KR101064508B1 - 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법 - Google Patents

배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법에 관한 것으로 클로즈 루프(Closed-Loop), 오픈 루프(Open-Loop), 수지상 계통, 및 환상망 계통 등 전 계통에 적용되며, 배전선로 고장발생 시 인접하는 배전자동화용 단말장치 간 초고속 1:1 통신을 사용하여 고장검출 및 고장방향에 대한 정보를 교환하여 고장 구간을 정확하게 구분하여 자동으로 분리할 수 있다.
좀더 자세하게, 클로즈 루프로 운영되는 지중배전계통은 자동으로 고장구간만을 분리함으로써 고장 구간을 제외한 건전구간에 무정전으로 전력을 공급할 수 있으며, 클로즈 루프로 운영되는 가공 배전계통과, 오픈 루프로 운영되는 지중 및 가공 배전계통은 고장 구간을 정확하게 구분하여 자동으로 분리한 후, 건전구간의 정전복구를 시행함으로써 전력 공급의 신뢰도 및 시스템의 안정성이 향상되는 효과를 가져온다.
배전자동화용 단말장치, 고장검출, 고장구간 자동 분리, 고장방향

Description

배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법{fault location automatic separation method of terminal for distributing automation}
본 발명은 배전선로에 고장이 발생한 경우 배전자동화용 단말장치로 고장을 검출하고, 고장방향을 판단하여 상기 고장방향 정보를 장치 간 1:1 통신으로 교환하여 고장구간을 판단하고, 자동으로 고장구간을 분리하는 방법에 관한 것이다.
최근에는 전력을 사용하는 부하가 정보통신의 발달과 더불어 마이크로 프로세서 기반의 제어장치 이용이 증가함에 따라 전력의 고품질 및 고신뢰도 공급에 대한 요구가 커지고 있는 실정이다.
이러한 요구에 부응하고자, 국내에도 배전자동화 시스템 도입으로 배전선로 상에 설치된 배전기기의 배전자동화용 단말장치로부터 상시 데이터를 수집하여 배전선로 감시 및 최적의 계통 운영에 이용되고, 배전선로에 고장이 발생되면, 설치된 각 지점의 배전자동화용 단말장치는 고장 발생 유무를 판단하는 고장 검출 기능을 수행한다.
여기서 제공하는 고장검출 정보를 기반으로 배전선로의 고장 구간을 판단하여 분리하고, 인근 배전선로를 통한 부하 융통으로 건전구간의 정전복구를 시키는 방법으로 전력 공급의 신뢰도 및 정전 시간 단축에 많은 발전이 이루어졌다.
하지만, 배전자동화 시스템 운영으로 정전시간은 단축되었지만, 현재 운영되고 있는 오픈 루프(Open-Loop) 배전계통에서는 고장이 발생하면 기존의 배전기기는 단순 차단방식으로 여전히 불필요한 광역정전이 발생하고 있고, 해당 배전기기의 배전자동화용 단말장치에 의한 고장구간 판단, 분리, 및 정전 복구 조작시간에 의해 고장이 발생하지 않은 건전구간에서도 길게는 수분의 정전시간이 발생하고 있다.
그리고, 상기의 불가피한 건전구간의 정전을 해결하기 위해 클로즈 루프(Closed-Loop) 배전계통 도입을 계획하고 있고 배전계통에 분산전원의 연계가 늘고 있는 시점에서 기존 장치에 고장방향 요소가 없기 때문에 배전기기의 오동작 유발 및 불필요한 고장검출 정보 발생 등으로 인하여 고장구간 판단에 어려움이 발생한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배전선로에서 고장이 발생하였을 때 배전자동화용 단말장치에서 고장검출 및 고장방향을 판단하여 인접하는 배전자동화용 단말장치 간 1:1 초고속 통신을 통해 고장방향 정보를 교환함으로써 고장구간을 판단하고, 상기 고장구간에 인접해 있는 배전기기를 신속하게 작동하여 고장구간을 자동으로 분리하여 지중배전 계통의 클로즈 루프에서는 건전구간에 무정전으로 전력을 공급하여 전력공급의 신뢰도를 향상시키고, 그 외의 지중배전 계통의 오픈 루프, 가공 배전 계통의 클로즈 루프 및 오픈 루프에서는 자동으로 고장구간을 분리하여 건전구간의 정전을 복구하여 전력 시스템의 안정성을 향상시키는 고장구간 자동 분리 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법은 인접하는 배전자동화용 단말장치 간 초고속 1:1 통신을 통해 각각의 배전자동화용 단말장치에서 취득한 고장방향 정보를 교환하여 고장구간에 해당하는 배전기기를 작동시켜 고장구간을 분리함으로써 건전구간의 무정전 전력공급, 정전 복구 시간 단축, 및 건전구간의 정전 복구 시 휴먼 장애 방지 등의 효과를 가져올 수 있습니다.
본 발명은 다수의 배전자동화용 단말장치가 연결되는 배전선로에서 고장이 발생하면, 상기 고장이 발생한 구간을 판단하여 분리하는 방법에 관한 것으로, 배전기기를 통해 전압과 전류를 계측하여 고장을 검출하는 1단계를 포함하고, 상기 고장이 검출되면, 상기 계측된 전압과 전류를 통해 영상분 전압, 영상분 전류, 정상분 전압, 및 정상분 전류를 계산하여 고장방향을 판단하는 2단계를 포함하며, 인접하는 배전자동화용 단말장치와 1:1 통신을 통해 상기 인접하는 배전자동화용 단말장치의 고장방향을 수신하는 3단계를 포함한다. 그리고, 상기 2단계에서 판단된 고장방향과 상기 제 3단계에서 수신된 고장방향을 비교하여 배전선로의 고장 구간을 판단하는 4단계를 포함하며, 상기 고장 구간의 인접한 두 개의 배전자동화용 단말장치의 배전기기를 작동하여 상기 고장구간을 분리하는 5단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 고장은 상(A,B,C) 고장과 지락(N상) 고장을 포함하며, 두 고장은 서로 별도로 처리할 수 있다. 상기 고장 중 상(A,B,C) 고장일 경우에는 정상분 전압과 정상분 전류의 크기가 설정값 이상인지 판단하는 단계 및 상기 설정값 이상일 경우, 상기 정상분 전압의 위상을 기준으로 정상분 전류의 위상의 차이를 비교하여 고장방향을 판단하는 단계를 포함하며, 지락(N상) 고장일 경우에는 영상분 전압의 크기가 설정값 이상인지 판단하는 단계 및 상기 설정값 이상일 경우, 상기 영상분 전압의 위상을 기준으로 상기 위상분 전류의 위상의 차이를 비교하여 고장방향을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 이때 기준 전압의 위상과 전류의 위상 차이가 -90 °~ +90°범위에 존재하면 고장방향을 정방향으로 판단하고, 존재하지 않으면 역방향으로 판단할 수 있다.
만약, 상 고장방향과 지락 고장방향이 다를 경우에는 정상분을 이용하는 상 고장방향으로 배전자동화용 단말장치의 고장방향을 판단할 수 있다.
본 발명에서 상기 고장 구간을 판단하는 4단계에서 상기 2단계에서 판단된 고장방향과 제 3단계에서 수신된 고장방향 정보를 이용하여 상기 배전자동화용 단말장치와 인접하는 배전자동화용 단말장치 사이의 구간을 고장구간으로 판단할 수 있으며, 상기 배전자동화용 단말장치가 변전소로부터 직접 전력을 공급받는 배전기기와 연계되어 있을 경우 상기 배전자동화용 단말장치의 고장방향 정보에 의해 상기 변전소와 상기 배전자동화용 단말장치 사이 구간을 고장구간으로 판단할 수 있다.
그리고, 상기 3단계에서 인접하는 배전자동화용 단말장치로부터 고장방향이 수신되지 않을 경우, 상기 배전자동화용 단말장치와 상기 인접하는 배전자동화용 단말장치의 구간을 고장구간으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 2단계 및 상기 3단계의 고장방향이 모두 역방향이고, 배전자동화용 단말장치의 부하연계회로에서 역방향 판단 또는 고장전류가 흐르지 않을 경우, 배전기기 내부 고장으로 판단하여 상기 배전기기의 모든 회로를 작동시켜 배전 선로로부터 상기 배전기기를 분리할 수 있다.
본 발명에서 상기 고장구간을 분리하는 5단계에 있어서, 상기 고장구간이 자동으로 분리된 후, 소정 시간 동안 고장이 제거되지 않으면 배전기기의 모든 회로를 작동하고, 작동 실패 정보를 인접 배전자동화용 단말장치로 제공하여 후비보호를 할 수 있다.
본 발명에 의하면 배전자동화용 단말장치 사이의 1:1 통신을 사용하여 방향성 고장 검출 기능으로 신속하게 고장구간을 판단하고, 변전소의 차단기와 보호협조가 가능한 시간 내에 고장구간을 자동으로 분리함으로써 신뢰성 있는 전력공급이 가능한 효과가 있다.
또한, 배전자동화용 단말장치 간 상호 1:1 통신상태를 확인하여 상시 통신망 체크가 가능하며, 이에 따라 배전자동화용 시스템의 안정성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명은 기출원된 "배전자동화용 단말장치 및 그의 고장전류 보호협조 방법(출원번호 10-2007-0107290)"을 기반으로 하여 배전자동화용 단말장치가 연결된 배전선로에 고장이 발생하였을 때 각각의 배전자동화용 단말장치 간의 1:1 초고속 통신을 사용하여 빠르고 정확하게 고장구간을 인지하고 배전계통의 방식(지중 오픈 루프 방식, 가공 오픈루프 방식, 지중 클로즈 루프 방식, 및 가공 클로즈 루프 방식)에 따라 차별적으로 고장구간을 자동으로 분리하는 방법을 나타낸다.
그리고, 배전자동화용 단말장치는 차단기, 리클로저(Recloser), 개폐기 등과 연계하여 고장구간 자동 분리를 수행할 수 있는 장치의 대표 용어를 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 배전자동화용 단말장치(100)는 메인모듈(MCU, 110), 아날로그 입력 모듈(AIU, 120), 유저 인터페이스 모듈(HMI, 130), 1:1 통신모듈(140), 및 전원모듈(PSU,150)을 포함한다.
메인모듈(110)은 배전자동화용 단말장치의 전반전인 기능을 수용하고, 아날로그 입력 모듈(120)은 배전기기를 통해 배전선로의 전압, 전류 신호를 수신하며, 1:1 통신모듈(140)을 통해 고장방향 판단 정보를 교환하여 고장구간을 판단한다.
좀더 자세하게, 메인 모듈(110)은 아날로그 입력 모듈(120)로부터 수신되는 전류를 통해 배전선로의 고장을 검출하고, 수신되는 전압과 전류의 정상분과 영상분을 계산한다. 그리고, 전압과 전류의 정상분과 영상분의 위상을 비교하여 고장방향을 판단하고, 1:1 통신모듈(140)을 매개로 인접 배전자동화용 단말장치와 고장방향 정보를 교환한다.
또한, 메인 모듈(110)은 1:1 통신모듈(140)에 의해 수신된 인접 배전기기의 배전자동화용 단말장치의 고장방향과 자신의 고장방향을 비교하여 배전기기(200) 작동 명령을 수행하여 고장구간을 분리한다.
이때, 배전기기(200)는 배전선로에 설치되며 차단기, 리크로저, 및 개폐기 등을 포함하며, 배전선로의 전압, 전류를 배전자동화용 단말장치에 제공하고, 고장 발생 시 고장구간을 분리시키는 역할을 한다.
아날로그 입력 모듈(120)은 배전기기를 통해서 배전선로에 대한 전압, 전류의 아날로그 신호를 수신한다.
1:1 통신모듈(140)은 인접하는 배전자동화용 단말장치 사이의 1:1 통신을 가능하도록 하며, 배전선로에 고장이 발생하면 1:1 통신을 통해 고장방향 정보를 서로 교환한다.
유저 인터페이스 모듈(130)은 사용자가 현장에서 배전자동화용 단말장치(100)를 조작하고, 현재 배전자동화용 단말장치(100)의 운전 환경 및 배전선로의 상태를 확인할 수 있도록 디스플레이 화면 및 다수의 조작 버튼을 포함한다.
전원모듈(150)은 디지털 인터페이스(공통적인 상태신호 및 제어신호 등)를 입출력할 수 있도록 포트를 구비하며, 배전자동화용 단말장치(100)를 구성하는 전 체 모듈에 필요한 전원을 공급한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 전압과 전류를 계측하는 단계(S200)는 배전자동화용 단말장치의 아날로그 입력 모듈로 수신되는 전압과 전류를 계측한다.
고장을 검출하는 단계(S210)는 S200단계에서 계측된 전압이 활선이 되는 시점으로부터 돌입대비 시간 및 돌입 배수를 고려한 후, 전류의 크기로 고장을 검출한다. 이하, 고장을 검출하는 방법은 하기의 도 3을 통해 자세하게 살펴볼 수 있다.
고장방향을 판단하는 단계(S220)는 S210단계에서 고장이 검출되면, S200단계에서 계측된 아날로그 전압과 전류를 이용하여 연산한 전압, 전류의 영상분과 정상분의 위상을 비교하여 고장방향을 판단한다.
좀더 자세하게, 상(A,B,C) 고장이 검출되면 정상분 전압(V1)과 정상분 전류(I1)의 위상을 비교하여 고장방향을 판단하고, N(지락)상 고장이 검출되면 영상분 전압(V0)과 영상분 전류(Io)의 위상을 비교하여 고장방향을 판단하고 두 방향 판단 정보를 비교하여 고장방향 판단에 대한 신뢰도를 향상시킨다. 이하, 고장방향을 판단하는 방법은 하기의 도 4를 참조할 수 있다.
고장구간을 판단하는 단계(S230)는 고장을 경험한 인접한 배전자동화용 단말 장치 간의 고장방향 정보를 교환하여 고장 구간을 판단한다.
좀더 자세하게, 배전선로에 고장을 경험한 배전자동화용 단말장치(100)와 인접하는 배전자동화용 단말장치는 서로 1:1 초고속 통신으로 고장방향 판단 정보를 교환하며, 각 배전 계통(하기의 총 네 가지 방법)에 따라 고장구간 판단이 달리질 수 있다.
첫째, 클로즈 루프 지중 배전계통의 경우 배전자동화용 단말장치(100)의 고장방향이 정방향이고, 인접하는 배전자동화용 단말장치로부터 수신된 고장방향도 정방향을 나타내면, 그 사이 구간을 고장구간으로 판단한다.
그리고, 변전소에 인접해 있는 배전자동화용 단말장치(100)의 경우에는 고장방향을 정방향으로 판단하면 그 사이 구간을 고장구간으로 판단하고, 배전자동화용 단말장치(100)가 고장방향을 정방향으로 판단하고 통신이상 등으로 인접하는 배전자동화용 단말장치로부터 임의의 설정시간 동안 정보를 수신하지 못할 경우에는 그 사이 구간을 고장 구간으로 판단한다.
또한, 배전기기의 연계회로에서 고장방향을 모두 역방향으로 판단하고, 부하연계회로에서 역방향 판단하거나, 고장전류가 흐르지 않을 경우에는 배전기기 내부 고장으로 판단하여 해당 배전기기의 모든 회로를 작동시켜 기기 내부 고장을 분리시킬 수있다.
게다가, 배전기기를 작동시켜야 하는 조건에서 임의의 시간 내에 고장이 제거되지 않을 경우에는 다음 단계(S250)에서 배전기기 작동 실패로 간주하여 해당 배전기기의 모든 회로를 모두 작동시키며, 작동 실패 정보를 인접 배전자동화용 단 말장치에 제공하여 후비보호를 할 수 있도록 한다.
둘째, 오픈 루프 지중 배전계통의 경우 배전자동화용 단말장치(100)의 고장방향이 정방향이고, 인접하는 배전자동화용 단말장치로부터 수신한 고장방향 관련 데이터에 고장방향 정보가 없을경우 그 사이 구간을 고장방향으로 판단한다.
그리고, 배전자동화용 단말장치(100)가 고장방향을 정방향으로 판단하고 통신 이상 등으로 인접하는 배전자동화용 단말장치로부터 임의의 설정시간 동안 정보를 수신하지 못할 경우에도 그 사이 구간을 고장방향으로 판단할 수 있다.
셋째, 클로즈 루프 가공 배전계통의 경우 배전자동화용 단말장치(100)의 고장방향이 정방향이고, 인접하는 배전자동화용 단말장치로부터 수신한 고장방향이 역방향을 나타내면, 그 사이 구간을 고장구간으로 판단한다.
그리고, 변전소에 인접해 있는 배전기기의 배전자동화용 단말장치(100)는 고장 방향이 역방향으로 판단되면 그 사이 구간을 고장구간으로 판단하고, 배전자동화용 단말장치(100)가 고장방향을 정방향으로 판단하고 통신이상 등으로 인접하는 배전자동화용 단말장치로부터 임의의 설정시간 동안 정보를 수신하지 못할 경우, 그 사이 구간을 고장구간으로 판단한다.
넷째, 오픈 루프 가공 배전계통의 경우 배전자동화용 단말장치(100)의 고장방향이 정방향이고, 인접하는 배전자동화용 단말장치로부터 수신한 고장방향 관련 데이터에 고장 방향 정보가 없을 경우, 그 사이 구간을 고장 구간으로 판단한다.
그리고, 배전자동화용 단말장치(100)가 고장방향을 정방향으로 판단하고 통신이상 등으로 인접하는 배전자동화용 단말장치로부터 임의의 설정시간 동안 정보 를 수신하지 못할 경우, 그 사이 구간을 고장 구간으로 판단한다.
고장구간을 자동으로 분리하는 단계(S240)는 S230단계에서 고장구간으로 판단된 구간의 인접 배전기기를 작동시켜 고장구간을 전체 배전계통에서 분리하며, 클로즈 루프로 운영되는 가공 배전계통 및 오픈루프로 운영되는 가공, 지중 배전계통은 자동으로 해당 배전기기를 작동시켜 고장구간 분리 및 건전구간 정전복구를 신속하게 작동한다.
고장 정보를 제공하는 단계(S250)는 S240단계에서 배전선로의 고장구간을 분리 또는 건건구간의 정전복구 정보를 중앙제어장치로 전송함으로써 시스템 운영자가 고장구간을 인지하고 고장을 복구할 수 있는 정보를 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치의 고장을 검출하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
일반적으로 배전선로의 고장은 돌입상황 시 고장과 평상시 고장으로 구분되며, 돌입상황은 배전선로의 전압이 한 상이라도 활선이 되는 시점부터 설정 돌입시간까지를 나타내고, 평상시 상황은 배전선로의 전압이 활선이 되는 시점을 기준으로 설정 돌입시간 이후부터이다.
도 3를 참조하면, 배전자동화용 단말장치에서 배전선로의 전류와 전압을 계측한 후(S3000), 돌입상황을 판단하기 위하여 전원측과 부하측이 활선이 되는 시점을 계측한다(S3100).
S3100단계에서 전원측과 부하측이 활선이 되면, 돌입대비 시간이 초과했는지 를 판단하여(S3200), 돌입대비 시간이 초과하였을 경우에는 전류의 크기가 고장을 판단하기 위한 설정값을 초과하고, 고장전류가 일정시간 이상 유지되었는지를 판단한다(S3211).
그리고, S3211 단계에서 전류의 크기가 고장을 판단하기 위한 설정 값을 초과하였을 경우에는 고장유지 시간을 초과했는지 판단하고(S3300), 초과하지 않았을 경우에는 S3200단계로 복귀한다.
S3200 단계에서 돌입대비 시간을 초과하였을 경우에는 전류의 크기가 "고장판단 설정 값 × 설정 돌입 배수"를 초과하는지 판단하여, 초과하지 않을 경우에는 S3200단계로 돌아가고, 초과하지 않을 경우에는 고장유지 시간이 초과했는지 판단한다(S3300).
S3300 단계에서 고장유지 시간을 초과하였을 경우에는 고장이 발생한 것으로 판단하여 고장을 검출(S3400)하고, 시간을 초과하지 않았을 경우에는 S3200단계로 돌아간다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치의 고장 방향 판단을 나타낸 흐름도로서, 방향성 고장검출 기능을 가능하도록 하여 신속한 고장 구간 분리를 가능하게 한다.
도 4를 참조하면, 도 3에 의해 검출된 고장정보를 상(A,B,C) 고장과 N(지락)상 고장으로 분리하여(S3410, 3420), 상고장(S3410)일 경우에는 정상분 전압(V1)과 정상분 전류(I1)의 크기가 설정값보다 큰지 비교한다(S3412).
S3412 단계에서 정상분 전압(V1)과 정상분 전류(I1)의 크기가 설정값보다 크지 않으면 방향 판단을 하지 않으며(S3500), 설정값보다 크면 정상분 전압(V1)의 위상과 정상분 전류(I1)의 위상을 비교하여 일정범위를 벗어나는지 판단한다(S3414).
이 때, 위상차의 일정범위는 기준 정상분 전압(V1)과 정상분 전류(I1)의 위상이 -90°~ +90°사이에 존재하는지 여부를 판단하는 것으로, 상기 범위 안에 존재하면 정방향으로 판단하고(S3600), 상기 범위를 벗어나면 역방향으로 판단한다(S3700).
도 3에 의해 검출된 고장정보가 N(지락)상 고장일 경우에는(S3420), 영상분 전압(V0)의 크기가 설정값보다 큰지 비교한다(S3422).
S3422 단계에서 영상분 전압(VO)이 설정값보다 작을 경우에는 방향판단을 하지 않으며(S3500), 영상분 전압(VO)이 설정값보다 클 경우 영상분 전압(VO)의 위상과 영상분 전류(IO)의 위상을 비교하여 일정범위를 벗어나는지 판단한다(S3424).
이 때, 위상차의 일정범위는 기준 영상분 전압(VO)과 영상분 전류(IO)의 위상이 -90°~ +90°사이에 존재하는지 여부를 판단하는 것으로, 상기 범위 안에 존재하면 정방향으로 판단하고(S3600), 상기 범위를 벗어나면 역방향으로 판단한다(S3700).
그리고, 만약 상 고장 검출과 지락 고장검출의 고장방향 정보가 다르게 나타나면 정상분에 의한 정보를 신뢰하며, 두 고장방향 정보 중 하나의 정보가 없으면 존재하는 정보를 이용하여 고장 방향을 판단할 수 있다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치가 설치된 클로즈 루프(Closed-Loop) 방식의 배전계통에 따른 고장구간 분리 방법을 나타낸 도면이다.
도 5a를 참조하면, 지중배전계통으로 변전소에서 공급되는 전력이 클로즈 루프(Closed-Loop) 방식의 배전계통을 통해 각각의 배전기기를 거쳐 부하로 전달되고, 각 배전기기의 배전자동화용 단말장치(#1~#5)를 통해 배전선로를 감시하고 있으며, #1과 #2 사이의 배전선로에 고장이 발생한 경우를 나타내다.
도면에 한정되는 것은 아니나, 각각의 배전자동화용 단말장치(#1 ~ #5)을 총 4회로로 구성하면 다음과 같다.
단말장치 #1과 인터페이스된 배전기기를 기준으로 S/S가 연결된 측부터 시계방향으로 배전선로에 연계된 1회로, 부하(Load)에 연계된 2회로와 3회로, 배전선로에 연계된 4회로로 구성할 수 있다.
단말장치 #2와 인터페이스된 배전기기를 기준으로 단말장치#1이 연결된 측부터 시계방향으로 배전선로에 연계된 1회로, 부하(Load)에 연계된 2회로와 3회로, 배전선로에 연계된 4회로로 구성할 수 있다.
단말장치 #3과 인터페이스된 배전기기를 기준으로 단말장치#2가 연결된 측부터 시계방향으로 배전선로에 연계된 1회로, 부하(Load)에 연계된 2회로와 3회로, 배전선로에 연계된 4회로로 구성할 수 있다.
단말장치 #4와 인터페이스된 배전기기를 기준으로 단말장치#3이 연결된 측부터 시계방향으로 배전선로에 연계된 1회로, 부하(Load)에 연계된 2회로와 3회로, 배전선로에 연계된 4회로로 구성할 수 있다.
단말장치 #5와 인터페이스된 배전기기를 기준으로 단말장치#4가 연결된 측부터 시계방향으로 배전선로에 연계된 1회로, 부하(Load)에 연계된 2회로와 3회로, 배전선로에 연계된 4회로로 구성할 수 있다.
그리고, 도 5b를 참조하면, 가공 배전계통으로 변전소에서 공급되는 전력이 클로즈 루프(Closed-Loop) 방식의 배전계통을 통해 부하로 전달되고, 각각의 배전기기의 배전자동화용 단말장치(#1~#5)를 통해 배전선로를 감시하며, #1과 #2 사이의 배전선로에 고장이 발생한 경우를 나타내다.
고장구간을 분리하는 방법에 대하여 도 5a 및 도 5b를 참조하여 좀더 자세하게 살펴보면, #1과 #2 사이의 배전선로에 고장이 발생한 경우, 고장전류는 #1과 #2 사이의 고장지점으로 유입되고, 이로 인해 #1의 1회로의 고장방향은 역방향을 나타내고, #1의 4회로의 고장방향은 정방향을 나타낸다.
#2의 1회로의 고장방향은 정방향을 나타내고, 4회로의 고장방향은 역방향을 나타낸다.
#3의 1회로의 고장방향은 정방향을 나타내고, 4회로의 고장방향은 역방향을 나타낸다.
#4의 1회로의 고장방향은 정방향을 나타내고, 4회로의 고장방향은 역방향을 나타낸다.
#5의 1회로의 고장방향은 정방향을 나타내고, 4회로의 고장방향은 역방향을 나타낸다.
상기에서와 같이 #1 ~ #5의 배전선로 연계회로인 1,4회로의 고장방향을 보면, 인접하는 배전자동화용 단말장치의 인접하는 회로의 고장방향이 모두 정방향인 것은 #1의 4회로와 #2의 1회로인 것을 인해 #1과 #2 사이에 고장이 발생한 것을 알 수 있다.
도 5b의 경우, #1과 #2 사이의 배전선로에 고장이 발생한 경우, 고장전류는 #1과 #2 사이의 고장지점으로 유입되고, 이로 인해 #1의 고장방향은 정방향을 나타내고, #2 ~ #5의 고장방향은 역방향을 나타낸다.
이와 같이 #1 ~ #5의 고장방향이 인접하는 배전자동화용 단말장치와 다른 경우는 #1과 #2로 #1과 #2 사이에 고장이 발생한 것을 알 수 있다.
그리고, 고장을 검출한 모든 배전자동화용 단말장치는 인접한 배전자동화용 단말장치와 1:1 통신을 통해 고장방향을 교환하여 고장구간을 판단할 수 있으며, 고장 구간으로 판단되면 배전기기 및 배전기기의 해당회로를 자동으로 작동시켜 배전선로와의 연결을 차단하여 고장구간을 분리할 수 있다.
이에 따라 도 5a에서와 같이 지중배전계통의 클로즈 루프 방식에서는 고장구간을 제외한 건전구간을 무정전으로 전력을 공급할 수 있으며, 도 5b와 같이 가공 배전계통의 클로즈 루프 방식에서는 자동으로 고장구간을 분리하고 건전구간의 정전복구를 시행할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치가 설치된 오픈 루프(Open-Loop) 방식의 배전계통에 따른 고장구간 분리 방법을 나타낸 도면이다.
도 6a를 참조하면, 지중배전계통으로 변전소에서 공급되는 전력이 오픈 루프(Open-Loop) 방식의 배전계통을 통해 각각의 배전기기를 거쳐 부하로 전달되고, 각 배전기기의 배전자동화용 단말장치(#1~#4)를 통해 배전선로를 감시하고 있으며, #1과 #2 사이의 배전선로에 고장이 발생한 경우를 나타내다.
이때, 각각의 배전자동화용 단말장치(#1 ~ #4)는 도면에 한정되는 것은 아니나 총 4회로로 구성되면, 1회로와 4회로는 배전선로의 연계회로이고, 2회로와 3회로는 부하(Load) 연계회로로 구성할 수 있다.
그리고, 도 6b를 참조하면, 가공 배전계통으로 변전소에서 공급되는 전력이 오픈 루프(Open-Loop) 방식의 배전계통을 통해 부하로 전달되고 각각의 배전기기의 배전자동화용 단말장치(#1~6)를 통해 배전선로를 감시하며, #1과 #2 사이의 배전선로에 고장이 발생한 경우를 나타내다.
고장구간을 분리하는 방법에 대하여 도 6a 및 도 6b를 참조하여 좀더 자세하게 살펴보면, #1과 #2 사이의 배전선로에 고장이 발생한 경우, #1에서 #2에서 고장검출 및 고장방향 정보를 전송하고 #2는 이 정보를 받으면 #1에 고장검출을 안하고 고장방향이 없다는 정보를 전송한다.
이와 같이 오픈 루프 방식의 배전계통은 고장 검출한 배전자동화용 단말장치와 인접한 고장검출을 하지 않은 배전자동화용 단말장치와 고장방향 정보를 교환하여 고장구간을 판단할 수 있다.
좀 더 자세하게, 도 6a 및 도 6b의 오픈 루프 방식의 배전자동화용 단말장치(#1)는 고장검출 및 고장방향 정보가 있고, 배전자동화용 단말장치(#2)는 고장검출 및 고장방향 정보가 없는 경우 그 사이 고장구간을 판단할 수 있다.
이에 따라 지중배전계통의 오픈 루프 방식(도 6a)과 가공 배전계통의 오픈 루프 방식(도 6b) 모두 고장구간을 판단한 후, 자동으로 고장구간을 분리하고 건전구간의 정전복구를 시행할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법을 나타낸 흐름도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치의 고장을 검출하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치의 고장 방향 판단을 나타낸 흐름도.
도 5a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치가 설치된 배전계통에 따른 고장구간 분리 방법을 나타낸 도면.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치가 설치된 클로즈 루프(Closed-Loop) 방식의 배전계통에 따른 고장구간 분리 방법을 나타낸 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배전자동화용 단말장치가 설치된 오픈 루프(Open-Loop) 방식의 배전계통에 따른 고장구간 분리 방법을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 배전자동화용 단말장치 110 : 메인모듈
120 : 아날로그 입력 모듈 130 : 유저 인터페이스 모듈
130 : 통신모듈 150 : 전원모듈
200 : 차단기

Claims (11)

  1. 다수의 배전자동화용 단말장치가 연결되는 배전선로에서 고장이 발생하면, 상기 고장이 발생한 구간을 판단하여 분리하는 방법에 있어서,
    배전기기를 통해 전압과 전류를 계측하여 고장을 검출하는 1단계;
    상기 고장이 검출되면, 상기 계측된 전압과 전류를 통해 영상분 전압, 영상분 전류, 정상분 전압, 및 정상분 전류의 크기와 위상을 계산하여 고장방향을 판단하는 2단계;
    인접하는 배전자동화용 단말장치와 1:1 통신을 통해 상기 인접하는 배전자동화용 단말장치의 고장방향을 수신하는 3단계;
    상기 2단계에서 판단된 고장방향과 상기 3단계에서 수신된 고장방향을 비교하여 배전선로의 고장 구간을 판단하는 4단계; 및
    상기 고장 구간의 인접한 두 개의 배전자동화용 단말장치의 배전기기를 작동하여 상기 고장구간을 분리하는 5단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고장을 검출하는 1단계에 있어서,
    상기 고장은 상(A,B,C) 고장과 지락(N상) 고장을 포함하는 것을 특징으로 하는 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 고장이 상(A,B,C) 고장일 경우
    상기 정상분 전압과 정상분 전류의 크기가 설정값 이상인지 판단하는 단계; 및
    상기 설정값 이상일 경우, 상기 정상분 전압의 위상과 상기 정상분 전류의 위상의 차이를 비교하여 고장방향을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 고장이 지락고장일 경우
    상기 영상분 전압의 크기가 설정값 이상인지 판단하는 단계; 및
    상기 설정값 이상일 경우, 상기 영상분 전압의 위상과 상기 영상분 전류의 위상의 차이를 비교하여 고장방향을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 고장이 상(A,B,C) 고장일 경우 상기 정상분 전압과 정상분 전류의 크기가 설정값 이상인지 판단하는 단계; 상기 상 고장에 의한 설정값 이상일 경우, 상기 정상분의 전압의 위상과 상기 정상분 전류의 위상 차이가 -90° ~ +90°범위에 존재하면 고장방향을 정방향으로 판단하는 단계; 및
    상기 고장이 지락 고장일 경우 상기 영상분 전압의 크기가 설정값 이상인지 판단하는 단계; 상기 지락 고장에 의한 설정값 이상일 경우, 상기 영상분의 전압의 위상과 상기 영상분 전류의 위상 차이가 -90° ~ +90°범위에 존재하면 고장방향을 정방향으로 판단하는 단계;
    를 포함하는 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 상 고장방향과 지락 고장방향이 다를 경우 상 고장방향을 고장방향으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 고장 구간을 판단하는 4단계에서,
    상기 2단계에서 상기 배전자동화용 단말장치가 판단한 고장방향이 정방향이고, 제 3단계에서 인접하는 배전자동화용 단말장치에서 수신한 고장방향이 정방향일 경우 그 사이 구간을 고장구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 고장 구간을 판단하는 4단계에서,
    상기 배전자동화용 단말장치가 변전소로부터 직접 전력을 공급받는 배전기기와 연계되어 있을 경우, 상기 배전자동화용 단말장치의 고장방향이 정방향이면 상기 변전소와 상기 배전자동화용 단말장치 사이 구간을 고장구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 고장 구간을 판단하는 4단계에서
    상기 배전자동화용 단말장치의 고장방향이 정방향일 때, 상기 3단계에서 인접하는 배전자동화용 단말장치로부터 고장방향이 수신되지 않을 경우, 상기 배전자동화용 단말장치와 인접하는 배전자동화용 단말장치 사이의 구간을 고장구간으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 고장방향을 판단하는 2단계에서 배전자동화용 단말장치의 선로 연계회로의 고장방향이 모두 역방향이고, 부하연계회로에서 역방향 판단 또는 고장전류가 흐르지 않을 경우, 배전기기 내부 고장으로 판단하여 상기 배전기기의 모든 회로를 작동시켜 배전 선로로부터 상기 배전기기를 분리하는 것을 특징으로 하는 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 고장구간을 분리하는 5단계에 있어서, 상기 고장구간이 자동으로 분리된 후, 소정 시간 동안 고장이 제거되지 않으면 배전기기의 모든 회로를 작동하고, 작동 실패 정보를 인접 배전자동화용 단말장치로 제공하는 것을 특징으로 하는 배전자동화용 단말장치의 고장구간 자동 분리 방법.
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