KR101167439B1 - 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템 - Google Patents

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KR101167439B1 KR1020100107178A KR20100107178A KR101167439B1 KR 101167439 B1 KR101167439 B1 KR 101167439B1 KR 1020100107178 A KR1020100107178 A KR 1020100107178A KR 20100107178 A KR20100107178 A KR 20100107178A KR 101167439 B1 KR101167439 B1 KR 101167439B1
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Abstract

본 발명은 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템에 관한 것으로, 송전탑과 송전선로를 포함하는 다수의 송전설비 각각에 구비되어 송전선로의 물리적 정보를 감지하기 위한 다수의 감지수단, 상기 감지수단에서 획득한 송전설비의 물리적 정보를 제공받아 무선통신으로 전송하기 위한 무선전송장치 및 상기 무선전송장치로부터 상기 송전설비의 물리적 정보를 제공받아 데이터베이스화하고, 해당 정보를 실시간으로 모니터링하여 상기 무선전송장치로 제어신호를 제공하는 중앙관리서버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 무선통신을 이용하여 각 송전설비의 물리적 정보를 실시간으로 검출하여 제공받을 수 있어, 전력 설비의 안정적이고 효율적인 관리를 달성할 수 있으며, 태양광 발전을 이용한 무선전송장치를 통해 전원 공급의 문제없이 상시 구동시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템{Surveillance system using wireless communication transmission facilities}
본 발명은 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 광범위한 지역에 분포되어 있는 발전소와 변전소, 변전소와 변전소 사이를 연결하는 송전선로 및 송전철탑을 포함하는 송전설비의 송전선로 열화상태, 애자의 절연파괴 상태, 낙뢰카운터 감시 등 송전설비의 물리적 상태 등을 원격으로 감시하고 제어하기 위한 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템에 관한 것이다.
송전설비는 한국전력공사의 발전소와 변전소, 변전소와 변전소 사이에 설치되는 설비로서, 765kv송전선로, 345kv송전선로, 154kv송전선로가 있으며, 송전설비는 송전철탑류, 송전선로, 각종 지지물, 애자, 접지장치, 등 송전설비에 취부되는 모든 장치를 포괄하는 것으로서, 일반적으로 산악지 등 인적이 드문 지역에 분포되며 다양한 구조로 설치되어 있다.
송전설비들은 국가의 기간설비로서 그 유지 및 관리가 매우 중요하다. 따라서 국내에서는 한국전력공사에서 국가 기간산업의 중추가 되는 송전설비의 품질유지와 안전하고 효율적인 관리를 위하여 많은 노력을 기울이고 있으며, 특히 고압 또는 특고압을 다루는 송전설비의 시설물을 실시간으로 감시하여 제어할 필요성이 있다.
이러한 송전설비들은 혐오시설로 인지하고 있어 인적이 드문 지역에 분포되어 있으며, 특히 산악 지역 등 접근 자체가 어려운 지역에 설치되는 경우가 많아서 실시간 감시 및 제어가 매우 어려운 상황이며, 장애발생시 송전선로를 순시하고 분석하고 복구하는 시간이 장시간 소요되는 실정이다.
이에 따라, 국내외의 전력 기술은 발전소부터 말단 수용가까지 전력의 모든 정보를 네트워크상에서 공유 하면서 시스템의 분산화와 중앙 제어를 모두 꾀하는 방향으로 진화하고 있다. 이를 위해 400㎒ RF, UWB 또는 지그비(zigbee), B-CDMA, CDMA, HFC 등의 다양한 통신 방식을 이용한 송전설비 감시 기술이 활발히 제안되고 있으나, 통신 방식을 사용하는 통신장비 또는 데이터 전송장치들은 전원에 문제가 발생하였을 경우 장비자체가 무용지물이 될 수 있다.
하지만, 통신장비의 전원공급에 문제가 발생할 경우 문제점 분석 및 해결을 위해 인력이 투입되어야만 한다. 또한, 산악지역 등 접근 자체가 어려운 지역에 송전설비가 설치되어 있어 문제가 발생한 송전설비를 찾기가 매우 곤란하며, 비효율적인 인력 투입이 발생하고 있어 송전계통의 안정성과 양질의 전력공급 확보가 매우 시급한 실정이다.
따라서, 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 보다 효율적이고 진보된 장비를 통하여 송전설비의 실시간 정보 및 상태를 감시하여 송전사고를 미연에 예방하고, 사고발생시 사고내용과 사고지점을 신속히 분석 대처함으로서 국가 기간산업의 중추가 되는 송전계통의 안정성과 양질의 전력공급이 요구되고 있는 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 광역의 지역에 분포되어 있는 송전설비 즉, 송전철탑, 송전선로, 애자류, 기타 금구류 등의 송전계통의 송전설비 시설물들에 대한 실시간 정보파악, 원격진단 및 제어를 보다 효율적으로 관리할 수 있는 송전설비 감시 시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
또한, 송전설비의 감시 정보를 제공하기 위한 기기류들의 전원공급을 보다 효과적으로 달성하여 전원 문제점을 해결함으로써, 무선통신을 이용하여 원격지에서 송전설비를 효율적으로 감시제어 시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 송전탑과 송전선로를 포함하는 다수의 송전설비 각각에 구비되어 송전선로의 물리적 정보를 감지하기 위한 다수의 감지수단, 상기 감지수단에서 획득한 송전설비의 물리적 정보를 제공받아 무선통신으로 전송하기 위한 무선전송장치 및 상기 무선전송장치로부터 상기 송전설비의 물리적 정보를 제공받아 데이터베이스화하고, 해당 정보를 실시간으로 모니터링하여 상기 무선전송장치로 제어신호를 제공하는 중앙관리서버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감지수단은, 레이저 센서, 과부하 열감지 센서, 동영상 감시 센서(카메라), 진동 센서, 기울기 센서, 낙뢰카운터감지 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무선전송장치는, 태양광 발전을 통해 필요한 전원을 공급받기 위한 태양광 집열판, 상기 태양광 집열판에 의해 획득한 전기에너지를 저장하기 위한 충전부, 상기 중앙관리서버와 무선통신으로 데이터를 송수신하기 위한 무선모듈부, 상기 다수의 감지수단들의 식별 아이디를 저장하기 위한 메모리부, 상기 감지수단들과 통신하기 위한 인터페이스부 및 상기 감지수단으로부터 제공받은 각각의 정보를 상기 중앙관리서버로 전송하도록 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무선전송장치는, WiFi, Zigbee, B-CDMA, CDMA 중 어느 하나의 통신방식으로 상기 중앙관리서버와 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감시 시스템은, 상기 무선전송장치와 중앙관리서버와의 무선통신간에 있어 데이터를 중계하기 위한 중계기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무선전송장치는, 고유의 식별 아이디(ID)를 가지며, 상기 무선전송장치에서 전송되는 정보 및 상기 중앙관리서버로부터 수신되는 제어 신호에는 각 감지수단들에 대한 아이디 정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감지수단은, 상기 송전설비에 해당하는 송전탑의 각 높이지점으로 다수의 GPS모듈을 구비하고, 다수의 GPS모듈간의 위치 변환값을 검출하여 상기 송전탑의 기울기를 검출하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명은, 태양광을 이용하여 무정전 무선전송장치에 의한 신뢰성 있는 데이터 통신이 가능하고, 최적화된 송전설비 감시수단과 데이터베이스가 구축된 중앙관리서버 및 송전설비 관할 기관(한국전력공사)의 송변전 지리정보 시스템과의 연계로 송전계통 송전설비에 문제가 발생할 경우 신속, 정확하게 대처할 수 있으며, 산악지역 등 접근 자체가 어려운 지역에 설치된 송전계통 송전설비에 대한 실시간 정보 파악 및 상태 진단, 제어 등 능동적인 설비 감시로 송전사고를 미연에 예방할 수 있으며 양질의 전력공급에 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전체적인 시스템 구조를 간단히 할 수 있으며, 송전계통 송전설비의 정전사고 감소 및 전력 품질이 향상되며, 무선망 활용으로 인한 효율성 및 경제성 확보가 가능한 이점이 있다.
또한, 실시간 감지수단을 통해 작업자의 업무 부담을 최소화시킬 수 있으며, 동영상에 의한 실시간 모니터링에 의한 신속대응 시스템 구축이 가능하고, 기존 낙뢰에 의한 사고율을 현저히 낮추고, 발생한 낙뢰의 정확한 횟수와 낙뢰가 발생한 지역의 위치정보를 신속히 파악할 수 있다.
또한, 감지수단으로부터 검출된 송전설비의 물리적 정보를 무선망으로 전달하는 무선전송장치의 전원공급부를 태양광을 이용한 자체 전원시스템을 구비함에 따라 보다 효율적인 감시 시스템을 구성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 전국에 걸쳐 분포되어 있는 송전계통 송전설비의 감시뿐만 아니라 기상정보(강우량, 풍속, 날씨 등), 낙뢰정보, 산불재해 정보 등 공익적 목적으로 제공할 수 있는 기반이 조성되어 공익적 효과 등을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템의 세부 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템의 송전탑 기울기를 감지하기 위한 GPS 모듈 구성을 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템의 무선전송장치와 감지수단의 상세 구성도.
이하, 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템은, 송전탑과 송전선로를 포함하는 다수의 송전설비 각각에 구비되어 송전선로의 물리적 정보를 감지하기 위한 다수의 감지수단(170), 상기 감지수단에서 획득한 송전설비의 물리적 정보를 제공받아 무선통신으로 전송하기 위한 무선전송장치(120) 및 상기 무선전송장치로부터 상기 송전설비의 물리적 정보를 제공받아 데이터베이스화하고, 해당 정보를 실시간으로 모니터링하여 상기 무선전송장치로 제어신호를 제공하는 중앙관리서버(130)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템의 개략적인 구성도이다. 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템은 크게, 송전설비(송전철탑 ; 110)의 물리적 정보를 검출하기 위한 다양한 감지수단(170)과, 상기 감지수단으로부터 획득한 정보를 무선통신으로 전송하기 위한 무선전송장치(120)와 상기 무선전송장치로부터 제공받은 정보를 저장하고 관리하기 위한 중앙관리서버(130)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 송전설비라 함은, 765kv 송전선로, 345kv 송전선로, 154kv 송전선로가 있으며, 송전설비는 크게 송전철탑류, 송전선로, 각종 지지물, 애자, 접지장치 등이 취부되어 있는 것을 말한다.
감지수단(170)은 송전설비 구조물에 각각 설치되어 다양한 물리적 정보를 검출하기 위한 수단이다. 여기서 말하는 물리적 정보는 송전선로 열화상태, 애자의 절연파괴 상태, 낙뢰카운터 감시, 송전철탑의 기울기 및 진동상태 등을 검출하기 위한 다양한 센서류에 해당한다. 이를 실현하기 위해서는 레이저 센서(172), 과부하 열감지 센서(173), 동영상 감시 센서(카메라;171), 진동 센서(175), 기울기 센서(176), 낙뢰카운터감지 센서(174)로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템의 무선전송장치와 감지수단의 상세 구성도이다.
무선전송장치(120)는 상기 감지수단을 통해 검출된 송전설비의 물리적 정보 데이터를 무선통신으로 전송하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 주요 기술적 요지로 상기 무선전송장치(120)는 무정전 장치로써, 정전에 따른 시스템의 치명적 장애를 방지하기 위하여 태양광 집열판(121)을 전기 에너지를 획득할 수 있는 충전지(리튬폴리머 축전지 ; 122)를 구비하고 있다. 여기서 태양광집열판(121)과 연결된 상기 충전지는 리튬폴리머전지로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 충전지는 태양광집열판과 전압레벨을 맞추어 일정한 전압레벨을 통해 각 장비가 이상 없이 에너지를 저장할 수 있게 하는 역할을 수행하도록 한다.
또한, 상기 태양광집열판의 경우 상기 무선전송장치와 일체로 구성할 수도 있고, 도면에 나타낸 바와 같이 별도로 구성할 수 있다.
따라서, 상기 무선전송장치(120)는 감시수단으로부터 획득한 상기 송전설비(110)의 각종 감시 상태정보를 파악하여 후술할 중앙관리서버(130)와 원활한 통신을 위하여 태양광을 이용한 전원공급으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무선전송장치(120)는 상기 중앙관리서버와 무선통신으로 데이터를 송수신하기 위한 무선모듈부(123), 상기 다수의 감지수단들의 식별 아이디를 저장하기 위한 메모리부(124), 상기 감지수단들과 통신하기 위한 인터페이스부(125) 및 상기 감지수단으로부터 제공받은 각각의 정보를 상기 중앙관리서버로 전송하도록 제어하기 위한 제어부(126)로 구성된다.
상기 무선전송장치는 일예로 각 송전탑마다 설치되는 것이 바람직하며, 이와 더불어 상기 감지수단도 하나의 송전탑에 각각 설치된다. 감지수단으로부터 획득한 다양한 물리적 정보는 상기 무선전송장치로 제공되며, 이를 수신받은 무선전송장치는 무선통신망을 통해 중앙관리서버로 전송한다. 이때, 본 발명에 따른 바람직한 무선통신 규격으로는 WiFi, Zigbee(지그비), B-CDMA, CDMA 중 어느 하나의 통신방식을 적용할 수 있다.
상기 인터페이스부(125)는 상기 각종 송전설비 감시수단들과 연결되어 다양한 정보를 양방향 통신이 가능하도록 구현하기 위한 것이다.
또한, 상기 무선전송장치(120)는, 각각 자신의 고유의 식별 아이디(ID)를 가지며 상기 식별 아이디는 상기 메모리부(124)에 저장되어 있다. 상기 무선전송장치(120)는 해당 무선전송장치와 연결된 감지수단들의 고유 식별 아이디 정보가 저장되는 것을 포함하는 것이, 광범위한 지역에 분포되어 있는 다수개의 무선전송장치(120)에 대한 정보를 각 송전설비별로 구별하여 파악하는 것이 가능하고, 각 송전계통 송전설비를 정확하게 제어할 수 있으므로 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템의 송전탑 기울기를 감지하기 위한 GPS 모듈 구성을 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에서는 송전탑의 기울기 정보를 검출하기 위하여 송전탑의 각 높이 부분으로 GPS모듈(177)을 구비하고 해당 GPS모듈의 위치정보 검출을 송전탑의 기울기 정보를 검출할 수 있다. 따라서, 상기 GPS모듈을 통해 수신된 위치정보를 GPS위성으로부터 수신받아 검출하고, 이를 무선전송장치로 제공한다. 본 발명에서 사용되는 GPS 모듈은 고분해능을 가지는 GPS모듈로써, 송전철탑의 수cm 내지 수 mm의 기울기를 검출할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템의 세부 구성도이다. 도시된 바와 같이 상기 무선전송장치의 인터페이스부(125)에 연결된 송전선로 감시를 위한 동영상감시, 레이저스캔 센서, 과부하 송전선로 열(온도)감지 센서, 낙뢰카운터 감지센서, 진동 및 기울기 감시센서를 통해 송전철탑 및 송전선로를 감시하고, 여기서 획득한 데이터를 중앙관리서버(130)에 송신한다.
본 실시예에서 송전설비 감시수단들은 각각의 상태정보 데이터를 무선전송장치(120)로 송신한다. 이때 무선전송장치와 감지수단 간의 데이터 수신 방법은 유,무선을 병행하여 적용가능하다. 유선방식의 경우 인터페이스부와 감시수단의 케이블을 통해 연결 가능하며, 무선방식으로 구성될 경우 해당 규격에 따라 통신모듈을 구비하여 감지수단에서 획득한 데이터를 무선전송장치에서 수신할 수 있도록 구성될 수 있다. 무선 전송장치는 해당 연결되어 있는 송전설비 감시수단들의 데이터를 유, 무선 통신방식을 통해 취합하여 또 다른 무선전송장치에 취합된 데이터를 전송하고, 최종 취합된 데이터는 중앙관리서버에 근접한 무선전송장치에서 무선 또는 유선망을 통해 중앙관리서버에 전송한다.
중앙관리서버(130)는 무선방식을 통해 상기 무선전송장치(120)와 통신하며, 전송되는 정보를 수집하여 각 송전설비를 관리한다. 상기 중앙 관리 서버(130)는 상기 무선전송장치(120)가 취합한 데이터를 무선통신 방식을 통해 수신받고, 무선통신 방식을 사용하여 무선전송장치를 통해 해당 송전계통 송전설비 감시용 센서(170)에게 각 전력 설비에 대한 제어 신호를 전송하기 위한 시스템이다. 이를 위하여 상기 중앙 관리 서버(130)는 라우터(131), 방화벽(132), FEP(133)로 구성되며, 한국전력공사의 송변전 지리정보서버(134), 송전계통 감시제어 서버(135), AMI/AMM Server(136) 등의 구체적인 구성요소를 포함하여 구성될 수 있으며, 구체적인 구성요소의 기술적 구성은 일반적인 기술과 실질적으로 동일하므로 그 설명은 생략하기로 한다.
한편, 필요에 따라서는 무선통신의 원활한 송수신을 위하여 상기 무선전송장치와 표준화된 중계기(160)를 더 포함하여 구성할 수 있다. 이렇게 중계기를 더 포함하는 경우에는 음영지역에서의 무선통신을 원활하게 수행할 수 있어서 바람직하다. 상기 중계기(160)는 통신이 원활하지 않을 시 상기 무선전송장치(120)와 상기 무선전송장치(120) 사이에 설치되어 통신을 중계한다. 상기 중계기(160)는 상황에 따라 다수개가 설치될 수 있으며, 송전설비(110)에 병설하여 설치될 수도 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 발전소와 변전소, 변전소와 변전소 사이에 구성된 송전설비를 감시하기 위한 시스템으로써, 상기 중앙관리서버는 발전소나 변전소 모두에 설치되어 감시 시스템을 운영할 수 있는 것이다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
110 : 송전설비 120 : 무선전송장치
121 : 태양광집열판 122 : 리튬폴리머 축전지
123 : 무선모듈부 124 : 메모리부
125 : 인터페이스 126 : 제어부
130 : 중앙관리서버 131 : 라우터
132 : 방화벽 133 : 전단처리
134 : 지리정보서버 135 : 송전계통 감시서버
136 : AMI/AMM 서버 160 : 중계기
170 : 감지수단 171 : 카메라
172 : 레이저 센서 173 : 열감지 센서
174 : 낙뢰카운터센서 175 : 진동센서
176 : 기울기 센서 177 : GPS모듈

Claims (7)

  1. 송전탑과 송전선로를 포함하는 다수의 송전설비 각각에 구비되어 송전선로의 물리적 정보를 감지하기 위한 다수의 감지수단;
    상기 감지수단에서 획득한 송전설비의 물리적 정보를 제공받아 무선통신으로 전송하기 위한 무선전송장치; 및
    상기 무선전송장치로부터 상기 송전설비의 물리적 정보를 제공받아 데이터베이스화하고, 해당 정보를 실시간으로 모니터링하여 상기 무선전송장치로 제어신호를 제공하는 중앙관리서버;를 포함하며,
    상기 감지수단은, 레이저 센서, 과부하 열감지 센서, 동영상 감시 센서(카메라), 진동 센서, 기울기 센서, 낙뢰카운터감지 센서를 포함하며, 상기 송전설비에 해당하는 송전탑의 각 높이지점으로 다수의 GPS모듈을 구비하고, 다수의 GPS모듈간의 위치 변환값을 검출하여 상기 송전탑의 기울기를 검출하고,
    상기 무선전송장치는, 태양광 발전을 통해 필요한 전원을 공급받기 위한 태양광 집열판, 상기 태양광 집열판에 의해 획득한 전기에너지를 저장하기 위한 충전부, 상기 중앙관리서버와 무선통신으로 데이터를 송수신하기 위한 무선모듈부, 상기 다수의 감지수단들의 식별 아이디를 저장하기 위한 메모리부, 상기 감지수단들과 통신하기 위한 인터페이스부 및 상기 감지수단으로부터 제공받은 각각의 정보를 상기 중앙관리서버로 전송하도록 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성되며, WiFi, Zigbee, B-CDMA, CDMA 중 어느 하나의 통신방식으로 상기 중앙관리서버와 통신하며,
    상기 감시 시스템은, 상기 무선전송장치와 중앙관리서버와의 무선통신간에 있어 데이터를 중계하기 위한 중계기를 포함하고,
    상기 무선전송장치는, 고유의 식별 아이디(ID)를 가지며, 상기 무선전송장치에서 전송되는 정보 및 상기 중앙관리서버로부터 수신되는 제어 신호에는 각 감지수단들에 대한 아이디 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 무선통신을 이용한 송전설비 감시 시스템.
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