KR101235869B1 - 송전선로 시스템의 고장예측을 위한 고장확률 연산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송전선로 시스템의 고장예측을 위한 고장확률 연산방법에 관한 것으로, 이 같은 본 발명은 기존 송전선로 시스템의 설비수명을 검토하는 예비단계로서 송전선로 시스템의 신뢰성을 정량적으로 추정할 수 있는 수학적 방법, 즉, 송전선로 시스템의 신뢰성(또는 고장확률)을 계산하여 송전선로의 고장예측을 위한 고장확률 연산방법을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

송전선로 시스템, 고장예측

Description

송전선로 시스템의 고장예측을 위한 고장확률 연산방법{Trouble probabilty operation method}

본 발명은 송전선로 시스템의 고장예측을 위한 고장확률 연산방법에 관한 것으로서, 기존 송전선로 시스템의 설비수명을 검토하는 예비단계로서 송전선로 시스템의 신뢰성을 정량적으로 추정할 수 있는 수학적 연산 방법에 관한 것이다.

송전선로 주변 감시를 위한 선로 이상 감시 기술은 현재 선로의 온도감시 또는 단선 감시 등의 방법이 일부 적용되고 있으나 선로의 온도 뿐만 아니라 변형도 함께 감시하는 기술은 적용되고 있지 않는 실정이다. 선로의 변형과 온도를 동시에 감시하게 되면 물리적인 선로 변형에 따른 단선 또는 화재 발생을 사전에 방지할 수 있는 유효한 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은 종래 송전선로의 주변 감시를 하기 위한 볼센서의 개략도를 설명하고 있다.

볼센서는 각 송전선에 부착되어 선로의 온도뿐만 아니라 변형도 함께 감시한다. 볼센서의 내부는 전류 센서, 기울기 센서, 풍향/풍속 센서, 온도 센서 등의 센서들이 부착되어 송전선의 변형 정도를 통신으로 전송하며 특히 볼센서의 하단에 송전선로 주변 감시를 위한 카메라 센서를 장착하여 송전선로 주변의 화재 여부, 수풀의 우거짐으로 인한 송전선 방해 여부, 환경의 악조건 상태 파악, 애자의 부식상태 등의 주변 감시를 하게 된다.

전력산업의 구조개편에 따라 전력품질 향상에 대한 수용자의 요구가 증가하고 사회적으로는 환경문제가 대두됨으로써, 전력회사들은 송전선로를 증설하지 않고 기존 설비를 경제적으로 관리하는 효율적인 방법을 모색하게 되었다.　

송전선로는 용도 및 설치, 운영환경이 다양하여 모든 송전선로의 수명을 일률적으로 정할 수 없다. 물론 송전선로의 내구연한이 정해져 있으나 전력산업이 개시된 지 불과 100년 정도로 실제 이런 기준들을 적용하는 경우에 구체적인 객관성이 확립되지 못했다. 게다가 철탑, 선로, 애자로 구성된 송전선로 시스템도 재료, 제조과정, 설치환경 및 사용이력 등 정량화하기 곤란한 요소들이 대부분이므로 수명을 진단하거나 예측하는 것은 쉬운 일이 아니다.

즉, 종래에는 송전선로 시스템의 수명, 교체기준, 진단과 평가 방법들이 객관적이고 정량적인 결과를 제공하기 보다는 선로 운영자나 전문가들의 주관적인 판단에 의존하고 있어서 송전선로 시스템의 수명 및 고장확률을 정확하게 판단하지 못하는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 기존 송전선로 시스템의 설비수명을 검토하는 예비단계로서 송전선로 시스템의 신뢰성을 정량적으로 추정할 수 있는 수학적 방법이 요구되고 있는 것에 부합하여 송전선로 시스템의 신뢰성(또는 고장확률)을 계산하여 송전선로의 고장예측을 위한 고장확률 연산방법을 제공함을 목적으로 한다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은,

송전선로시스템의 신뢰성(RTLS) 범위를,

(1-F1)(1-F2)(1-F3) <= RTLS <= Min((1-F1),(1-F2),(1-F3))

(단, F1,F2,F3는 각각 철탑, 송전선로, 애자의 고장확률이다.)

로 설정하고, 송전선로 시스템의 신뢰성 값은 상기의 수학식에 대한 상한 값으로 택하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기존 송전선로 시스템의 설비수명을 검토하는 예비단계로서 송전선로 시스템의 신뢰성을 정량적으로 추정할 수 있는 수학적 방법, 즉, 송전선로 시스템의 신뢰성(또는 고장확률)을 계산하여 송전선로의 고장예측을 위한 고장확률 연산방법을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

이하, 첨부된 도면 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 설명함에 있어서 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.

도 2는 송전선로 시스템의 신뢰성을 구한 개별 구성 요소들의 고장구성요소가 같은 계층구조를 보인 도면이다.

하나의 송전선로 시스템(TLS: Transmission Line System)은 철탑 2기, 철탑 간을 연결하는 송전선로, 애자들로 구성된다고 정의한다.

본 발명에서는 상기 송전선로시스템의 신뢰성(RTLS) 범위를 아래의 수학식1 과 같이 표현 한다.

[수학식 1]

(1-F1)(1-F2)(1-F3) <= RTLS <= Min((1-F1),(1-F2),(1-F3))

여기서 F1은 철탑 고장확률, F2는 송전선로 고장확률, F3는 애자 고장확률이다.

이때, 송전선로 시스템의 신뢰성 값은 상기 수학식1의 상한 값으로 택한다.

한편, 송전선로 시스템의 신뢰성을 구하는데 사용되는 개별 구성 요소들의 고장 구성요소는 도 2와 같은 계층구조로 나타낼 수 있다.

철탑의 고장은 경년(Elapsed years)에 의한 철탑의 노후화와 지반침하 또는 강풍에 의한 철탑의 기울어짐(Tilt)에 의해 발생한다고 가정한다.

강풍에 의한 송전선로의 흔들림(Galloping), 낙뢰나 계통사고에 의한 고장전류(Fault current)가 선로고장의 원인으로 표시되며, 마지막으로 애자의 고장은 염분, 시멘트, 화학물질, 황사 등의 오염(Pollution) 및 겨울철 결빙(Ice)에 의한 플래시오버 현상으로 나타내었다.

1). 철탑고장확률

철탑의 고장확률은 경년(Elapsed Years)과 철탑의 기울기 정도에 비례하는 값으로 나타내며, 아래의 수학식2와 같이 표현된다.

[수학식 2]

F1=Max((Elapsed years/철탑평균수명)^a1,(보수경과일/철탑평균수명)^b1,

(Tilt/허용 Tilt)^c1)

여기서, 지수a1, b1, c1은 실제 철탑 고장사례 데이터로부터 최소오차　추정법에 의해 결정한 것이다.

2) 선로고장확률

선로의 고장확률은 고장전류, 갤로핑 현상을 반영하여 아래의 수학식3과 같이 구성한다.

[수학식 3]

F2=Max((고장전류/최대허용전류)^a2, (실제이도/최대허용이도)^b2,

(실제장력/허용장력)^c2)

여기서, 지수a2, b2, c2는 실제 송전선 고장사례들과 송전선로에 부착된 선 로 감시진단용 볼센서에서 취득한 데이터와의 상관관계식으로 결정하게 된다.

3) 애자고장확률

애자의 고장확률은 오염 및 결빙현상을 고려하여 아래의 수학식4와 같이 정의한다.

[수학식 4]

F3=f(ESDD, 결빙무게)

여기서, ESDD(Equivalent Salt Deposit Density)는 등가 염분 부착 밀도로서 애자 표면에 부착된 염분이 애자의 절연내력을 저하시키게 되어 플래시오버 현상을 발생시키게 되는데 애자의 고장 확률은 애자 타입 및 재료 그리고 기후조건에 따른 복잡한 수식으로 표현이 된다.

4) 송전선로 시스템 고장확률

상기의 수학식 2 내지 4에서 고려한 3가지 확률인 철탑고장 확률, 선로고장 확률, 애자고장 확률을 취합하여 가장 큰 고장 확률 값을 송전선로 시스템의 고장확률(F_TLS), 단 TLS는 Transmission Line System)로 평가하며 그 고장확률(F_TLS)은 아래의 수학식5와 같이 표현한다.

[수학식 5]

F_TLS=Max(F1,F2,F3)

본 발명은 상기 수학식5로부터 송전선로 시스템의 고장확률을 예측하여 송전선로 시스템의 수명, 교체기준을 보다 객관적으로 판단할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 종래 볼센서를 보인 도면.

도 2는 송전선로 시스템의 신뢰성을 구한 개별 구성 요소들의 고장구성요소가 같은 계층구조를 보인 도면.

Claims (2)

1. 송전선로시스템의 신뢰성(RTLS) 범위를 철탑 고장확률(F1)과 송전선로 고장확률(F2) 및 애자 고장확률(F3)을 적용하여,

   (1-F1)(1-F2)(1-F3) <= RTLS <= Min((1-F1),(1-F2),(1-F3)) 로 설정하고,

   송전선로 시스템의 신뢰성 값은 설정된 상기 신뢰성(RTLS) 범위의 상한값으로 택하는 것을 특징으로 하는 송전선로 시스템의 고장예측을 위한 고장확률 연산방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 철탑 고장확률(F1)은,

   F1=Max((Elapsed years/철탑평균수명)^a1, (보수경과일/철탑평균수명)^b1,

   (Tilt/허용 Tilt)^c1) 로 정의하며(단, a1, b1, c1은 실제 철탑 고장사례 데이터로부터 최소오차　추정법에 의해 결정한 임의의 지수),

   상기 선로 고장확률(F2)은,

   F2=Max((고장전류/최대허용전류)^a2, (실제이도/최대허용이도)^b2, (실제장력/허용장력)^c2) 로 정의하고(단, a2, b2, c2는 실제 송전선 고장사례들과 송전선로에 부착된 선로 감시진단용 볼센서에서 취득한 데이터와의 상관관계식으로 결정하는 임의의 지수),

   상기 애자 고장확률(F3)은 F3=f(ESDD, 결빙무게)로 정의하며(단, ESDD(Equivalent Salt Deposit Density)는 등가 염분 부착 밀도),

   최종적으로 송전선로 시스템 전체의 고장확률(F_TLS, 단 TLS는 Transmission Line System)은 상기 철탑 고장확률(F1), 선로 고장확률(F2), 애자고장확률(F3)을 취합하여 가장 큰 고장확률값(F_TLS=Max(F1,F2,F3))으로 선택하여 평가하는 것을 특징으로 하는 송전선로 시스템의 고장예측을 위한 고장확률 연산방법.

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