KR100470894B1 - 운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치 - Google Patents

운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합리적인 전력을 공급하기 위해 전력용 3상 변압기의 중성점의 고장전류를 제한하고자 하는 목적으로 사용하는 운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치에 관한 것으로, 중성점 리액터(1)의 양단전압을 절연봉(2)과 집게(3)로부터 측정하여 전압 정보를 취득하고 이 전압정보를 처리하는 전압측정 회로(4)와, 클램프형 변류기(5)로부터 이 중성점 리액터(1)로 흐르는 전류를 측정하고 전류정보를 취득하여 이 전류정보를 처리하는 전류측정회로(6), 상기 전압측정회로(4)와 전류측정회로(6)로부터 정보를 얻어 중성점 리액터(1)의 임피던스를 계산하고 이를 상기 중성점 리액터(1)의 초기 임피던스와 비교하여 열화판정을 처리 판단하는 열화판정부(7) 및, 이 열화판정부(7)에 연결되어 사용자에게 중성점 리액터(1)의 상태를 알려주는 열화표시부(8)로 이루어져 있다.

Description

운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치{A brazing diagnosis apparatus of transformer neutral reactor in operating}
본 발명은 전력을 공급하기 위해 사용하는 전력용 3상 변압기 중성점의 고장전류를 제한하는 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중성점 리액터의 열화상태와 정도를 정전작업 없이 변압기 운전중에 이 중성점 리액터의 전압과 흐르는 전류를 측정하여 리액터를 구성하고 있는 저항과 리액턴스를 구하여 열화를 진단할 수 있도록 이루어진 운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치에 관한 것이다.
전력계통에서 지락사고등의 문제가 야기되면, 3상의 전류가 불평형 전류를 발생하게 되고 이 불평형 전류는 변압기의 중성점으로 리턴하게 된다.
통상 사고시 사고전류는 상대적으로 상당히 큰 전류이고, 이 큰 전류는 변압기의 중성점을 통해 흐르게되므로 변압기의 권선 및 절연물등에 영향을 끼치어 상기 변압기를 열화시키는 요인으로 작용하게 된다.
이러한 중성점에 흐르는 고장전류를 저감하기 위해 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 변압기의 3상 변압기 등가회로(100)의 중성선(101)과 대지(102)사이에 리액터를 직렬로 연결하여 사용하는데 이를 중성점 리액터(1)라 칭한다.
이와 같은 상기 중성점 리액터(1)는 전력계통의 사고발생시 앞서 설명한 바와 같이 불평형 전류가 중성점으로 크게 흐르게 되어 변압기의 열화를 초래하게 되는데, 전력 계통의 사고시 사고전류가 변압기의 중성점으로 급격히 귀환하는 것을 방지하는 것이 중성점 리액터(1)의 역할이다.
한편, 변압기의 운전중에 사고가 발생하는 경우, 중성점 리액터에 의해 변압기는 보호되는 대신에 상기 중성점 리액터(1)는 기계적, 전기적 큰 충격에 노출된다.
여기서 전기적 충격은 급격한 열에 의한 리액터 코일의 변화가 생기고 급격한 전류의 유입은 에너지의 유입으로 기계적으로 뒤틀림 혹은 인장력이 가해져 저항(R)과 리액턴스(L)가 물리적으로 정상에서 벗어나게 된다.
또한 전력계통 사고시 큰 전류가 중성점으로 흘러들어 가게됨으로 이 중성점의 대지전위가 순간적으로 상당히 높게 되고, 중성점 전류도 수천 암페아(A)에 달하게 되는바, 즉 이러한 현상은 중성점 리액터에 의해 저감되고 억제된다. 상대적으로 이러한 변압기의 보호작용은 리액터가 순간적으로 상당한 열화조건에 이르게 된다.
결국 리액터가 상당한 세력의 전기적 충격으로부터 변압기를 보호하는 대신 자신은 그 만큼 전기적 충격에 노출되게 되는데, 이러한 충격은 전기적 충격뿐만이 아니라 기계적 충격으로도 작동하여 리액턴스(L)값의 변화를 초래하게 된다.
물론 리액터의 처음 설계시의 규격이나 시험에서 가장 가혹한 상황을 감안하여 설계되었음은 물론이나, 연속적인 충격으로 현장에서 운전중인 리액터가 고장나는 사례가 현장에서 종종 발생되고 있다. 이러한 리액터의 고장은 변압기를 사고전류에 노출시키는 상태가 된다.
결국 중성점 리액터의 열화를 사전에 발견하여 사고를 미연에 방지하는 것이 바람직한 변압기 운전방법이다.
일반적으로 운전중인 변압기 중성점 리액터(1)의 저항(R)과 유도성 리액턴스(L)를 측정하는 것이 쉽지 않다. 저항이나 리액턴스를 측정하는 경우 별도의 전원을 발생시켜 측정하고자 하는 저항이나 리액턴스에 인가하고 이 인가된 전압에 의해서 저항이나 리액턴스에 흐르는 전류를 측정하여 전압과 전류의 관계로부터 저항값이나 리액턴스값을 계산하는 것이 일반적이다. 그러나 이 방법은 운전중인 중성점 리액터에는 적용할 수 없다.
왜냐하면 운전중인 중성점 리액터에는 늘 수십 암페아(A)의 전류가 흐르고 있기 때문이다.
이에 본 발명은 상기와 같이 종래 운전중에 변압기 중성점 리액터의 저항과 리액턴스를 측정하기 불가능한 문제점을 해결한 것으로, 운전중인 상태의 활선상태에서 중성점 리액터의 열화측정이 가능하도록 이 중성점 리액터가 갖고 있는 직렬 저항 값과 직렬 리액턴스 값으로 열화상태를 진단 판단하여 상기 중성점 리액터의 열화에 의한 전력사고를 미연에 방지하고, 효율적으로 변압기 운전이 이루어지는 운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중성점 리액터의 양단 전압이 인가되는 진단부의 전압측정회로와, 상기 중성점 리액터에 흐르는 중성점 전류를 측정하기 위한 클램프형 변류기가 연결되고 이 전압 측정회로에 병렬 설치된 전류 측정회로, 상기 전압측정회로와 전류측정회로가 연결되는 중성점 리액터 열화 판정부 및, 이 열화 판정부에 연결되어 중성점 리액터의 열화 상태를 육안으로 판별하는 열화 표시부로 이루어져 있다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치의 전체 구조를 나타낸 회로도이다.
본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 중성점 리액터(1)의 양단전압을 절연봉(2)과 집게(3)로부터 측정하여 전압 정보를 취득하고 이 전압정보를 처리하는 전압측정회로(4)와, 클램프형 변류기(5)로부터 이 중성점 리액터(1)로 흐르는 전류를 측정하여 전류정보를 취득하고 이 전류정보를 처리하는 전류측정회로(6), 상기 전압측정회로(4)와 전류측정회로(6)로부터 정보를 얻어 중성점 리액터(1)의 임피던스를 계산하고 이를 이 중성점 리액터(1)의 초기 임피던스와 비교하여 열화판정을 처리 판단하는 열화판정부(7) 및, 이 열화판정부(7)에 연결되어 사용자에게 중성점 리액터(1)의 상태를 알려주는 열화표시부(8)로 이루어져 있다.
여기서 상기 전압측정회로(4)는 도 4에 도시되어 있다.
절연봉(2)과 집게(3)의 입력단자(9)에 연결되는 전압측정회로(4)는 병렬 설치된 증폭회로(41)와, 이 증폭회로(41)에 연결된 차동증폭회로(42) 및, 이 차동증폭회로(42)에 직렬 연결된 A/D 변환기(43)로 이루어져 있다.
일반적으로 중성점 리액터(1)의 양단전압은 수백볼트의 크기를 가지고 있음으로 전압정보를 이산화하는 아날로그/디지털 A/D 변환기(43)가 판독할 수 있는 범위를 만족하기 위해 상기 증폭회로(41)에서 1/100로 전압을 저감시켜 받도록 되어 있다. 그리고 상기 전압정보는 차동증폭회로(42)를 통과하고, 이 통과된 신호를 이산화하는 상기 A/D 변화기(43)를 거치면서 이산화 신호 (discrete Signal)로 변환되어 리액터 열화판정을 담당하는 부분인 열화판정부(7)에 전압정보를 인가시킨다.
한편, 도 5에는 전류측정회로(6)가 자세히 도시되어 있는바, 상기 클램프형 변류기(5)에서 인가된 전류정보를 처리하는 상기 전류측정회로(6)는 클램프형 변류기(5)에 연결된 임피던스 매칭회로(61)와 증폭회로(62) 및 A/D 변환기(63)로 직렬 연결되어 있다.
여기서 상기 전류측정회로(6)는 중성점 리액터(1)에 흐르는 전류의 세력이 크므로 클램프형 변류기(5)에서 전류값을 1/100(10mV/1A)로 줄여 받으며, 이때 들어오는 전류정보를 정확히 처리하기 위해 임피던스 매칭회로(61)를 거친다.
그리고 증폭회로(62)를 통과한 전류정보는 A/D 변환기(63)를 거쳐 이산화 신호로 변환되어 디지털 처리 하드웨어인 열화판정부(7)로 인가된다.
상기 열화판정부(7)는 도 6에 자세히 도시되어 있는바, 이 열화판정부(7)는 전압측정회로(4)와 전류측정회로(6)에서 인가된 전압정보(71)와 전류정보(72)를 주파수 분석부(73)로 전달하고, 이 주파수 분석부(73)는 주파수별 전압정보(74)와 주파수별 전류정보(75) 및 주파수별 위상정보(76)로 각각 병렬 처리하고 이들 신호를 열화판정 알고리즘(77)으로 인가시킨다.
즉 이를 좀더 설명하면, 상기 전압측정회로(4)와 전류측정회로(6)를 거친 전압정보(71)와 전류정보(72)는 이산화 신호가 되어 열화판정부(7)에 도달하게 된다.
이때 전압정보(71)와 전류정보(72)는 동시에 A/D 변환되는 특징을 갖음에 따라서 정확한 전압, 전류간의 위상차를 오차없이 측정 가능하게 된다. 그리고 본 발명에 따른 열화판정부(7)는 전압정보(71)와 전류정보(71)를 일반적으로 사용하는 주파수분석 기법인 퓨리에 변환기법을 사용한 주파수 분석부(73)를 통과하여 주파수별 정보로 변환된다.
이렇게 처리된 전압 전류정보는 기억소자에 저장되고 주파수별 전압정보 (74), 전류정보(75), 위상정보(76)는 열화판정 알고리즘(76)에서 이 중성점 리액터 (1)의 열화를 판정할 수 있는 상태가 된다.
끝으로, 상기 열화표시부(8)는 도 7에 도시되어 있다.
이 열화판정부(7)에 의해 진단된 중성점 리액터(1)의 열화정도는 이 열화표시부(8)에 의해 사용자에게 전달될 수 있는데, 상기 열화표시부(8)는 주파수 표시램프(81)와, 임피던스 표시램프(82), 전력 표시램프(83), 주파수 표시값(84), 임피던스 표시값(85), 피상전력 표시값(86), 선택스위치(87), 실행스위치(88) 및, 주파수별 전압, 전류 와 임피던스, 피상 전력값을 육안으로 볼 수 있는 LCD형태의 표시창(89)으로 이루어져 있다.
즉 상기 열화표시부(8)는 열화의 정도를 판정하는 부분 및 정확한 데이타를 표시하는 각종 표시수단(81∼85)으로 대별되며, 측정을 실행하기 위한 실행스위치 (87)와 또한 원하는 정보만의 데이타를 볼 수 있는 선택스위치(88)를 필요에 따라 선택하여 사용 가능하도록 되어 있다.
본 발명에 따른 운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치는 다음과 같은 효과를 지닌다.
첫째, 기존 중성점 리액터의 열화상태를 전력설비가 가압되어 운전중인 상태인 활선상태에서 측정할 수 있다.
둘째, 변압기 중성점 리액터의 전류 측정으로부터 다양한 전력설비의 정보 획득이 가능하다(변압기 2차측의 부하상태에 따라 중성점 전류는 다양한 형태의 정보를 갖는다).
섯째, 변압기의 여자특성을 이용하여 1, 3, 5 고조파별 전압 및 전류정보에 의해 판단함으로 리액터의 열화상태를 정확히 판단한다.
넷째, 전압정보와 전류정보의 크기만으로 리액터의 열화판정이 가능하므로 장치의 구현과 정밀한 리액터 열화판정이 이루어진다.
도 1은 일반적인 전력용 3상의 변압기의 중성점 리액터를 나타낸 회로도,
도 2는 도 1의 중성점 리액터의 등가회로도,
도 3은 본 발명에 따른 중성점 리액터의 열화진단장치의 구성회로도,
도 4는 도 3의 전압측정회로의 상세 회로도,
도 5는 도 3의 전류측정회로 상세 회로도,
도 6은 도 3의 열화판정부의 상세도,
도 7은 도 3의 열화표시부의 상세 정면도이다.
-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-
1 : 중성점 리액터, 2 : 절연봉,
3 : 집게, 4 : 전압측정회로,
5 : 클램프형 변류기, 6 : 전류측정회로,
7 : 열화판정부, 8 : 열화표시부,
9 : 입력단자, 41 : 증폭회로,
42 : 차동증폭회로, 43 : A/D 변환기,
61 : 임피던스 매칭회로, 62 : 증폭회로,
63 : A/D 변환기, 71 : 전압정보,
72 : 전류정보, 73 : 주파수 분석부,
74 : 주파수별 전압정보, 75 : 주파수별 전류정보,
76 : 주파수별 위상정보, 76 : 열화판정 알고리즘,
81∼83 : 표시램프, 84∼86 : 표시값,
87, 88 : 스위치, 89 : 표시창.

Claims (5)

  1. 운전중인 변압기에 연결되어 있는 중성점 리액터(1)의 양단전압을 절연봉(2)과 집게(3)로부터 운전상태의 중성점 리액터(1) 양단의 전압정보를 취득하고, 중성점 리액터(1)에서 접지로 흐르는 전류를 취득하여, 전압정보를 처리하는 전압측정회로(4)와, 전류정보를 처리하는 전류측정회로(6), 상기 전압측정회로(4)와 전류측정회로(6)로부터 정보를 얻어 중성점 리액터(1)의 임피던스를 계산하고, 이를 이 중성점 리액터(1)의 초기 임피던스와 비교하여 열화판정을 처리 판단하는 열화판정부(7) 및, 이 열화판정부(7)에 연결되어 사용자에게 중성점 리액터(1)의 상태를 알려주는 열화표시부(8)로 이루어진 것을 특징으로 하는 운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전압측정회로(4)는 병렬 설치된 증폭회로(41)와 이 증폭회로(41)에 연결된 차동증폭회로(42) 및 이 차동증폭회로(42)에 직렬 연결된 A/D 변환기(43)로 이루어진 것을 특징으로 하는 운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전류측정회로(6)는 클램프형 변류기(5)에 연결된 임피던스 매칭회로(61)와 증폭회로(62) 및 A/D 변환기(63)로 직렬 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 열화판정부(7)는 전압측정회로(4)와 전류측정회로(6)에서 인가된 전압정보(71)와 전류정보(72)를 주파수 분석부(73)로 전달하고 이 주파수 분석부(73)는 주파수별 전압정보(74)와 주파수별 전류정보(75) 및 주파수별 위상정보(76)로 각각 병렬 처리하고 이들 신호를 열화판정 알고리즘(77)으로 인가시키는 것을 특징으로 하는 운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 열화표시부(8)는 주파수 표시램프(81)와, 임피던스 표시램프(82), 전력 표시램프(83), 주파수 표시값(84), 임피던스 표시값(85), 피상전력 표시값(86), 선택스위치(87), 실행스위치(88)및, 주파수별 전압, 전류 와 임피던스, 피상 전력값을 육안으로 볼 수 있는 LCD형태의 표시창(89)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 운전중인 변압기 중성점 리액터의 열화진단장치.
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