KR100238895B1 - 3상 전력선의 열화판정 장치 - Google Patents

Abstract

3상 전력선에 있어서 지락으로 이르게 되는 전조현상을 관측하고 열화를 미리 판정하는 것을 목적으로 하며, 이를 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 3상 전력선에서 관측된 영상신호(zero phase signal)의 상용 주파수 성분의 크기는 가변되지 않지만 고주파수 성분의 진폭을 변동한 것을 가지고 전력선 열화를 예측하고 또한 3상 전력선에서 관측된 영상신호에 단발적인 펄스가 포함되는 것으로서 열화가 예측되어진다.

Description

3상 전력선의 열화판정장치

제1도는 본 발명의 개략적인 구조를 나타낸 도면,

제2도는 본 발명의 지락의 전조현상(Precursory phenomena)을 설명하기 위한 도,

제3도는 지락사고가 발생했을 때 영상(zero-phase) 신호를 나타낸 도,

제4도는 전조현상과 사고현상을 비교한 도,

제5도 내지 제7도는 센서의 실시예를 나타낸 도,

제8도 내지 제11도는 열화점 특성에 대한 개념을 나타낸 도,

제12도 내지 제14도는 판정장치의 처리를 나타낸 도,

제15도는 본 발명에 의해서 필터를 사용할 수 있는 주파수 대역을 나타낸 도,

제16도는 정상적 개방점 이상의 변화를 설명하기 위한 도이다.

본 발명은 전력선의 열화판정 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 장래에 전력선의 지락사고에 이르게 되는 전조현상(precursory phenomena)을 관찰함으로써 전력선의 열화를 사전에 판정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

전력선, 특히 배전선에는 광범위한 영역에서 많은 수의 전기설비가 배치되어 있으므로 이들을 보수하기 위해서는 대단히 많은 시간과 노력이 요구된다. 따라서, 열화를 예견하고 더 나아가 열화구간을 특정하는 것이 대단히 필요하지만 열화를 예견하기 위한 실용적인 기술은 아직까지 개발되지 못했다.

또한, 비록 사고 발생 이후에 표시되기는 하나 지락구간을 특정할 수 있는 것으로서는 일본국 특허공보 소57-20779호(1982년)인 "지락지역의 표시장치"가 알려져 있다.

상기의 기술에 의한 지락지역 표시장치는, 배전선의 적절한 위치에 설치되고 그 위치에서 검출되는 지락신호(영상신호)에 대한 입력회로에 설치되는 고주파필터의 출력이 일정레벨 이상일 때 지락사고의 발생을 판단하도록 되어 있으나, 다음과 같은 문제점을 가진다.

1. 지락의 발생후 동작하는 장치이기 때문에 지락을 예견할 수 없다.

2. 설치장치의 위치에서 표시되기 때문에, 이런 장치의 작동은 보수원이 순찰하여 발견할 때까지는 발견될 수 없고 또 발견하기까지 많은 시간이 필요하게 된다.

3. 고주파수 신호의 레벨이 설정치 이상일 때에 동작하는 표시장치이기 때문에, 복수의 표시장치가 작동하면 사고의 위치를 구체적으로 특정하기가 어렵게 된다.

이러한 문제점을 고려하여, 지락으로 이르게 되는 전조현상을 관측하고 열화를 미리 판정하는 것이 본원 발명의 목적이다.

본 발명의 또다른 목적은 열화 위치를 특정하는 것이다.

본 발명에 의하면, 3상 전력선에서 관측된 영상신호(zero phase signal)의 상용 주파수 성분의 진폭은 변화되지 않지만 고주파수 성분의 진폭은 변화된다는 것을 가지고 전력선 열화를 예측하고 또한 3상 전력선에서 관측된 영상신호에 단발적인 펄스가 포함되는 것에 의해 열화가 예측되어 진다.

또한, 열화위치의 특정을 위해서는 3상 전력선의 복수의 위치에서 영상신호의 고주파 성분의 변화량이 동시에 관측되고 그 진폭에 따라 열화의 위치가 특정되는 것이다.

본 발명에 의하면 열화의 전조현상이 관측되므로 지락의 발생을 미리 판정할 수 있다. 또한 사고의 위치도 모든 전력선에 걸쳐 전조현상을 관측함으로써 특정될 수 있다.

본 발명의 실시예를 아래와 같이 설명한다.

그 전에, 전력선의 지락사고에 이르기까지의 전조 또는 징조에 대하여 먼저 설명한다. 즉, 전조현상은 이전 기술에서 설명된 지락사고 현상과는 명백히 구별된다. 이하의 설명에서는 전력선으로서 배전선을 대상으로 하여 설명한다.

제 2도는 변전소에서 측정된 영상전압(V₀)의 형상을 나타낸 것으로, 제 2도(Ⅰ)의 파형(영상전압의 기본파형에 펄스가 중첩된 것)이 관측되고 나서 상당 시간후에 제 2도(Ⅱ)와 같은 파형이 관측되고, 다시 상당 시간후 제 2도(Ⅲ)와 같은 파형이 관측된다. 이러한 파형이 부정기적으로 발생된 후에는 결국 실제의 지락사고에 이르는 것으로 생각해야 할 것이나, 제 2도에 있어서의 펄스진폭은 시간이 경과함에 따라 증가하는 관계가 아니고 그 발생위상은 임의적이며, 발생 사이클에 주기성이 확인되지 않는다. 따라서, 파형(V₀)에 포함된 전조현상의 펄스형 파형에 상당히 많은 고주파 성분이 포함된다. 고주파 성분은 배전선을 통해 전파됨에 따라 감소되기 때문에, 지락사고 발생위치 근처에서 영상전압(V₀)을 감시하면 보다 빨리 펄스신호의 발생이 관측되는 것을 생각할 수 있다.

여기에서, 제 2도에 있어서 펄스형 파형(V₀)을 전조현상의 일례로 나타내었고, 펄스형 파형(V₀)의 발생주기는 수 사이클에 걸쳐 유지될 수도 있고, 기본주기에 비하여 상당한 고주파 성분 파형의 단시간 중첩이 반복되어 열화로 점점 진전되는 것도 생각할 수 있다.

제 3도 (a), (b)는 종래의 일본국 특허공보 소57-20779(1982)에 설명된 지락사고의 파형을 나타내는 것으로, 고주파 파형이 연속적으로 발생된다. 여기에서, 유사한 전조현상이 영상전류로도 확인된다.

실제 지락사고의 파형과 지락사고의 전조현상의 파형을 비교하면 이하와 같은 관계가 있음을 알 수 있다.

배전선 기계의 열화의 전조의 일례로서, 전조현상은 단발적인 펄스형 파형과 함께 영상신호를 발생시키는 특징을 가진다. 즉, 횡축은 주파수를, 종축은 진폭을 나타내는 제 4도에서 ①로 나타낸 바와 같이, 열화의 전조시에는 상용주파수 성분의 진폭은 평상시로부터 변화하지 않고, 펄스신호(고주파수성분)만이 크게 변화하는 특징을 가지며, 반면에 열화말기(지락사고시)에서는, 고주파성분도 증가하고 상용주파수 성분 역시 제 2도에서 ②로 나타낸 바와 같이 상대적으로 증가하게 된다. 따라서, 기계의 열화에 대하여 영상신호의 상용주파수 성분과 고주파수 성분의 변화정도는 일반적으로 하기의 양상으로 나타낼 수 있다.

또한, 제 2도(a)와 제 2도(b), (c)를 비교하면, 열화의 말기에서는 먼 위치에서도 관측되지만, 초기에서는 열화점의 가까운 위치에서만 관측되어지므로, 이는 고주파가 그 발생지점으로부터 멀어짐에 따라 감쇠된다는 선로 특성이 있음을 뒷받침한다. 또, 펄스발생 주기는 상용주파수 주기와 비교하여 충분히 길다고 말할 수 있다.

본 발명은 이상의 전조현상에 기초하여 만들어졌다.

본 발명에 따른 장치의 설치상황은 제 1도를 참고하여 하기와 같이 설명한다. 제 1도(a)에 있어서, T는 배전용 변압기이고, B는 배전용 변전소에서의 배전용 버스라인으로, 그 위에 배전선용 차단기(F·CB₁~F·CB_n)가 인출된 배전선의 수만큼 설치된다. 나무가지 형상으로 연장한 배전선(F₁₁, F₁₂, F₁₃, … F_n)은 회로차단기(F·CB)의 앞단에 놓여진다. 즉, 도면에 도시한 바와 같이 분기선(F₁₂, F₁₃,…)등이 필요에 따라서 간선(F₁₁)으로부터 연장진다.

센서(1, 1', 1″, …)는 도면에 도시한 바와 같이 배전선상의 임의의 위치에 배치되고, 그로부터 도출된 영상신호(영상전압 또는 영상전류에 근거하고, 필요에 따라 변형되거나 추출된 전기량)는 정보전송로(2)를 거쳐 판정장치(3)로 전송된다.

또한 상기 센서(1)와 유사한 기능을 가진 센서(4)가 배전용 버스라인상에 적절히 설치되어 버스라인에서 추출한 전기량을 판정장치(3)로 송신한다.

본 발명에 따른 이러한 구조에서, 배전시스템의 각 점에서 도출된 영상신호가 한 위치에 모이게 되고, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 배전선로(F₁∼F_n)의 어느 부분에 열화 배전선이 있는가를 추정한다.

또한, 판정장치(3)로 정보를 전송하는 수단인 전송로(2)는 전용통신선이거나, 또는 전력선을 이용하는 반송 시스템, 또는 무선채널을 거치는 통신수단을 이용해도 좋다.

제 1도(b)는 제 1도(a)의 시스템을 유선통신로로 결합했을 때의 시스템 구성의 일례를 나타낸다. 영상신호를 검출하는 센서(1, 1',1″,…)의 기능을 내장하는 주상 터미널(Pole Terminals)(10, 10', 10″, …)이 고전압 배전선(F₁₁)에서 각각의 개폐기(SW)마다 제공되고, 각 주상터미널(10)사이와, 변전소의 지국(100)(센서(4)등을 포함)과, 영업소등에 설치된 메인장치(30)(판정장치는 이곳에 포함됨) 사이에 통신로(2)가 형성된다. 메인장치(30)는 모뎀(31), 송수신부(32), 신호모선(39), 접속부(33, 33'), 프린터(34), CRT(35), 키보드(36), CRT 조작테이블(37), 조작원 콘솔(38) 등으로 구성되고, 접속부(33')를 거쳐 배전 컴퓨터에 접속된다. 따라서, 주상 터미널(10)에서 검출된 정보는 메인장치(30)의 컴퓨터로 입력되고, CRT(35), 프린터(34)에서 출력된다. 반면에, 컴퓨터, 키보드(36), CRT 조작테이블(37), 조작원 콘솔(38)등으로부터의 명령은 주상 터미널(10)로 전송되고 개폐기(SW)의 제어, 소정입력의 검출 또는 인출 등을 수행한다.

제 1도(c)는 배전선을 사용하여 신호를 전송하는 공지의 방법이 적용되고, 고전압 배전선(F₁₁)이 통신로(2)로 사용된 시스템 구성의 일례를 도시하였다. 이 경우에 있어서, 센서(1)를 구비하는 원격제어지국(10a)과 절연 및 신호 검출용 고전압 결합기(10b)를 포함하는 주상터미널(10a)이 대응 개폐기의 단자부상에 제공된다. 변전소에서는, 절연과 신호의 검출을 위한 고전압 결합기가 각 배전선(F₁₁~F_n)에 설치되고 중계장치에 접속된다. 변전소와 메인장치(30)(판정장치는 이곳에 설치됨)사이에서는 고속으로 다량의 신호를 전송할 것을 필요로 하며, 이들은 유선 통신 케이블로 접속된다. 메인장치(30)은 전송유닛(TU), 중앙처리장치(CPU), 조작패널(OP) 등으로 구성된 원격제어장치 이외에도 다양한 정보를 출력하고 각종 입력을 입력하는 CRT장치(41)와, 배전계통의 활선 상황등을 표시하는 배전계통패널(42)과, 배전컴퓨터 등을 포함한다. 제 1도(b)와 유사한 신호입력, 출력표시 및 스위칭조작이 제 1도(c)의 계통구조로서도 가능하다. 여기서 제 1도의 (b)와 (c)에서 메인장치(30)에 설치된 기기구성은 서로 상이하나, 정보를 입력, 표시, 출력 및 연산하는 각 기능을 갖는 것이라면 어떠한 기기구성이라도 만족스럽게 됨은 물론이다. 다음의 설명은 유선 통신로를 사용한 구성에 대하여 설명한다.

제 5도(i)는 배전선에 분산되어 배치된 주상 터미널(10) 내의 센서(1)의 일실시예를 나타내는 것으로, 고주파성분을 포함한 영상전압(V₀)의 파형을 인지하는 것이다. 즉, 통상의 영상전압(V₀)은 상용주파수 성분 혹은 제 3, 제 5차를 포함하지만 고차 주파수는 거의 포함하지 않는 비교적 저차의 고주파 성분을 갖지만, 미소한 지락사고 등의 비정상 상태가 발생하면 파형이 급격한 피크치를 갖게 되는 사실을 인지한다. 즉, 지락사고가 단시간동안 발생되면 영상전압(V₀)은 그 시간만큼 특별히 커지고, 지락사고가 중단되면 영상전압은 이전과 같은 저레벨의 파형이 된다. 단시간 동안만 높은 이런 영상전압 파형에는 많은 고주파수 성분이 포함되는 반면, 기계의 열화로 인하여는 미소 지락사고가 계속하지 않고 1회 정도로 종료하고, 종종 비정상적으로 높은 전압(V₀)(봉침현상)의 피크치와 함께 발생하기도 한다.

따라서, 제 5도(i)에 나타낸 일 실시예는, 필터에 의해 고주파 성분이 분리되어 추출될 수 없는 단일 비정상 전압(V₀)치의 피크치 높이를 유지하여 서로 비교하기 위한 구성이다.

제 5도(i)는 분산형태로 배전선에 배치된 구성의 일 실시예를 나타낸다.

배전선(F)과 접지사이의 전압은 분압 콘덴서(C₁, C₂)에 의해 임의 높이의 전압으로 변환되고, 영상전압(V₀)은 영상도출회로(4)에서 백터합 연산에 의해 얻어진다. 여기서 제 5도(Ⅱ)(a)에 도시한 바와 같이 시간(t₁)에 있어서 영상전압에 진폭(V₁)의 펄스형 변화가 있었을 때, 감산기(20)의 입력단자중 하나에는 이 영상전압을 직접 입력하고, 다른쪽에는 기본파 및 저차 고조파를 도출하는 로우패스필터(LPF)를 통해 펄스형의 전압파형을 제거한 제 5도(Ⅱ)(b)와 같은 출력을 입력하여, 영상전압신호(V₀)로부터 저차의 주파수성분(기본파 및 저차 고조파)을 제거함으로써, 제 5도(Ⅱ)(c)에 도시한 바와 같이 펄스형 전압 변화량(V₁)만이 감산기(20)의 출력으로 얻어진다. 펄스형 전압 변화폭(V₁)은 아날로그-디지털 변환기(A/D)에 의해 수치화되기 때문에, 제 5도(Ⅱ)(d)에 도시한 바와 같이 피크치 유지기(21, 22)에 의해 상기 전압 변화폭이 유지된다.

펄스형의 전압변화는 정(positive)의 경우와 부(negative)의 경우가 있으므로, 변화분의 정측은 피크치 유지기(21)에 의해 도출되고, 변화분의 부측은 피크치 유지기 (22)에 의해 도출된다. 그리고 나서, 기동검출기(5)는 기동검출기(5) 내에 설정된 검출 레벨보다 피크치 유지기의 출력이 높게 될 때, 제 5도(Ⅱ)(e)에 도시한 바와 같이 CPU에 대하여 시작신호를 출력한다. CPU에서는 이 기동신호에 대해 A/D변환을 행하고, 전압변화(V₁)의 크기에 비례하는 수치를 인출하여 저장한다. 피크치 유지기는 일정 시간후인 시간(t₂)에 리세트(reset) 신호에 의해 초기 상태로 리세트 된다. CPU에 입력된 데이터는 이를 검출한 센서의 고유번호, 검출 시각 등과 함께 통신부(6)와 통신로(2)를 거쳐 메인장치(30)내의 판정장치(3)에 전송된다.

본 실시예에 있어서, CPU가 A/D변환을 수행하는 타이밍은 기동검출기(5)의 출력에 의해 개시하도록 구성하였으나, 기동검출기(5)에 관계없이 일정 주기마다 A/D변환을 행해도 되며, 통신로(2)와 통신부(6)을 거쳐 다른 위치로부터 기동신호를 수신해도 된다.

또한, 복수의 위치에서 데이터의 동시성을 확보하는 것은 CPU내로 클럭기능을 부여하여, 입력데이터에 입력된 시각정보를 동시에 부가하여 저장함으로써 실현될 수 있다.

이러한 동시성의 확보에 대해서는 종래기술인 일본국 특허공개 평1-8246(1989) "배전계통 정보 수집방법"에 의해서 효과적으로 실행될 수 있겠으나, 물론 다른 방법에 의해서도 실행할 수 있다.

제 5도는 펄스형 전압파형의 피크치의 높이에 주목한 실시예를 나타낸 것이지만, 제 6도는 고주파 성분에 주목한 다른 실시예를 나타낸다. 제 6도는 센서(1) 구성의 다른 실시예이다.

배전선과 접지사이의 전압을 분할하여 전압을 취하기 위하여 제 5도와 같이 두 개의 콘덴서를 사용할 수도 있으나, 본 발명의 실시예를 가장 효과적으로 실행하기 위해서는 제 6도에 나타낸 바와 같이 콘덴서(C₁)와 저항(R)으로 이루어진 미분특성을 가진 분압회로 구성을 사용하는 것이 좋다. 도출된 영상전압신호(V₀)에 포함된 고주파성분을 추출하는 하이패스필터(HPF) 뒤에는 임의의 주파수 대역만을 추출하는 대역통과 특성을 가진 밴드패스필터(BPF₁, BPF₂, …)가 필요한 수만큼 제공되고, 이들 출력의 크기는 A/D변환과 디지털 변환 후 CPU내로 입력된다. 입력된 데이터 중 필요한 데이터가 요구되면, 통신부(6)와 통신로(2)를 거쳐 메인장치(30)내의 판정장치(3)에 전송된다. 여기서, 각 데이터의 입력 타이밍은 제 5도에서 제공된 기동 검출기(5)를 사용하거나, 통신로(2)를 거쳐 다른 위치에서 기동신호를 수신하여 결정한다.

다음에, 배전선상에 분산 배치하도록 고안된 센서(1)의 다른 실시예를 들어 제 7도(a)를 참조하여 설명한다. 센서(1)는 배전선과 접지 사이의 전압을 분압하여 취하는 두 조의 분압회로를 장착하도록 구성되고, 피이더(F₁, F₂)의 영상전압은 제 7도(a)에 도시한 바와 같이 배전선 상에서 피이더(F₁, F₂) 사이를 접속 또는 분리하기 위한 개폐기(SW)의 양측에서 분압회로를 접속하여 영상전압 도출회로(4, 4')로부터 얻어진다. 전압변화 검출회로(23, 23')는 제 5도에 설명한 로우패스필터 (LPF)와 감산기(20)로 구성되고, 전압의 급격한 변화분만을 출력하도록 장치된다. 데이터 처리부(25)는 제 5도에 설명한 피크치 유지기(21, 22) 및 A/D변환기를 거쳐 데이터를 수치화하고 CPU내로 그 값을 입력하는 부분으로 구성된다. 차동검출기(24)는 전압변화 검출회로(23, 23')의 출력을 입력하여 두 입력의 차이를 구하고, 데이터 처리부(25)에 있는 CPU 안으로 데이터를 입력한다. 입력된 데이터는 제 5도에 설명된 것과 유사한 형태로 통신부(6)와 통신로(2)를 거쳐 판정장치(3)에 전송된다. 이하에서는 본 실시예에 있어서의 개폐기(SW)가 "온(on)" 되고 "오프(off)" 되는 경우에 대한 작용을 설명한다.

[개폐기(SW)가 "온"인 경우]

전압변화 검출회로(23, 23')의 출력이 동일 진폭이므로 차동검출기(24)의 차분 출력은 영(0)이 된다.

그러나, 두 개의 회로로 이루어진 시스템의 비정상 데이터 입력회로의 어느 하나에 어떤 문제가 발생하면 차동검출기(24)에서 출력이 발생되기 때문에 양 입력회로를 항상 감시할 수 있게 된다.

[개폐기(SW)가 "오프"인 경우]

전압변화 검출회로(23, 23')의 출력은 각각 독립되고, 열화가 발생되지 않을 때는 양쪽 출력 모두 거의 존재하지 않는다. 여기서, 어느 피이더에서 미소 지락사고가 발생되면 그 변화분만 효과적으로 도출될 수 있다. 특히, 평상적인 잡음(예를 들어, 먼 낙뢰에 의한 잡음)은 양 배전선으로 입력되기 때문에 차동 출력으로는 도출되지 않고, 어느 한 배전선의 미소 지락사고에 대해서만 출력을 고감도로 얻을 수 있다. 이 경우에 있어서, 배전선(F₁, F₂)은 동일 시스템(동일뱅크)이어도 되고, 별개의 시스템이라도 된다.

다음에 있어서, 배전선상에 분산 배치하도록 고안된 다른 실시예를 제 7도(b)에 의해 설명한다.

제 7도(a)에서의 센서(1)와 다른 구성은 차동회로(26)와 검출기(27)라는 것이며, 나머지는 동일한 형태로 동작한다.

개폐기(SW)가 오프될 때, 영상전압 도출회로(4, 4')의 출력이 차동회로(26)내로 입력되고, 두 입력 사이의 차이를 구하여 검출기(27)로 출력한다. 검출기(27)에서는 전압변화 검출회로(23)에서와 같이 저차의 주파수 성분이 로우패스필터(LPF)와 감산기에 의해 제거되어 전압 변화의 신호만을 출력하도록 되어 있다. 본 실시예에 있어서, 피이더(F₁, F₂)가 동일 뱅크라면, 저차의 주파수 성분이 영상전압 도출회로(4, 4')의 출력에서 동일하기 때문에, 차동회로(26)는 열화로 인한 전압의 변화만을 출력하므로 기동검출 레벨을 낮게 할 수 있어, 고감도의 검출기를 얻을 수 있다.

이것은 영상 캐리어 전송 시스템 등 저주파 신호를 이용한 전력선 반송 시스템을 적용한 계통에 있어서도 영상신호에 의해 영향받지 않는 고감도의 검출기를 얻을 수 있음을 나타낸다. 이와 같이, 제 5도 내지 제 7도에서 배전선과 접지사이의 분압된 전압을 도출하기 위하여, 제 5도에서는 각 상에 콘덴서가 제공되고 제 6도 내지 제 7도에서는 각 상에 대해 콘덴서와 가변저항의 직렬회로가 제공되었으나, 이것은 다음과 같이 해도 된다. 즉, 각 상마다 콘덴서의 직렬회로를 형성시키고, 동시에 접지측 콘덴서(C)에 병렬로 가변저항(R)을 설치해도 된다. 따라서, 콘덴서(C)와 가변저항(R)을 병렬로 배치함으로써, 고주파 성분에 대해서는 직렬 콘덴서 회로로 작용하고 저주파 성분에 대해서는 C+R 회로로 작용하도록 작동시킬 수 있다.

이상에서는 배전선상에 설치된 센서(1)의 구성을 제 5도 내지 제 7도를 참고하여 설명하였다. 이들 중 제 6도와 제 7도(b)에서는 영상 전압신호에 포함된 펄스형 성분을 도출하기 위하여 필터(HPF와 BPF)를 사용하고 있으나, 이들 필터에 의해 검출된 주파수 대역으로부터 배전선 주위환경에 존재하는 다른 주파수 성분을 제외할 필요가 있다. 즉, 본 발명에서는 배전선 기기의 열화에 따른 미소신호를 검출하기 때문에, 배전선 주위환경에 존재하는 각종 전파 잡음등을 검출하는 것이어서는 안된다.

제 15도(a)는 통상적으로 방송 또는 통신에 사용되는 주파수 대역을 나타내는 것으로, 약 300KHz~10¹⁴Hz의 범위가 이 목적을 위해 사용되며, 이 범위에서 본 발명에 의한 주파수 대역을 설정하는 것은 그 잡음으로부터 구별하는 관점에서는 불리한 것이다. 10¹⁴Hz이상의 범위는 사용 가능하나, 배전선 상에 설치되는 간단한 필터로서는 접합하지 않다. 이 때문에, 실용상은 300 KHz 이하로 하지 않을 수 없으나, 이 범위는 제 15도(b)에 도시한 바와 같이 실제로는 더욱 제한된다. 즉, 본 도면에 있어서 200~300 KHz는 전력선 반송 시스템의 보호계 전 장치용 캐리어로서 사용되는 대역이므로, 200 KHz 이하의 범위에 설정되어야 한다. 또한, 하한에 대해서는, 5 KHz이하의 범위에서는 배전선의 잡음이 증가함을 고려하면, 본 발명의 주파수 대역은 5 KHz~200 KHz로 한정되어야만 한다. 또한, 필터 후단의 증폭기는 30 KHz를 초과하면 간편한 제작이 곤란해지기 때문에 이러한 상황을 고려하여 5~30 KHz의 범위로 하는 것이 바람직하게 된다.

제 7도(a), (b)에서는 두 개의 분압회로를 장착하고, 열화가 어느 피이더에서 발생하는가를 판정하는 것에 대해 설명하였으나, 개폐기(SW)의 양단에 제 5도 제 6도에 도시한 구조로 센서 두 개를 장착하여 구성하여도, 어느 피이더에 열화가 발생되는지를 판정할 수 있음은 명백하다.

여기서, 제 7도(a), (b)에서의 검출기(24, 27)는 아날로그 신호상태에서 A/D변환하여 장치(25)안으로 데이터를 입력해도 되고, 또 일정한 값을 초과하는 사실을 검출하여 열화신호를 입력하기 위한 트리거(기동) 신호로 사용하여도 된다. 즉, 전력시스템에 면한 배전시스템의 가장 말단의 개폐기 위치중에서 열화신호가 고감도로 검출될 수 있다면, 이에 의하여 어느 때이든 각 센서로부터 데이터를 한꺼번에 수집할 수가 있다.

제 8도는 제 5도 내지 제 7도의 방법으로 입력된 데이터로부터 배전선의 열화영역을 판정하는 판정장치(3)에서의 판정 알고리즘을 나타낸다.

횡축은 각 센서가 배전선 상에 배치된 거리관계를 나타내고, 종축은 각 센서에 의해 검출된 데이터(진폭) 값을 표시한다.

열화지점으로부터 발생된 고주파 성분으로 주로 구성된 영상전압은 고주파 영역에서는 L, C 배전회로로 간주될 수 있는 배전선상에서 전파되어 점차적으로 감쇠된다. 그러므로, 제 8도에 도시한 바와 같이, 열화지점에서 가장 가까운 지점(10)에서 데이터 값이 최대로 되고, 그 지점으로부터 멀어짐에 따라 점점 감소한다.

이것은 고주파 성분(제 5도)의 진폭에 대해서도 또는 그 피크치(제 6도)에 대해서도 동일하다고 말할 수 있다.

제 9도는 각 주파수 대역에 대한 고주파 성분의 진폭과 감쇠 상황을 나타낸 것으로, 어떤 주파수 대역의 데이터군을 취하더라도 피크치는 열화점의 가장 가까운 점(10)에서 최대로 된다.

일반적으로, 고주파수 영역에서 L, C 분포정수 회로가 되는 배전선에서는 주파수가 높을수록 감쇠가 더 진행되므로, 비교적 저주파수 대역의 데이터 V₀(HF_L)는 고주파수 대역의 데이터 V₀(HF_H)보다 완만하게 감쇠되어 진다.

제 10도는 열화신호로서 영상전압 파형에 포함된 고주파 성분의 비율을 나타내는 패턴도이다.

이 도면에 있어서, 횡축은 주파수이고, 종축은 신호레벨을 표시한다.

일반적으로, 열화에는 세 가지 패턴이 고려된다. 즉, 모든 주파수가 같은 비율로 포함된 패턴(a)과, 저주파수를 많은 비율로 포함하고 높은 주파수로 갈수록 그 비율이 감소하는 패턴(b)과, 저주파에서는 비율이 낮고 높은 주파수로 갈수록 그 비율이 증가하는 패턴(c)이 있다.

구체적으로 어떤 기계요소의 열화의 경우에 어떤 패턴이 대응하는지를 결정하는 것은, 앞으로 필드 또는 실험 레벨에서의 연구를 거칠 필요가 있다.

제 11도는 패턴(a),(b),(c)중 어떤 형태의 열화가 발생되었을 때, 제 9도에 도시한 거리와 진폭의 데이터가 어떻게 변화하는가를 나타내는 것으로, 각 패턴(a),(b),(c)에 대한 분포를 보여주는 개념도이다. 즉, 열화지점(10)에서는 어느 경우에나 각 주파수 대역의 데이터가 최대값을 나타내나, 진폭에 있어서는 (a)경우에는 거의 동일하고, (b)의 경우에는 낮은 주파수에서 더 크고, 반대로 (c)의 경우에는 높은 주파수에서 더 크게 된다.

이것으로부터, 판정장치(3)는 발생된 열화가 어떤 종류인지와 어느 곳에 발생되었는지를 학습하여 판정할 수 있다.

이하에서는 메인장치(30)내의 판정장치(3)의 처리를, 제 5도의 피크치를 검출하는 센서의 경우에 대하여 설명한다.

배전선을 감시하는 판정장치(3)는 제 5도의 배전선상에 배치된 모든 피크 검출센서(1)와 수시로 또는 정기적으로 통신하고, 각 센서로부터 영상신호에 포함된 고주파 성분의 피크치를 수집하고, 해당 배전선의 열화영역을 판정한다.

판정장치(3)의 개략적인 처리순서를 제 12도(a)에 나타내었다. 판정장치(3)는 변전소 인출구로부터 그 배전선의 말단위치까지 분산 배치된 센서(1∼N)에 대하여, 순차적으로 영상신호에 포함된 고주파 성분의 피크치(V_OH)를 수집하기 위한 통신을 행한다. 이 통신 결과에 의하여 배전선에 분포되는 영상신호에 포함된 고주파 성분(V_OH)의 피크치 크기의 상황을 제 12도(a)에 보인 바와 같이 센서별로 파악하고, 본 도면에서는 최대값을 나타낸 센서(10) 가까이에 열화의 징조가 있다고 판정한다.

다음에, 서로 다른 주파수 대역의 복수 주파수 성분이 제 6도에 도시된 바와 같이 센서(1)에 의해 검출되는 경우, 판정장치(3)의 처리를 설명한다. 배전선을 감시하는 판정장치(3)은 수시로 또는 정기적으로 배전선의 분산된 위치에 제공된 모든 센서와 통신을 행하고, 각 센서로부터 영상신호의 고차 고조파 성분을 수집하고, 해당 배전선의 열화영역을 판정한다.

판정장치의 개략적인 처리순서를 제 13도(a)에 도시하였다. 판정장치는 변전소의 인출구로부터 배전선 말단부까지 분산되어 배치된 센서(1~N)에 대해, 순차적으로 영상신호에 포함된 복수 대역의 주파수 성분(V_OfH)을 수집하기 위한 통신을 행한다. 제 11도에 도시한 바와 같이 각 주파수 대역의 신호에 대해 배전선에 분포된 V_OfH크기 상황을 파악하고, 본 도면의 예에서는 센서(10)의 부근에서 열화의 징조가 있는 것으로 판정한다. 여기서, 열화지점으로부터 발생된 고주파 성분을 주체로 하는 영상신호가 고주파 영역의 L, C 분포회로로서 간주되는 배전선을 따라 전파되고, 따라서 점차로 감쇠한다. 또한 감쇠비율은 고차로 갈수록 커지기 때문에, 예를 들면 2종류의 고조파 성분(V_OfH1, V_OfH2)이 수집되면 제 13도(b)와 같이 되어 열화영역을 더욱 확실하게 판정할 수 있다.

또한, 각 지점으로부터 영상신호 파형 그 자체를 판정장치(3)에 전송할 때는 다음의 방법으로도 열화지점을 효과적으로 판정할 수가 있다. 즉, 배전선을 감시하는 판정장치(3)는 해당 배전선이 연결되는 변전소 버스라인에 있어서의 영상신호를 센서(4)로부터의 영상신호 및 배전선상의 분산된 위치에 배치된 센서(1, 1', 1″, …)로부터의 영상신호와 주기적으로 비교하여, 동시각의 차동분에 의하여 배전선의 열화영역을 판정한다. 즉, 열화지점으로부터 발생되는 고주파 성분을 주로 하는 영상신호(단발적인 펄스형 전압(V₀)의 피크치 크기라도 좋으나, 이하의 설명은 고주파 성분에 의한다)는 고주파수 영역에서는 L, C회로로 간주되는 배전선위를 전파하므로 점차 감쇠된다. 그러므로, 대부분의 고주파 성분은 열화지점에서 가장 가까운 위치에 배치된 센서의 영상신호에 포함된다. 즉, 동일 배전선상의 두 지점에서 같은 시각에 영상신호의 차이를 도출하여, 고주파 성분의 위치를 순시값으로 검출하고, 그 크기의 분포로부터 열화영역을 결정할 수 있다. 판정장치(3)의 개략적인 처리순서의 일례를 제 14도에 도시하였다. 판정장치(3)는 열화의 상태가 감시되는 시각(T)을 결정하고, 시각(T)에서 변전소 버스라인의 영상신호를 수집하고 저장한다. 그런 후, 시각(T)에서의 영상신호의 진폭은 각 센서와 통신하여 수집된다. 여기서, 변전소의 버스라인과 센서로부터의 영상신호 진폭을 비교 감산하여, 고주파 성분의 진폭간 차이를 검출한다. 상기에 언급된 바와 같이, 열화지점으로부터 멀리 있을수록 고주파 성분이 감쇠되므로, 모든 센서로부터의 영상신호에 대하여 상기 비교연산을 실행하면 열화의 유무 및 열화영역의 위치에 대한 판정이 가능하게 된다. 또, 본 처리에 의하면 수집된 영상신호 자체를 사용하여 비교 연산이 실행되기 때문에, 영상전압 신호로 갖는 전력선 반송에 의한 전송(예를 들면, 영상 캐리어 전송방식)을 실행하는 중일지라도, 감산의 대상은 저주파이기 때문에, 전송신호 자체는 아무런 영향을 받지 않으며, 열화된 영역을 판정할 수 있다.

배전선상의 분산된 위치에 제공된 센서로부터의 영상신호를 사용하여 열화영역을 특정하는 판정장치(3)는 제 12도 내지 제 14도에 보인 바와 같이, 정기적으로 또는 임의의 시간에 각 센서로부터 수집된 정보에 따라 판정된 열화 영역의 데이터를 그때마다 출력한다. 구체적으로, 제 1도(b), (c)의 메인장치에 있어서의 출력형태로서는 플로피디스크(43), 프린터(34), 스크린표시(CRT 35), 램프표시(배전계통 패널 42)등을 들 수 있으며, 출력한 내용은 판정장치에 저장되고 판정시간과 회수 또는 그 밖의 유용한 정보등도 상기 출력처리시에 함께 출력된다.

즉, 검출신호는 상기 예시신호로서 뿐만 아니라, 피뢰기 등 배전선용 보호장치가 동작할 때 또는 벼락에 의한 서어지등과 같은 일시적인 잡음이 존재할 때 또는 각종 신호잡음 등이 있을 때에도 존재하고, 따라서 열화영역이 잘못 판단되는 경우도 발생된다. 그러므로 다음과 같은 기타 유용한 정보도 출력된다.

(1) 검출시각의 일기(벼락, 태풍 등)

(2) 해당 영역이 단기간 동안 1회 ~ 수회 검출되나, 장기간에 걸쳐서는 열화 영역으로 검출되지 않는다.

(3) 열화 영역의 이동(자동차에 의한 잡음) 등에 대해서도 출력하여, 조작자로 하여금 열화와는 다르다는 것을 쉽게 판정할 수 있게 한다.

다시 말하면, "동일한 위치의 부근에서 어느 정도의 순차적 간격을 두고 발생된다"라는 상황에 의하여, 배전선에서 열화가 발생되는 것을 인위적으로 판단하기 쉽게 하여 열화영역의 판단에 필요한 감시결과를 출력하게 한다. 또한, 예를 들어 동일영역이 N회 검출될 때 출력을 행하도록 또는 한번 이상 검출된 영역에 대해 출력을 행하도록 하는 등의 부가적 조건은 본 발명의 응용예에 불과한 것이다.

또한, 판정장치(3)에 배전선의 각 부분의 특성을 등록함으로써 상기 유용한 정보의 출력을 충실히 행할 수도 있다.

즉,

(a) 수목과 접촉 가능성을 지닌 영역표시

(b) 염(salt)으로 인한 손실이 큰 영역

(c) 배전설비(주상 변압기, 주상 개폐기, 컷아웃 개폐기등)

(d) 배전선의 크기

(e) 지락사고 발생의 내력

등을 입력하여, 입력된 내용을 CRT(41)의 출력에 추가할 수 있는 등 조작원의 판단에 도움을 줄 수도 있다.

장래에, 이러한 종류의 정보를 판정장치가 자동적으로 이용하도록(소위 AT 기능) 만드는 것도 본 발명의 단순한 응용예에 불과하다.

또한, 본 발명은 열화를 예견하고, 그 영역을 특정하여 출력하는 것 뿐만 아니라, 이 결과에 의거하여 예를 들어 메인장치(30)으로부터의 지시에 의해 배전선의 운영을 아래와 같이 효과적으로 할 수 있다. 그 하나는 배전선의 정상적 개방점을 열화검출 지점의 부근에 이동시켜두고, 이에 의하여 열화검출 지점을 구체적으로 특정할 수 있고, 열화위치를 복구하기 전에 지락사고가 발생했을 때, 차단기의 트립에 의한 피이더의 정전구간을 줄일 수 있는 장점을 제공한다. 제 16도는 개폐기(SW-1~SW-12)가 버스라인(B₁)으로부터 공급되고, 개폐기(SW-20~SW-30)가 버스라인(B₂)으로부터 공급되는 통상의 배전선을 나타낸다. 정상 개방점은 개폐기(SW-0)이고 피이더(F₁)와 피이더(F₂)를 분리한다. 여기에서 개폐기(SW)는 보호기능을 갖도록 제공되고 센서는 각 개폐기(SW)에 부착된다. 그리고 이들 개폐기 사이의 거리는 통상 1~3km가 된다. 또한, 이들 개폐기 사이에는 많은 수의 수동 개폐기가 제공된다. 그러므로, 개폐기(SW-10)상에 제공된 센서로부터의 신호에 의하여 미소 지락사고가 발생된 지점을 판정할 경우라도, 구체적인 장소를 알 필요가 있을 때는 그 지점주위를 조사할 필요가 있다. 이 때문에, 실제로는 SW-9~SW-11 사이로 간주하게 된다. 지금 정상 개방점이 SW-10으로 옮겨지고(SW-0은 단락되고 SW-10은 개방됨), 미소 지락사고의 다음 펄스신호의 최대값이 SW-9에서 관찰되었다고 가정하였을 때, SW-10과 SW-9 사이(SW-9와 SW-10을 포함하지 않음)라고 말할 수 있어, 열화의 추정범위를 더욱 한정할 수 있다. 또 지락사고가 그 직후에 발생되는 경우에도 SW-10과 SW-0 사이의 정전은 방지될 수 있다. 또한, 열화영역이 이와 같이 특정되면 그 영역내의 모든 배전선 또는 각종 기계들을 교체하는 것이 효과적이 된다. 이것으로 정상 개방점의 변환(현재 정상 개방점의 개폐기가 단락되고 센서(10)부근의 개폐기를 개방)은 배전시스템을 일시적으로 루우프시키는 결과가 되므로 보호목적을 위해서는 가능한한 루우프된 상황을 단기간으로 제한할 필요가 있다.

구체적인 수단으로서는 (1) 현재의 정상개방점과 센서(10) 부근의 개폐기 설치장소에 조작자를 배치하고 무선채널을 통해 서로 통신하면서 "정상 개방점의 턴온" →"센서(10) 부근 개폐기의 개방"을 신속하게 실행한다.

(2) 개폐기의 제어가 원격제어(케이블 시스템 또는 반송시스템)에 의해 행해지도록 구성된다면, 영업국(원격제어의 주스테이션)으로부터 정상 개방점을 전환한다. 그러나, 이러한 조작은 그 시기의 조작원의 결정에 따라 실행된다. 이것은 정상개방점의 변환이 시스템의 운용상태를 변환하는 것이 되므로, 부하의 가변여부를 고려하고, 배전선의 각 부에서 부하전류의 상태를 파악하여 실행할 필요가 있기 때문이다. 이것을 고려하여, 모든 개폐기가 자동배전 시스템으로 원격 제어되도록 배치되며, 부하분포, 부하의 가부처리, 작업계획 등을 조립한 시스템이 구축되었다면 기록을 남기면서 자동적으로 실시할 수 있다. 또 정상 개방점이 변화될 때 루우프 운용을 실행함에 있어서, 루우프 운용시간의 단축은 본 발명의 본질이 아니므로, 본 발명과 관련된 과제중의 하나로서 거론하지 않고 이를 생략한다.

상기 설명은 영상신호의 예로써 영상전압을 가지고 설명하였으나, 영상전류를 사용하여도 동일하게 수행할 수 있음은 말할 필요도 없다.

본 발명에 따르면, 열화로 인하여 영상신호에 포함된 고주파 성분의 변화를 센서가 검출하고, 이 센서 정보는 판정장치에 의해 수집하도록 하므로 열화영역이 특정될 수 있다.

따라서, 종래 기술에서는 조작자가 시스템 사고 발생직후 지상으로부터 배전선을 직접 관찰하여 지역을 순찰하고 열화 지점을 탐색함으로써 막대한 시간과 비용을 요구하였으나, 본 발명은 (1) 열화현상이 사고 발생전에 검출되고 (2) 열화 영역이 특정되기 때문에 열화지점과 기계를 보수함으로써 사고가 방지될 수 있고, (3) 돌발적인 사고이더라도, 사고지점의 영역을 특정화하여 보수작업의 효율화와 사고의 재발생 방지를 개선할 수 있는 방법을 제공한다.

또한, 영상신호의 고주파 성분의 순시적 변화를 검출하는 방식이므로 부하의 영향을 거의 받지 않으며, 전력선 반송시스템에 의한 신호전송 시스템과도 독립된 시스템으로 동작할 수 있다.

Claims (8)

1. 3상 전력선상의 복수의 지점에 배치되고 상기 지점에서의 영상신호를 검출하여 이 영상신호에 포함된 펄스신호의 크기를 관측하는 복수의 센서(1, 4)와, 상기 복수개의 센서로부터의 고주파 성분의 펄스신호 성분이, 상기 3상 전력선의 상용주파수 성분과 비교하여 가장 큰 값을 나타내는 센서가 배치된 위치 부근에 열화위치가 존재하는 것으로 판정하는 판정장치(3, 30)를 포함하여 구성된 3상 전력선의 열화위치 판정장치.
2. 제1항에 있어서, 복수의 센서(1, 4)에 의해 얻어진 펄스신호를 전송하기 위해 상기 복수의 센서 및 상기 판정장치(3, 30) 사이에 배치된 신호전송 수단(2)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3상 전력선의 열화위치 판정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 센서(1, 4)는 상기 복수의 지점에서 상기 영상신호에 포함된 특정 주파수의 고주파 신호의 크기(진폭)를 관측하는 것을 특징으로 하는 3상 전력선의 열화위치 판정장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 센서(1, 4)에 의해 검출된 고주파 신호의 특정 주파수는 영상신호에 포함된 5 KHz 내지 200 KHz의 범위인 것을 특징으로 하는 3상 전력선의 열화위치 판정장치.
5. 제1항에 있어서, 3상 전력선에서 영상신호를 검출하는 상기 센서(1,4)는 3상 전력선의 각 상과 접지 사이에 제공되는 콘덴서(C)와 저항(R)으로 구성된 직렬회로와, 콘덴서와 저항 사이에 신호를 도출하기 위해 배치된 단자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3상 전력선의 열화위치 판정장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 3상 전력선에서 영상신호를 검출하는 복수의 센서(1,4)의 부근에 개폐기(SW)가 배치되고, 상기 판정장치(3, 30)는 복수의 펄스신호의 크기에 의거하여 3상 전력선의 열화위치를 특정하고 이를 출력하는 수단과, 신호전송 수단을 거쳐 상기 개폐기에 대한 조작신호를 발생하기 위한 수단을 포함하고, 상기 복수의 센서(1, 4)는 각각 수신된 개폐기 조작신호에 응답하여 상기 개폐기를 작동시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 3상 전력선의 열화위치 판정장치.
7. 제6항에 있어서, 3상 전력선에서 관측된 영상신호에 포함된 펄스신호에 응답하여, 전력선의 열화 또는 열화위치와, 펄스신호등의 발생원인에 관한 기타 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 3상 전력선의 열화위치 판정장치.
8. 제6항에 있어서, 3상 전력선상의 복수의 지점에서 영상신호에 포함된 펄스신호의 크기를 관측하고, 해당하는 상기 진폭의 크기로 열화위치가 특정되면 열화위치 부근의 개폐기를 개방하고, 상기 개폐기에 의해 분리된 양단으로 3상 전력선에 각각 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 3상 전력선의 열화위치 판정장치.

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