KR101108306B1 - 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변압기용 압력 계전기의 진동 측정을 통해 고진동에 의한 압력 계전기의 오작동이 방지될 수 있도록 함으로써 변압기의 운행정지 상황이 방지될 수 있도록 한 새로운 형태의 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치 및 이를 이용한 고진동 판별을 위한 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 외함 및 이 외함에 돌출 설치되는 압력 계전기를 가지는 변압기에 있어서, 상기 외함에 설치되면서 상기 외함에 대한 진동을 각각 측정하는 복수의 외함 진동 측정용 센서; 상기 압력 계전기에 설치되면서 상기 압력 계전기에서 발생되는 각종 진동을 측정하는 복수의 계전기 진동 측정용 센서; 상기 각 외함 진동 측정용 센서 및 각 계전기 진동 측정용 센서에 의해 측정된 진동 데이터를 제공받아 주파수 영역의 데이터로 변환하는 신호분석기; 상기 신호분석기를 통해 변환된 주파수 영역의 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치가 제공된다.
변압기, 압력 계전기, 진동 측정, 센서, 고진동

Description

변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치 및 이의 제어 방법{vibrometer of suddenpressure relay in power transformer and controlling method thereof}
본 발명은 변압기용 압력 계전기의 진동 측정을 통해 고진동에 의한 압력 계전기의 오작동이 방지될 수 있도록 함으로써 변압기의 운행정지 상황이 방지될 수 있도록 한 새로운 형태의 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치 및 이를 이용한 고진동 판단 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전력용 변압기(power transformer)는 교류전압을 승압하거나 강압을 통한 송배전으로 산업설비나 공장 혹은, 가정에 필요한 전력을 공급하는 용도로 사용된다.
특히, 원자력 발전소에 사용되는 주 변압기의 경우 바런소에서 생산된 전력을 계통에 공급하는 중요한 기기로써 높은 신뢰성이 요구되는 장비이며, 이에 따라 종래에는 변압기 외함의 진동을 측정함으로써, 변압기에 대한 동작 안정성이 확보될 수 있도록 하고 있다.
또한, 상기한 변압기의 외함에는 복수의 압력 계전기가 설치된다. 이때, 상기한 압력 계전기는 변압기 내의 압력 상승에 따른 내부 결함을 미연에 감지하여 대처될 수 있도록 하는 기기이다.
그러나, 상기한 변압기에 설치되는 압력 계전기의 경우 상기 변압기 외함에 외팔보 구조로 설치됨을 고려할 때 단순히 변압기 외함의 진동 측정만 수행하여서는 상기한 압력 계전기와 같은 국부적인 부분의 진동 문제는 평가할 수 없다는 단점을 가진다.
즉, 상기한 압력 계전기는 진동에 민감함에 따라 변압기로부터 제공되는 진동에 의해 오작동이 발생될 수 있고, 이러한 압력 계전기의 오작동에 의해 변압기의 원치않는 운전 중단이 발생될 수 있음을 고려할 때 상기 압력 계전기의 진동 여부도 정확히 파악할 수 있어야 하고, 이러한 진동의 원인이 변압기 외함인지 혹은, 압력 계전기인지를 정확히 파악할 수 있어야만 하지만, 기존의 진동 측정 구조로는 이러한 압력 계전기의 진동 여부 및 원인을 파악할 수 없었던 것이다.
본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 변압기 외함에 설치되는 압력 계전기의 진동 확인 및 이 압력 계전기가 설치된 부위에 대한 진동 확인을 통해 진동의 원인을 정확히 확인할 수 있도록 하고, 특히 상기 압력 계전기의 주요 진동 모드에 대한 확인이 가능하도록 함으로써 고진동에 의한 압력 계전기의 오작동이 방지될 수 있도록 한 새로운 형태의 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치 및 이의 제어방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치에 따르면 외함 및 이 외함에 돌출 설치되는 압력 계전기를 가지는 변압기에 있어서, 상기 외함에 설치되면서 상기 외함에 대한 진동을 각각 측정하는 복수의 외함 진동 측정용 센서; 상기 압력 계전기에 설치되면서 상기 압력 계전기에서 발생되는 각종 진동을 측정하는 복수의 계전기 진동 측정용 센서; 상기 각 외함 진동 측정용 센서 및 각 계전기 진동 측정용 센서에 의해 측정된 진동 데이터를 제공받아 주파수 영역의 데이터로 변환하는 신호분석기; 상기 신호분석기를 통해 변환된 주파수 영역의 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 외함 진동 측정용 센서는 상기 외함의 각 부위 중 압력 계전기 가 설치되는 부위를 중심으로 그 인접된 둘레측 부위를 따라 각각 설치됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 계전기 진동 측정용 센서는 상기 압력 계전기의 각 부위 중 상기 외함과 연결되는 부위의 둘레면 및 상기 압력 계전기의 외측 끝단의 둘레면에 각각 설치됨을 특징으로 한다.
이와 함께, 상기 각 계전기 진동 측정용 센서는 상기 각 부위의 둘레면 중에서 상면 및 저면 중 어느 한 곳과, 좌측 및 우측 중 어느 한 곳에 각각 설치됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 계전기 진동 측정용 센서는 상기 압력 계전기의 끝단 외벽면에 더 설치됨을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치의 제어 방법에 따르면 변압기의 동작이 진행될 경우 각 외함 진동 측정용 센서 및 각 계전기 진동 측정용 센서로부터 각각의 설치 부위에 대한 진동을 측정하는 진동 측정단계; 상기 진동 측정단계를 통해 측정된 진동 데이터를 제공받아 신호분석기를 통해 주파수 영역의 데이터로 변환하는 데이터 변환단계; 상기 변환된 데이터를 분석하여 진동 모드를 확인하고, 이를 토대로 고진동의 원인을 판단하는 진동 판단단계; 상기 진동 판단단계를 통해 판단된 결과를 통지하는 결과 통지단계:가 포함되어 순차적으로 진행됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 진동 판단단계는 각 센서들로부터 측정된 진동량이 정상 범위의 진동량을 초과하게 될 경우 고진동으로 판단하는 과정과, 상기 고진동으로 판단 될 경우 각 외함 진동 측정용 센서들로부터 측정된 진동량 및 가진 주파수에 비해 각 계전기 진동 측정용 센서들을 통해 측정된 진동량 및 가진 주파수가 상대적으로 높은지 여부를 비교하여 상기 각 외함 진동 측정용 센서들로부터 측정된 진동량 및 가진 주파수에 비해 각 계전기 진동 측정용 센서들을 통해 측정된 진동량 및 가진 주파수가 상대적으로 높을 경우 상기 압력 계전기를 고진동의 원인으로 판단하고, 상기 각 외함 진동 측정용 센서들로부터 측정된 진동량 및 가진 주파수가 각 계전기 진동 측정용 센서들을 통해 측정된 진동량 및 가진 주파수와 유사 범위에 속할 경우에는 변압기를 고진동의 원인으로 판단하는 과정으로 진행됨을 특징으로 한다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치 및 이를 이용한 제어 방법은 변압기의 동작 중 고진동에 의한 압력 계전기의 오작동을 미연에 방지할 수 있다는 효과를 가진다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치 및 이를 이용한 제어 방법은 변압기에 대한 신뢰성 테스트나 변압기 및/혹은, 압력 계전기에 대한 설계시 전술된 제어 방법을 통해 고진동의 원인을 미연에 확인하고, 이렇게 확인된 정보를 토대로 고진동이 회피될 수 있도록 설계하는데 사용될 수도 있다는 효과를 추가로 가진다.
이하, 본 발명의 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치 및 그 제어 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
설명에 앞서, 본 발명에 따른 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치는 외함(100) 및 이 외함(100)에 돌출 설치되는 압력 계전기(200)를 가지는 변압기의 진동을 측정하기 위한 장치이며, 특히 상기 압력 계전기(200)에 영향을 미치는 진동의 측정을 위한 장치이다.
이때, 상기 외함(100)에는 상기 압력 계전기(200)의 설치를 위한 설치 플랜지(110)가 형성되며, 상기 압력 계전기(200)는 상기 설치 플랜지(110)에 외팔보 구조로 설치된다.
첨부된 도 1 및 도 4와 같이 본 발명의 실시예에 따른 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치는 크게 외함 진동 측정용 센서(310)와, 계전기 진동 측정용 센서(320)와, 신호분석기(330)와 디스플레이부(340)를 포함하여 구성된다.
이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 외함 진동 측정용 센서(310)는 변압기의 외함(100)에 설치되면서 상기 외함(100)에 대한 진동을 측정하기 위한 가속도 센서이다.
본 발명의 실시예에서는 상기한 외함 진동 측정용 센서(310)가 상기 외함(100)의 각 부위 중 설치 플랜지(110)가 형성된 부위를 중심으로 그 인접된 둘레측 부위를 따라 각각 설치되며, 더욱 구체적으로는 상기 설치 플랜지(110)를 중심으로 서로 대응되는 네 부위에 각각 설치됨을 제시한다. 물론, 상기 각 외함 진동 측정용 센서(310)는 상기 설치 플랜지(110)를 중심으로 서로 대응되는 두 부위 혹은, 세 부위에 각각 설치되도록 구성할 수도 있지만, 더욱 정확한 진동 원인에 대한 분석을 위해 네 부위에 설치됨이 가장 바람직하다. 이는, 첨부된 도 2에 도시한 바와 같다.
이때, 상기한 외함 진동 측정용 센서(310)는 통상의 변압기에 대한 진동 측정용 센서와는 별도로 제공되는 센서이다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 외함 진동 측정용 센서(310)는 압력 계전기(200)가 설치되는 설치 플랜지(110)에 최대한 인접하게 설치되도록 구성됨으로써 압력 계전기(200)에 직접적으로 영향을 미치는 진동의 측정하고, 이러한 진동이 상기 압력 계전기(200)로부터 발생되었는지 혹은, 변압기 외함(100)으로부터 발생되었는지를 판단할 수 있도록 제공되는 센서인 것이다.
다음으로, 상기 각 계전기 진동 측정용 센서(320)는 압력 계전기(200)의 외표면에 설치되면서 상기 압력 계전기(200)에서 발생되는 각종 진동을 측정하기 위한 가속도 센서이다.
본 발명의 실시예에서는 상기한 계전기 진동 측정용 센서(320)가 상기 압력 계전기(200)의 외표면 중 외함(100)의 설치 플랜지(110)와 연결되는 부위(이하, “결합부”라 함)(210)의 둘레면 및 상기 압력 계전기(200)의 외측 끝단(이하, “끝단부”라 함)(220) 둘레면에 각각 설치됨을 제시한다. 이는, 첨부된 도 3과 같다.
특히, 상기 각 계전기 진동 측정용 센서(320)는 상기 결합부(210)의 둘레면 중에서도 상면 및 저면 중 어느 한 곳에 설치되는 센서(321)와, 상기 결합부(210)의 둘레면 중에서도 좌측 및 우측 벽면 중 어느 한 곳에 설치되는 센서(322)와, 상기 끝단부(220)의 둘레면 중에서도 상면 및 저면 중 어느 한 곳에 설치되는 센서(323)와, 상기 끝단부(220)의 둘레면 중에서도 좌측 및 우측 벽면 중 어느 한 곳 에 설치되는 센서(324)로 구성됨을 제시한다.
상기한 계전기 진동 측정용 센서(320)의 설치 위치는 상기 압력 계전기(200)가 외팔보 구조로 외함(100)에 설치됨을 고려할 때 상기 압력 계전기(200)의 각 부위 중에서도 가장 진동이 크게 발생되는 부위에 대한 수평 및 수직 방향으로의 진동을 측정할 수 있도록 하기 위한 것이다. 즉, 진동 측정 위치를 수평과 수직으로 구분함에 따라 압력 계전기(200)가 고진동으로 판별될 경우의 주요 진동 모드에 대한 확인이 가능하도록 한 것이다.
다음으로, 상기 신호분석기(330)는 상기 각 외함 진동 측정용 센서(310) 및 각 계전기 진동 측정용 센서(320)에 의해 측정된 진동 데이터를 제공받아 주파수 영역의 데이터로 변환하는 일련의 구성이다.
상기한 신호분석기(330)는 A/D 변환기(331) 및 FFT(Fast Fourier Transformation) 변환기(332)로 구성됨으로써 각 센서(310,320)에 의해 측정된 진동에 대한 진동 모드가 확인될 수 있게 된다.
이때, 상기 A/D 변환기(331)는 각 센서(310,320)에 의해 검출된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 구성이고, 상기 FFT 변환기(332)는 웨이브 파형을 주파수별로 분리해주는 구성이다.
다음으로, 상기 디스플레이부(340)는 상기 신호분석기(330)를 통해 변환된 주파수 영역의 데이터를 디스플레이하는 일련의 구성으로써, 통상의 모니터가 될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 압력 계전기(200)를 이루는 끝단부(220)의 외 벽면에 별도의 계전기 진동 측정용 센서(325)가 더 설치됨을 추가로 제시한다.
이러한 구성은 상기 압력 계전기(200)의 축 방향(압력 계전기의 길이 방향)으로 제공되는 진동 역시 측정할 수 있도록 함으로써 진동 모드의 확인이 더욱 정확히 이루어질 수 있도록 한 것이다.
하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치를 이용하여 고진동을 판별하기 위한 제어 방법을 각 과정별로 설명하도록 한다.
먼저, 변압기가 운전되고 있는 상태에서 상기 변압기의 외함(100)에 설치된 각 외함 진동 측정용 센서(310)와 압력 계전기(200)에 설치된 각 계전기 진동 측정용 센서(320)에 의해 각 센서(310,320)들의 설치 부위에 대한 진동이 측정된다.
그리고, 상기한 일련의 과정을 통해 측정된 진동 데이터는 신호분석기(330)로 제공되며, 상기 신호분석기(330)에서는 상기 진동 데이터를 주파수 영역의 데이터로 각각 변환한다.
이후, 상기한 바와 같이 주파수 영역의 데이터로 변환된 데이터는 각 주파수 영역별 진동 모드의 그래프로써 디스플레이부(340)에 디스플레이된다.
또한, 전술한 일련의 과정이 진행되는 도중 신호분석기(330)를 통해 주파수 영역의 데이터로 변환된 데이터는 미리 프로그래밍된 프로그램(333)에 의해 고진동의 원인이 판단된다.
상기에서 프로그램(330)이라 함은 각 센서(310,320)들로부터 측정된 진동량이 정상 범위의 진동량(예컨대, 10㎜/s)을 초과하게 될 경우 고진동으로 판단하고, 상기 고진동으로 판단될 경우 각 외함 진동 측정용 센서(310)들로부터 측정된 진동량 및 가진 주파수와 각 계전기 진동 측정용 센서(320)들을 통해 측정된 진동량 및 가진 주파수와의 비교를 통해 고진동 원인이 압력 계전기(200)인지 변압기인지를 판단하도록 프로그래밍된 프로그램을 의미한다.
이때, 상기 각 외함 진동 측정용 센서(310)들로부터 측정된 진동량 및 가진 주파수에 비해 각 계전기 진동 측정용 센서(320)들을 통해 측정된 진동량 및 가진 주파수가 상대적으로 높을 경우 상기 압력 계전기(200)를 고진동의 원인으로 판단하고, 상기 각 외함 진동 측정용 센서(310)들로부터 측정된 진동량 및 가진 주파수가 각 계전기 진동 측정용 센서(320)들을 통해 측정된 진동량 및 가진 주파수와 유사 범위(미리 설정된 오차 범위의 진동에 비해 작은 차이의 진동량일 경우)에 속할 경우에는 변압기를 고진동의 원인으로 판단한다.
따라서, 전술한 프로그램(330)에 의해 고진동이 확인되고 이러한 고진동의 원인이 판단되면 그 판단 결과를 알람 혹은, 디스플레이부(340)를 통해 사용자(변압기 관리자 등)에게 통지하게 된다.
결국, 전술한 일련의 과정에 의해 압력 계전기(200)에 대한 고진동 현상이 실시간적으로 확인될 수 있기 때문에 상기 압력 계전기(200)의 오작동 현상을 미연에 방지할 수 있게 된다.
물론, 전술한 일련의 제어 방법은 단순히 변압기의 동작 중에서 이상 발생을 확인하는 제어 방법으로만 적용되는 것으로 한정되지 않는다.
즉, 변압기에 대한 신뢰성 테스트나 변압기 및/혹은, 압력 계전기에 대한 설 계시 전술된 제어 방법을 통해 고진동의 원인을 미연에 확인하고, 이렇게 확인된 정보를 토대로 고진동이 회피될 수 있도록 설계하는데 사용될 수도 있는 것이다.
이렇듯, 본 발명에 따른 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치와 이를 이용한 제어 방법은 다양하게 사용될 수 있는 유용한 발명이라 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치의 구성을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 사시도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치 중 외함 진동 측정용 센서들의 설치 위치를 설명하기 위해 나타낸 변압기의 정면도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치 중 계전기 진동 측정용 센서들의 설치 위치를 설명하기 위해 나타낸 압력 계전기의 설치 부위에 대한 측면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 블럭도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100. 외함 110. 설치 플랜지
200. 압력 계전기 210. 결합부
220. 끝단부 310. 외함 진동 측정용 센서
320,321,322,323,324,325. 계전기 진동 측정용 센서
330. 신호 분석기 331. A/D 변환기
332. FFT 변환기 340. 디스플레이부

Claims (7)

  1. 외함 및 이 외함에 돌출 설치되는 압력 계전기를 가지는 변압기에 있어서,
    상기 외함에 설치되면서 상기 외함에 대한 진동을 각각 측정하는 복수의 외함 진동 측정용 센서;
    상기 압력 계전기에 설치되면서 상기 압력 계전기에서 발생되는 각종 진동을 측정하는 복수의 계전기 진동 측정용 센서;
    상기 각 외함 진동 측정용 센서 및 각 계전기 진동 측정용 센서에 의해 측정된 진동 데이터를 제공받아 주파수 영역의 데이터로 변환하는 신호분석기;
    상기 신호분석기를 통해 변환된 주파수 영역의 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 외함 진동 측정용 센서는
    상기 외함의 각 부위 중 압력 계전기가 설치되는 부위를 중심으로 볼 때 서로 대응되는 위치에 각각 설치됨을 특징으로 하는 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 계전기 진동 측정용 센서는
    상기 압력 계전기의 각 부위 중 상기 외함과 연결되는 부위의 둘레면 및 상기 압력 계전기의 외측 끝단의 둘레면에 각각 설치됨을 특징으로 하는 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 각 계전기 진동 측정용 센서는
    상기 각 부위의 둘레면 중에서 상면 및 저면 중 어느 한 곳과, 좌측 및 우측 중 어느 한 곳에 각각 설치됨을 특징으로 하는 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 계전기 진동 측정용 센서는
    상기 압력 계전기의 끝단 외벽면에 더 설치됨을 특징으로 하는 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치.
  6. 변압기의 동작이 진행될 경우 각 외함 진동 측정용 센서 및 각 계전기 진동 측정용 센서로부터 각각의 설치 부위에 대한 진동을 측정하는 진동 측정단계;
    상기 진동 측정단계를 통해 측정된 진동 데이터를 제공받아 신호분석기를 통해 주파수 영역의 데이터로 변환하는 데이터 변환단계;
    상기 변환된 데이터를 분석하여 진동 모드를 확인하고, 이를 토대로 고진동의 원인을 판단하는 진동 판단단계;
    상기 진동 판단단계를 통해 판단된 결과를 통지하는 결과 통지단계:가 포함되어 순차적으로 진행됨을 특징으로 하는 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치의 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 진동 판단단계는
    각 센서들로부터 측정된 진동량이 정상 범위의 진동량을 초과하게 될 경우 고진동으로 판단하는 과정과,
    상기 고진동으로 판단될 경우 각 외함 진동 측정용 센서들로부터 측정된 진동량 및 가진 주파수에 비해 각 계전기 진동 측정용 센서들을 통해 측정된 진동량 및 가진 주파수가 높은지 여부를 비교하여 상기 각 외함 진동 측정용 센서들로부터 측정된 진동량 및 가진 주파수에 비해 각 계전기 진동 측정용 센서들을 통해 측정된 진동량 및 가진 주파수가 높을 경우 상기 압력 계전기를 고진동의 원인으로 판단하고, 상기 각 외함 진동 측정용 센서들로부터 측정된 진동량 및 가진 주파수가 각 계전기 진동 측정용 센서들을 통해 측정된 진동량 및 가진 주파수와 미리 설정된 오차 범위의 진동에 비해 작은 차이의 진동량에 속할 경우에는 변압기를 고진동의 원인으로 판단하는 과정으로 진행됨을 특징으로 하는 변압기용 압력 계전기의 진동 측정 장치의 제어 방법.
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