KR101313960B1 - 보호계전기의 오동작 방지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비휘발성 메모리에 미리 저장된 설정값을 읽고, 상기 설정값의 임계값과, 상기 임계값에 대한 제1 체크섬을 각각 생성하여 저장하는 단계 및 계전동작 조건이 발생하면 저장한 상기 임계값과 상기 제1 체크섬을 이용하여 계전동작 수행 여부를 판단하는 단계를 포함하는 보호계전기의 오동작 방지 방법에 관한 것이다.

Description

보호계전기의 오동작 방지 방법{METHOD FOR PREVENTING MAL-OPERATION OF IED}

본 발명은 보호계전기의 오동작 방지 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 설정값의 훼손으로 인한 오동작을 방지하기 위한 보호계전기의 오동작 방지 방법에 관한 것이다.

전력계통에서의 안정적이고 지속적인 양질의 전력 공급은 현대사회에서 아주 중요한 문제이며, 이로 인해 전력계통의 보호에 대한 중요성이 날로 증가되고 있으며 고장 발생시의 신속하고 정확한 고장 검출 능력은 전력계통 보호의 관건이라 할 수 있다. 이에 따라 전력계통을 구성하는 각종 전력기기, 설비들의 고장 및 사고 발생시 이를 검출하여 보호하기 위해 보호계전기가 사용되고 있다.

보호계전기는 수배전반의 각종 전기량을 감지하여 정상운전시의 값과 비교하고, 단락 또는 지락 사고 등이 발생하여 각종 전기량이 미리 설정된 기준치를 벗어난 경우에 이를 신속히 검출하여 피보호 전력계통이나 기기 설비를 정상 계통으로부터 분리시키기 위해 각종 차단기, 개폐기를 동작시키기 위한 제어기능을 수행하는 장치이다. 근래에는 피보호 설비의 구성과 특징이 복잡하고 다양해져서 그 보호 요구조건이 보다 엄격하게 높아지고 있을 뿐만 아니라, 디지털 기술의 발전으로 아날로그 형태보다 디지털 방식의 보호계전기가 실용화되고 있다.

전력 계통 구성이 복잡해짐에 따라 디지털 보호계전기도 보다 다양한 기능이 요구되며 이에 따라 디지털 보호계전기의 구성 모듈도 더 다양해지고 복합적인 내부 장치 등으로 구성되고 있다. 그 결과 전력 계통 현장에서의 다양한 외란 등에 대해 예상치 못한 오류 현상 등이 자주 발생하여 오동작을 일으키게 되는 경우가 있다.

이 때문에 디지털 보호계전기는 기본적으로 자기 감시 기능을 수반한다. 자기 감시 기능은 디지털 보호계전기를 구성하고 있는 각종 소자, 즉 중앙처리유닛(CPU), 메모리, 제어전원부, 아날로그 입력 변환부 등에 대해 자기 감시를 수행하는 것이다. 일 예로, CPU는 워치독(watchdog) 기능을 이용하여 자기 감시를 하고, 메모리는 자체 감시 어드레스의 데이터를 비교하여 자기 감시를 수행한다. 이러한 CPU, 메모리, 제어전원부, 디지털 입/출력부 등은 이미 상당한 내구성을 가지고 있고, 또 아날로그 입력 변환부도 보호계전요소를 동작시키는 전압, 전류 소스를 공급하고 있기 때문에 뛰어난 내구성과 성능을 이미 제공하고 있고, 아울러 각종 설정치의 기준값과 비교하여 자기 감시를 수행하고 있다.

상술한 바와 같이, 디지털 보호계전기는 전력계통이나 기기 설비에 단락이나 고장 발생시 이를 검출하여, 고장이 발생한 전력계통, 기기 설비 등을 정상적인 전력계통과 차단하는 것이 기본적인 기능인데, 반대로 디지털 보호계전기가 오동작하여 피보호 전력계통이나 기기 설비에는 이상이 없는데도 불구하고 트립(trip)신호에 의해 보호계전요소가 동작하면 엄청난 경제적 손실이 발생하게 되는 문제점이 있으며, 이에 따라 디지털 보호계전기의 오동작 방지를 위한 자가 검진이 필수적으로 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 센서 검출 신호의 설정값에 대한 체크섬을 이용하여 외란으로 인한 보호계전기의 오류의 신속한 감지 및 오동작의 방지가 가능한 보호계전기의 오동작 방지 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 일실시예인 보호계전기의 오동작 방지 방법은, 비휘발성 메모리에 미리 저장된 설정값을 읽고, 상기 설정값의 임계값과, 상기 임계값에 대한 제1 체크섬(checksum)을 각각 생성하여 저장하는 단계 및 계전동작 조건이 발생하면 저장한 상기 임계값과 상기 제1 체크섬을 이용하여 계전동작 수행 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 계전동작 조건이 발생하면 저장한 상기 임계값과 상기 제1 체크섬을 이용하여 계전동작 수행 여부를 판단하는 단계는 계전동작 조건이 발생하면 상기 임계값으로 제2 체크섬을 계산하는 단계 및 상기 제1 체크섬과 상기 제2 체크섬을 비교하여, 상기 제1 체크섬과 제2 체크섬이 상이하면 상기 보호계전기의 오류로 판단하여 계전동작을 수행하지 않고, 상기 제1 체크섬과 제2 체크섬이 일치하면 계전동작을 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 설정값은 전류값, 전압값 또는 계전동작시간 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 제1 체크섬 또는 제2 체크섬은 상기 설정값에 대한 소정 범위의 상한 임계값과 하한 임계값을 합산하여 생성할 수 있다.

본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 설정값을 이용하여 상기 보호계전기의 오류를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 설정값을 이용하여 상기 보호계전기의 오류를 판단하는 단계는 상기 비휘발성 메모리에 미리 저장된 상기 설정값과 제1 CRC(Cyclic Redundancy Check) 코드를 읽는 단계, 상기 설정값을 이용하여 제2 CRC 코드를 생성하는 단계 및 상기 제1 CRC 코드와 상기 제2 CRC 코드를 비교하여, 상기 제1 CRC 코드와 상기 제2 CRC 코드가 상이한 경우에 상기 보호계전기의 오류로 판단하는 단계를 포함한다.

본 발명은 외란으로 인하여, 센서를 통해 검출되는 전류, 전압 신호 등에 대한 설정값 또는 보호계전기에 발생하는 오류를 판단함에 있어, 미리 설정된 설정값의 임계값과 상기 임계값에 대한 체크섬을 이용함으로써, 데이터 연산량을 줄이고, 연산처리속도는 증가시켜 보호계전기의 계전 동작 수행 이전에 보호계전기의 오류를 빠르게 감지하고 보호계전기의 오동작을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 보호계전기의 개략적인 구성을 나타내는 일예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 보호계전기의 오동작 방지 방법을 설명하기 위한 순서흐름도이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…모듈", "…부" 등의 용어는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니며, 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하는 것으로서, 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 일반적인 보호계전기의 개략적인 구성을 나타내는 일예시도이다. 도 1을 참조하면, 보호계전기는 마이크로프로세서(100), AD 컨버터(200)와, 각종 메모리(ROM, RAM, DPRAM, NVRAM 등)를 포함한다. 상기 각 구성들은 데이터 버스(10)를 통해 상호 연결되어 데이터를 송수신한다.

마이크로프로세서(100)는 센서를 통하여 검출되는 전력계통의 전류, 전압 등을 바탕으로 하여 전력계통에 이상이 발생하는 경우에 트립(trip) 신호를 출력하여 차단기 또는 개폐기가 동작하도록 제어한다. 즉, 마이크로프로세서(100)는 전압을 검출하는 PT(Potential Transformer), 전류를 검출하는 CT(Current Transformer) 등의 센서에 의해 검출된 전류, 전압 등을 AD 컨버터(200)를 통해 디지털 신호로서 제공받고, 메모리(ROM)에 저장된 연산 알고리즘을 바탕으로 보호 및 계측 작업에 필요한 각종 연산을 수행한다. 또한, 연산 수행 결과를 메모리(RAM)에 저장하고, 외부 장치와의 통신, 각종 데이터를 관리하며 디스플레이와 사용자에 의한 키 입력을 제어하는 역할을 수행한다.

상기 각종 메모리는 ROM(Read Only Memory)(도시하지 않음), RAM(Random Access Memory)(300), DPRAM(Dual Ported Ramdom Access Memory)(400) 및 NVRAM(Non-Volatile Random Access Memory)(500)를 포함한다.

ROM에는 펌웨어의 저장 및 연산 및 계전동작 수행에 사용되는 알고리즘 및 로직 프로그램 등이 저장된다.

RAM(300)은 각종 데이터 저장에 사용된다. 또한, NVRAM(500)에 저장된 데이터들을 리드(read)하고, 임시 저장하여 마이크로프로세서(100)의 연산 수행에 빠른 속도로 제공할 수 있다.

DPRAM(400)은 2개의 독립된 데이터 버스 사이에서 각각의 버스에 영향을 주지않고 데이터 교환이 가능하도록 제공된다.

NVRAM(500)은 정전, 전원 오프(off) 등으로 인하여 전원이 공급되지 않아도 자체 배터리에 의해 저장 데이터가 유지되므로, 트립 신호의 발생 여부를 판단하기 위한 각종 설정값이 저장된다. 상기 설정값은 상기 센서에 의해 검출된 전력계통의 전류, 전압 등의 신호를 비교하는 기준값으로서, 계전동작 조건을 나타낸다. 상기 설정값은 보호계전기의 최초 사용시 또는 제품의 출고시 등에 미리 저장되는 값으로서, 비휘발성 메모리(NVRAM)에 저장되는 것이 일반적이다. 상기 설정값은, 계전요소에 따라 달리 저장될 수 있으며, 복수의 설정값이 저장될 수 있다.

예를 들어, 상기 계전요소가 OCR(Over Current Relay; 과전류계전기)인 경우에는, 상기 설정값은 과전류로 판단하기 위한 전류값, 과전류가 지속되면 트립 신호를 생성하기 위한 계전동작시간 등으로 나타날 수 있다. 이 경우에, 상기 보호계전기는, 상기 설정값보다 큰 전류값이 센서에 의해 검출되어 상기 계전동작시간 동안 유지된다면, 과전류로 판단하여 트립 신호를 발생시킨다.

다른 예로써, 상기 계전요소가 OVR(Over Voltage Relay; 과전압계전기)인 경우에는, 과전압으로 판단하기 위한 전압값, 과전압이 지속되면 트립 신호를 생성하기 위한 계전동작시간 등이 상기 설정값에 해당될 수 있다. 이 경우의 상기 보호계전기는, 상기 설정값보다 큰 전압값이 센서에 의해 검출되어 상기 계전동작시간 동안 유지된다면, 과전압으로 판단하여 트립 신호를 발생시킨다.

이와 같이 구성되는 보호계전기는, 정상 구동시에는, 상기 센서에 의해 검출된 전압, 전류 등의 아날로그 신호를 AD 컨버터(200)에서 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호를 이용하여 마이크로프로세서(100)에서 전력계통에 이상이 발생하였는지를 판단한다. 예를 들어, 과전류, 과/부족전압 등의 이상이 발생한 경우, 마이크로프로세서(100)는 디지털 출력부(도시하지 않음)를 통해 트립 신호를 발생시키고, 해당되는 계전요소를 동작시키게 된다.

그런데, 보호계전기가 오동작하는 경우에는, 전력계통에 이상이 발생하지 않았음에도 불구하고, 마이크로프로세서(100)가 전력계통에 이상이 발생한 것으로 판단하여 계전요소를 동작시킬 수 있는데, 이와 같은 경우 전력공급을 차단함으로써 야기되는 경제적 손실은 막대하다. 상기 보호계전기가 오동작하는 경우로써, 예를 들어, 접지의 미결선 또는 오결선 등으로 데이터 버스가 흔들리거나, RAM(300), DPRAM(400), NVRAM(500) 등 주요 변수가 저장 교환되는 메모리의 불량이나 운전 중 파손되는 경우 등이 있을 수 있다. 이러한 경우에, 보호계전기에서 계전요소의 동작 여부의 결정 이전에, 오류 발생을 자가 검진하여 오동작에 의한 계전요소의 동작을 방지할 필요가 있다. 이하에서는 이러한 자가 검진의 일예로써, NVRAM(500)과, RAM(300)에서의 설정값의 훼손으로 인한 보호계전기의 오류를 판단할 수 있는 방법을 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 보호계전기의 오동작 방지 방법을 설명하기 위한 순서흐름도로서, NVRAM에 일반적으로 저장되는 설정값의 훼손으로 인한 오동작을 방지하기 위한 방법에 관한 순서흐름도가 개시된다.

상술한 바와 같이, 상기 설정값은 계전동작의 수행 여부를 결정하는 기준이 되므로, 설정값이 전력계통의 외란(예를 들어, 전원의 온/오프에 의한 서지(surge) 신호)에 의해 훼손되면 정확한 계전동작이 이루어지지 않을 수 있다. 즉, 상기 보호계전기 자체의 오류에 불과한데, 전력계통의 이상으로 판단하여 상기 보호계전기가 계전동작을 수행하여 전력공급을 차단하는 상황이 발생할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 계전동작의 수행 여부를 결정하기 전에 상기 설정값의 훼손 여부를 판단하여, 보호계전기의 오동작을 방지할 수 있는 방법을 제안한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 보호계전기의 오동작 방지 방법은, NVRAM에 저장된 설정값의 훼손 여부를 근거로 하여, NVRAM의 오류를 판단하는 S11 ~ S15 단계와, 상기 설정값을 읽어와 RAM에 저장한 이후, 계전동작조건이 발생한 경우 계전동작을 수행하기 이전에 RAM 또는 데이터 버스의 오류를 판단하는 S17 ~ S29 단계로 구분될 수 있다.

상기 보호계전기의 부팅(booting) 시 또는 설정값이 변경된 경우, 상기 보호계전기의 상기 마이크로프로세서는 NVRAM에 저장되어 있는 설정값과 제1 CRC(Cyclic Redundancy Check; 순환 중복 검사) 코드를 읽는다(S11). 상기 보호계전기의 부팅 시에는, 전원의 온(ON)으로 인한 서지(surge)가 외란으로 작용할 수 있으므로, NVRAM의 오류 여부를 검진할 필요가 있다. 상기 CRC 코드는 일종의 에러검출코드로서, 상기 보호계전기에 최초로 설정값이 저장된 후, 설정값의 훼손을 대비하여 최초 설정값으로부터 CRC코드를 생성하여 NVRAM에 저장해 두는데, 상기 제1 CRC 코드는 상기 최초 설정값으로부터 생성된 CRC코드를 나타낸다. 상기 CRC코드는 계전요소에 따라 달리 저장되는 각각의 설정값에 대응하여, 다수가 NVRAM에 저장될 수 있다. 예를 들어, 상기 보호계전기는, 계전요소 OCR에 대하여, 설정값은 5A(과전류로 판단하기 위한 전류값), 0.1초(과전류가 지속되면 트립 신호를 생성하기 위한 계전동작시간)이고, 이에 대한 CRC 코드는 'CRC A'로 저장될 수 있다. 또한, 상기 보호 계전기는, 계전요소 OVR에 대해서는, 150V(과전압으로 판단하기 위한 전압값), 0.5초(과전압이 지속되면 트립 신호를 생성하기 위한 계전동작시간)가 설정값이고, 이에 대한 CRC코드를 생성하여 'CRC B'로 저장할 수 있다.

상기 마이크로컨트롤러는 상기 S11단계에서 읽은 설정값으로부터 제2 CRC 코드를 생성한다(S13). 즉, 상기 제2 CRC 코드는 외란에 의한 NVRAM의 훼손 등으로 인하여, 변경의 가능성이 있거나 실제로 변경된 설정값을 이용하여 생성한 CRC 코드이다.

다음으로, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 제1 CRC 코드와 제2 CRC 코드를 비교한다(S15). 비교 결과, 상기 제1 CRC 코드와 제2 CRC 코드가 일치하지 않는 경우에는, NVRAM에 오류가 발생한 경우이므로, 상기 보호계전기의 오류로 판단하고, 상기 보호계전기의 화면에 오류 메시지를 표시하거나, 알람을 발생한다(S29).

상기 S15단계의 판단 결과, 상기 제1 CRC 코드와 제2 CRC 코드가 일치하는 경우는, 설정값 또는 NVRAM에 오류가 발생하지 않고 정상 동작하는 경우에 해당한다. 이 경우, 상기 보호계전기는 전력계통에서 계전동작 조건이 발생되는지를 감시한다. 이를 위하여, 상기 마이크로프로세서는 상기 설정값의 임계값을 생성하고, RAM에 저장한다(S17). 상기 임계값은, 상기 설정값을 기준으로 소정 범위의 상한값과 하한값을 나타낸다. 예를 들어, 계전요소 OCR에 대한 설정값이 5A, 0.1초인 경우에, 상기 전류값에 대한 임계값은 5.01A의 상한값과 4.95A의 하한값으로 생성될 수 있다. 즉, 실제의 전력계통 현장에서는 센서를 통해 검출되는 전류값이 정확히 5A(즉, 설정값)로 유지되는 경우가 흔하지 않으므로, 5A를 기준으로 상한값과 하한값 사이의 소정 범위를 정해놓고, 상기 소정 범위(즉, 임게값의 범위)의 전류값이 검출되는 경우 계전동작 조건이 발생하는 것으로 판단하게 된다.

상기 임계값을 생성한 이후, 상기 마이크로프로세서는 상기 임계값의 제1 체크섬을 생성하고, RAM에 저장한다(S19). 상기 제1 체크섬은 상기 S17단계에서 생성된 임계값을 합산하여 생성한다.

이러한 상태에서, 상기 보호계전기는 계전동작 조건(예를 들어, 전류 검출값이 상기 임계값의 범위 내인 경우)이 발생하는지를 감시한다(S21).

상기 계전동작 조건이 발생하면, 상기 마이크로프로세서는 상기 S17단계에서 RAM에 저장한 임계값을 이용하여 제2 체크섬을 생성한다(S23).

상기 마이크로프로세서는 상기 제1 체크섬과 상기 제2 체크섬을 비교하여 상기 보호계전기의 오류, 보다 정확하게는 외란으로 인한 RAM이나 데이터 버스의 오류를 판단한다(S25).

상기 S25단계의 비교 결과, 상기 제1 체크섬과 제2 체크섬이 일치하는 경우에는, 상기 보호계전기의 오류가 발생하지 않은 경우이므로, 상기 보호계전기는 계전동작을 수행(즉, 트립 신호를 생성)한다(S27).

상기 S25단계의 비교 결과, 상기 제1 체크섬과 제2 체크섬이 일치하지 않으면, 상기 보호계전기(즉, RAM이나 데이터 버스)의 오류가 발생한 경우이므로, 상기 보호계전기의 화면에 오류 메시지를 표시하거나, 알람을 발생한다(S29).

이와 같이, 본 발명에 따르면, 설정값에 대한 CRC 코드와 설정값의 임계값에 대한 체크섬을 이용하여 외란으로 인한 NVRAM, RAM 또는 데이터 버스 등의 오류를 판단한다. 상기 체크섬은 연산량이 많지 않으므로 상기 마이크로프로세서가 빠르게 연산할 수 있어서, 계전동작 수행 이전에 상기 보호계전기의 오류를 빠르게 감지하여 보호계전기의 오동작을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 데이터버스 100 : 마이크로프로세서
200 : AD 컨버터 300 : RAM
400 : DPRAM 500 : NVRAM

Claims (6)

1. 비휘발성의 제1메모리에 미리 저장된 설정값의 훼손여부를 근거로, 상기 비휘발성의 제1메모리의 오류를 판단하는 단계;
   상기 설정값의 임계값과, 상기 임계값에 대한 제1체크섬(checksum)을 각각 생성하여 제2메모리에 저장하는 단계; 및
   계전동작 조건이 발생하면, 상기 임계값과 상기 제1체크섬을 이용하여 상기 제2메모리 또는 데이터 버스의 오류를 판단하는 단계를 포함하는 보호계전기의 오동작 방지 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제2메모리 또는 데이터 버스의 오류를 판단하는 단계는,
   계전동작 조건이 발생하면, 상기 제2메모리에 저장된 상기 임계값으로 제2 체크섬을 생성하는 단계; 및
   상기 제1 체크섬과 상기 제2 체크섬을 비교하여, 상기 제1 체크섬과 제2 체크섬이 상이하면 상기 제2메모리 또는 데이터 버스의 오류로 판단하는 보호계전기의 오동작 방지 방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 설정값은,
   전류값, 전압값 또는 계전동작시간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 보호계전기의 오동작 방지 방법.
   
4. 제2항에 있어서, 상기 제1 체크섬 또는 제2 체크섬은,
   상기 설정값에 대한 소정 범위의 상한 임계값과 하한 임계값을 합산하여 생성하는 보호계전기의 오동작 방지 방법.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 비휘발성의 제1메모리의 오류를 판단하는 단계는,
   상기 비휘발성의 제1메모리에 미리 저장된 상기 설정값과 제1CRC(Cyclic Redundancy Check) 코드를 읽는 단계;
   상기 설정값을 이용하여 제2CRC 코드를 생성하는 단계; 및
   상기 제1CRC 코드와 상기 제2CRC 코드를 비교하여, 상기 제1 CRC 코드와 상기 제2 CRC 코드가 상이한 경우에 상기 비휘발성의 제1메모리의 오류로 판단하는 단계를 포함하는 보호계전기의 오동작 방지 방법.
   

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