KR101312353B1

KR101312353B1 - 송전선로의 고장위치 산정 방법

Info

Publication number: KR101312353B1
Application number: KR1020130048586A
Authority: KR
Inventors: 양귀장; 윤기섭; 한현규; 이명래
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2013-10-14

Abstract

본 발명은 송전선로의 고장위치 산정 방법에 관한 것으로, 송전선로 양단의 고장기록데이터를 읽는 단계와, 고장기록데이터에서 전류의 변동이 기설정된 기준보다 큰 시점을 고장시점으로 1차 동기화 시키는 단계와, 고장기록데이터에서 양단 전압의 상차각이 '0'에 가깝도록 샘플거리를 보정하여 고장시점으로 2차 동기화 시키는 단계와, 2차 동기화를 수행한 후 발생하는 샘플거리 만큼의 동기화 오차를 수학적 연산을 통해 보정하여 고장시점으로 3차 동기화 시키는 단계와, 2차 동기화 및 3차 동기화를 통해 산출된 각 시점에서의 고장위치 임피던스 비율값을 산정하는 단계와, 각기 산출된 고장위치 임피던스 비율값을 이용해 임피던스 궤적과의 거리와 임피던스 오차를 계산하고, 그 임피던스 오차의 크기가 더 작은 것을 선택하여 최종 고장위치를 산정하는 단계를 포함한다.

Description

송전선로의 고장위치 산정 방법{METHOD FOR ESTIMATING FAULTS OF POWER TRANSMISSION LINE}

본 발명은 송전선로의 고장위치 산정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송전선로의 양단 고장기록데이터의 시각을 동기화시켜 고장위치를 더 정확하게 산정할 수 있도록 하는 송전선로의 고장위치 산정 방법에 관한 것이다.

최근 전력계통은 에너지 수요의 증가에 따라 계속 성장하고 있으며, 그에 따라서 송배전 선로의 규모 및 전체 길이를 크게 증가시켰고, 각 선로의 노출에 따른 선로고장이 자주 발생하고 있다.

일반적으로 상기 선로고장은 주로 자연재해인 폭풍, 낙뢰, 진눈개비 등에 의해 발생하고, 조류나 외부 수목 접촉에 의한 절연파괴나 단락사고도 발생하고 있다. 대부분의 전기사고는 선로에서의 고장복구 전에 고장위치 검출이 중요하며, 특히 전력계통에서 선로사고에 의한 영향이 비교적 큰 송전선로의 고장위치 산정이 중요하다.

이때 상기 고장위치를 검출하기 위한 육안검사 등의 물리적 방법은 비용과 인력 및 정전 비용 등이 많이 소요되기 때문에 고장위치 검출 기술이 필요하게 된다.

한편 송전선로 양단의 보호계전기는 고장을 즉각적으로 감지해 차단기를 개방함으로써 고장 송전선을 격리한다. 상기 고장은 임시적이거나 영구적일 수 있다. 그러나 상기 보호계전기(또는 거리계전기)는 고장위치를 탐색하는데 신속하고 신뢰성이 있어도 모든 환경에서 정확하게 고장위치 탐색 요건에 부합하는 것은 아니다.

참고로 상기 고장위치 탐색 방법으로는 페이저 또는 시간영역 기반 임피던스 초점방법이 있으며, 전압, 전류 고장기록데이터의 이용방법에 따라서 상기 각 방법은 단일단 방법과 2중단(양단 또는 양 단자로 혼용하여 기재함) 방법으로 나눌 수 있다. 즉, 상기 페이저 또는 시간영역 기반 임피던스 초점방법은 단일단 또는 2중단(즉, 송전선로의 양단)의 전압과 전류를 측정해 전체 선로 임피던스의 함수로 고장위치까지의 거리를 추정한다. 기본적으로 2중단 방법이 단일단 방법보다 더 정확하다.

여기서 상기 양 단자 전압, 전류 고장기록데이터에 의한 송전선로의 더 정확한 고장위치 산정을 위해서는 송전선로 양단의 고장기록데이터를 이용한 고장위치 산정 방법 및 양단 데이터의 시각(시간) 동기화 방법이 필요하다.

그 중 상기 양 단자 보호계전기의 고장기록데이터를 입력하여 송전선로의 고장위치를 산정하는 방법은 공지되어 있다. 그러나 양단 고장시점이 불일치할 경우 양 단자 송전선로 고장위치 산정 결과에 대한 오차율이 증가하여 산정결과 신뢰도가 저하되는 문제점이 있기 때문에 양 단자 보호계전기 고장데이터의 시각 동기화 방법이 더욱 필요한 상황이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-0735803호(2007.07.06. 등록, 양 단자 수치해석을 이용한 사고거리 추정 및 사고 판별 시스템)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 송전선로의 양단 고장기록데이터의 시각을 동기화시켜 고장위치를 더 정확하게 산정할 수 있도록 하는 송전선로의 고장위치 산정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 송전선로의 고장위치 산정 방법은 송전선로 양단의 고장기록데이터를 읽는 단계; 상기 고장기록데이터에서 전류의 변동이 기설정된 기준보다 큰 시점을 고장시점으로 1차 동기화 시키는 단계; 상기 고장기록데이터에서 양단 전압의 상차각이 '0'에 가깝도록 샘플거리를 보정하여 고장시점으로 2차 동기화 시키는 단계; 상기 2차 동기화를 수행한 후 발생하는 샘플거리 만큼의 동기화 오차를 수학적 연산을 통해 보정하여 고장시점으로 3차 동기화 시키는 단계; 상기 2차 동기화 및 3차 동기화를 통해 산출된 각 시점에서의 고장위치 임피던스 비율값을 산정하는 단계; 및 상기 각기 산출된 고장위치 임피던스 비율값을 이용해 임피던스 궤적과의 거리와 임피던스 오차를 계산하고, 그 임피던스 오차의 크기가 더 작은 것을 선택하여 최종 고장위치를 산정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 1차 동기화 시키는 단계는, 상기 고장기록데이터에서 산출되는 보호계전기의 1차측 상전압과 상전류를 이용하여 동기화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 1차 동기화 시키는 단계는, 상기 고장기록데이터에서 고장전류에 포함된 전류 오버슈트 부분을 제외하고, 고장전류에서 전류가 기준 이상으로 크게 변동하는 시점을 검출하여 동기화시키는 것을 특징으로 하며, 상기 오버슈트는 차단기의 동작시간차에 의해서 발생하는 오버슈트와, 재폐로 실패로 발생하는 오버슈트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 1차 동기화 시키는 단계는, 고장전류에 차단기의 동작시간차에 의해서 발생한 오버슈트가 포함된 경우, 전류 파형의 최대값을 기준으로 1주기 전후에 수직으로 가상의 직선을 긋고, 상기 가상의 직선에 접하는 두 접점이 모두 최대값의 70% 이하에 있으면, 상기 최대값은 오버슈트에 의한 최대값으로 판단하여 1차 동기화 과정에서 제외하고, 상기 두 접점 중 큰 값을 고장전류의 최대값으로 설정하여, 그 최대값의 50% 되는 지점을 1차 동기화 지점으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 1차 동기화 시키는 단계는, 고장전류에 재폐로 실패에 의해서 발생한 오버슈트가 포함된 경우, 전류 파형의 최대값을 기준으로 1주기 전후에 수직으로 가상의 직선을 긋고, 상기 가상의 직선에 접하는 두 접점 중 적어도 하나가 최대값의 70% 이상인 경우, 상기 두 접점 중 큰 값의 50% 되는 지점에 가상의 수평선을 긋고, 상기 가상의 수평선과 만나는 접점 중 시간적으로 가장 앞선 접점과 상기 최대값과의 시간차가 기설정된 주기 이상이면, 상기 최대값은 오버슈트에 의한 최대값으로 판단하여 1차 동기화 과정에서 제외하고, 상기 차단기의 동작시간차에 의해서 발생한 오버슈트가 포함된 경우에 수행하는 1차 동기화를 다시 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 2차 동기화 과정은, 정상분 양단 전압의 크기와 각을 이용하여 상차각이 '0'에 가깝게 되도록 소정의 샘플거리(x) 만큼을 전이나 후로 이동시켜 동기화를 수행하되, x=0 이면, 1차 동기화 시점을 활용하고, x<0 이면, G측 동기화 시점을 +x 개 이동시키고, x>0 이면, H측 동기화 시점을 +x 개 이동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 3차 동기화 시키는 단계는, 상기 고장기록데이터에서 양단 전압의 1차 동기화 시점에서 적어도 2주기 전의 1주기의 정상 전압 파형을 검출하고, 상기 1주기의 정상 전압 파형에 DFT(Discrete Fourier Transform)와 대칭좌표법을 적용하여 정상분 양단 전압의 크기와 각을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 3차 동기화 시키는 단계는, 상기 2차 동기화를 위하여 산출한 샘플거리(x_diff)와 양단 전압각(δ_G,δ_H)을 이용하여 아래 수학식1로 보정값(δ_diff3)을 산출하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

(수학식 1)

여기서, N은 한 주기 당 샘플 개수이다.

본 발명은 송전선로의 양단 전압, 전류 고장기록데이터에 의한 고장위치 산정 시 송전선로의 양단 고장기록데이터의 시각을 동기화시킴으로써 송전선로의 고장위치 산정 결과에 대한 오차율을 감소시키고 산정 결과의 신뢰도를 증가시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송전선로의 고장위치 산정 장치의 개략적인 구성을 보인 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송전선로의 고장위치 산정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 고장 시점에서 전류 증가 현상이 나타난 전류 증가 파형을 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 송전선로의 고장 발생 후 재폐로 실패에 의한 오버슈트 현상이 나타한 전류 파형을 보인 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 송전선로의 고장 발생 후 송전선로 양단에서 검출된 전압 파형을 보인 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 송전선로의 고장위치 산정 방법의 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 송전선로의 고장위치 산정 장치의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 송전선로의 고장위치 산정 장치는 데이터 입력부(110), 연산부(120), 1차 동기화부(130), 2차 동기화부(140), 제1 고장위치 임피던스 계산부(150), 3차 동기화부(160), 제2 고장위치 임피던스 계산부(170), 선택부(180), 및 표시부(190)를 포함한다.

상기 데이터 입력부(110)는 송전선로의 양 단자 보호계전기의 고장기록데이터를 입력받아 읽는다. 즉, 송전선로 양 단자에서 일정한 샘플링 간격으로 검출된 전압, 전류 고장기록데이터를 읽는다. 이때 상기 고장기록데이터에 포함된 값들은 스케일 변환이 안된 상태이다.

상기 연산부(120)는 상기 고장기록데이터에 포함된 값들을 스케일 변환하여 각 상전압과 상전류를 산출한다. 이때 상기 산출된 상전압과 상전류가 보호계전기의 2차측 전압, 전류인 경우, 실질적인 송전선로의 고장위치 산정을 위해서 보호계전기의 1차측 전압, 전류로 환산한다.

상기 1차 동기화부(130)는 상기 산출된 1차측 상전압과 상전류를 이용하여 송전선로 양단의 시간을 고장시작시간 근방으로 1차 동기화 시킨다. 즉, 상기 고장기록데이터로부터 전압이 기준이하로 크게 감소하고 전류가 기준이상 크게 증가하는 부분을 찾아 고장시점 부근으로 동기화 시킨다.

이때 고장이 발생한 상황에 따라서 전압의 감소율이 크지 않을 경우도 있기 때문에 전류의 변동을 함께 체크하는 것이 바람직하다. 또한 상기 1차 동기화부(130)는 전류 변동 정보(예 : 전류 파형)에서 고장전류에 포함된 전류 오버슈트를 제외하고, 고장전류만을 검출하여 전류가 기준이상으로 크게 변동하는 시점을 정확히 검출하여 동기화시킨다.

상기 오버슈트에는 차단기의 동작시간차에 의해서 발생하는 것과 재폐로 실패로 발생하는 것이 있으므로 이를 구분하여 1차 시각 동기화를 수행하는 과정에서 제외할 필요가 있다. 그에 대한 구체적인 설명은 다른 도면을 참조하여 설명한다.

상기 2차 동기화부(140)는 상기 송전선로 양단 고장기록데이터의 전압 변동 정보(예 : 전압 파형)을 참조하여 샘플거리를 보정함으로써, 즉 상기 1차 동기화부(130)에서 검출된 고장시점을 샘플거리 만큼 보정함으로써 더 정확한 고장시점으로 동기화시킨다. 따라서 상기 샘플링 간격(또는 샘플거리)에 따라 보정되는 정도가 달라질 수 있으며, 아무리 샘플링 간격이 작더라도 그 샘플링 간격만큼 동기화 시각에 오차가 발생하게 된다.

상기 3차 동기화부(160)는 상기 2차 동기화부(140)에서 좁히지 못하는 샘플링 간격만큼의 동기화 오차를 수학적 연산(예 : DFT, 대칭좌표법)을 통하여 보정함으로써 더 정확한 고장시점으로 동기화시킨다. 즉, 상기 2차 동기화를 수행한 후 발생하는 샘플거리 만큼의 동기화 오차를 수학적 연산을 통해 보정하여 고장시점으로 3차 동기화 시킨다. 그러나 실질적으로 송전선로는 다양한 상황에서 고장이 발생하기 때문에 변수가 많으며, 따라서 상기 수학적 연산을 통해 양단의 고장시점을 보정하는 3차 동기화가 반드시 2차 동기화보다 더 정확하다고 할 수는 없다.

상기 수학적 연산 방법은 다른 도면을 참조하여 구체적으로 후술한다.

그에 따라 상기 2차 동기화를 통해 산출된 고장위치와 상기 3차 동기화를 통해 산출된 고장위치의 정확도를 비교할 필요가 있다. 상기 두 고장위치의 정확도를 비교하기 위하여 고장위치 임피던스를 계산한다.

상기 제1 고장위치 임피던스 계산부(150)는 상기 2차 동기화부(140)를 통해 산출된 정상분 전압, 전류, 및 송전선로 전체 임피던스에 수학적 연산을 수행하여 고장위치 임피던스 비율값을 산출한다. 마찬가지로 상기 제2 고장위치 임피던스 계산부(170)는 상기 3차 동기화부(160)를 통해 산출된 정상분 전압, 전류, 및 송전선로 전체 임피던스에 수학적 연산을 수행하여 고장위치 임피던스 비율값을 산출한다.

그리고 상기 2차 동기화 및 3차 동기화를 수행한 후 산출한 각 임피던스 비율값을 이용하여 각각 임피던스 궤적에서의 거리(L), 임피던스 오차(|diff|), 및 성공유무(Success)를 계산한다. 상기 계산을 위하여 별도의 연산부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 선택부(180)는 상기 임피던스 오차의 크기(|diff|)가 더 작은 값을 선택한다. 즉 임피던스 오차의 크기가 더 작다는 것은 임피던스 궤적과의 거리가 더 가깝다는 것을 의미하므로, 결국 고장위치가 더 정확하다는 것을 의미할 수 있다.

상기 표시부(190)는 상기 선택부(180)에서 선택된 임피던스 오차의 크기가 더 작은 값의 거리(L), 임피던스 오차(|diff|), 및 성공유무(Success)를 표시한다.

여기서 상기 기재된 송전선로의 고장위치 산정 장치의 각 구성수단들은 하나의 제어부나 시스템 서버로 구성할 수 있으며, 상기 구성수단들의 조합을 통해 어느 하나의 구성 수단에서 다른 구성 수단의 기능을 추가로 수행할 수도 있음에 유의한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송전선로의 고장위치 산정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하 도 2 내지 도 5를 참조하여 송전선로의 고장위치 산정 방법에 대하여 설명한다.

우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 데이터 입력부(110)는 송전선로의 양 단자 보호계전기의 고장기록데이터를 입력받아 읽는다(S101). 즉, 송전선로 양 단자에서 검출된 전압, 전류 고장기록데이터를 읽는다. 상기 고장기록데이터에는 환경파일(예 : *.cfg)과 데이터파일(예 : *.dat)이 포함되어 있으며, 상기 파일들 중 적어도 어느 하나에는 스케일(scale), 시간(time), 및 샘플(sample) 등의 정보가 포함되어 있다. 여기서 상기 샘플은 매초 당 30번 내지 60번의 위상(Phasor)(즉, 위상차)과 주파수 변화율 등의 데이터를 측정하는 시간 간격이다.

이때 상기 고장기록데이터에 포함된 값들은 스케일 변환이 안된 상태이다.

따라서 스케일 변환을 위한 수학식(예 : V(k)=aX(k) + b, I(k)=aX(k) + b)을 이용하여 스케일 변환함으로써, 각 상전압(예 : Va(k), Vb(k), Vc(k))과 상전류(예 : Ia(k), Ib(k), Ic(k))를 산출한다. 여기서 a는 곱상수, b는 옵셋, k는 샘플 순번을 의미하고, X(k)는 k번째 샘플의 스케일 변환을 의미한다.

즉, 연산부(120)는 상기 고장기록데이터에 포함된 값들을 스케일 변환하여 각 상전압과 상전류를 산출한다(S102).

만약 상기와 같이 산출된 상전압과 상전류가 보호계전기의 2차측 전압, 전류인 경우, 상기 연산부(120)는 상기 2차측 전압, 전류를 1차측 전압, 전류로 환산한다(S103). 왜냐하면 실질적으로 송전선로의 고장위치 산정을 위해서는 송전선로 양단(즉, 보호계전기의 1차측)의 전압, 전류값이 필요하기 때문이다. 이때 상기 송전선로의 양단은 각각 G단, H단이라고 한다.

상기와 같이 보호계전기의 1차측(즉, 송전선로 양단) 상전압과 상전류가 산출되면, 1차 동기화부(130)는 상기 송전선로 양단의 시간을 1차 동기화 시킨다(S104). 즉 양 단에서 측정된 고장기록데이터의 상전압과 상전류를 각각 고장시작시간 근방으로 일치화 시키는 것이다.

여기서 상기 송전선로 양단 시간의 1차 동기화는, 고장 시 전압은 감소하고, 전류는 증가하는 현상을 이용하여 상기 고장기록데이터로부터 전압 또는 전류의 변동이 크게 발생하는 부분을 찾아 고장시점 부근으로 동기화시키는 방법이다.

예컨대 고장 시 전압이 기준대비 특정비율(예 : 80%) 이하 큰 폭으로 떨어지는 시점(또는 지점)과 전류의 최대값이 기준대비 특정비율(예 : 50%) 이상 큰 폭으로 증가하는 시점(또는 지점)을 1차 동기화 시점(또는 지점)이라고 판단한다.

그런데 전류의 경우 차단기(미도시)의 동작시간차 때문에 상대단(예 : G단과 H단 중 하나) 차단기가 먼저 동작하여 고장전류가 증가하는 경우나 자동투입 실패가 되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 전류 오버슈트가 발생하게 된다. 따라서 그 오버슈트 발생 부분을 제외한 전류증가 파형에서 실질적인 고장전류 최대값을 검출하여 고장위치 산정에 반영해야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 고장 시점에서 전류 증가 현상이 나타난 전류 증가 파형을 보인 예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 송전선로의 고장에 의해 크기가 증가된 전류는 실질적으로 3상(a, b, c) 중 어느 하나의 상전류(RMS 값)에 해당하며, 또한 상기 전류 증가 파형에는 오버슈트가 포함되어 있다. 따라서 상기 오버슈트를 제외하고 고장이 발생된 시점(즉, 1차 동기화 시점)을 검출해야 한다.

일반적으로 상기 오버슈트는 차단기의 동작시간차에 의해 발생한다.

예컨대 송전선로에 고장이 발생할 경우, 그 송전선로의 양단(예 : G단, H단)에 구비된 차단기(미도시)가 동작하게 되는데, 통상적으로 어느 일단(예 : H단)의 차단기가 먼저 동작하고, 소정시간 후 다른 일단(예 : G단) 차단기가 동작하기 때문에 그 동작시간차에 의해 오버슈트가 발생하게 되는 것이다. 이때 상기 차단기의 동작시간차에 의해 발생하는 오버슈트는 약 2주기(즉, 2 Cycle) 동안 발생한다. 여기서 1주기(즉, 1 Cycle)는 상기 송전선로를 통해 공급되는 전압이 60Hz라고 할 경우 1/60초(약 16ms)를 의미한다.

우선, 도 3에 도시된 전류 파형을 이용한 1차 동기화 과정(즉, 1차 동기화 시점을 검출하는 과정)에서 오버슈트를 제외하는 방법을 설명한다.

상기 도 3에 도시된 전류 파형(오버슈트를 포함한 전류 증가 파형)에서 가장 높은 지점(첨단부)을 최대값이라고 한다.

그리고 상기 최대값을 기준으로 1주기 전과 1주기 후에 수직으로 가상의 직선을 긋는다. 왜냐하면 차단기의 동작시간차에 의해 발생하는 오버슈트는 약 1주기 동안 발생하는 것이 일반적이기 때문이다. 그에 따라 상기 전류 파형에서 양측 가상의 직선에 접하는 두 개의 접점(예 : 선택값1, 선택값2)을 검출할 수 있다.

만약 상기 두 개의 접점(예 : 선택값1, 선택값2)이 모두 최대값의 70% 이하(즉, 최대값의 30% 하향값 이하)에 있으면, 상기 최대값은 오버슈트에 의한 최대값으로 판단할 수 있다. 따라서 상기 오버슈트 파형에서 검출된 최대값은 1차 동기화 과정(즉, 1차 동기화 시점을 검출하는 과정)에서 제외한다.

그리고 상기와 같이 두 개의 접점(예 : 선택값1, 선택값2)이 모두 최대값의 70% 이하(즉, 최대값의 30% 하향값 이하)일 경우, 상기 두 접점(예 : 선택값1, 선택값2) 중 큰 값(즉, 선택값1)을 고장전류(실질적으로 고장에 의해 증가된 전류)로 선택하고, 그 선택값1의 50% 되는 시점(또는 지점)을 1차 동기화 시점(또는 지점)으로 결정한다.

한편 교류 궤전회로에서는 번개 등에 의한 애자 플래시 오버 사고 등의 경우에 일단 정전시켜 아크를 소멸시킨 후, 다시 궤전하면 고장 상태가 계속되지 않는 경우가 많은데, 이러한 조작을 재폐로 조작이라고 한다. 이때 상기 재폐로는 송전 계통에서 사고로 인하여 차단기가 동작한 다음 일정 시간 후(예 : 약 20~30Hz)에 자동으로 편단을 재투입하여 송전을 재개하는 것으로 재폐로 회수는 보통 2회를 수행한다.

그런데 상기 재폐로 시 고장이 제거되지 않았을 경우(즉, 재폐로 실패의 경우)에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 재폐로 실패에 의한 오버슈트(실질적으로는 재폐로 실패에 의한 고장전류이지만, 편의상 오버슈트라고 기재함)가 발생하게 된다.

따라서 상기 1차 동기화 시점(또는 지점)을 검출하기 위해서는 상기 재폐로 실패에 의해 발생한 오버슈트도 제거할 필요가 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 송전선로의 고장 발생 후 재폐로 실패에 의한 오버슈트 현상이 나타한 전류 파형을 보인 예시도이다.

상기 재폐로 실패에 의해 발생한 오버슈트는 상기 차단기의 동작시간차에 의해 발생한 오버슈트와는 다른 양상을 보인다. 예컨대 그 형상이 다를 뿐만 아니라, 특정 시간차(예 : 적어도 5Cycle 이상의 시간차)를 갖는 적어도 두 번의 연속된 전류 증가 파형이 나타난다. 그 연속된 전류 증가 파형 중 하나는 실제 고장 시점에 발생한 전류 증가 파형(도 3에 도시된 바와 같이 차단기의 동작시간차에 의해 발생한 오버슈트가 포함된 전류 증가 파형)이고, 다른 하나는 재폐로 실패에 의해 발생한 전류의 오버슈트 파형이다.

따라서 상기 도 3을 참조하여 설명한 1차 동기화 시점을 검출하는 방법과 마찬가지로, 최대값(즉, 두 개의 전류 파형 중 최대값)을 기준으로 1주기 전과 1주기 후에 수직으로 가상의 직선을 긋고, 그 양측 가상의 직선에 접하는 두 개의 접점(예 : 선택값1, 선택값2)을 검출할 수 있다.

그리고 상기 두 개의 접점(예 : 선택값1, 선택값2)이 모두 최대값의 70% 이하(즉, 최대값의 30% 하향값 이하)가 아니므로, 상기 두 접점(예 : 선택값1, 선택값2) 중 큰 값(즉, 선택값1)의 50% 되는 지점에 가상의 수평선을 긋는다.

그리고 그 가상의 수평선과 만나는 접점 중 시간적으로 가장 앞의 접점(예 : 선택값3)과 상기 최대값(즉, 두 개의 전류 파형 중 최대값)과의 시간차가 6 Cycle 이상이면, 일정 시간(즉, 고장 발생 후 재폐로를 수행하기까지의 시간) 내에 두 번의 고장전류 파형이 검출되었다는 것을 의미한다. 따라서 상기 두 개의 전류 파형(또는 전류 증가 파형) 중 시간적으로 뒤에 있는 전류 파형(또는 전류 증가 파형)은 재폐로 실패에 의한 전류 파형인 것을 알 수 있다.

그에 따라 상기 두 개의 전류 파형 중 시간적으로 뒤에 있는 전류 파형(즉, 재폐로 실패에 의해 발생한 전류 파형)은 1차 동기화 시점 검출에서 제외하고, 시간적으로 앞에 있는 전류 파형(즉, 실질적인 고장전류 파형)에 대하여 도 3을 참조하여 설명한 방법으로 1차 동기화 과정(즉, 1차 동기화 시점을 검출하는 과정)을 수행한다.

이상으로 양단 시간의 1차 동기화 방법에 대해서 설명하였다.

상기와 같이 송전선로 양단의 1차 동기화 시점이 검출되면 좀 더 정확한 고장시점을 검출하기 위하여 2차 동기화 과정을 수행한다.

이하 도 5의 전압 파형을 참조하여 2차 동기화 과정을 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 송전선로의 고장 발생 후 송전선로 양단에서 검출된 전압 파형을 보인 예시도이다.

2차 동기화부(140)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 양단 전압 파형에서 그 양단 전압각 차(즉, 상차각)가 '0'이 되도록(실질적으로 샘플거리에 따라 '0'에 가깝게는 되지만, 완전한 '0'이 되지는 않는 것이 일반적이다), 어느 일단(G단 혹은 H단)의 전압을 소정의 샘플거리(x) 만큼 전(앞)이나 후(뒤)로 이동하여 2차 동기화를 수행한다(S105).

여기서 도 5에 도시된 두 전압 파형은 각각 송전선로의 양단(예 : G단, H단)에서 검출된 a상 모선 전압 파형으로서, 상기 도 3 내지 도 4의 전류 파형에서 검출된 1차 동기화 시점 부근에서 전압 파형이 일그러진 것을 검출할 수 있다.

이때 상기 전압 파형에서 정상적인 전압 파형(즉, 고장전 전압 파형)을 검출하기 위해서는 상기 1차 동기화 시점에서 적어도 2주기(2 Cycle) 전(앞)의 전압 파형(제1 정현파)을 검출한다. 상기와 같이 1차 동기화 시점에서 2주기 전부터 1주기 전까지의 고장전 전압(정상 전압) 1주기(1 Cycle)를 추출한 후, 그 1주기의 정상 전압 파형에 DFT(Discrete Fourier Transform)를 적용하고(S106), 대칭좌표법을 적용하여(즉, 대칭분 분해를 통하여) 정상분 양단 전압의 크기와 각을 산출한다(S107).

상기 정상분 양단 전압의 크기와 각을 산출하기 위하여 또 다른 연산부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

참고로, 상기 대칭좌표법은 3상 불평형 전압(또는 전류)을 전기공학적으로 해석하기 위하여 영상, 정상, 역상전압(또는 전류)으로 분해하는 방법을 의미한다. 여기서 영상전압(또는 전류)은 3상에 흐르는 모든 영상전압(또는 전류)의 방향이 같은 것을 의미하고, 정상전압(또는 전류)은 원래 전력계통의 상회전 방향과 같은 방향으로 회전하는 것을 의미하며, 역상전압(또는 전류)은 정상전압(또는 전류)과 그 상회전 방향이 반대방향인 것을 의미한다. 그 중 정상 및 역상전압(또는 전류)은 각각 3상 평형이다.

참고로, 상기 2차 동기화 과정은 상기 산출된 정상분 양단 전압의 크기와 각을 이용하여 양단 전압각 차(즉, 상차각)가 '0'에 가깝게 되도록 소정의 샘플거리(x) 만큼을 전(앞)이나 후(뒤)로 이동하여 동기화를 수행하는 과정이다.

더 상세히 설명하면, G와 H모선의 전압각을 각각 δ_G, δ_H라고 할 경우, 샘플거리(x)를 아래 연산 과정을 통해 산출할 수 있다.

여기서, -π < δ_diff < π 가 되도록 수정한다.

if(δ_diff > π)

else if (δ_diff < -π)

x = ROUND(x_diff) (여기서, ROUND는 반올림 함수)

그리고 상기 산출된 샘플거리(x)를 2차 동기화 시점에 반영한다.

이때 만약,

x=0 이면, 1차 동기화 시점을 활용하고,

x<0 이면, G측 동기화 시점을 +x 개 이동하고,

x>0 이면, H측 동기화 시점을 +x 개 이동한다.

그런데 보호계전기의 샘플링 횟수가 적을 경우, 샘플간 차이가 크기 때문에 2차 동기화만으로는 더 정확한 양단 시각 동기화가 어려울 수 있다. 즉, 샘플거리(x) 만큼을 전이나 후로 이동시키더라도 양단 전압각 차(즉, 상차각)가 완전히 '0' 되지는 않기 때문에 정확한 양단 시각 동기화가 어려울 수 있다.

따라서 3차 동기화부(160)는 상기 2차 동기화를 위하여 산출한 샘플거리(x_diff)와 전압각(δ_G,δ_H)을 이용하여 아래와 같은 수학식1을 통해 보정값(δ_diff3)을 산출하여 3차 동기화를 수행한다(S110).

여기서, N은 한 주기 당 샘플 개수를 의미한다.

그리고 제2 고장위치 임피던스 계산부(170)는 상기 산출된 보정값(δ_diff3)을 반영하여 고장위치 임피던스 비율값(이하, m으로 기재함)을 산정한다(S111).

이때 상기 고장위치 임피던스 비율값(m) 산정 시 정상분 H변전소 전압(V_H1), 전류(I_H1) 대신에 아래와 같은 수학식2,3을 이용해 위상각을 이동시킨 전압(

), 전류(

)를 대입하여 계산한다. 즉, 양단의 전압 상차각을 '0'으로 만들기 위하여 상대단(H단)의 전압(VH), 전류(IH)에

을 곱한다.

한편, 제1 고장위치 임피던스 계산부(150)는 2차 동기화 후에도 상기 고장위치 임피던스 비율값(m)을 산출한다(S108).

참고로, 상기 고장위치 임피던스 비율값(m)은 아래 수학식4를 이용하여 산출할 수 있다.

여기서, Z_L은 송전선로 전체 임피던스를 의미한다.

상기와 같이 2차 동기화 및 3차 동기화를 수행한 후 산출한 각 임피던스 비율값(m)을 이용하여 각각 임피던스 궤적에서의 거리(L), 임피던스 오차(diff), 및 성공유무(Success)를 계산한다(S109, S112). 여기서 임피던스 오차(diff)는 절대값이고, 성공유무(Success)는 고장위치 탐지 성공유무를 의미한다.

상기 각 임피던스 비율값(m)을 이용하여 각각 임피던스 궤적에서의 거리(L), 임피던스 오차(diff), 및 성공유무(Success)를 계산하기 위한 또 다른 연산부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

그리고 선택부(180)는 상기 임피던스 오차의 크기(|diff|)가 더 작은 값을 선택하고(S113), 표시부(190)는 상기 선택된 값의 거리(L), 임피던스 오차(diff), 및 성공유무(Success)를 표시한다(S114).

상기와 같이 본 발명은 1차 시각 동기화를 수행한 후, 2차 시각 동기화 및 3차 시각 동기화를 수행하고, 그 2차 시각 동기화 및 3차 시각 동기화를 통해 각각 고장위치를 산출한 다음, 그 산출된 고장위치에서 임피던스 궤적에 더 가까운 값으로 고장위치를 결정하여 표시할 수 있도록 한다.

이상으로 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.

110 : 데이터 입력부 120 : 연산부
130 : 1차 동기화부 140 : 2차 동기화부
150 : 제1 고장위치 임피던스 계산부 160 : 3차 동기화부
170 : 제2 고장위치 임피던스 계산부 180 : 선택부
190 : 표시부

Claims

송전선로 양단의 고장기록데이터를 읽는 단계;
상기 고장기록데이터에서 전류의 변동이 기설정된 기준보다 큰 시점을 고장시점으로 1차 동기화 시키는 단계;
상기 고장기록데이터에서 양단 전압의 상차각이 '0'이 되도록 샘플거리를 보정하여 고장시점으로 2차 동기화 시키는 단계;
상기 2차 동기화를 수행한 후 발생하는 샘플거리 만큼의 동기화 오차를 수학적 연산을 통해 보정하여 고장시점으로 3차 동기화 시키는 단계;
상기 2차 동기화 및 3차 동기화를 통해 산출된 각 시점에서의 고장위치 임피던스 비율값을 산정하는 단계; 및
상기 각 시점에서 산정된 고장위치 임피던스 비율값을 이용해 상기 각 시점에서의 임피던스 궤적과의 거리와 임피던스 오차를 계산하고, 상기 계산된 임피던스 오차들 중 임피던스 오차의 크기가 더 작은 시점에서의 고장위치를 선택하여 최종 고장위치로 산정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전선로의 고장위치 산정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 1차 동기화 시키는 단계는,
상기 고장기록데이터에서 산출되는 보호계전기의 1차측 상전압과 상전류를 이용하여 동기화시키는 것을 특징으로 하는 송전선로의 고장위치 산정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 1차 동기화 시키는 단계는,
상기 고장기록데이터에서 고장전류에 포함된 전류 오버슈트 부분을 제외하고, 고장전류에서 전류가 기준 이상으로 크게 변동하는 시점을 검출하여 동기화시키는 것을 특징으로 하며,
상기 오버슈트는 차단기의 동작시간차에 의해서 발생하는 오버슈트와, 재폐로 실패로 발생하는 오버슈트를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전선로의 고장위치 산정 방법.
제 3항에 있어서, 상기 1차 동기화 시키는 단계는,
고장전류에 차단기의 동작시간차에 의해서 발생한 오버슈트가 포함된 경우,
전류 파형의 최대값을 기준으로 1주기 전후에 수직으로 가상의 직선을 긋고,
상기 가상의 직선에 접하는 두 접점이 모두 최대값의 70% 이하에 있으면,
상기 최대값은 오버슈트에 의한 최대값으로 판단하여 1차 동기화 과정에서 제외하고, 상기 두 접점 중 큰 값을 고장전류의 최대값으로 설정하여, 그 최대값의 50% 되는 지점을 1차 동기화 지점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 송전선로의 고장위치 산정 방법.
제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 1차 동기화 시키는 단계는,
고장전류에 재폐로 실패에 의해서 발생한 오버슈트가 포함된 경우,
전류 파형의 최대값을 기준으로 1주기 전후에 수직으로 가상의 직선을 긋고,
상기 가상의 직선에 접하는 두 접점 중 적어도 하나가 상기 전류 파형의 최대값의 70% 이상인 경우, 상기 두 접점 중 큰 값의 50% 되는 지점에 가상의 수평선을 긋고,
상기 가상의 수평선과 만나는 접점 중 시간적으로 가장 앞선 접점과 상기 전류 파형의 최대값과의 시간차가 기설정된 주기 이상이면, 상기 전류 파형의 최대값은 오버슈트에 의한 최대값으로 판단하여 1차 동기화 과정에서 제외하고,
상기 차단기의 동작시간차에 의해서 발생한 오버슈트가 포함된 경우에 수행하는 1차 동기화를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 송전선로의 고장위치 산정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 2차 동기화 과정은,
정상분 양단 전압의 크기와 각을 이용하여 상차각이 '0'이 되도록 소정의 샘플거리(x) 만큼을 전이나 후로 이동시켜 동기화를 수행하되,
x=0 이면, 1차 동기화 시점을 활용하고,
x<0 이면, G측 동기화 시점을 +x 개 이동시키고,
x>0 이면, H측 동기화 시점을 +x 개 이동시키는 것을 특징으로 하는 송전선로의 고장위치 산정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 3차 동기화 시키는 단계는,
상기 고장기록데이터에서 양단 전압의 1차 동기화 시점에서 적어도 2주기 전의 1주기의 정상 전압 파형을 검출하고,
상기 1주기의 정상 전압 파형에 DFT(Discrete Fourier Transform)와 대칭좌표법을 적용하여 정상분 양단 전압의 크기와 각을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전선로의 고장위치 산정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 3차 동기화 시키는 단계는,
상기 2차 동기화를 위하여 산출한 샘플거리(x_diff)와 양단 전압각(δ_G,δ_H)을 이용하여 아래 수학식1로 보정값(δ_diff3)을 산출하여 수행하는 것을 특징으로 하는 송전선로의 고장위치 산정 방법.
(수학식 1)

여기서, N은 한 주기 당 샘플 개수.