KR100446700B1 - 고주파 신호를 이용한 송전선 진단장치와 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력계통의 송전선 상에서 휴전작업 완료후 이 송전선의 이상유무를 진단할 수 있는 고주파를 이용한 송전선 진단장치와 그 방법에 관한 것으로, 220V 전원을 이용하는 전원부와 약 50~450㎑의 주파수를 이용하는 발진부와 증폭부를 가진 송신부, 상태가변과 거리가변 및 제원가변이 가능한 가변부, 송전선에 이상이 발생하였을때 이를 경보할 수 있는 경보부, 송전선의 건전성 진단결과를 출력할 수 있는 출력부, 전체 측정장치(1)를 마이크로 프로세서와 데이터 베이스용 롬(ROM)을 이용하여 제어하는 제어부, 수신된 아날로그 신호를 그대로 이용하는 레벨메터부와 디지털 신호로 변환시키는 DSP부를 갖는 수신부, 음성통화를 위한 통화로부 및, 송전선로의 불량지점을 찾아낼 수 있는 연산부로 이루어져 있다.

Description

고주파 신호를 이용한 송전선 진단장치와 그 방법{Apparatus and Method for Diagnosis of the Power Transmission lines by using the High Frequency Electric Signals}

본 발명은 전력배전선로 상에서 송전선의 휴전작업 완료후 이 송전선의 전구간에 걸친 이상유무를 고주파 신호의 세기를 이용하여 진단할 수 있는 진단장치와그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송전선로 154[kv]이상의 계통에서 50~450 ㎑ 주파수의 고주파 신호를 이용하여 이 송전선의 휴전작업 후 또는 신설 송전선에서 접지선 및 작업부산물(철선 등)이 제거되지 않았거나 혼촉되어 있는지 여부를 진단하여 송전선의 정상여부를 확보한 다음 전력을 가압할 수 있게 함으로써, 인적실수에 의한 송전계통 사고를 완벽히 차단하고 신설 및 이설 송전선의 정확한 상체크가 이루어지는 고주파 신호를 이용한 송전선 진단장치와 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전력계통은 보통 발전,송전,배전의 셋으로 나누어지는데, 이중에서 배전선로는 발전소,변전소 또는 송전소에서 다른 발전소 또는 변전소를 지나지 않고 전력 수요장소까지 이루는 선로이다.

그리고 송전은 발전소에서 발생된 전력을 수용지의 부근 또는 수요중심지의 1차변전소까지 보내는 것으로, 높은 전압의 송전선에 강선을 속에 넣은 알루미늄 연선, 알루미늄 합금선, 구리합금선 및 강선에 구리를 피복한 선, 속이 빈 구리선 등을 사용하고 있다.

여기서 송전선의 신설 및 이설 등을 위해 작업을 완료한 다음, 이 송전선의 이상유무를 체크하는 방법은 작업자의 작업현장 답사에 의한 구두 및 시각적 확인방법이 있으나, 이 방법은 인적실수를 완전히 배제할 수 없으며, 인적실수가 발생하면, 즉시 안전사고를 유발하므로 적게나마 송전선에 영향을 줄 수 있다.

또한 현재 송전선의 신설과 이설 작업후 접지선 및 작업부산물의 혼촉을 완전히 배제할 수 없기 때문에 이를 진단하는 측정기술이 필요한 실정이며, 사고 발생시 송전선의 사고 발생지점을 찾아내고 보수하는데 많은 시간이 소요되므로 과학적인 송전선의 진단기술이 필요한 실정이었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 송전선의 이상유무를 진단함에 있어서 송전선의 제원에 관계없이 모든 송전선에 적용가능하며, 송전선의 체크 뿐만 아니라 송전에 전혀 영향을 끼치지 않고 고주파신호를 이용하여 약300㎞ 구간의 송전선까지 송전선의 접지 또는 철선 등과 같은 작업부산물에 의한 이상유무를 진단할 수 있는 고주파신호를 이용한 송전선 진단장치와 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 정상적인 송전선로의 구성도,

도 2는 송전선이 접지상태를 유지했을때 송전선로의 구성도,

도 3은 송전선의 접지고장시 전송손실 변화를 나타낸 그래프와 도면,

도 4는 본 발명의 진단장치를 송전선에 이용한 개략도,

도 5는 본 발명에 따른 진단방법의 흐름도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

1 - 측정장치 2 - 전송로

3 - 접지선 4 - 애자

5 - 부싱

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진단장치는 전원부와, 고주파수 전기신호를 발생시켜 송전선을 통해 전송할 수 있도록 고주파 전기신호 발진부와 증폭부를 가진 송신부, 송신된 고주파 전기신호를 수신하며 아날로그 신호를 그대로 이용하는 레벨메터부와 아날로그 신호를 디지털 신호로 변화시키는 DSP부를 갖는 수신부, 전체의 가변 가능한 연결 구성을 변환시켜 용도 및 상태를 사용자가 원하는 바에 맞게 조절할 수 있도록 이루어진 가변부, 송전선 진단에 필요한 각종 이론적 관계식 및 전력선 제원, 전송손실 등에 관계된 데이터베이스용 롬과 측정 환경이 입력될 때 상기 가변부의 조절 상황과 측정 환경에 맞도록 상기 롬을 이용하여 타 구성요소를 제어하는 프로세서를 가지는 제어부, 송신부의 송신된 고주파 전기신호와 수신부의 수신된 전기신호 데이터를 이용하여 결과로서 송전선의 상태를 알아내는 연산부를 구비하여 이루어진다.본 발명 장치에는 바람직하게는 송전선에 이상이 발생하였을때 이를 경보할 수 있는 경보부, 송전선의 건전성 진단결과를 출력할 수 있는 출력부, 음성통화를 위해 송신부를 통해 송신선에 음성신호를 첨가하고 수신부로부터 음성신호를 얻어내는 통화로부가 더 구비될 수 있다.또한, 연산부에는 송전된 전기신호와 수신된 전기신호를 바탕으로 송전선로의 불량지점을 찾아낼 수 있는 거리 연산부가 구비될 수 있다.

본 발명의 송전선의 이상유무를 진단하는 방법은, 이 송전선의 양단간에 설치된 측정장치를 이용하여 송신된 전기신호와 수신된 전기신호 사이의 손실값을 측정하여 데이터로 저장하고 측정 데이터를 데이터베이스의 정상치 테이터 추이와 비교하여 송전선의 정상여부를 판별하는 단계와, 측정값이 정상이라면 데이터 이력관리를 통한 정상적인 종료절차를 수행하고 정상이 아니면 먼저 접지여부를 판별하여 접지라면 접지경보를 발생하는 단계, 접지고장이 아닌 다른 고장이라면 송전선의 이상유무를 판별하게 되고 선로의 단락 내지는 단선이라면 선로경보를 발생하는 단계 및, 송전선의 고장이 아니라면 측정장치의 고장으로 판별하여 경보를 발생하는 단계를 구비하여 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명 실시예는 220V 전원을 이용하는 전원부와, 약 50~450㎑의 주파수를 이용하는 발진부와 증폭부를 가진 송신부, 상태가변과 거리가변 및 제원 가변이 가능한 가변부, 송전선에 이상이 발생하였을때 이를 경보할 수 있는 경보부, 송전선의 건전성 진단결과를 출력할 수 있는 출력부, 전체 측정장치(1)를 마이크로 프로세서와 데이터 베이스용 롬(ROM)을 이용하여 제어하는 제어부, 수신된 아날로그 신호를 그대로 이용하는 레벨메터부 와 디지털 신호로 변환시키는 DSP부를 갖는 수신부, 음성통화를 위한 통화로부 및, 송전선로의 불량지점을 찾아낼 수 있는 연산부로 이루어져 있다.

여기서 상기 전원부는 측정장치(1)가 휴대용이므로 옥외에서 가동할 수 있는 축전지를 포함하고 있으면서 상용 220V 전원을 사용할 수 있는 이중의 전원부를 가진다.

상기 송신부는 고주파 가령, 50~450㎑의 주파수를 발진할 수 있는 발진부와 이 신호를 장거리로 전송할 수 있도록 출력을 높이는 증폭부를 가진다.한편, 본 발명의 측정 장치는 점검하는 송전선의 필요 구간 양 단에 각각 하나씩 도4와 같이 연결되어 이용되므로 하나는 송신 장치로 다른 하나는 수신 장치로 이용된다. 따라서, 상기 가변부는 송전선의 여러 특성을 따라 측정장치(1)의 상태를 변화시킬수 있도록 송수신 상태를 가변하는 상태가변부와 송전선(2)의 거리에 따라 측정장치(1)의 상태가변이 이루어지는 거리가변부 및 송전선(2)의 제원에 따라 측정장치(1)의 상태가변이 이루어지는 제원가변부로 구성되어 있다.

그리고 상기 경보부는 송전선(2)에 이상이 발생하였을때 이를 즉각 경보할 수 있는 가시 및 가청 경보부를 갖추고 있으며, 출력부는 LCD를 사용하여 이용자와 인터페이스 되면서 송전선(2)의 건전성을 진단하는 결과를 종이로 출력하는 소형 프린터를 포함하고 있다.

상기 제어부는 측정장치(1) 전체를 제어하는 것으로, 공지의 마이크로 프로세서와 각종 정보를 입력한 데이타 베이스용 롬을 갖추되, 상기 데이타 베이스용 롬은 송전선의 고장판별을 위한 중요한 자료로 활용되며 전력선 제원과 전송손실에 관계된 데이타베이스는 다음과 같다.

① 전력선 도체는 보통 강심알루미늄전선(ACSR) 또는 나경동연선(HDCC)이 사용되는데 고주파전류가 전력선에 흐를 때 표피효과(Skin Effect)에 의한 저항이 발생하고 이는 도체의 재질이나 단면적에 따라 크게 달라진다.

- HDCC 일 경우 - ACSR 일 경우

여기서 f : 사용되는 주파수(㎒), a : 도체의 직경(mm)

② 고주파 전류가 흐르는 전선에서 표피효과에 의한 저항은 도체의 직경에반비례하고 사용주파수는 평방근에 비례하여 높아진다.

③ 데이타 베이스용 롬에는 각종 전력선 도체의 실효 저항치가 입력되어 있어 제어부의 마이크로 프로세서가 측정하고자 하는 송전선의 특성에 맞는 발진주파수와 송신출력을 찾아내도록 하는 역할을 한다.

그리고 본원 발명의 진단장치의 송전선의 거리와 전송손실에 관계된 데이타베이스는 또한 아래와 같다

① 고주파 전류가 흐르는 송전선의 종합손실(L)은

이다.

여기서 k : 부가손실과 부정합손실, a : 감쇄정수(dB/km),: 선로의 길이(km)

② 고주파 전류가 흐르는 전선에서 종합손실은 선로의 길이에 비례하여 높아진다.

③ 데이터베이스용 롬에는 선로의 길이에 비례한 종합손실치가 입력되어 있어 제어부의 마이크로 프로세서가 측정하고자 하는 송전선의 길이에 맞는 발진주파수와 송신출력을 찾아내도록 하는 역할을 한다.

한편, 상기 수신부는 수신된 아날로그 신호를 그대로 이용하는 레벨메터부와 아날로그 신호를 디지털로 변화시키는 DSP부를 갖추고 있으며, 상기 통화로부는 측정을 실시하는 양단간에 핫라인을 제공한여 음성통화를 할 수 있도록 공지의 변복조회로와 신호(Ring)회로를 갖추고 있다.

끝으로 상기 연산부는 향후 성능 개선시 불건전 송전로(2)를 발견하였을때 그 불량지점을 찾아 낼 수 있는 거리 연산부를 갖추고 있다. 보다 일반적으로 연산부는 송신부의 송신된 고주파 전기신호와 수신부의 수신된 전기신호 데이터를 이용하여 결과로서 송전선의 상태를 알아낼 수 있다. 이 결과는 출력부에서 디스플레이 화면이나 프린트 등의 다양한 형태로 출력될 수 있다. 연산부는 제어부의 마이크로 프로세서를 이용하는 것도 당연히 가능할 것이며, 따라서 제어부와 통합적 이루어질 수 있을 것이다.

이어 본 발명의 진단장치 하나를 송신용으로 가변부를 조절하여 휴전중인 A변전소(A)의 송전선(2)에서 50~450㎑ 주파수 대역의 정해진 세기의 고주파를 송출하면 B변전소(B)측에 연결된 진단장치는 수신용으로 가변부를 조절한 상태에서 B변전소(B)에 도달하는 신호의 세기를 측정하여 송전선(2)의 이상유무를 진단하는바, 도 1에 도시된 바와 같이 송전선(2)이 정상이라면 정격의 전송손실 값이 B변전소(B)에서 측정될 것이며, 즉 A변전소(A)의 송신부에서 +30㏈m의 세기로 송출된 신호주파수는 B변전소(B)의 수신부에서 +10㏈m으로 수신된다.

한편 도 2와 같이 송전선(2)에 접지선(3)이 제거되지 않은 비정상 상태라면, 이는 바로 지락(Ground)상태가 되므로 A변전소(A)의 송신부에서 송출된 신호는 정격이상으로 감쇄되어 B변전소(B)의 수신부에 수신될 것이다.

이때 측정장치(1)는 송전선(2)의 불건전상태를 경보부에 의하여 가시 및 가청경보를 발생하게 되는데, A변전소(A)의 송신부에서 +30㏈m의 세기로 송신했을때 B변전소(B)의 수신부에서 -5㏈m으로 수신되는바, 이것은 제어부의 각종 데이터 베이스에 의해 비정상으로 판별되어 가시 및 가청경보를 발생하여 운용자에게 송전선(2)의 불건전 상태를 경고한다.

이와 더불어 상기 송전선(2)이 지락 뿐만 아니라 단로(Open), 단락(Short) 상태이더라도 정격신호를 수신할 수 없어 측정장치(1)의 송전선(2)의 이상상태를 경고한다.

그리고 도 3은 송전선(2)의 접지고장시 전송손실의 변화예를 도시한 도표로서, 총 195km 송전선로 중에서 A변전소(A)로부터 88.5km지점에 접지선(3)에서 지락사고가 발생하였을 경우를 나타내는데, 사고지점의 거리는 측정장치(1)의 연산부의 거리연산에 의하여 측정되어 진다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 측정장치(1)를 이용하여 애자(4)와 부싱(5)에 보유지지된 송전선(2)에 고주파 송출신호인 50~450㎑ 주파수를 송출하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.

여기서 미설명부호중 도면부호 6은 고주파 케이블이고, 7은 정합기, 8은 접지선이다.

도 5는 본 발명에 따른 고주파 신호를 이용한 송전선 진단방법을 설명한 흐름도로서, 본 발명은 송전선(2)의 양단간에 손실값을 측정하여 데이타값을 저장하고 측정 데이터를 데이터베이스 값을 이용하여 처리하여 송전선의 정상여부를 판별하는 단계와, 측정값이 정상이라면 데이터 이력관리를 통한 정상적인 종료절차를 수행하고 정상이 아니면 먼저 접지여부를 판별하여 접지라면 접지경보를 발생하는 단계, 접지 고장이 아닌 다른 고장이라면 송전선(2)의 이상유무를 판별하게 되고 송전선(2)의 단락 내지는 단선이라면 선로경보를 발생하는 단계 및, 송전선(2)의 고장이 아니라면 측정장치(1)의 고장으로 판별하여 경보를 발생하는 단계로 이루어져 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 진단방법이 도 5에 자세히 도시되어 있기에 자세한 설명은 생락한다.

본 발명은 사용시 휴대가 가능하므로 어느 장소이던지 쉽게 이동하여 측정이 가능하며, 철탑에 작업하고 있는 사람이 있더라도 작업자의 안전과 무관하게 측정이 가능하다.

그리고 송전선로 1회 사고예방시 경제급전 비용 및 분쟁방지 비용을 절감할 수 있으므로 경영여건 개선에 기여할 것으로 기대되며, 송전선로 접지여부를 단시간에 정확하게 진단 할 수 있으므로 설비의 신뢰성을 제고하고 송전선 고장예방에 따른 경제급전 지원이 가능하다.

또한, 송전선로의 건전성 진단기술을 국산화하여 경제적인 가격으로 공급함으로써 세계시장을 선점할 수 있는 기회가 있고 나아가서는 수출상품으로로 육성할 수 있는 경제적인 효과가 큼을 알 수 있다.

Claims (7)

1. 전원부와,

   고주파수 전기신호를 발생시켜 송전선을 통해 전송할 수 있도록 고주파 전기신호 발진부와 증폭부를 가진 송신부,

   송신된 고주파 전기신호를 수신하며 아날로그 신호를 그대로 이용하는 레벨메터부와 아날로그 신호를 디지털 신호로 변화시키는 DSP부를 갖는 수신부,

   전체의 가변 가능한 연결 구성을 변환시켜 용도 및 상태를 사용자가 원하는 바에 맞게 조절할 수 있도록 이루어진 가변부,

   송전선 진단에 필요한 각종 이론적 경험적 데이터를 정리, 구비한 데이터베이스용 롬과 측정 환경이 입력될 때 상기 가변부의 조절 상황과 측정 환경에 맞도록 상기 롬을 이용하여 타 구성요소를 제어하는 프로세서를 가지는 제어부 및

   송신부의 송신된 고주파 전기신호와 수신부의 수신된 전기신호 데이터를 이용하여 결과로서 송전선의 상태를 알아내는 연산부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 신호를 이용한 송전선 진단장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전원부는 옥외에서 가동할 수 있는 축전지를 포함하고 있으면서 상용 전원을 사용할 수 있는 이중의 전원부로 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 신호를 이용한 송전선 진단장치.
3. 제 1항에 있어서, 송전선에 이상이 발생하였을때 이를 경보할 수 있는 경보부가 더 구비되고, 상기 경보부는 송전선(2)에 이상이 발생하였을때 이를 즉각 경보할 수 있는 가시 및 가청 경보부를 갖춘 것을 특징으로 하는 고주파 신호를 이용한 송전선 진단장치.
4. 제 1항에 있어서, 송전선의 건전성 진단결과를 출력할 수 있는 출력부가 더 구비되고, 상기 출력부는 LCD를 사용하여 이용자와 인터페이스 되면서 송전선(2)의 건전성을 진단하는 결과를 종이로 출력하는 소형 프린터를 포함한 것을 특징으로 하는 고주파 신호를 이용한 송전선 진단장치.
5. 제 1항에 있어서, 음성통화를 위해 상기 송신부를 통해 송신선에 음성신호를 첨가하고 상기 수신부로부터 음성신호를 얻어내는 통화로부가 더 구비되고, 상기 통화로부는 측정을 실시하는 양단간에 핫라인을 제공한여 음성통화를 할 수 있도록 공지의 변복조회로와 신호(Ring)회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 고주파 신호를 이용한 송전선 진단장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 연산부는 향후 성능 개선시 불건전 송전로(2)를 발견하였을때 그 불량지점을 찾아 낼 수 있는 거리 연산부를 갖춘 것을 특징으로 하는 고주파 신호를 이용한 송전선 진단장치.
7. 송전선의 양단간에 설치된 측정장치를 이용하여 송신된 전기신호와 수신된 전기신호 사이의 손실값을 측정하여 데이터로 저장하고 측정 데이터를 데이터베이스의 정상치 테이터 추이와 비교하여 송전선의 정상여부를 판별하는 단계와,

   측정값이 정상이라면 데이터 이력관리를 통한 정상적인 종료절차를 수행하고 정상이 아니면 먼저 접지여부를 판별하여 접지라면 접지경보를 발생하는 단계,

   접지고장이 아닌 다른 고장이라면 송전선의 이상유무를 판별하게 되고 선로의 단락 내지는 단선이라면 선로경보를 발생하는 단계 및,

   송전선의 고장이 아니라면 측정장치의 고장으로 판별하여 경보를 발생하는 단계를 구비하여 이루어진 고주파 신호를 이용한 송전선 진단방법.