KR100246201B1 - On-line partial discharge meter for stator winding of high voltage rotating machine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대형 회전기 고정자 권선에서 발생하는 부분방전 신호를 동작상태에서 측정하여 절연물의 열화상태를 항상 감시할 수 있는 부분 방전 측정장치에 관한 것으로, 종래에는 회전기에 부착하여 수시로 부분 방전신호를 측정할 수 있는 부분 방전 측정장치가 없었다. 이에 본 발명에서는 회전기의 고정자 권선의 부분 방전을 센서에 의해 감지하여 동축케이블을 통해 입력받아 그 부분 방전신호의 크기에 대응하는 측정감쇠기를 선택하여 측정레인지를 설정하고, 그 선택된 측정감쇠기를 통해 입력된 부분 방전신호를 증폭시키고 능동대역통과필터를 통과시켜 상기 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전신호의 최적의 응답특성을 갖는 주파수대역인 8 MHz ∼10MHz을 포함하는 대역필터에 의해 필터링하여 외부잡음을 제거한 후에 필터링된 부분 방전신호의 최대값을 검출하여 아날로그적으로 계기판에 표시하고 고전압 회전기에 부착하게 할 수 있게 함으로써 미숙련 기술자라도 회전기의 정상운전시나 과도상태에서 부분 방전신호의 크기를 수시로 측정하게 할 수 있게 한다.The present invention relates to a partial discharge measuring device capable of always monitoring the deterioration state of the insulation by measuring the partial discharge signal generated in the large rotor stator winding in the operating state, conventionally attached to the rotor to measure the partial discharge signal from time to time There was no partial discharge measuring device available. Accordingly, in the present invention, the partial discharge of the stator winding of the rotor is sensed by a sensor and input through a coaxial cable, the measurement attenuator corresponding to the magnitude of the partial discharge signal is selected, the measurement range is set, and the input is selected through the selected measurement attenuator. Amplified partial discharge signal and passed through active band pass filter and filtered by band filter including 8 MHz to 10 MHz, which is a frequency band having an optimal response characteristic of partial discharge signal generated from stator winding of the rotor. After removing the signal, the maximum value of the filtered partial discharge signal can be detected and displayed on the instrument panel analogously and attached to the high voltage rotor. Even an inexperienced technician can often measure the magnitude of the partial discharge signal during normal operation or transient state of the rotor. To do it.

Description

고전압 회전기 고정자 권선의 활선 부분방전 측정장치.Live discharge measurement device of stator winding of high voltage rotor.

본 발명은 대형 회전기 고정자 권선에서 발생하는 부분방전 신호를 활선 상태에서 측정하여 절연물의 열화상태를 항상 감시할 수 있는 부분 방전 측정장치에 관한 것으로, 상세하게는 고전압 회전기의 고정자 권선 절연물에서 발생되는 부분방전 신호의 최대 크기를 활선(On-Line;운전중)상태에서 측정하여 연속적으로 계기판에 나타나게 한 것이다.The present invention relates to a partial discharge measuring device capable of always monitoring the deterioration state of the insulator by measuring the partial discharge signal generated in the large rotor stator winding in the live state, in detail, the portion generated in the stator winding insulator of the high voltage rotor The maximum magnitude of the discharge signal is measured in the on-line state and displayed on the instrument panel continuously.

일반적으로, 부분방전은 3.3KV 이상의 대형 고전압 회전기를 비롯한 고전압 전력기기의 절연상태를 판단하기 위한 변수로서 널리 사용되어 왔다. 특히 해외에서는 산업용 고압 전동기와 다용량 발전기의 운전중에 고정자 권선의 절연열화 상태를 진단하기 위하여 활선용 부분 방전 센서와 측정기를 설치하여 사용해 오고 있다. 부분방전신호를 측정하기 위한 센서에는 외부의 잡음을 제거하기 위하여 케이블 형태의 커패시터와, 고주파 변류기와, 그리고 고전압 커패시터 등이 있고, 회전기의 정격전압와 구조 설치형태 등에 따라 선택적으로 설치하고 있다.In general, partial discharge has been widely used as a parameter for determining the insulation state of high voltage power equipment including a large high voltage rotor of 3.3 KV or more. Particularly, in order to diagnose the insulation deterioration state of stator windings during operation of industrial high voltage motors and large capacity generators, live partial discharge sensors and measuring devices have been installed and used. Sensors for measuring partial discharge signals include cable type capacitors, high frequency current transformers, and high voltage capacitors to remove external noise, and are selectively installed according to the rated voltage and structure of the rotor.

그리고 이러한 센서에서 검출되는 부분방전 신호를 측정하기 위하여 컴퓨터를 이용해서 모니터링이 가능한 고가(高價)의 전용 부분 방전 측정기로 부분방전 신호의 크기, 위상, 그리고 개수를 2차원 및 3차원 그래픽으로 표현하고 있다.In order to measure the partial discharge signal detected by these sensors, a high-performance dedicated partial discharge meter that can be monitored using a computer can express the magnitude, phase, and number of the partial discharge signals in 2D and 3D graphics. have.

일반적으로 고정자 권선의 활선 절연진단시에는 상기에 언급한 센서 및 측정기를 이용하여 회전기의 기동 및 부하의 변동시에 고정자 권선에서 발생되는 부분방전 신호의 크기와 형태를 정격 운전상태와 비교.분석하여 고정자 권선의 절연상태를 판단하고 있다.In general, during live insulation diagnosis of stator windings, the magnitude and shape of the partial discharge signal generated in the stator windings when the rotor is started and the load is changed by using the above-mentioned sensors and measuring instruments are compared with the rated operating conditions. The insulation of the stator windings is being judged.

그러나 이러한 종래의 측정방법 및 측정기기는 다음에 기술하는 3가지의 문제점을 가지고 있다.However, these conventional measuring methods and measuring devices have three problems described below.

첫째, 전동기 및 수력 발전기의 기동과 부하변동 시간은 1분 이내로 극히 짧아서 1회 측정에 1분∼5분정도가 소요되는 종래의 활선 진단용 측정기기로는 이러한 과도상태에서 부분방전의 연속적인 변화추이를 측정하는 것이 용이하지 않다.First, the start-up and load fluctuation time of the electric motor and the hydraulic generator is extremely short within 1 minute, and the conventional live diagnosis measuring device which takes about 1 to 5 minutes for one measurement makes continuous changes of partial discharge in such transient state. It is not easy to measure.

둘째, 대용량 발전기의 경우에는 발전기 자체의 가격과 비교하여 부분방전 측정기의 가격이 비싸지 않으나, 비교적 가격이 싼 고전압 전동기의 경우에는 활선진단을 위해 고가의 부분방전 측정기를 적용하는 것은 경제성이 없다. (활성 진단용 부분방전 센서의 설치를 위하여 US$ 3,000 ∼ 6,000 정도의 투자가 요구되며, 측정기기의 구입시에는 약 US$ 70,000이 소요된다.)Second, in the case of large-capacity generators, the price of the partial discharge meter is not expensive compared to the price of the generator itself. However, in the case of a relatively low priced high voltage motor, it is not economical to apply an expensive partial discharge meter for live diagnosis. (Investment of US $ 3,000 to 6,000 is required for installation of active diagnostic partial discharge sensor, and US $ 70,000 is required when purchasing measuring instruments.)

셋째, 부분방전 크기의 절대값보다는 상대적인 변화추이를 중요시하는 활선 절연열화 진단 기법은 주기적으로 빈번하게 측정을 실시해야 하지만, 이러한 측정 및 분석을 전문적인 지식이 없는 현장의 미숙련 근무자가 수행하기에는 한계가 있고, 숙달된 전문가가 빈빈하게 전국 각지에 소재하고 있는 현장을 방문해야 하는 불편함이 발생되고 있다.Third, the live insulation deterioration diagnostic method, which emphasizes the relative trend of change rather than the absolute value of partial discharge size, should be measured periodically, but it is difficult to perform such measurement and analysis by unskilled workers in the field without specialized knowledge. In addition, the inconvenience of having to visit a site that is frequently located throughout the country, a skilled expert.

따라서 부분방전 및 절연 진단 시험과 분석에 대한 전문적인 지식이 부족한 미숙련자라도 현장에서 회전기 운전시의 과도상태와 부분방전 크기의 상대적인 변화추이를 항상 감시할 저가(低價) 기기의 개발이 절실히 요구되고 있다.Therefore, even for the inexperienced who lack the specialized knowledge of the partial discharge and insulation diagnostic test and analysis, the development of low-cost equipment that will always monitor the relative changes in the transient state and the partial discharge size during the operation of the rotor is urgently required. have.

부분방전 신호를 활선 상태에서 측정할 때 가장 중요한 점은 외부잡음을 제거하고 민감도가 가장 좋은 주파수 대역에서 부분방전 신호를 측정하는 것이다. 산업체 또는 발전소 현장에서 발생되는 외부잡음은 그 주파수 대역이 5MHz이하이며, 부분방전 센서에서 출력되는 부분방전 신호의 측정시 민감도가 가장 좋은 주파수 대역은 8∼ 10MHz이다.When measuring the partial discharge signal in the live state, the most important point is to remove the external noise and measure the partial discharge signal in the frequency band with the highest sensitivity. The external noise generated at the industrial or power plant site has a frequency band of 5 MHz or less, and the most sensitive frequency band when measuring the partial discharge signal output from the partial discharge sensor is 8 to 10 MHz.

따라서 본 발명은 고정자 권선에 기존 설치되어 있는 부분방전 센서로부터 전송된 신호중에서 외부잡음을 제거하고 응답특성이 가장 좋은 주파수 대역인 8MHz∼10MHz에서 순수한 부분방전 신호만을 측정할 수 있는 능동 대역 필터를 채택함으로써 부분 방전 신호의 최대치를 순시 최대 전압 지시계로 지시하여 현장의 미숙련 기술자라도 회전기의 정상운전시에는 물론이고 과도상태에서도 부분 방전 신호의 크기를 상시 감시할 수 있게 하는 부분 방전측정장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Therefore, the present invention adopts an active band filter which can remove only external noises from the signals transmitted from the partial discharge sensors already installed in the stator windings and measure only the pure partial discharge signals in the frequency band of 8MHz to 10MHz, which has the best response characteristics. By providing an instantaneous maximum voltage indicator to the maximum value of the partial discharge signal to provide a partial discharge measuring device that allows the inexperienced technician in the field to constantly monitor the magnitude of the partial discharge signal during normal operation as well as in the transient state. The purpose.

도 1 은 본 발명에 의한 부분방전 측정장치의 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a partial discharge measuring apparatus according to the present invention.

도 2 는 본 발명에 의한 부분방전 측정장치의 외관도.2 is an external view of a partial discharge measuring apparatus according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 감쇠기 20 : 프리 앰프(PRE-AMP)10: attenuator 20: pre-amp

30 : 능동대역통과필터 40 : 최대치 측정부30: active bandpass filter 40: maximum measurement unit

50 : 계기판50: instrument panel

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고전압 회전기 고정자 권선의 활선 부분방전 측정장치는 회전기의 고정자 권선의 부분 방전을 센서에 의해 감지하여 동축케이블을 통해 입력받는 입력수단과; 상기 입력되는 부분 방전신호의 크기에 대응하는 측정감쇠기를 선택하여 측정레인지를 설정하기 위한 측정 레인지 선택수단과; 상기 선택된 측정감쇠기를 통해 입력된 부분 방전신호를 증폭시키는 증폭수단과; 상기 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전신호의 최적의 응답특성을 갖는 주파수대역인 8 MHz ∼10MHz를 필터링하여 외부잡음을 제거하는 8 MHz ∼12MHz 주파수 대역의 능동 대역통과필터와; 상기 능동대역 통과 필터에 의해 필터링된 부분 방전신호의 최대값을 검출하기 위한 피크값을 검출 검출회로와 샘플 홀드 회로로 이루어진 최대값을 검출하는 최대값 검출수단과; 상기 검출된 최대값을 아날로그적으로 표시하는 전압표시수단으로 구성되어 상기 고전압 회전기에 부착하여 미숙련 기술자라도 회전기의 정상운전시나 과도상태에서 부분 방전신호의 크기를 수시로 측정하게 하는 것을 특징으로 한다.Live line partial discharge measuring device of the stator winding of the high voltage rotor according to the present invention for achieving the above object comprises: an input means for sensing the partial discharge of the stator winding of the rotor by the sensor and input through the coaxial cable; Measurement range selecting means for selecting a measurement attenuator corresponding to the magnitude of the input partial discharge signal and setting a measurement range; Amplifying means for amplifying the partial discharge signal inputted through the selected measurement attenuator; An active bandpass filter of an 8 MHz to 12 MHz frequency band for filtering out an external noise by filtering an 8 MHz to 10 MHz frequency band having an optimal response characteristic of a partial discharge signal generated in the stator winding of the rotor; Maximum value detecting means for detecting a maximum value for detecting a maximum value of the partial discharge signal filtered by the active band pass filter, the maximum value comprising a detection detecting circuit and a sample hold circuit; It is composed of a voltage display means for displaying the detected maximum value analogously and attached to the high voltage rotor to allow even an inexperienced technician to measure the magnitude of the partial discharge signal from time to time during normal operation or transient state of the rotor.

도 1 은 본 발명에 의한 부분방전 측정장치의 개략적인 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명은 회전기의 고정자 권선에서 발생된 부분 방전 신호를 고정자 권선에 기설치되어 있는 센서에서 감지하여 동축 케이블을 통해 부분 방전 신호가 PDM(Partial Discharge Meter)의 입력단자로 전송되면 그 입력되는 신호의 크기에 대응하는 측정레인지를 설정하기 위해 인력에 의해 감쇠기(10)의 스위치를 돌려 그 크기에 맞는 감쇠기를 선택하도록 한다. 선택되어진 감쇠기(10)를 통해 입력되는 부분 방전신호는 미약하기 때문에 프리 엠프(PRE-AMP)(20)에서 증폭시킨다.1 is a schematic configuration diagram of a partial discharge measuring apparatus according to the present invention. As shown in the present invention, when the partial discharge signal generated in the stator winding of the rotor is detected by a sensor installed in the stator winding, the partial discharge signal is transmitted to the input terminal of the PDM (Partial Discharge Meter) through a coaxial cable. In order to set the measurement range corresponding to the magnitude of the input signal, the attenuator 10 is turned by a manpower to select an attenuator suitable for the magnitude. Since the partial discharge signal inputted through the selected attenuator 10 is weak, it is amplified by the pre-amp 20.

상기 프리 엠프(PRE-AMP)(20)에서 증폭된 부분 방전신호는 그 부분 방전신호에 혼합되어 있는 외부잡음을 제거해야 한다. 이를 위해서 회전기의 외부잡음을 제거할 수 있고, 신호 응답특성이 가장 좋은 8 MHz ∼12MHz 주파수 대역의 능동 대역통과필터(30)를 이용하여 순수한 부분방전 신호의 측정에 적합하게 하였다. 이는 종래의 경우와는 달리 대역폭이 필요한 만큼만 한정되게 설계된 필터를 사용함으로써 불필요한 재정의 소모를 감소시킬 수 있다. 상기 8 MHz ∼12MHz 주파수 대역의 능동 대역통과필터(30)에 의해 외부잡음이 제어된 부분방전 신호의 최대치를 검출하기 위하여 피크값 검출회로와 샘플 홀드 회로가 조합된 최대치 측정부(40)에 의해 최대값을 측정한다. 이때 부분방전신호의 값은 수 nsec(10-9초)의 짧은 시간간격으로 변하기 때문에 샘플링된 부분방전신호의 값을 측정자가 볼 수 있도록 샘플 홀드 회로에서 피크값을 일정한 샘플링 시간간격으로 지연시켜준다.The partial discharge signal amplified by the pre-amp 20 should remove external noise mixed with the partial discharge signal. To this end, the external noise of the rotor can be eliminated and the active bandpass filter 30 of the 8 MHz to 12 MHz frequency band having the best signal response characteristics is used for the measurement of the pure partial discharge signal. Unlike conventional cases, this can reduce unnecessary redefinition by using a filter that is designed to be limited in bandwidth as needed. In order to detect the maximum value of the partial discharge signal whose external noise is controlled by the active bandpass filter 30 of the 8 MHz to 12 MHz frequency band, the maximum value measuring unit 40 in which the peak value detection circuit and the sample hold circuit are combined is provided. Measure the maximum value. At this time, since the value of the partial discharge signal is changed to a short time interval of several nsec (10 -9 seconds), the sample hold circuit delays the peak value at a constant sampling time interval so that the measured value of the sampled partial discharge signal can be seen by the operator. .

일정한 샘플링 시간간격으로 검출되는 피크값은 아날로그 계기판(50)에 그대로 표시되므로, 측정자는 그 계기판을 읽어서 부분 방전치를 알 수 있게 된다.Since the peak value detected at a constant sampling time interval is displayed on the analog instrument panel 50 as it is, the measurer can read the instrument panel to know the partial discharge value.

본 발명에 의하면 정상운전중에 발생하는 부분방전 신호 뿐만 아니라 과도 운전상태인 기동, 정지 및 부하의 변동시에도 부분방전 신호를 연속적으로 상시 감시할 수 있어 상대적인 변화추이를 중요시하는 활선 절연열화 진단에 효과적이며, 아날로그 방식으로 가격이 저렴하여 고전압이 사용되는 대형 전동기에도 설치가 가능하며, 종래의 측정장치는 전동기에 부착할 수 없는 규모의 것이었으나, 본발명에 의한 측정장치는 부분 방전의 최적응답 주파수 대역인 8 MHz ∼10MHz를 필터링하게 하는 필터를 사용하여 전동기에 부착하게 하는 것으로 단순히 전압계의 지시치만 읽으면 되므로 미숙련 근무자라도 부분방전 신호의 변화 추이를 상시 감시할 수 있게 하는 효과를 제공한다.According to the present invention, it is possible to continuously monitor the partial discharge signal as well as the partial discharge signal generated during the normal operation as well as during the start, stop, and load change in the transient operation state, which is effective in diagnosing live insulation deterioration that places importance on the relative change trend. It can be installed in large size motors where high voltage is used because of low price by analog method, and the conventional measuring device is of a size that cannot be attached to the motor, but the measuring device according to the present invention has the optimum response frequency of partial discharge. It is attached to the motor using a filter that filters the band, 8 MHz ~ 10 MHz, and simply reads the voltmeter's indication, thus providing the effect that the inexperienced worker can always monitor the change in the partial discharge signal.

Claims (1)

회전기의 고정자 권선의 부분 방전을 센서에 의해 감지하여 동축케이블을 통해 입력받는 입력수단과;Input means for detecting a partial discharge of the stator winding of the rotor by a sensor and inputting the same through a coaxial cable; 상기 입력되는 부분 방전신호의 크기에 대응하는 측정감쇠기를 선택하여 측정레인지를 설정하기 위한 측정 레인지 선택수단과;Measurement range selecting means for selecting a measurement attenuator corresponding to the magnitude of the input partial discharge signal and setting a measurement range; 상기 선택된 측정감쇠기를 통해 입력된 부분 방전신호를 증폭시키는 증폭수단과;Amplifying means for amplifying the partial discharge signal inputted through the selected measurement attenuator; 상기 회전기의 고정자 권선에서 발생되는 부분 방전신호의 최적의 응답특성을 갖는 주파수대역인 8 MHz ∼10MHz를 필터링하여 외부잡음을 제거하는 8 MHz ∼12MHz 주파수 대역의 능동 대역통과필터와;An active bandpass filter of an 8 MHz to 12 MHz frequency band for filtering out an external noise by filtering an 8 MHz to 10 MHz frequency band having an optimal response characteristic of a partial discharge signal generated in the stator winding of the rotor; 상기 능동대역 통과 필터에 의해 필터링된 부분 방전신호의 최대값을 검출하기 위한 피크값을 검출 검출회로와 샘플 홀드 회로로 이루어진 최대값을 검출하는 최대값 검출수단과;Maximum value detecting means for detecting a maximum value for detecting a maximum value of the partial discharge signal filtered by the active band pass filter, the maximum value comprising a detection detecting circuit and a sample hold circuit; 상기 검출된 최대값을 아날로그적으로 표시하는 전압표시수단으로 구성되어 상기 고전압 회전기에 부착하여 미숙련 기술자라도 회전기의 정상운전시나 과도상태에서 부분 방전신호의 크기를 수시로 측정하게 하는 것을 특징으로 하는 고전압 회전기 고정자 권선의 활선 부분방전 측정장치.A high voltage rotator, comprising: a voltage display means for displaying the detected maximum value analogously and attached to the high voltage rotator so that even an inexperienced technician can frequently measure the magnitude of the partial discharge signal during normal operation or transient state of the rotator; Live discharge measurement device of stator windings.
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