, 활선상태에서 진단업무를 수행하는데 일조를 할 수 있음은 물론, 갈수록 증대되는 양질의 전기에 대한 수용가의 욕구를 충족시키는데 크게 기여할 수 있다.

Claims (5)

  1. 전류의 크기는 가변시킬 수 있으며, 일정 주파수를 지닌 정전류를 공급하기 위한 가변전원 공급수단과, 상기한 가변전원 공급수단에 의해 공급된 전류원을 금속부유물 감지수단에 안정적으로 공급하는 한편, 임피던스의 크기 및 위상을 측정하기 위하여, 금속부유물 감지수단에 의해 유기되는 전압과, 전압 및 전류의 위상차를 직류전압의 형태로 감지하기 위한 전류안정화 및 임피던스 측정수단과, 복수의 솔레노이드 코일로 구성되고, 전력용변압기 절연유 내에 설치되어, 상기한 전류안정화 및 임피던스 측정수단을 통해 공급된 전류원에 의해 유기되는 전압과 전류의 위상차를 감지하여 상기한 전류안정화 및 임피던스 측정수단에 제공하기 위한 금속부유물 감지수단과, 상기한 전류안정화 및 임피던스 측정수단에서 얻어진 전압 및 전류를 증폭시키기 위한 증폭수단과, 상기한 증폭수단에 의해 증폭된 전류 및 전압의 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 A/D 신호변환수단과, 상기한 가변전원 공급수단에게 계측을 담당하게 하며, 상기한 A/D 신호변환수단을 제어하는 한편, 외부의 연산수단에 감지된 전압 및 위상 데이타를 전송하기 위한 제어 및 데이타 전송수단과, 상기한 가변전원 공급수단의 설정된 주파수 및 전류값 정보를 외부에 표시하기 위한 표시수단과, 상기한 제어 및 데이타 전송수단으로부터 전송받은 금속부유물 감지 데이타로부터 금속부유물의 종류 및 양을 판정하기 위한 연산수단을 포함하는, 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출장치.
  2. 상기한 전류안정화 및 임피던스 측정수단은 상기한 가변전원 공급수단에서 설정된 전류값과 상기한 금속부유물 감지수단에 실제적으로 공급되는 전류값을 비교한 후, 그 정보를 가변전원 공급수단으로 궤환시키도록 구성된 차동연산증폭기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출장치.
  3. 상기한 금속부유물 감지수단은, 2차 임피던스의 일정한 변화량을 통하여 전력용변압기 절연유 중의 금속부유물에 대한 평균 함류량(즉, 혼탁도)을 감지하도록 한 방향으로 감긴 관통형 제1솔레노이드 코일과, 금속부유물이 코일을 통과하는 순간의 2차 임피던스 변화량을 검출함으로써 금속부유물의 종류 및 크기를 검출하도록 반대방향으로 감긴 코일이 연결된 관통형 제2솔레노이드 코일로 구성된 와전류 센서인 것을 특징으로 하는, 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출장치.
  4. 상기한 A/D 신호변환수단으로는 16비트용 A/D 변환기를 사용하는 것을 특징으로 하는, 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출장치.
  5. 전력용변압기 외부의 바이패스 라인 내측에, 한 방향으로 감진 관통형 제1솔레노이드 코일과 반대방향으로 감긴 코일이 연결된 관통형 제2솔레노이드 코일로 구성된 금속부유물 감지수단을 설치하고, 외부에서 일정주파수를 지닌 전류원의 전원을 가하여 상기한 금속부유를 감지수단과 코일에 유기되는 전압과의 비인 임피던스의 크기 및 위상을 감지한 후, 감지된 신호를 증폭하고 A/D 변환한 다음, 연산을 수행함으로써, 금속부유물의 종류 및 양을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력용변압기 절연유 내의 금속부유물 검출 방법.
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