KR101207619B1 - 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가상 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기에 관한 것으로서, 정상동작 모드에서는 변성/변류기를 통해서 전압/전류를 입력받아 그 기능을 수행하지만 가상동작 모드에서는 내부에 있는 가상 전압/전류 발생장치의 신호를 입력받아 기능을 수행하는 보호계전기의 고장파형 생성, 고장파형 실행, 동작 모드 제어에 관한 것으로 외부의 시험 장치 없이 보호계전기 자체로 자신의 기능(계측, 보호, 트립 및 알람 시퀀스 로직, 고장파형, 이벤트 등)을 시험할 수 있는 방법을 제공할 뿐만 아니라, 시험장치 구입 및 보호계전기 설치/운전에 소요되는 비용을 절감할 수 있게 한다.

Description

가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기 {PROTECTIVE RELAY WITH SIMULATED FAULT WAVEFORM GENERATOR}
본 발명은 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기에 관한 것으로서, 상세하게는 정상동작 모드에서는 변성/변류기를 통해서 전압/전류를 입력 받아 그 기능을 수행하지만 가상동작 모드에서는 내부에 생성된 가상 전압/전류 발생장치의 데이터로 기능을 수행하는 보호계전기의 가상 고장파형 생성 및 실행과 동작모드 제어에 관한 것이다.
보호계전기(Protective Relay)는 전력선에서 전압/전류를 변성기나 변류기를 통해서 입력받아 고장판별 알고리즘을 수행하여 고장이 판별되면 신속하게 고장구간을 분리함으로서, 보호대상 장치를 보호하고 연계된 상위계통으로 고장파급을 방지하는 역할을 하는 장치이다. 보호계전기에 내장된 대표적인 보호 알고리즘으로는 전류 크기만으로 고장을 판별하는 과전류(Overcurrent), 전압 크기만으로 고장을 판별하는 과전압(Overvoltage) 또는 저전압(Undervoltage), 전압과 전류 신호를 동시에 사용하는 방향과전류(Directional Overcurrent)/거리계전기(Distance Relay) 등이 있다. 보호계전기는 장치의 중요성 및 오동작이나 부동작 때의 파급효과가 커서, 설치하기 전 또는 운전 중에 수시로 동작 상태를 점검하고 있는 것이 현실이다.
위에서 설명한 기술은 본 발명이 속하는 기술 분야의 배경기술을 의미하며, 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
보호계전기를 시험하기 위해서는 연계되어 있는 계통을 분리하고, 전압/전류 발생장치 또는 보호계전기 전용시험기를 통해서 가상의 전압/전류 신호를 주입해야 한다. 즉, 외부에서 전압/전류 신호 발생장치를 통해서 실계통의 신호와 동일한 형태로 입력하면 보호계전기는 보호알고리즘을 수행하여 고장여부를 판별하고, 고장으로 판단된 경우에는 설정된 트립접점에 트립신호를 출력한다.
보호계전기 시험때 필수적인 장비인 전압/전류 발생장치의 경우, 가격이 매우 고가이기 때문에 수시로 이용하는데 한계가 있을 뿐 아니라, 대 전류의 고장신호를 출력하기 위해서는 별도의 전류 증폭장치를 추가로 사용해야 하는 번거로움이 있다. 또한, 보호배전반에 부착되어 있는 보호계전기를 시험할 때에는 추가적인 결선을 필요로 하는 경우도 있다.
본 발명은 고가의 보호계전기 전용 시험장치나 전류 증폭장치등과 같은 별도의 시험장치를 사용하지 않을 뿐 아니라 추가적인 결선을 하지 않고서도 보호계전기의 모든 기능을 시험할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에서는 전력선에서 전압을 입력 받는 전압 입력부; 전류를 입력받는 전류 입력부; 입력된 전압 및 전류 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 아날로그/디지털 변환부; 외부 디지털 신호를 입력받거나 트립을 포함하는 디지털 접점 신호를 출력하는 디지털신호 송수신부; 보호계전기의 전원 공급을 담당하는 전원 공급부; 보호계전기의 설정 및 명령을 입력하거나 내부의 연산 및 계측 결과를 표시하는 조작 표시부; 외부 기기와 연결하기 위한 통신신호를 생성하는 통신신호 입출력부; 가상 고장파형을 설정하거나 보호계전기를 정상동작 모드와 가상동작 모드로 변경하기 위한 명령을 주는 고장파형 설정부; 보호계전기의 연산 및 제어를 담당하는 연산 및 제어부, 신호 전환부, 가상 고장파형 발생부를 포함하는 중앙 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 중앙 처리부는 가상의 고장파형을 발생시키는 가상 고장파형 발생부; 아날로그/디지털 변환부를 통해서 전압입력부와 전류입력부로부터 정상적인 신호를 입력받는 채널과 가상 고장파형 발생부로부터 가상 고장파형를 입력 받는 채널 중 하나를 선택하게 제어하는 신호 전환부; 보호계전기의 계측 알고리즘, 보호알고리즘 등의 기능 전반을 관장하는 연산 및 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 조작 표시부는 기본적인 보호계전기의 조작 및 동작상태 표시 이외에도 가상동작 모드에서는 정상동작 모드와 확연히 구분할 수 있도록 현재의 동작 모드를 명확히 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 고장파형 설정부는 통신신호 입출력부를 통해서 중앙 처리부와 통신으로 데이터를 주고받으면서 가상동작 모드로 변경 및 가상 고장파형 설정, 가상 고장파형 실행 등의 명령을 내리는 기능을 포함한다.
본 발명에서 중앙처리부는 정상동작 모드과 가상동작 모드의 2가지 동작모드를 포함할 수 있다. 정상동작 모드에서는 정상적인 전압/전류 신호를 입력받아 알고리즘을 수행하고, 가상동작 모드에서는 가상 고장파형 발생부에서 생성된 디지털화 된 가상 전압/전류 신호를 이용하여 알고리즘을 수행한다. 정상동작 모드와 가상동작 모드의 동작모드 변경은 고장파형 설정부의 명령에 따라 이루어지며, 가상동작 모드로 변경될 때에는 가상동작 모드 최대 유지시간 타이머를 설정하여 가상동작 모드 최대 유지시간이 경과한 후에는 자동으로 정상동작 모드로 변경되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 중앙 처리부내 가상 고장파형 발생부의 고장파형 데이터는 고장파형 설정부의 파형 편집 명령과 함께 수신된 파형 설정값을 기반으로 생성되며, 수신된 파형 설정값은 파형의 주파수,채널별 크기 및 위상 정보를 포함한다. 가상파형 테이블은 채널별로 정상동작 모드에서 아날로그/디지털 변환부가 출력하는 것과 동일한 형태인 디지털 값으로 저장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 중앙 처리부내 연산 및 제어부는 가상동작 모드로 운전 시, 고장파형 설정부의 파형 실행명령과 함께 수신된 가상 고장파형 실행시간 동안 가상파형 테이블로부터 반복적으로 샘플데이터를 읽어서 기능을 수행하고 설정된 실행시간이 경과한 후에는 동작모드를 자동으로 정상동작 모드로 변경하는 것을 포함한다.
본 발명은 보호계전기 내에 가상 파형발생 장치를 내장하여 외부의 시험장치를 사용하지 않고 보호계전기 자체로 자신의 기능(계측, 보호, 트립 및 알람 시퀀스 로직, 고장파형, 이벤트 등)을 시험할 수 있게 하는 방법을 제공한다.
상기 기능을 내장하지 않은 기존의 보호계전기는 기능시험을 하기 위해서는 보호계전기 전용시험 장치를 사용해야 한다. 보호계전기 전용 시험 장치는 지원하는 기능에 따르지만 대부분 구입비용이 비싸고, 복잡한 사용법을 따로 배워야 하는 어려움이 있다.
본 발명에서는 보호계전기가 가상의 고장파형을 생성해서 제공함으로서, 고가의 시험장치 구입비용뿐 아니라 보호계전기 설치 및 운전에 필요한 시험비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기의 기능블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기의 동작모드 변경 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기의 가상동작 모드에서의 고장파형 편집 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기의 가상동작 모드에서의 고장파형 실행 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가상 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기 및 그 제어방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기의 기능블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기는 전압 입력부(100), 전류 입력부(110), 아날로그/디지털 변환부(120), 디지털신호 송수신부(200), 중앙 처리부(300)내의 신호 전환부(330)/가상 고장파형 발생부(320)/연산 및 제어부(310), 전원 공급부(400), 조작 표시부(500), 통신신호 입출력부(600), 고장파형 설정부(700)를 포함한다.
전압 입력부(100))는 전력선(미도시)에서 전압를 검출하는 변성기(Potential Transformer)(미도시), 필터링 회로(미도시), 증폭회로(미도시)를 포함하여 전압을 검출한다.
전압 입력부(110))는 전력선(미도시)에서 전류를 검출하는 변류기(Current Transformer)(미도시), 필터링 회로(미도시), 증폭회로(미도시)를 포함하여 전류을 검출한다.
아날로그/디지털 변환부(120)는 전압 입력부(100)를 통해서 검출된 전압 아날로그 신호와 전류 입력부(110)를 통해서 검출된 전류 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환한다.
디지털신호 송수신부(200)은 보호계전기의 제어에 필요한 디지털 접점입력회로(미도시)와 연산 결과를 출력하는 접점출력 회로(미도시)을 포함하는 통상적인 디지털 입출력부를 의미한다.
전원 공급부(400)은 통상적인 전원 공급부로 보호계전기의 제어 전원을 공급하는 역할을 한다.
통신신호 입출력부(600)은 통상적인 통신신호 변환 회로로 중앙 처리부(300)와 고장파형 설정부(700)간 통신을 원활하게 한다.
조작 표시부(500)는 기본적인 보호계전기의 조작 및 동작상태 표시 이외에도 가상동작 모드에서는 정상동작 모드와 확연히 구분할 수 있도록 현재의 동작모드를 표시를 한다.
고장파형 설정부(700)는 통신신호 입출력부(600)를 거친 중앙 처리부(300)와 통신을 통해서 보호계전기 동작모드을 가상동작 모드 또는 전상모드로 전환시키는 명령을 내리고 가상 고장파형 편집 및 가상 고장파형 실행을 할 수 있도록 사용자 인터페이스 역할을 한다.
중앙 처리부(300)의 신호 전환부(330)은 아날로그/디지털 변환부(120)와 가상 고장파형 발생부(320)의 디지털 값을 보호계전기의 동작모드에 따라 선택적으로 사용할 수 있게 하는 역할을 한다. 즉, 동작모드가 정상동작 모드일 때는 아날로그/디지털 변환부(120)의 디지털 값을 사용하고, 동작모드가 가상동작 모드일 때는 고장파형 발생부(320)의 디지털 값을 사용하게 한다. 보호계전기의 동작모드는 크게 정상동작 모드과 가상동작 모드의 2가지 동작모드를 가지고 있다. 정상동작 모드와 가상동작 모드의 동작모드 전환은 고장파형 설정부의 명령에 따라 이루어지며, 가상동작 모드로 전환될 때에는 가상동작 모드 최대 유지시간을 함께 설정하여 가상동작 모드 최대 유지시간이 경과한 후에는 자동으로 정상동작 모드로 전환된다.
중앙처리부(300)의 가상 고장파형 발생부(320)는 고장파형 설정부(700)의 파형 편집 명령과 함께 수신된 파형 설정값을 기반으로 생성되며, 파형 설정값에는 주파수, 전압 또는 전류의 채널별 크기 및 위상 정보가 포함된다. 생성된 가상파형 테이블은 채널별로 정상동작 모드에서 아날로그/디지털 변환부가 출력하는 디지털 값과 동일한 타입으로 메모리에 저장되어 고장파형 설정부(700)의 파형 실행 명령에 의해 연산 및 제어부(310)에서 실행된다.
중앙처리부(300)의 연산 및 제어부(320)는 신호 전환부(330)의 동작모드 제어와 가상 고장파형 발생부(320)의 가상파형 테이블 생성 및 파형 실행을 제어하고 고장파형 설정부(700)와의 통신을 관장한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기의 동작모드 전환 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기의 가상동작 모드에서의 파형 편집과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기의 가상동작 모드에서의 파형 실행 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기의 동작모드 전환 방법은 고장파형 설정부(700)로부터 운전명령을 수신(331)하여 명령이 가상운전이면 동작모드를 가상동작 모드로 전환하고 운전명령 수신 때 함께 수신된 가상운전 타이머를 시작한다(332,334). 가상운전 타이머가 타임아웃 되거나(335),고장파형 설정부(700)로부터 운전명령을 수신(331)하여 명령이 정상운전(333)이면 동작모드를 정상동작 모드로 전환한다. 가상운전 타이머는 정상 운전중인 보호계전기를 가상동작 모드로 운전하다가 정상동작 모드로 동작모드를 전환하지 않고 빠져나갈 경우를 대비한 운전모드 감시타이머이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기의 가상동작 모드에서의 파형 편집 과정은 도2의 흐름도에 따라 동작모드를 가상동작 모드로 전환한 후에 이루어지는 과정이다. 도 2와 동일하게 고장파형 설정부(700)로부터 명령을 수신(321)하여 현재의 동작모드가 가상동작 모드가 아니면(322) 파형 편집 또는 파형 실행 명령은 무시되지만, 가상동작 모드면 파형 편집 명령을 실행한다. 수신된 명령이 파형 편집 명령(323)이면 이 명령과 함께 수신된 가상 고장파형 설정값 정보(주파수, 각 전압/전류 채널별 크기 설정값, 위상 설정값)로 각 채널별 가상파형 샘플데이터 테이블을 생성한다(324,325). 가상파형 샘플데이터 테이블은 정상동작 모드에서 아날로그/디지털 변환부(120)를 통해서 변환된 입력값과 동일한 형태로 채널별 샘플링 간격, 크기, 위상이 보정된다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장파형 발생기능을 내장한 보호계전기의 가상동작 모드에서의 파형 실행 과정은 도2의 흐름도에 따라 동작모드를 가상동작 모드로 전환한 후, 도 3의 흐름도에 따라 가상파형 샘플데이터 테이블을 생성하고 나서 진행되는 과정이다. 도 2와 동일하게 고장파형 설정부(700)로부터 명령을 수신(311)하여 현재의 동작모드가 가상동작 모드가 아니면(312) 파형 실행 명령은 무시되지만, 가상모드면 파형 실행 명령을 실행한다. 가상파형 샘플데이터 테이블은 파형실행 명령(313)을 수신하면 함께 수신된 가상 고장파형 실행시간(314) 동안 채널별로 반복적으로 재생된다(315). 가상 고장파형 실행시간을 초과(316)하면 동작모드를 자동으로 정상동작 모드로 전환하고(317), 가상동작 모드를 종료하고 정상동작 모드로 전환한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 전압 입력부
110 : 전류 입력부
120 : 아날로그/디지털 변환부
200 : 디지털신호 송수신부
300 : 중앙 처리부
310 : 연산 및 제어부
320 : 가상 고장파형 발생부
330 : 신호 전환부
400 : 전원 공급부
500 : 조작 표시부
600 : 통신신호 입출력부
700 : 고장파형 설정부

Claims (8)

  1. 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기로서,
    전력선에서 전압을 입력 받는 전압 입력부;
    전력선에서 전류를 입력받는 전류 입력부;
    입력된 전압 및 전류 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 아날로그/디지털 변환부;
    외부 디지털 신호를 입력받거나 트립을 포함하는 디지털 접점 신호를 출력하는 디지털신호 송수신부;
    보호계전기의 설정 및 명령을 입력하거나 내부의 연산 및 계측 결과를 표시하는 조작 표시부;
    외부 기기와 연결하기 위한 통신신호를 생성하는 통신신호 입출력부;
    가상 고장파형을 설정하거나 보호계전기를 정상동작 모드와 가상동작 모드로 변경하기 위한 명령을 주는 고장파형 설정부;
    보호계전기의 연산 및 제어를 담당하는 연산 및 제어부, 신호 전환부, 가상 고장파형 발생부를 포함하는 중앙 처리부
    를 포함하는, 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가상 고장파형 발생부는 가상의 고장파형을 발생시키고,
    상기 신호 전환부는 상기 아날로그/디지털 변환부를 통해서 상기 전압입력부와 상기 전류입력부로부터 정상적인 신호를 입력받는 채널과 상기 가상 고장파형 발생부로부터 가상 고장파형을 입력 받는 채널 중 하나를 선택하게 제어하고,
    상기 연산 및 제어부는 보호계전기의 계측 알고리즘 및 보호알고리즘을 포함하는 기능을 제어하는, 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기.
  3. 제 1항에 있어서, 가상 고장파형 발생부는 주파수, 채널별 신호의 크기 및 위상 설정값으로, 실제 아날로그/디지털 변환기의 출력값과 동일한 형태의 고장파형을 생성해 주는, 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 신호 전환부는 동작모드를 구분할 수 있도록 현재의 동작모드를 표시하는 조작 표시부에 정보를 제공하는 기능을 포함하는, 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기.
  5. 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기를 제공하기 위한 방법으로서,
    전압 입력부에서 전력선을 통해 전압을 입력 받는 단계;
    전류 입력부에서 전력선을 통해 전류를 입력받는 단계;
    아날로그/디지털 변환부에서 입력된 전압 및 전류 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 단계;
    디지털신호 송수신부에서 외부 디지털 신호를 입력받거나 트립을 포함하는 디지털 접점 신호를 출력하는 단계;
    조작 표시부에서 보호계전기의 설정 및 명령을 입력하거나 내부의 연산 및 계측 결과를 표시하는 단계;
    통신신호 입출력부에서 외부 기기와 연결하기 위한 통신신호를 생성하는 단계;
    고장파형 설정부에서 가상 고장파형을 설정하거나 보호계전기를 정상동작 모드와 가상동작 모드로 변경하기 위한 명령을 주는 단계; 및
    가상 고장파형 발생부에서 가상의 고장파형을 발생시키는 단계
    를 포함하는, 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기를 제공하기 위한 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    신호 전환부에서 상기 아날로그/디지털 변환부를 통해서 상기 전압입력부와 상기 전류입력부로부터 정상적인 신호를 입력받는 채널과 상기 가상 고장파형 발생부로부터 가상 고장파형을 입력 받는 채널 중 하나를 선택하게 제어하는 단계; 및
    연산 및 제어부에서 보호계전기의 계측 알고리즘 및 보호알고리즘을 포함하는 기능을 제어하는 단계
    를 더 포함하는, 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기를 제공하기 위한 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    신호 전환부에서 동작모드를 구분할 수 있도록 현재의 동작모드를 표시하는 조작 표시부에 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는, 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기를 제공하기 위한 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 정상동작 모드와 가상동작 모드의 변경은 고장파형 설정부의 명령에 따라 이루어지거나 또는 상기 정상동작 모드에서 상기 가상동작 모드로 변경될 때에는 가상동작 모드 최대 유지시간 타이머를 설정하여 가상동작 모드 최대 유지시간이 경과한 후에는 자동으로 정상동작 모드로 변경되는, 가상 고장파형 발생 기능을 내장한 보호계전기를 제공하기 위한 방법.
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