KR101438158B1 - 변압기의 수명 예측 방법 및 장치 - Google Patents

변압기의 수명 예측 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

변압기의 수명 예측 방법 및 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법은, 온라인을 이용하여 변압기로부터 온도 및 가스 데이터를 획득하는 단계; 상기 온도 데이터로부터 상기 변압기의 최고점 온도를 산출하는 단계; 상기 가스 데이터로부터 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 계산하는 단계; 상기 최고점 온도 및 상기 평균 중합도를 기초로 상기 변압기 내 절연지의 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 계산하는 단계; 및 상기 수명 가속 인자를 기초로 상기 변압기의 수명을 계산하는 단계를 포함한다.

Description

변압기의 수명 예측 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PREDICTING LIFE TIME OF TRANSFORMER}
본 발명은 변압기의 수명 예측 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변압기의 수명에 가장 연관성이 높은 절연지의 열화정도를 나타내는 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 도입하고, 현장에서 온라인 측정 가능한 유중가스분석과 연계하여 정확한 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 산출하여 절연지 수명의 가속화 정도를 정밀하게 판단할 수 있는 변압기의 수명 예측 방법 및 장치에 관한 것이다.
현대 사회에서의 전력 소비는 점차 증가하고 있으며 필연적으로 전력 공급의 안정성 유지는 점점 더 중요해지고 있는 추세이다. 이러한 전력 공급의 핵심인 전력기기 중 유입식 변압기의 평균 수명은 20년~30년 정도로써 변압기의 상태 변화에 따른 기대 수명을 예측하지 못하고 고장이 발생할 경우 매우 심한 경제적 타격을 받게 된다.
특히, 절연 내력의 열화로 발생하는 변압기의 절연 파괴는 특성 상 폭발을 동반할 수 있으며, 폭발 시에는 다른 상황에서 보다 경제적, 시간적 손실이 크고 복구에 필요한 시간과 비용이 크므로, 변압기 내부 절연 물질의 열화와 관련하여 예방 진단 및 온라인 진단 등이 필요하다. 그리하여, 현재 운용 중인 변압기의 상태 진단 및 진단 결과를 바탕으로 한 수명 예측이 중요한 이슈가 되고 있다.
변압기의 절연 파괴에 따른 폭발을 미연에 방지하기 위해서는 대형 변압기 내부를 구성하는 절연 물질의 열화와 관련하여 온라인 진단을 통한 실시간 상태 모니터링이 요구된다. 변압기의 상태에 기반한 온라인 진단은 사고의 조기 진단이 가능하며, 나아가 대형 변압기의 수명과 관련한 정보를 취득할 수 있기 때문에 기존의 변압기뿐만 아니라 신설되는 변압기에도 적용함으로써 체계적인 관리가 가능하다.
변압기 내 절연재료로는 고체 절연물인 절연지와 액체 절연물인 절연유 등이 사용된다. 특히, 유입변압기에 사용되고 있는 절연재료에 관해 일반적으로 문제가 되는 열화상태는 기기 내에 존재하는 소재나 수분으로 인한 절연유, 절연지 등 화학적인 열화가 있으며, 이것은 운전 중에 열이 주된 가속 요인이기도 하기 때문에 열 열화라고도 한다.
일반적으로, 온도가 높을수록 절연재료의 열화 진전은 빠르지만, 절연유는 새로운 기름으로 교환 또는 탈기여과처리 등을 수행함으로써 특성 회복이 가능하다는 점에서 반드시 수명을 결정하는 요인은 되지 않는다. 반면에, 권선부의 절연지 등의 종이계 재료는 교환하여 갱신이 불가능하기 때문에 이 열화가 변압기 수명을 결정하는 요인이 된다. 즉, 변압기에서는 갱신하기 곤란한 종이재료의 열화가 수명을 지배하는 요소이다. 특히, 권선 간 절연에 사용되고 있는 절연지는 가장 높은 고온에 노출되기 때문에 열화 진행이 비교적 빠르고 이 절연지를 끌어당기는 강도 저하가 변압기 수명을 좌우한다.
이러한 점을 고려할 때, 변압기의 수명을 결정하는 지배 요인인 절연지의 수명을 진단하려면 운전온도가 가장 높아지는 부위의 코일 도체에 감겨져 있는 절연지의 열화상태를 조사하면 된다. 이것은 변압기 내부에서 직접 절연지를 채취하여 인장강도 잔율을 구하는 것이 가장 정확한 방법이지만 다음과 같은 문제가 있다. 권선에서 코일 도체의 절연지를 채취하려면 변압기 분해가 필요하며 변압기 내부를 들어내야 하는 등 많은 비용이 든다. 또 절연지 채취 작업 그 자체가 권선을 손상시키게 된다. 권선 내부의 온도는 복잡하게 분포되어 있으며 채취한 절연물이 반드시 최고 온도에서 사용되었다는 보증은 없다.
그리하여, 운전 중인 변압기 내 절연지 등 종이재료의 특성은 측정이 불가능하므로, 종이재료의 열화와 함께 발생하는 열화 생성물의 절연유 중 농도를 측정하고, 열화 정도를 간접 측정하고 있다. 예를 들어, 변압기에 사용되고 있는 절연유, 절연지 등의 유기 절연 재료는 운전에 의한 온도 상승이나 국부과열, 방전에 의한 열분해, 산화가 발생하여 가스를 함유하는 각종 열화 생성물을 만들며, 이 중 가스와 액체는 절연유에 용해되어 절연유가 공기 또는 질소 등 기체에 접하고 있으면 가스의 일부는 다시 그 속으로 확산되어 간다. 따라서 운전 중의 변압기 절연유를 계속적으로 채취, 분석하여 용해되어 있는 가스와 그 양의 시간적 변화를 측정, 변압기 내부 이상을 추정하는 것이다.
이에, 변압기를 구성하고 있는 절연물 중 교체가 불가능한 고체 절연물인 절연지의 수명을 온라인으로 획득한 정보로 정확히 예측하고, 이에 따라 변압기의 상태를 정확하게 진단할 필요성이 요구된다.
한국등록특허 1046752호
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 변압기의 수명에 가장 연관성이 높은 절연지의 열화정도를 나타내는 중합도를 도입하고, 현장에서 온라인 측정 가능한 유중가스분석(DGA)과 연계하여 절연지의 수명 가속 인자를 정확하게 계산함으로써, 온라인 진단을 통해 변압기의 정밀한 수명 예측이 가능한 변압기의 수명 예측 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법은, 온라인을 이용하여 변압기로부터 온도 및 가스 데이터를 획득하는 단계; 상기 온도 데이터로부터 상기 변압기의 최고점 온도를 산출하는 단계; 상기 가스 데이터로부터 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 계산하는 단계; 상기 최고점 온도 및 상기 평균 중합도를 기초로 상기 변압기 내 절연지의 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 계산하는 단계; 및 상기 수명 가속 인자를 기초로 상기 변압기의 수명을 계산하는 단계를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 장치는, 온라인을 이용하여 변압기로부터 데이터를 획득하는 데이터 획득부; 상기 데이터 획득부로부터 온도 데이터 및 가스 데이터를 추출하여 분류하는 데이터 분류부; 상기 온도 데이터로부터 상기 변압기의 최고점 온도를 산출하는 HST 산출부; 및 상기 가스 데이터로부터 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 계산하며, 상기 최고점 온도 및 상기 평균 중합도를 기초로 상기 변압기 내 절연지의 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 계산하고, 상기 수명 가속 인자를 기초로 상기 변압기의 수명을 계산하는 연산부를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 변압기의 수명에 가장 연관성이 높은 절연지의 열화정도를 나타내는 중합도를 도입하고, 현장에서 온라인 측정 가능한 유중가스분석(DGA)과 연계하여 절연지의 수명 가속 인자를 정확하게 계산함으로써, 변압기의 정밀한 수명 예측을 할 수 있다.
또한, 기존 변압기 절연물 상태 측정을 위해 사용한 유중가스분석 방식에서 실시간으로 측정 가능한 기체만 분석하는 방식으로 절연유의 상태를 온라인 측정한 데이터를 이용하여 변압기의 수명을 정확히 예측함으로써, 변압기의 관리를 용이하게 하고, 변압기 사고 빈도를 줄이는 동시에 변압기의 유지 보수 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법의 순서도이다.
도 2는 도 1의 변압기의 수명 예측 방법의 상세 순서도이다.
도 3은 셀룰로오즈의 구조를 도시한 도면이다.
도 4a는 일산화탄소와 평균 중합도의 연관성을 도시한 그래프이며, 도 4b는 이산화탄소와 평균 중합도의 연관성을 도시한 그래프이다.
도 5는 6개의 파라미터와 2개의 파라미터를 이용하여 각각 평균 중합도를 계산하여 도시한 그래프이다.
도 6은 온도와 수명 가속 인자의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 평균 중합도 및 온도에 따른 수명 진행 경과의 차이를 도시한 그래프이다.
도 8a는 평균 중합도별 수명 가속 인자를 도시한 그래프이며, 도 8b는 도 8a를 로그 스케일(log scale)로 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법의 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 장치의 구성도이다.
도 12는 도 11의 변압기의 수명 예측 장치의 연산부의 상세 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법의 순서도이며, 도 2는 도 1의 변압기의 수명 예측 방법의 상세 순서도이다. 또한, 도 3은 셀룰로오즈의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법은, 온라인을 이용하여 변압기로부터 온도 및 가스 데이터를 획득하며(S10), 상기 온도 데이터로부터 상기 변압기의 최고점 온도를 산출하고(S20), 상기 가스 데이터로부터 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 계산하고(S30), 상기 최고점 온도 및 상기 평균 중합도를 기초로 상기 변압기 내 절연지의 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 계산하여(S40), 상기 수명 가속 인자를 기초로 상기 변압기의 수명을 계산한다(S50).
먼저, 도 2를 참조하면, 온라인을 이용하여 변압기로부터 온도 및 가스 데이터를 획득하는 경우(S10), 온라인을 이용하여 변압기의 상태를 실시간으로 모니터링하며(S12), 상기 변압기로부터 각종 데이터를 획득하고(S14), 상기 각종 데이터에서 온도 및 가스 데이터를 분류하고(S16), 온도 데이터인지 또는 가스 데이터인지에 따라(S18), 상기 온도 데이터는 최고점 온도 산출(S20), 상기 가스 데이터는 평균 중합도 계산(S30)을 위해 각각 입력되게 된다.
그리하여, 변압기의 고장 진단을 위해 첫 번째로 온라인을 이용하여 데이터를 수집하는 것이 중요하다. 온라인을 이용하여 변압기의 진단이 가능하면, 실시간으로 사용자에게 모니터링을 가능하게 해주고, 진단 결과를 제공하여 변압기를 보다 계획적으로 운용할 수 있다.
다음으로, 온도 데이터로부터 변압기의 최고점 온도를 산출(S20)은, 온라인을 통해 획득된 여러 데이터 중에서 온도에 관련된 여러 온도 데이터를 이용하여 이루어진다. 구체적으로, 상온과 변압기 내부의 권선 온도, 변압기 내 절연유의 온도 등을 획득하여 변압기의 최고점 온도(HST; Hot Spot Temperature)를 구할 수 있다.
그 다음으로, 가스 데이터로부터 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 계산하는 경우(S30), 가스 데이터로부터 유중가스분석을 통해 상기 변압기 내 절연유의 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 산출하여, 상기 일산화탄소 농도 및 이산화탄소 농도를 기초로 상기 평균 중합도를 계산한다. 이때, 유중가스분석, 일명 DGA(Dissolved Gas Analysis)는 변전설비 가운데 주요 설비인 유입 변압기에 대한 내부 이상 진단 방법으로서 높은 신뢰성을 갖고 있다. 변압기에 사용되고 있는 절연유, 절연지 등의 유기 절연 재료는 운전에 의한 온도 상승이나 국부과열, 방전에 의한 열분해, 산화가 발생하여 가스를 함유하는 각종 열화 생성물을 만든다. 이 중 가스와 액체는 절연유에 용해되어 절연유가 공기 또는 질소 등 기체에 접하고 있으면 가스의 일부는 다시 그 속으로 확산되어 간다. 따라서 운전 중의 변압기 절연유를 계속적으로 채취, 분석하여 용해되어 있는 가스와 그 양의 시간적 변화를 측정, 변압기 내부 이상을 추정하는 것이 유중 가스 분석의 주된 목적이라 할 수 있다. 분석을 위한 절연유는 무 정전 상태에서 변압기 하부 밸브에서 소량의 채취로서도 분석 가능하기 때문에 비용 또한 저렴하다.
변압기 내 절연지의 수명을 진단하려면 운전온도가 가장 높아지는 부위의 코일 도체에 감겨져 있는 절연지의 열화상태를 조사하면 되나, 권선에서 코일 도체의 절연지를 채취하려면 변압기 분해가 필요하며 변압기 내부를 들어내야 하는 등 많은 비용이 든다. 또한, 절연지 채취 작업 그 자체가 권선을 손상시키게 되고, 권선 내부의 온도는 복잡하게 분포되어 있으며 채취한 절연물이 반드시 최고 온도에서 사용되었다는 보증은 없다. 그러므로, 직접 시료를 채취하는 방법 보다는 절연지를 둘러싼 절연유를 이용하여 역추정하는 방법을 이용하는 것이 바람직하다.
변압기의 절연지는 여러 가지 고분자 화합물로 구성되는데 이 중에 도 3에 도시한 바와 같은 셀룰로오즈라는 화합물이 주를 이루고 있다. 변압기에 일정 수준 이상의 온도와 같은 스트레스를 받게 되면 셀룰로오즈가 분해된다. 이는 절연지의 기계적 강도가 약해지고 절연 내력이 약화됨을 의미하며, 절연지의 수명 경과를 반영하게 된다. 이러한 분해 과정에서 화합물과 가스 등의 부산물이 발생한다. 특히, 절연지의 분해 과정에서 탄화수소계열 무색 액체인 Fural 화합물과 함께 일산화탄소, 이산화탄소 가스가 발생하게 된다. 이때 발생하는 가스는 절연유에 녹아들기 때문에 절연유를 분석하는 기법을 통해 이를 측정할 수 있다.
아래의 수학식 1은 시험용 변압기를 제작 및 적절한 열화 가속 환경을 인가하여 절연지로부터 발생하는 가스 및 Fural 화합물을 통하여 평균 중합도를 계산하고 있다. 여기에서, 중합도, 일명 DP(Degree of Polymerization)는 셀룰로오즈(Cellulose) 단위길이당 분자에 존재하는 글루코스(Glucose) 단위체의 수를 의미한다.
Figure 112013024668598-pat00001
여기에서, 기체인 일산화탄소 및 이산화탄소가 발생하게 되고, 탄화수소계열 무색 액체인 Fural 화합물이 발생할 수 있다. 예를 들어, TF(Total Fural contents gases dissolved in oil), FD(2-Furaldehyde dissolved in oil), AF(2-Acetylefuran dissolved in oil), M2F(5-Methyle 2-furfural dissolved in oil)가 발생할 수 있다. 즉, 2종류의 기체와 4종류의 액체가 발생하는 경우, 이러한 6개의 파라미터를 사용하여 DP(Degree of Polymerization)를 계산하게 된다. 바람직하게는, 상기 6개의 파라미터는 a=-60.59, b=-54.10, c=-39.67, d=-30.20, e=-57.18, f=-54.30 이고, 상기 C0=1897 일 수 있으나, 이에만 제한되지 않고 더 적절한 값을 가질 수도 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
상기 수학식 1에서 계산된 DP(Degree of Polymerization)를 기초로 아래의 수학식 2의 경과 수명 (Elapsed Life)을 계산하여 추정할 수 있다.
Figure 112013024668598-pat00002
그러므로, 평균 중합도는 수명과 관련이 있음을 알 수 있다. 그런데, 상기 수학식 1은 6개의 파라미터를 사용하기 때문에 고려해야 할 변수가 많고, 또한 퓨란계 화합물은 변압기가 운용 중인 동안에는 측정할 수가 없는 단점을 가지고 있다. 즉, Fural 화합물은 변압기의 운전 중에도 채취가 가능하나, 시료 채취 후 실험실에서 분석을 해야 하므로 온라인 진단이 불가능하다. 따라서, 실시간으로 변압기의 수명을 추정할 수 없는 문제가 있다. 이에, 2종류의 기체만을 이용하여 평균 중합도를 계산할 수 있는 수학식이 요구된다. 따라서, 퓨란계(Fural) 화합물을 배제하고 현장에서 실시간으로 측정이 가능한 일산화탄소 및 이산화탄소, 2종류의 가스를 가지고 평균 중합도를 추정하도록 구성할 필요가 있다.
평균 중합도를 추정하기 위해서 상기의 수학식 1에서는 일산화탄소, 이산화탄소 2가지 가스와 4가지 퓨란계 화합물을 가지고 계산하였으나, 퓨란계 화합물은 절연지로부터 직접 시료를 채취하여 연구실에서 분석해야 하므로 온라인 진단에서 사용할 수 없으므로, 상기의 수학식 1을 대체하는 새로운 수학식을 도입할 필요가 있다.
도 4a는 일산화탄소와 평균 중합도의 연관성을 도시한 그래프이며, 도 4b는 이산화탄소와 평균 중합도의 연관성을 도시한 그래프이다. 또한, 도 5는 6개의 파라미터와 2개의 파라미터를 이용하여 각각 평균 중합도를 계산하여 도시한 그래프이다.
도 4a 및 도 4b의 가스와 평균 중합도간의 연관성은 테스트용 변압기를 제작하여 이를 적절한 스트레스를 인가함으로써 데이터를 수집한 결과물이다. 로그 스케일로 확인한 결과, 평균 중합도와 음의 기울기로 비례함을 알 수 있다. 도 4a 및 도 4b의 일산화탄소와 이산화탄소의 평균 중합도와의 연관성을 고려하고 계수를 조절함으로써 상기 수학식 1의 간소화된 수학식을 구할 수 있다. 아래의 수학식 3은 일산화탄소 및 이산화탄소, 2종류의 가스를 가지고 평균 중합도를 추정하는 계산식이다.
Figure 112013024668598-pat00003
여기에서, 상기
Figure 112013024668598-pat00004
는 평균 중합도, 상기
Figure 112013024668598-pat00005
는 소정의 상수, 상기
Figure 112013024668598-pat00006
는 일산화탄소 농도에 대한 소정의 계수, 상기
Figure 112013024668598-pat00007
는 일산화탄소 농도, 상기
Figure 112013024668598-pat00008
는 이산화탄소 농도에 대한 소정의 계수, 상기
Figure 112013024668598-pat00009
는 이산화탄소 농도이다.
바람직하게는, 상기 2개의 파라미터는 a는 -191.33, b는 -151.34, 이고, 상기
Figure 112013024668598-pat00010
는 2520.7 일 수 있으나, 이에만 제한되지 않고 더 적절한 값을 가질 수도 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 수학식 1의 평균 중합도 계산식과 최적화된 상기 수학식 3을 비교한 결과, 거의 일치함을 알 수 있다. 이에 따라, 현재 사용되는 신뢰성 높은 유중 가스 분석 기법을 통해 온라인 진단에 적합한 일산화탄소 및 이산화탄소, 2가지 파라미터만으로 평균 중합도 계산을 간소화 하는 과정이 타당함을 알 수 있다.
다음으로, 최고점 온도 및 평균 중합도를 기초로 변압기 내 절연지의 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 계산하는 경우(S40), 최고점 온도를 기반으로 절연으로 수명 가속화 정도를 판단하는 것이 아니라, 최고점 온도와 함께 2개의 파라미터를 이용하여 계산되는 평균 중합도를 기초로 절연지의 수명 가속 인자를 계산하여 추정한다.
일반적으로, 국제 규격 IEEE Std C57.91[1]에서는 아래의 수학식 4와 같이 수명 가속 인자인 AAF를 정의하고 있다.
Figure 112013024668598-pat00011
여기에서, B는 상수로써 15000이다. 이 인자는 변압기의 온도에 따라 수명이 점차 가속화 되는 정도를 나타내고 있다. 기준 온도는 국가마다 차이가 있으나, 대부분 섭씨 110도로 정의된다. 기준 온도일 경우 변압기의 수명 가속 인자는 1로써 정상적인 진행으로 수명이 경과함을 나타내준다.
도 6은 온도와 수명 가속 인자의 관계를 도시한 그래프이며, 도 7은 평균 중합도 및 온도에 따른 수명 진행 경과의 차이를 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 기준 온도일 경우 변압기의 수명 가속 인자는 1로써 정상적인 진행으로 수명이 경과함을 나타내준다. 110도가 초과할 시 수명 가속 인자는 1보다 커지게 되는데 이는 정상적인 수명 진행의 배수로 표현이 가능하다. 즉, 수명 가속 인자가 2일 경우 정상적인 수명 진행보다 2배로 수명이 경과하고 있음을 의미한다. 반대로 110도 미만일 경우 정상적인 경우보다 수명이 더디게 진행됨으로써, 기존 예상 수명보다 더 오랜 기간 운용이 가능하게 되는 것이다.
상기의 수학식 4에서 사용되는 온도(θ)는 최고점 온도(HST; Hot Spot Temperature)로써 상온과 변압기 내부의 권선 온도, 절연유의 온도를 이용하여 구하게 된다. 또한, 이를 이용하여 수명 손실을 계산하는 방법도 국제 규격에서 제시하고 있으나 온도만을 이용한다는 점에서 신뢰성 부분에서 상당히 부족하다. 상기의 수학식 4에서의 수명 가속 인자(AAF)의 파라미터는 단지 최고점 온도만을 반영하고 있기 때문에 과부하, 아크, 부분방전, 절연내력의 열화 등과 같은 다양한 스트레스가 주어지는 변압기의 복잡한 상황 하에서 불충분하다. 또한, 국제 규격 IEEE Std C57.91-1995에서 상기의 수학식 4의 수명 비율 상수인 B는 15000으로 정의하고 있으나, 이는 적절한 어림값에 불과하다.
그런데, 수명 비율 상수의 기준이 인장 강도(Tensile Strength) 및 평균 중합도 등의 절연지의 열화 상태와 관련이 있다. 또한, 평균중합도가 감소함에 따라, 인장강도도 역시 감소한다. 그러므로, 이러한 부분을 조정하여 상태를 반영하고 각 열화 정도에 따른 기준점을 제시하기 위해서 기준점에 상태를 반영하여 조정함으로써 기존의 수명 가속 인자의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연지의 상태는 인장 강도를 측정함으로써 알 수 있는데, 이는 아래의 수학식 5와 같이 평균 중합도와 연관성을 가진다.
Figure 112013024668598-pat00012
여기에서,
Figure 112013024668598-pat00013
는 초기 평균 중합도 값을 의미하며, 제조 공정의 문제가 없다고 가정할 경우, 처음 절연지의 평균 중합도는 1100~ 1200 사이의 값을 지니게 된다. 그러므로, 절연지의 수명을 계산함에 있어서 평균 중합도의 반영은 절연지의 기계적인 강도, 즉 열화 상태를 나타냄으로써 이를 이용하여 수명 가속 인자의 지수를 보정하는 작업을 통해 정밀도를 높일 수 있다.
도 7을 참조하면, 기계적 강도와 연관되는 평균 중합도의 차이에 따라 경과 진행이 차이가 있는 것을 확인할 수 있다. 그러므로, 온도뿐만 아니라 절연지의 상태를 추가함으로써 좀 더 정확한 추정이 가능함을 유추할 수 있다. 이에, 상기 수학식 4의 수명 가속 인자보다 정밀한 식이 되기 위하여 절연지의 상태와 관련 있는 지수를 보정한다. 즉, 절연지의 상태가 열화 되었을수록 온도에 의한 열화 가속이 증가함을 식을 보정함으로써 나타낼 수 있다.
아래의 수학식 6은 상기 수학식 4와 달리 지수에 평균 중합도를 이용한 변수가 추가되었으며, 또한 각 열화 상태에 따라서 기준을 제시하기 위하여 다른 변수를 추가하였다.
기준이 되는 평균 중합도 값은 500인데 이는 절연지의 수명을 계산, 추정할 시에 절연지 평균 중합도의 범위를 200~800으로 제한하기 때문이다. 200으로 하한 값을 정하는 이유는 그 이하의 평균 중합도 값은 열화가 많이 진행된 상태로 수명이 다했다고 보는 이유이다. 또한 평균 중합도 값이 500 일 때 15000에 가장 가까운 값을 지닌다. 평균 중합도를 이용하여 수명을 측정하는 상기 수학식 4를 이용함으로써, 새롭게 식을 보정하였다. 각 상태 별로 온도에 따라 열화되는 수명 가속의 차이점을 반영하고자 각 상태 별 기준점을 제시하고 이 또한 식에 추가한다.
Figure 112013024668598-pat00014
Figure 112013024668598-pat00015
Figure 112013024668598-pat00016
여기에서, 상기 AAFnew는 최고점 온도 및 상기 평균 중합도를 함께 반영하여 계산되는 수명 가속 인자이고, 상기
Figure 112013024668598-pat00017
는 상기 변압기의 최고점 온도, 상기
Figure 112013024668598-pat00018
는 기준 최고점 온도이다. 이때, 전술한 바와 같이, 상기
Figure 112013024668598-pat00019
는 섭씨 110도일 수 있다. 또한, 상기
Figure 112013024668598-pat00020
는 평균 중합도, 상기
Figure 112013024668598-pat00021
는 기준 평균 중합도, 상기
Figure 112013024668598-pat00022
는 변압기 운전 시작 시의 평균 중합도 초기치이다. 바람직하게,
Figure 112013024668598-pat00023
는 변압기 운용 시간의 상당 부분을 차지하는 DP로 500을 기준으로 할 수 있다. 그리고, A는 기준 DP에 대한 현재 DP의 상대적인 크기를 반영한 계수이다. DP 값이 떨어질수록, A의 크기가 증가함에 따라 AAFnew가 증가하는 방향성을 가진다. 바람직하게,
Figure 112013024668598-pat00024
의 초기치인 DP0의 수치는 1100일 수 있으나, 다른 초기값으로 대체될 수도 있다.
상기 수학식 7 및 8을 수학식 6에 대입하면, 아래의 수학식 9와 같다.
Figure 112013024668598-pat00025
그러므로, 수명 가속 인자는 상기 수학식 9에 의해 계산되며, 최고점 온도(
Figure 112013024668598-pat00026
) 및 평균 중합도(
Figure 112013024668598-pat00027
)를 함께 반영하여 추정된다.
도 8a는 평균 중합도별 수명 가속 인자를 도시한 그래프이며, 도 8b는 도 8a를 로그 스케일(log scale)로 도시한 그래프이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 수학식 4의 수명 가속 인자는 평균 중합도가 500일 때의 상기 수학식 9의 수명 가속 인자와 일치하며, 평균 중합도가 낮을수록 그 수명 열화 정도를 나타내는 기울기가 빠르게 증가함을 확인할 수 있다. 또한, 기준 온도(
Figure 112013024668598-pat00028
)에서 열화 정도의 차이를 보정함으로써 각 온도별, 각 평균 중합도별 차이를 쉽게 판단 가능하다.
그 다음으로, 수명 가속 인자를 기초로 변압기의 수명을 계산하는 경우(S50), 수명 가속 인자를 기초로 전체 시간에서의 등가 열화 요소를 계산한 후에, 상기 등가 열화 요소를 기초로 상기 변압기의 경과 수명을 계산한다.
이때, 상기 전체 시간에서의 등가 열화 요소는 아래의 수학식 10에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112013024668598-pat00029
여기에서, 상기
Figure 112013024668598-pat00030
는 전체시간에서의 등가 열화 요소이며, 상기 n은 각 구간의 인덱스(index), N은 전체구간의 개수, 상기
Figure 112013024668598-pat00031
은 n번째 구간의 시간, 상기
Figure 112013024668598-pat00032
는 상기
Figure 112013024668598-pat00033
동안의 수명 가속 인자이다.
또한, 상기 변압기의 경과 수명은 아래의 수학식 11에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112013024668598-pat00034
여기에서, 상기
Figure 112013024668598-pat00035
는 변압기의 경과 수명이며, 상기
Figure 112013024668598-pat00036
는 섭씨 110도에서의 절연지의 수명이다.
수명 가속 인자와 지속 시간 및 아래의 표 1에서와 같은 Normal insulation life를 통해서 초기 상태를 100%로 볼 때 현재 경과 시간동안 어느 정도 열화가 진행되었는지를 판단하여 잔여 수명 또는 경과 수명을 %로 나타낸다. 아래의 표 1은 상기의 수학식 11의 국제 규격에서의 Normal insulation life를 보여준다. 단, 하기의 표 1은, 섭씨 110도에서 다른 변인을 통제(건조, 무산소, 평균 권선 온도 섭씨 65도 유지)하였을 경우, 각 상태에 따른 절연지의 수명을 보여준다.
Figure 112013024668598-pat00037
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법의 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법은, 온라인을 이용하여 변압기로부터 온도 및 가스 데이터를 획득하며(S10), 상기 온도 데이터로부터 상기 변압기의 최고점 온도를 산출하고(S20), 상기 가스 데이터로부터 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 계산하고(S30), 상기 최고점 온도 및 상기 평균 중합도를 기초로 상기 변압기 내 절연지의 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 계산하여(S40), 상기 수명 가속 인자를 기초로 상기 변압기의 수명을 계산한 후(S50), 상기 온도 및 가스 데이터, 상기 최고점 온도, 상기 평균 중합도, 상기 수명 가속 인자 등을 저장할 수 있다(S60). 즉, 변압기의 수명을 예측하는데 사용된 모든 데이터, 즉 온라인을 통하여 획득된 데이터 및 계산된 데이터 모두가 저장될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법의 순서도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법은, 온라인을 이용하여 변압기로부터 온도 및 가스 데이터를 획득하며(S10), 상기 온도 데이터로부터 상기 변압기의 최고점 온도를 산출하고(S20), 상기 가스 데이터로부터 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 계산하고(S30), 상기 최고점 온도 및 상기 평균 중합도를 기초로 상기 변압기 내 절연지의 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 계산하여(S40), 상기 수명 가속 인자를 기초로 상기 변압기의 수명을 계산한 후(S50), 변압기의 수명을 디스플레이하여(S70), 변압기의 사용자 등에게 변압기 수명을 제공할 수 있다. 변압기의 수명을 사용자에게 알려 줌으로써, 변압기의 사고를 미연에 방지할 수 있을 것이다.
이러한 변압기의 수명 예측 방법을 통해, 절연유 분석기술과 온도 측정 기술을 이용하여 보다 정확한 절연지의 상태 추정이 온라인에 의해 가능하여 실시간으로 신뢰성 있는 변압기의 진단이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 방법은 소프트웨어 및 하드웨어에 의해 하나의 모듈로 구현 가능하며, 전술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 롬(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크 등의 자기적 매체, CD, DVD 등의 광학적 매체 및 인터넷을 통한 송신과 같은 캐리어 웨이브와 같은 형태로 구현된다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네크워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 장치의 구성도이며, 도 12는 도 11의 변압기의 수명 예측 장치의 연산부의 상세 구성도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 수명 예측 장치(100)는, 데이터 획득부(110), 데이터 분류부(120), HST 산출부(130), 및 연산부(140)를 포함한다. 또한, 변압기의 수명 예측 장치(100)는, 저장부(150) 및 디스플레이부(160)를 더 포함할 수 있다.
데이터 획득부(110)는 온라인을 이용하여 변압기로부터 데이터를 획득한다. 변압기(50)에 대한 다양한 센서가 개발되어 설치되고 있다. 이러한 변압기(50)에 설치된 센서에서 감지한 여러 데이터를 데이터 획득부(110)가 변압기로부터 획득하여 수집하게 된다. 데이터 획득부(110)가 변압기(50)로부터 데이터를 획득하기 위해, 온라인을 통해 연결될 수 있다. 여기에서, 온라인 네트워크는 변압기의 수명 예측 장치(100)와 변압기(50) 간을 연결하는 유선 네트워크뿐만 아니라 무선 네트워크를 포함한다. 이러한 온라인 네트워크로 인터넷 등을 들 수 있다. 그리하여, 변압기의 수명 예측 장치(100)와 변압기(50) 간에 정보 및 데이터의 교환이 이루어진다. 예를 들어, IEC61850 규약에 의해서 변압기(50)의 센서와 데이터 획득부(110) 간에 통신 연결이 가능할 수 있다.
데이터 분류부(120)는 데이터 획득부(110)에 의해 획득된 데이터 중에서 온도 데이터 및 가스 데이터를 추출하여 분류한다. 전술한 바와 같이, 변압기(50) 내부에 포함된 절연지의 열화 정도를 추정하기 위한 주요한 요소는 변압기(50) 내부의 최고 온도와 절연유의 분석을 통해 온라인으로 획득할 수 있는 가스 성분이다. 그리하여, 데이터 분류부(120)는 온도 데이터 및 가스 데이터를 확인하여 이를 분류하게 된다.
HST 산출부(130)는 데이터 분류부(120)에 의해 분류된 온도 데이터로부터 변압기(50)의 최고점 온도를 산출한다. 상온과 변압기 내부의 권선 온도, 절연유의 온도 등을 이용하여 최고점 온도(HST; Hot Spot Temperature)를 구하게 된다.
연산부(140)는 가스 데이터로부터 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 계산하며, 변압기(50)의 최고점 온도 및 상기 평균 중합도를 기초로 변압기(50) 내 절연지의 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 계산하고, 상기 수명 가속 인자를 기초로 상기 변압기(50)의 수명을 계산한다.
그리고, 도 12에 도시한 바와 같이, 연산부(140)는 중합도 계산 유닛(142), 수명 가속 인자 계산 유닛(144), 수명 계산 유닛(146)으로 구성되어, 각 유닛에서 각각의 계산을 수행할 수 있다. 구체적으로, 중합도 계산 유닛(142)이 가스 데이터로부터 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 계산하며, 수명 가속 인자 계산 유닛(144)이 변압기(50)의 최고점 온도 및 상기 평균 중합도를 기초로 변압기(50) 내 절연지의 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 계산하고, 수명 계산 유닛(146)이 수명 가속 인자를 기초로 상기 변압기(50)의 수명을 계산할 수 있다.
또한, 연산부(140)는 가스 데이터로부터 유중가스분석을 통해 변압기(50) 내 절연유의 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 산출하여, 상기 일산화탄소 농도 및 이산화탄소 농도를 기초로 평균 중합도를 계산할 수 있다. 이때, 상기의 수학식 3에 의해 평균 중합도를 계산할 수 있음은 전술한 바와 같으므로 생략하도록 한다.
그리고, 연산부(140)는 상기의 수학식 9에 의해 수명 가속 인자를 계산할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 같으므로 생략하도록 한다.
그리고, 연산부(140)는 수명 가속 인자를 기초로 전체 시간에서의 등가 열화 요소를 계산하며, 상기 등가 열화 요소를 기초로 변압기(50)의 경과 수명을 계산할 수 있다. 상기 등가 열화 요소의 계산에는 상기의 수학식 10이 사용될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 같으므로 생략하도록 한다. 또한, 상기 변압기(50)의 경과 수명의 계산에는 상기의 수학식 11이 사용될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 내용도 전술한 바와 같으므로 생략하도록 한다.
저장부(150)는 데이터 획득부(110)에 의해 획득되는 데이터, 데이터 분류부(120)에 의해 분류되는 온도 데이터 및 가스 데이터, HST 산출부(130)에 의해 산출되는 최고점 온도, 연산부(140)에 의해 계산되는 평균 중합도 및 수명 가속 인자 등을 저장한다. 즉, 저장부(150)는 물리적 또는 논리적 저장 공간의 역할을 한다. 이러한 저장부(150)는 정보를 저장하기 위한 서버가 될 수 있으며, 예를 들어, 오라클(Oracle) 사의 Oracle DBMS, 마이크로소프트(Microsoft) 사의 MS-SQL DBMS, 사이베이스(Sybase) 사의 SYBASE DBMS 등의 형태일 수 있으나, 이에만 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
디스플레이부(160)는 변압기의 수명을 디스플레이한다. 또한, 디스플레이부(160)는 데이터 획득부(110)에 의해 획득되는 데이터, 데이터 분류부(120)에 의해 분류되는 온도 데이터 및 가스 데이터, HST 산출부(130)에 의해 산출되는 최고점 온도, 연산부(140)에 의해 계산되는 평균 중합도 및 수명 가속 인자 등을 표시하에 디스플레이 할 수 있음은 물론이다. 이러한 디스플레이부(160)는 여러 데이터 및 정보를 디스플레이할 수 있는 음극선관(CRT, Cathode Ray Tube), 액정 화면(LCD, Liquid Crystal Display), 발광 다이오드(LED, Light-Emitting Diode), 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light-Emitting Diode) 또는 플라즈마 디스플레이(PDP, Plasma Display Panel) 등의 영상 표시 수단이 구비된 모듈로서 전달 받은 여러 정보를 디스플레이하는 역할을 한다.
이러한 변압기의 수명 예측 장치(100)를 통해, 절연물의 기계적 강도에서 열화 상황을 추정하고, 유중가스분석(DGA) 및 실시간 온도 계측 정보를 이용하여 보다 정확한 절연지의 상태 추정이 온라인에 의해 가능하여 실시간으로 신뢰성 있는 변압기(50)의 진단이 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 '~부', '~유닛'은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부', '~유닛'은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 변압기의 수명 예측 장치
110: 데이터 획득부 120: 데이터 분류부
130: HST 산출부 140: 연산부
150: 저장부 160: 디스플레이부

Claims (19)

  1. 온라인을 이용하여 변압기로부터 온도 및 가스 데이터를 획득하는 단계;
    상기 온도 데이터로부터 상기 변압기의 최고점 온도를 산출하는 단계;
    상기 가스 데이터로부터 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 계산하는 단계;
    상기 최고점 온도 및 상기 평균 중합도를 기초로 상기 변압기 내 절연지의 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 계산하는 단계; 및
    상기 수명 가속 인자를 기초로 상기 변압기의 수명을 계산하는 단계를 포함하는, 변압기의 수명 예측 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 및 가스 데이터를 획득하는 단계는,
    상기 온라인을 이용하여 변압기의 상태를 실시간으로 모니터링하는 단계;
    상기 변압기로부터 각종 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 각종 데이터에서 상기 온도 및 가스 데이터를 분류하는 단계를 더 포함하는, 변압기의 수명 예측 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 평균 중합도를 계산하는 단계는,
    상기 가스 데이터로부터 유중가스분석을 통해 상기 변압기 내 절연유의 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 산출하여, 상기 일산화탄소 농도 및 이산화탄소 농도를 기초로 상기 평균 중합도를 계산하는 단계를 더 포함하는, 변압기의 수명 예측 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 평균 중합도를 계산하는 단계는,
    Figure 112013024668598-pat00038
    에 의해 상기 평균 중합도를 계산하는 단계를 더 포함하며,
    상기
    Figure 112013024668598-pat00039
    는 평균 중합도, 상기
    Figure 112013024668598-pat00040
    는 소정의 상수, 상기 a는 일산화탄소 농도에 대한 소정의 계수, 상기
    Figure 112013024668598-pat00041
    는 일산화탄소 농도, 상기 b는 이산화탄소 농도에 대한 소정의 계수, 상기
    Figure 112013024668598-pat00042
    는 이산화탄소 농도인, 변압기의 수명 예측 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수명 가속 인자를 계산하는 단계는,
    Figure 112013024668598-pat00043
    에 의해 상기 수명 가속 인자를 계산하는 단계를 더 포함하며,
    상기 AAFnew는 수명 가속 인자, 상기
    Figure 112013024668598-pat00044
    는 변압기 운전 시작 시의 평균 중합도 초기치, 상기
    Figure 112013024668598-pat00045
    는 평균 중합도, 상기
    Figure 112013024668598-pat00046
    는 기준 평균 중합도, 상기
    Figure 112013024668598-pat00047
    는 상기 변압기의 최고점 온도, 상기
    Figure 112013024668598-pat00048
    는 기준 최고점 온도인, 변압기의 수명 예측 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 변압기의 수명을 계산하는 단계는,
    상기 수명 가속 인자를 기초로 전체 시간에서의 등가 열화 요소를 계산하는 단계; 및
    상기 등가 열화 요소를 기초로 상기 변압기의 경과 수명을 계산하는 단계를 더 포함하는, 변압기의 수명 예측 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 등가 열화 요소를 계산하는 단계는,
    Figure 112013024668598-pat00049
    에 의해 상기 등가 열화 요소를 계산하는 단계를 더 포함하며,
    상기
    Figure 112013024668598-pat00050
    는 전체시간에서의 등가 열화 요소이며, 상기 n은 각 구간의 인덱스(index), N은 전체구간의 개수, 상기
    Figure 112013024668598-pat00051
    은 n번째 구간의 시간, 상기
    Figure 112013024668598-pat00052
    는 상기
    Figure 112013024668598-pat00053
    동안의 수명 가속 인자인, 변압기의 수명 예측 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 변압기의 경과 수명을 계산하는 단계는,
    Figure 112013024668598-pat00054
    에 의해 상기 경과 수명을 계산하는 단계를 더 포함하며,
    상기
    Figure 112013024668598-pat00055
    는 변압기의 경과 수명이며, 상기
    Figure 112013024668598-pat00056
    는 섭씨 110도에서의 절연지의 수명인, 변압기의 수명 예측 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 및 가스 데이터, 상기 최고점 온도, 상기 평균 중합도, 상기 수명 가속 인자 등을 저장하는 단계를 더 포함하는, 변압기의 수명 예측 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 변압기의 수명을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 변압기의 수명 예측 방법.
  11. 온라인을 이용하여 변압기로부터 데이터를 획득하는 데이터 획득부;
    상기 데이터 획득부로부터 온도 데이터 및 가스 데이터를 추출하여 분류하는 데이터 분류부;
    상기 온도 데이터로부터 상기 변압기의 최고점 온도를 산출하는 HST 산출부; 및
    상기 가스 데이터로부터 평균 중합도(Degree of Polymerization)를 계산하며, 상기 최고점 온도 및 상기 평균 중합도를 기초로 상기 변압기 내 절연지의 수명 가속 인자(Aging Acceleration Factor)를 계산하고, 상기 수명 가속 인자를 기초로 상기 변압기의 수명을 계산하는 연산부를 포함하는, 변압기의 수명 예측 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 가스 데이터로부터 유중가스분석을 통해 상기 변압기 내 절연유의 일산화탄소 및 이산화탄소의 농도를 산출하여, 상기 일산화탄소 농도 및 이산화탄소 농도를 기초로 상기 평균 중합도를 계산하는, 변압기의 수명 예측 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 연산부는,
    Figure 112013024668598-pat00057
    에 의해 상기 평균 중합도를 계산하며,
    상기
    Figure 112013024668598-pat00058
    는 평균 중합도, 상기
    Figure 112013024668598-pat00059
    는 소정의 상수, 상기 a는 일산화탄소 농도에 대한 소정의 계수, 상기
    Figure 112013024668598-pat00060
    는 일산화탄소 농도, 상기 b는 이산화탄소 농도에 대한 소정의 계수, 상기
    Figure 112013024668598-pat00061
    는 이산화탄소 농도인, 변압기의 수명 예측 장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 연산부는,
    Figure 112013024668598-pat00062
    에 의해 상기 수명 가속 인자를 계산하며,
    상기 AFFnew는 수명 가속 인자, 상기
    Figure 112013024668598-pat00063
    는 변압기 운전 시작 시의 평균 중합도 초기치, 상기
    Figure 112013024668598-pat00064
    는 평균 중합도, 상기
    Figure 112013024668598-pat00065
    는 기준 평균 중합도, 상기
    Figure 112013024668598-pat00066
    는 상기 변압기의 최고점 온도, 상기
    Figure 112013024668598-pat00067
    는 기준 최고점 온도인, 변압기의 수명 예측 장치.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 수명 가속 인자를 기초로 전체 시간에서의 등가 열화 요소를 계산하며, 상기 등가 열화 요소를 기초로 상기 변압기의 경과 수명을 계산하는, 변압기의 수명 예측 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 연산부는,
    Figure 112013024668598-pat00068
    에 의해 상기 등가 열화 요소를 계산하며,
    상기
    Figure 112013024668598-pat00069
    는 전체시간에서의 등가 열화 요소이며, 상기 n은 각 구간의 인덱스(index), N은 전체구간의 개수, 상기
    Figure 112013024668598-pat00070
    은 n번째 구간의 시간, 상기
    Figure 112013024668598-pat00071
    는 상기
    Figure 112013024668598-pat00072
    동안의 수명 가속 인자인, 변압기의 수명 예측 장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 연산부는,
    Figure 112013024668598-pat00073
    에 의해 상기 경과 수명을 계산하며,
    상기
    Figure 112013024668598-pat00074
    는 변압기의 경과 수명이며, 상기
    Figure 112013024668598-pat00075
    는 섭씨 110도에서의 절연지의 수명인, 변압기의 수명 예측 장치.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 데이터 획득부에 의해 획득되는 데이터, 상기 데이터 분류부에 의해 분류되는 상기 온도 데이터 및 가스 데이터, 상기 HST 산출부에 의해 산출되는 최고점 온도, 상기 연산부에 의해 계산되는 평균 중합도 및 수명 가속 인자 등을 저장하는 저장부를 더 포함하는, 변압기의 수명 예측 장치.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 변압기의 수명을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는, 변압기의 수명 예측 장치.
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