KR101491017B1 - System and method for diagnosing sound of power device - Google Patents
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Abstract
전력 기기에서 발생하는 소리를 전기음향신호로 변환하여 저장하고, 전기음향신호를 분석하여 전력 기기의 상태를 진단하도록 한 전력 기기 음향 진단 장치 및 방법이 제시된다. 제시된 전력 기기 음향 진단 장치는 전력 기기에서 발생하는 소리를 검출하여 음향신호로 전송하는 음향 검출부; 음향 검출부로부터의 음향신호를 아날로그 신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하는 신호처리부; 및 변환된 디지털 신호를 근거로 전력 기기의 현재 상태를 진단하여 디스플레이하고, 전력 기기의 이상 발생으로 판단하면 모바일 단말 및 중앙관제서버 중에 적어도 하나로 경보 메시지를 전송하는 진단부를 포함한다.An apparatus and method for acoustically analyzing an electric power device, which converts sound generated in a power device into an electroacoustic signal and stores the electroacoustic signal, and diagnoses the state of the power device by analyzing the electroacoustic signal. The present invention relates to a power acoustic apparatus diagnosing apparatus comprising: a sound detecting unit for detecting a sound generated in a power device and transmitting the detected sound to a sound signal; A signal processor for converting an acoustic signal from the acoustic detector into an analog signal and then converting the analog signal into a digital signal; And a diagnosis unit for diagnosing and displaying the current state of the power device based on the converted digital signal and transmitting the alert message to at least one of the mobile terminal and the central control server when it is determined that the power device is abnormal.
Description
본 발명은 전력 기기 음향 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스절연개폐장치(Gas Insulated Switch-gear; GIS), 주변압기(Main TRansformer: MTR), EBG(Electromagnetic Band Gap) 등의 전력 기기에서 발생하는 소리를 분석하여 전력 기기의 상태를 진단하는 전력 기기 음향 진단 장치 및 방법에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for diagnosing an electric power equipment acoustically, The present invention relates to an apparatus and method for an electric power equipment acoustical diagnosis apparatus for diagnosing a state of a power equipment by analyzing a sound generated in the apparatus.
국내 전기설비의 고장원인은 자연 열화, 보수불량 및 제작불량이 58.2%차지하고 있다. 이로 인해 전력공급의 신뢰성에 문제가 제기되고 있으며, 현재 변압기와 같은 전력 기기에서 이상이 존재할 때 발생하는 부분방전을 검출에서 결함진단, 위치추정, 집음의 제거, 위험도 평가 등의 분석을 위하여 전자파, 음파센서 및 전류 등을 사용하여 왔다.The causes of failure in domestic electrical equipment are natural deterioration, poor repair, and poor manufacturing (58.2%). In order to analyze faults, localization, collectors, and risk assessment of partial discharges that occur when an anomaly occurs in a power device such as a transformer, electromagnetic waves, Sonic sensors and currents.
최근 들어, 본 발명과 관련하여 연구개발이 이루어지고 있으며, 한국공개특허공보 10-2007-0046282(명칭: 전력 기기의 진단 장치 및 방법)외 다수 개가 공개되어있다. 선행문헌은 전력 기기로부터 입력된 전류 신호의 크기에 따라 상기 전류 신호를 다수개의 채널로 구분하는 전류 검출부와 상기 다수개의 채널로 구분된 전류신호를 이용하여 전력 기기의 이상 유무를 판단하는 신호처리부를 포함하여 구성된다.In recent years, research and development have been conducted in connection with the present invention, and Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2007-0046282 (name: Diagnostic apparatus and method of electric power equipment) and the like are disclosed. The prior art includes a current detector for dividing the current signal into a plurality of channels according to the magnitude of the current signal input from the power device and a signal processor for determining the presence or absence of the power device using the current signal divided into the plurality of channels .
전술한 바와 같은 선행문헌은, 전력 기기로부터 입력된 전류 신호에 의해 전력 기기의 고장 유무를 확인하는 방법을 사용하고 있으나, 외부에서 유입되는 이상전류에 의해 전류 신호가 변질될 수 있어 정확한 전력 기기의 고장 유무를 확인할 수 없는 문제점이 있다.Although the prior art as described above uses a method of confirming whether a power device is faulty by a current signal inputted from a power device, a current signal may be distorted by an abnormal current flowing from the outside, There is a problem that the failure can not be confirmed.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전력 기기에서 발생하는 소리를 전기음향신호로 변환하여 저장하고, 전기음향신호를 분석하여 전력 기기의 상태를 진단하도록 한 전력 기기 음향 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a power device acoustical diagnosis apparatus which converts sound generated in a power device into an electroacoustic signal and stores the electroacoustic signal, And an object of the present invention is to provide an apparatus and a method.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 기기 음향 진단 장치는, 전력 기기에서 발생하는 소리를 검출하여 음향신호로 전송하는 음향 검출부; 음향 검출부로부터의 음향신호를 아날로그 신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하는 신호처리부; 및 변환된 디지털 신호를 근거로 전력 기기의 현재 상태를 진단하여 디스플레이하고, 전력 기기의 이상 발생으로 판단하면 모바일 단말 및 중앙관제서버 중에 적어도 하나로 경보 메시지를 전송하는 진단부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for diagnosing a power device acoustically, comprising: a sound detector for detecting a sound generated in a power device and transmitting the sound signal as an acoustic signal; A signal processor for converting an acoustic signal from the acoustic detector into an analog signal and then converting the analog signal into a digital signal; And a diagnosis unit for diagnosing and displaying the current state of the power device based on the converted digital signal and transmitting the alert message to at least one of the mobile terminal and the central control server when it is determined that the power device is abnormal.
음향 검출부는, 전력 기기에서 발생하는 소리를 집음하는 음향센서; 및 음향센서 주변에 배치되는 자석을 포함한다.The acoustic detection unit includes: an acoustic sensor for picking up sound generated in the power device; And a magnet disposed around the acoustic sensor.
음향센서는, 전력 기기에서 발생하는 소리로부터 음향신호를 검출하는 마이크센서; 및 마이크센서에서 검출한 음향신호로부터 유도된 전자파의 음향신호를 검출하는 트랜스를 포함한다.The acoustic sensor includes: a microphone sensor for detecting an acoustic signal from a sound generated in the power device; And a transformer for detecting an acoustic signal of an electromagnetic wave derived from the acoustic signal detected by the microphone sensor.
신호처리부는, 음향 검출부로부터의 음향신호를 집음하는 집음 모듈; 집음된 음향신호를 증폭하는 증폭 모듈; 증폭된 음향신호에서 특정주파수대역의 신호를 통과시키는 대역통과필터 모듈; 대역통과필터 모듈에서 통과한 음향신호를 암호화하여 인접한 다른 음향신호와 구분하는 인코더 모듈; 인코더 모듈로부터 제공되는 암호화된 음향신호를 디지털 음향신호로 변환하는 AD컨버터 모듈; AD컨버터 모듈로부터의 디지털 음향신호를 디지털 데이터와 아날로그 음향신호로 변환하는 오디오 처리 모듈; 오디오 처리 모듈로부터의 디지털 음향신호를 원래의 음향신호로 복원하는 디코더 모듈; 및 디코더 모듈로부터 제공되는 복원된 음향신호 및 디지털 데이터를 진단부로 전송하는 출력모듈을 포함한다.The signal processing unit includes a sound collecting module for picking up the sound signal from the sound detecting unit; An amplification module for amplifying the picked up acoustic signal; A band pass filter module for passing a signal of a specific frequency band from the amplified acoustic signal; An encoder module for encrypting the acoustic signal passed by the band-pass filter module and distinguishing the acoustic signal from adjacent acoustic signals; An AD converter module for converting the encrypted acoustic signal provided from the encoder module into a digital acoustic signal; An audio processing module for converting digital sound signals from the AD converter module into digital data and analog sound signals; A decoder module for restoring a digital sound signal from the audio processing module to an original sound signal; And an output module for transmitting the restored sound signal and digital data provided from the decoder module to the diagnosis unit.
분석부는, 신호처리부로부터의 음향신호 및 디지털 데이터를 분석하여 각 전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 분석 모듈; 모듈에서 분석된 음향신호의 정보를 저장하고, 음향신호 분석시 기저장된 음향신호의 정보를 분석 모듈로 제공하는 저장 모듈; 분석 모듈에서 전력 기기의 이상 발생으로 판단하면 모바일 단말 및 중앙관제서버 중에 적어도 하나로 경보 메시지를 전송하는 경보 모듈; 및 분석 모듈로부터의 음향신호의 파형 및 스펙트로그램을 출력하는 영상 모듈을 포함한다.The analysis unit may include an analysis module for analyzing the acoustic signal and the digital data from the signal processing unit to determine whether or not an error has occurred in each power device; A storage module for storing the information of the analyzed acoustic signal in the module and providing information of the previously stored acoustic signal to the analysis module in the analysis of the acoustic signal; An alarm module for transmitting an alarm message to at least one of the mobile terminal and the central control server when the analysis module determines that the power device is abnormal; And an image module for outputting the waveform and spectrogram of the acoustic signal from the analysis module.
분석 모듈은, 음향신호 및 디지털 데이터 중에서 이상 데이터가 검출되면 시계열 분석 및 주파수계열 분석을 통해 전력 기기의 이상 발생을 진단하여 전력 기기별 진단 레벨을 설정한다.The analysis module diagnoses abnormality of the power device through time series analysis and frequency series analysis when abnormality data is detected in the acoustic signal and digital data, and sets the diagnostic level for each power device.
분석 모듈은, 수학식The analysis module calculates,
(여기서, (here,
N은 분석하는 구간의 샘플수이고, R(m)은 현재 샘플 m에서의 RZCR, Lth는 실험적으로 결정되는 상수, w(n)은 신호처리에 사용되는 창함수로 해밍 또는 해닝 함수, x(n)은 현재 RZCR을 구하고자 하는 신호로서 입력되는 아날로그 신호의 샘플링된 디지털 신호)를 이용하여 RZCR값을 산출한다.N is the number of samples in the interval to be analyzed, R (m) is the RZCR in the current sample m, L th is the experimentally determined constant, w (n) is the window function used for signal processing, (n) calculates an RZCR value using a sampled digital signal of an analog signal input as a signal to obtain a current RZCR).
분석 모듈은, 측정된 음향신호들에 대한 RZCR값을 산출하여 평균값을 산출하고, 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위 이내에 존재하면 정상으로 판단하고, 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위를 벗어나면 비정상으로 판단한다.The analysis module calculates an average value by calculating an RZCR value for the measured sound signals and determines that the average value is within the error range of the RZCR value calculated using the sound signal measured in the steady state, If it is out of the error range of the RZCR value calculated using the sound signal measured in the steady state, it is judged to be abnormal.
분석 모듈은, 음향신호의 주파수계열 분석스펙트로그램 분석을 위해 10Hz 이상 500Hz 이하의 주파수를 로우 스펙트럼 에너지로 설정하고, 501Hz 이상 1000Hz 이하의 주파수를 미디움 스펙트럼 에너지로 설정하고, 1KHz 초과 20KHz 이하의 주파수를 하이 스펙트럼 에너지로 설정한다.The analysis module sets a frequency of 10 Hz to 500 Hz as a low spectral energy, a frequency of 501 Hz to 1000 Hz as a medium spectrum energy, and a frequency of 1 KHz to 20 KHz Set to high spectral energy.
분석 모듈은, 설정된 로우 스펙트럼 에너지, 미디움 스펙트럼 에너지 및 하이 스펙트럼 에너지를 근거로 수학식 The analysis module may be configured to calculate the spectral energy of the low spectral energy, the medium spectral energy, and the high spectral energy,
을 이용하여 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터를 산출한다.To calculate dbML parameters and dbHL parameters.
분석 모듈은, 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위 이내에 존재하면 정상으로 판단하고, 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위를 벗어나면 비정상으로 판단한다.
The analysis module determines that the calculated dbML parameter and dbHL parameter are within the error range of the dbML parameter and the dbHL parameter calculated using the acoustic signal measured in the steady state, and determines that the calculated dbML parameter and the dbHL parameter are in a normal state It is judged abnormal when the error range of the dbML parameter and the dbHL parameter calculated by using the acoustic signal measured in the above step is out of the error range.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 기기 음향 진단 방법은, 복수의 전력 기기와 연결되는 음향 검출부에 의해, 전력 기기에서 발생하는 소리로부터 음향신호를 검출하는 단계; 신호처리부에 의해, 검출된 음향신호를 아날로그 신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하는 단계; 진단부에 의해, 변환된 디지털 신호를 분석하여 전력 기기의 현재 상태를 진단하는 단계; 진단부에 의해, 전력 기기의 현재 상태를 디스플레이하는 단계; 및 진단부에 의해, 진단하는 단계에서 전력 기기의 이상 발생으로 판단하면 모바일 단말 및 중앙관제서버 중에 적어도 하나로 경보 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for diagnosing a power device acoustically, comprising: detecting an acoustic signal from a sound generated in a power device by an acoustic detector connected to a plurality of power devices; Converting the detected acoustic signal into an analog signal and converting the analog signal into a digital signal by a signal processing unit; Analyzing the converted digital signal by the diagnosis unit to diagnose the current state of the power equipment; Displaying, by the diagnosis unit, the current state of the power device; And transmitting the alert message to at least one of the mobile terminal and the central control server when it is determined by the diagnosis unit that an abnormality has occurred in the power device in the diagnosing step.
신호처리부에 의해, 검출된 음향신호를 집음하는 증폭하는 단계; 신호처리부에 의해, 증폭된 음향신호에서 특정주파수대역을 통과한 음향신호를 암호화하는 단계; 신호처리부에 의해, 암호화된 음향신호를 디지털 음향신호로 변환하는 단계; 신호처리부에 의해, 디지털 음향신호를 디지털 데이터와 아날로그 음향신호로 변환하는 단계; 신호처리부에 의해, 디지털 음향신호를 원래의 음향신호로 복원하는 단계; 및 신호처리부에 의해, 복원된 음향신호 및 디지털 데이터를 진단부로 전송하는 단계를 포함한다.Amplifying the detected acoustic signal by a signal processing unit; Encrypting an acoustic signal that has passed through a specific frequency band from the amplified acoustic signal by a signal processing unit; Converting the encrypted acoustic signal into a digital acoustic signal by a signal processing unit; Converting a digital acoustic signal into digital data and an analog acoustic signal by a signal processing unit; Reconstructing the digital acoustic signal into an original acoustic signal by the signal processing unit; And transmitting the restored sound signal and the digital data to the diagnosis unit by the signal processing unit.
진단하는 단계는, 분석부에 의해, 저장 모듈로부터 기저장된 음향신호의 정보를 수신하는 단계; 분석부에 의해, 수신한 음향신호의 정보를 분석하여 각 전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계; 분석부에 의해, 판단하는 단계에서 전력 기기의 이상 발생으로 판단하면 모바일 단말 및 중앙관제서버 중에 적어도 하나로 경보 메시지를 전송하는 단계; 및 분석부에 의해, 음향신호의 파형 및 스펙트로그램을 출력하는 단계를 포함한다.The step of diagnosing includes the steps of: receiving, by the analysis unit, information of a previously stored sound signal from a storage module; Analyzing information of the received sound signal by the analyzing unit to determine whether or not an error has occurred in each of the power devices; Transmitting an alarm message to at least one of the mobile terminal and the central control server when it is determined by the analyzing unit that the power device is abnormal in the determining step; And outputting a waveform and a spectrogram of the acoustic signal by the analysis unit.
전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계에서는, 분석 모듈에 의해, 음향신호 및 디지털 데이터 중에서 이상 데이터가 검출되면 시계열 분석 및 주파수계열 분석을 통해 전력 기기의 이상 발생을 진단하여 전력 기기별 진단 레벨을 설정한다.In the step of determining whether or not an abnormality occurs in the power equipment, if abnormality data is detected in the acoustic signal and the digital data, the analysis module diagnoses abnormality of the power equipment through time series analysis and frequency series analysis, Setting.
전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계에서는, 분석 모듈에 의해, 수학식In the step of determining whether or not an abnormality has occurred in the power device, in the analysis module,
(여기서, (here,
N은 분석하는 구간의 샘플수이고, R(m)은 현재 샘플 m에서의 RZCR, Lth는 실험적으로 결정되는 상수, w(n)은 신호처리에 사용되는 창함수로 해밍 또는 해닝 함수, x(n)은 현재 RZCR을 구하고자 하는 신호로서 입력되는 아날로그 신호의 샘플링된 디지털 신호)를 이용하여 RZCR값을 산출한다.N is the number of samples in the interval to be analyzed, R (m) is the RZCR in the current sample m, L th is the experimentally determined constant, w (n) is the window function used for signal processing, (n) calculates an RZCR value using a sampled digital signal of an analog signal input as a signal to obtain a current RZCR).
전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계는, 분석 모듈에 의해, 측정된 음향신호들에 대한 RZCR값을 산출하여 평균값을 산출하는 단계; 분석 모듈에 의해, 산출한 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위 이내에 존재하면 정상으로 판단하는 단계; 및 분석 모듈에 의해, 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위를 벗어나면 비정상으로 판단하는 단계를 포함한다.The step of determining whether or not an error has occurred in the power device includes the steps of: calculating an RZCR value for the measured sound signals by the analysis module and calculating an average value; Determining that the average value calculated by the analysis module is normal if the calculated average value is within an error range of the RZCR value calculated using the acoustic signal measured in the steady state; And determining, by the analysis module, that the average value is abnormal if the error value is out of the error range of the RZCR value calculated using the acoustic signal measured in the steady state.
전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계는, 분석 모듈에 의해, 음향신호의 주파수계열 분석스펙트로그램 분석을 위해 10Hz 이상 500Hz 이하의 주파수를 로우 스펙트럼 에너지로 설정하는 단계; 분석 모듈에 의해, 501Hz 이상 1000Hz 이하의 주파수를 미디움 스펙트럼 에너지로 설정하는 단계; 및 분석 모듈에 의해, 1KHz 초과 20KHz 이하의 주파수를 하이 스펙트럼 에너지로 설정하는 단계를 포함한다.The step of determining whether or not the power equipment has an abnormality includes the steps of: setting a frequency of 10 Hz or more and 500 Hz or less as low spectral energy for spectrum analysis spectrogram analysis of a sound signal by the analysis module; Setting a frequency of 501 Hz or more and 1000 Hz or less to a medium spectrum energy by the analysis module; And setting the frequency of above 1 KHz to 20 KHz to a high spectral energy by the analysis module.
전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계는, 분석 모듈에 의해, 설정된 로우 스펙트럼 에너지, 미디움 스펙트럼 에너지 및 하이 스펙트럼 에너지를 근거로 수학식 The step of determining whether or not an abnormality has occurred in the power device includes the steps of: determining, based on the set low-spectral energy, the medium spectral energy, and the high-
을 이용하여 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터를 산출하는 단계를 더 포함한다.To calculate a dbML parameter and a dbHL parameter.
전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계는, 분석 모듈에 의해, 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위 이내에 존재하면 정상으로 판단하고, 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위를 벗어나면 비정상으로 판단한다.The step of determining whether or not an error has occurred in the power device is performed when the analysis module determines that the calculated dbML parameter and the dbHL parameter are within the error range of the dbML parameter and the dbHL parameter calculated using the acoustic signal measured in the steady state And the calculated dbML parameter and dbHL parameter are judged to be abnormal if they deviate from the error range of the dbML parameter and the dbHL parameter calculated using the acoustic signal measured in the steady state.
본 발명에 의하면, 전력 기기 음향 진단 장치 및 방법은 전력 기기에서 발생하는 소리를 음향신호로 변환하고, 변환된 음향신호를 저장 및 분석하여 전력 기기를 실시간으로 진단함으로써, 전력 기기의 고장 발생시 신속한 대처가 가능한 효과가 있다.According to the present invention, an apparatus and method for diagnosing an electric power equipment acoustically converts sound generated in an electric power equipment into an acoustic signal, stores and analyzes the converted acoustic signal to diagnose the electric power equipment in real time, There is a possible effect.
또한, 전력 기기 음향 진단 장치 및 방법은 전력 기기에서 발생하는 소리를 음향신호로 변환하고, 변환된 음향신호를 저장 및 분석하여 전력 기기를 실시간으로 진단함으로써, 전력 기기의 고장을 미연에 진단 예방하여 GIS, EBG 및 MTR을 포함하는 전력 기기의 고성능화, 신뢰성 회복, 보수·유지의 경제성 향상 및 사고설비를 적정시기에 교체할 수 있는 효과가 있다.In addition, the apparatus and method for power equipment acoustic diagnosis converts sound generated in a power equipment into an acoustic signal, stores and analyzes the converted acoustic signal, diagnoses the power equipment in real time, diagnoses the failure of the power equipment in advance It is possible to improve the performance of the electric power equipment including GIS, EBG and MTR, to restore the reliability, to improve the economical efficiency of maintenance and maintenance, and to change the accident facility at an appropriate time.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 기기 음향 진단 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 기기 음향 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2의 음향 검출부를 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 2의 신호처리부를 설명하기 위한 도면.
도 5 내지 도 7은 도 2의 진단부를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전력 기기 음향 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining a power device acoustic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]
FIG. 3 is a view for explaining the sound detection unit of FIG. 2;
4 is a view for explaining the signal processing unit of FIG. 2;
5 to 7 are views for explaining the diagnosis unit of Fig. 2; Fig.
FIG. 8 is a flowchart for explaining a power device acoustic diagnostic method according to an embodiment of the present invention; FIG.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. . In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전력 기기 음향 진단 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 기기 음향 진단 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 기기 음향 진단 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 2의 음향 검출부를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 음향센서를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 2의 신호처리부(240)를 설명하기 위한 도면이고, 도 6 내지 도 8은 도 2의 진단부를 설명하기 위한 도면이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a power device acoustic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a view for explaining a power device acoustic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration of an electric power equipment acoustic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 is a view for explaining the acoustic sensor of FIG. 3, FIG. 5 is a view for explaining the
도 1에 도시된 바와 같이, 전력 기기 음향 진단 장치(200)는 가스절연개폐장치(120), 주변압기(140; MTR), EBG(160; Electromagnetic Band Gap) 등과 같은 복수의 전력 기기(100)와, 전력 기기(100) 유지보수/관리를 담당하는 운영자들의 모바일 단말(300), 및 중앙관제서버(400)와 연결된다. 전력 기기 음향 진단 장치(200)는 복수의 전력 기기(100)에서 발생하는 음향신호를 검출하여 디지털 음향신호로 변환하고, 변환된 디지털 음향신호를 저장 및 분석하여 전력 기기(100)의 상태를 진단한다. 전력 기기 음향 진단 장치(200)는 진단결과 전력 기기(100)의 이상으로 판단되면 해당 운영자의 모바일 단말(300) 및 중앙관제서버(400)로 경고 메시지를 전송한다. 물론, 전력 기기 음향 진단 장치(200)는 소정 주기로 전력 기기(100)의 상태 분석 결과를 모바일 단말(300) 및 중앙관제서버(400)로 전송할 수도 있다.
1, the power device acoustic
이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 전력 기기 음향 진단 장치(200)는 음향 검출부(220), 신호처리부(240), 진단처리부를 포함하여 구성된다.
To this end, as shown in FIG. 2, the power device acoustic
음향 검출부(220)는 가스절연개폐장치(120; 가스절연개폐장치(120)), 주변압기(140), EBG(160) 등과 같은 전력 기기(100)에서 발생하는 소리를 검출한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 음향 검출부(220)는 자석(222)이 삽입되어 전력 기기(100)에 부착되는 음향센서(224)로 구성되어 전력 기기(100)에 설치되고, 전력 기기(100)에서 감지되는 소리를 전력 기기(100)의 고유번호와 함께 신호처리부(240)로 전송한다. 여기서, 음향 검출부(220)를 하나의 구성으로 도시하였으나, 복수의 전력 기기(100)에 각각 부착되는 복수의 음향 검출부(220)들로 구성될 수도 있다.The
음향 검출부(220)는 열이 발생하는 전력 기기(100)에 잘 부착될 수 있도록 자석(222)이 삽입되는 구조로 형성된 복수의 음향센서(224)를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 복수의 음향센서(224)는 전력 기기(100)들에 각각 설치되어 해당 전력 기기(100)에서 발생하는 소리를 감지한다. 음향센서(224)는 감지한 소리를 전력 기기(100)의 고유번호(관리번호)와 함께 음향 검출부(220)로 전송한다. 이때, 음향 검출부(220)는 복수의 음향센서(224)로부터 수신한 정보를 수집하여 신호처리부(240)로 전송한다. 여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 음향센서는 전력 기기에서 발생하는 소리로부터 음향신호를 검출하는 마이크센서(225)와, 마이크센서(225)에서 검출한 음향신호로부터 유도된 전자파의 음향신호를 검출하는 트랜스(226)를 포함하여 구성된다.
The
신호처리부(240)는 음향 검출부(220)로부터의 음향신호를 증폭 및 변환하여 진단부(260)로 전송한다. 이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 신호처리부(240)는 음향 검출부(220)로부터의 음향신호를 집음하여 증폭 모듈(242)로 제공하는 집음 모듈(241), 집음된 음향신호를 증폭하여 대역통과필터로 제공하는 증폭 모듈(242), 증폭된 음향신호에서 특정주파수대역(즉, 대역주파수)의 신호를 인코더 모듈(244)로 통과시키는 대역통과필터 모듈(243), 대역통과필터 모듈(243)에서 통과한 음향신호를 암호화하여 인접한 다른 음향신호와 구분하여 AD컨버터 모듈(245)로 제공하는 인코더 모듈(244), 인코더 모듈(244)로부터 제공되는 암호화된 음향신호를 디지털 음향신호로 변환하여 오디오 처리 모듈(246)로 제공하는 AD컨버터 모듈(245), AD컨버터 모듈(245)로부터의 디지털 음향신호를 디지털 데이터와 아날로그 음향신호로 변환하여 디코더 모듈(247)로 제공하는 오디오 처리 모듈(246), 오디오 처리 모듈(246)로부터의 디지털 신호를 원래의 음향신호로 복원하고 디지털 데이터와 복원된 음향신호를 출력 모듈(248)로 제공하는 디코더 모듈(247), 디코더 모듈(247)로부터 제공되는 복원된 음향신호 및 디지털 데이터를 진단부(260)로 전송하는 출력모듈을 포함하여 구성된다.
The
진단부(260)는 신호처리부(240)로부터의 음향신호를 분석하여 전력 기기(100)의 현재 상태를 진단한다. 진단부(260)는 진단한 전력 기기(100)의 현재 상태를 디스플레이한다. 진단부(260)는 전력 기기(100)에 이상이 발생한 것으로 진단되는 경우 경보음, 경보 메시지 등을 모바일 단말(300) 및 중앙관제서버(400)로 전송한다.The
진단부(260)는 임베디드 프로그램이 내장(설치)된 PC, 노트북, 태블릿 등의 단말기로 구성될 수 있다. 진단부(260)는 신호처리부(240)와 네트워크로 연결되며, 네트워크를 통해 수신되는 디지털 데이터를 임베디드 프로그램을 이용해 분석하여 전력 기기(100)의 현재 상태를 분석한다.The
이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 진단부(260)는 분석 모듈(261), 저장 모듈(262), 경보 모듈(263), 영상 모듈(264)을 포함하여 구성된다.6, the
분석 모듈(261)은 신호처리부(240; 즉, 출력 모듈(248))로부터 수신한 음향신호에 관련된 디지털 데이터를 분석하여 전력 기기(100) 등의 데이터를 수집 및 분류하고, 수집/분류된 데이터를 이용하여 전력 기기(100)의 이상 발생 여부를 분석한다. 이때, 분석 모듈(261)은 수집/분류한 데이터 중에서 이상 발생에 해당하는 이상 데이터가 검출되면 시계열 분석, 주파수계열 분석 등을 통해 이상 데이터를 분석한다. 분석 모듈(261)은 이상 데이터의 분석 결과를 근거로 전력 기기별 진단 레벨을 설정한다. 분석 모듈(261)은 시간, 월별 및 날짜에 따라 전력 기기(100)들의 이상 발생 여부를 분석하며, 음향신호를 실시간으로 영상 모듈(264)로 전송한다.The
도 7 및 도 8을 참조하면, 분석 모듈(261)은 소프트웨어 형태로 형성되어, 전력 기기(100)의 음향신호 관련 데이터에 해닝 윈도우(Hanning window) 알고리즘(265), 음향신호 분석 알고리즘(266), 시각영역/주파수영역 표시 알고리즘(267)을 포함하여 구성될 수 있다. 분석 모듈(261)은 데이터의 크기를 제한하기 위해 전력 기기(100)의 음향신호 관련 데이터에 해닝 윈도우를 씌우고, 음향신호 분석 알고리즘(266)에서 FFT(Fast Fourier Transform)을 이용하여 주파수를 조절한다.7 and 8, the
또한, 분석 모듈(261)은 RZCR(Relative Zero Level Crossing Rate)에 문턱값(Threshold value)을 설정하여 각 프레임당 설정된 문턱값을 기준으로 신호의 파형 교차값을 도출할 수 있는 하기의 수학식 1을 구한다.In addition, the
여기서, here,
N은 분석하는 구간의 샘플수를 나타낸다, 일반적으로 신호처리에서 N의 값은 short time 분석 구간 256(또는 128)을 사용한다.N is the number of samples in the interval to be analyzed. In general, the value of N in the signal processing is 256 (or 128).
R(m)은 현재 샘플 m에서의 RZCR을 나타낸다. Lth는 실험적으로 결정되는 상수로서 일반적으로 RZCR에서 사용하는 값은 0이지만 본 기기에서는 실험적으로 구해진 수치를 사용한다.R (m) represents the RZCR at the current sample m. L th is an experimentally determined constant. In general, the value used in RZCR is 0, but the values obtained experimentally are used in this device.
w(n)은 신호처리에 사용되는 창함수로서, 분석구간의 불연속성을 배제하기 위하여 사용한다. 사용된 창함수는 신호처리에 사용되는 해밍 또는 해닝 함수를 사용한다.w (n) is a window function used in signal processing and is used to exclude the discontinuity of the analysis interval. The window function used uses a Hamming or Hanning function used in signal processing.
x(n)은 현재 RZCR을 구하고자 하는 신호로서 본 기기에 실시간으로 들어오고 있는 아날로그 신호의 샘플링된 디지털 신호를 나타낸다.x (n) represents the sampled digital signal of the analog signal coming in real time to this unit as the signal to obtain the present RZCR.
분석 모듈(261)은 측정된 음향신호들에 대한 RZCR값을 산출하여 평균값을 산출한다. 분석 모듈(261)은 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위 이내에 존재하면 정상으로 판단하고, 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위를 벗어나면 비정상으로 판단한다.The
분석 모듈(261)은 전력 기기(100)의 스펙트로그램 분석을 위해 주파수 대역을 3단계로 설정하되, 전력 기기(100)의 데이터를 분석하여 10~500Hz의 주파수로 설정하는 기본주파수 대역을 Low spectral energy로 설정한다. 분석 모듈(261)은 501~1000Hz의 주파수로 설정하는 중간대역을 Medium spectral energy로 설정하고, 1KHz 초과 20KHz 이하의 주파수로 설정하는 최종대역을 High spectral energy로 설정한다.The analyzing
분석 모듈(261)은 기설정된 3단계의 각각의 에너지를 이용하여 하기의 수학식 2로부터 dbML 과 dbHL 파라메터를 도출한다.The
분석 모듈(261)은 주파수영역에서 수학식 2로부터 도출한 dbML 과 dbHL 파라메터를 적용한다. 분석 모듈(261)은 시간영역에서 전력 기기(100)의 정상상태 값에서 도출한 RZCR값을 적용하여 전력 기기(100)의 정상상태와 비정상상태를 구분한다.The
분석 모듈(261)은 정상상태에서 측정된 음향신호로부터 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터를 산출한다. 분석 모듈(261)은 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터를 정상상태의 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터와 비교하여 전력 기기(100)의 이상 상태를 판단한다. 이때, 분석 모듈(261)은 정상상태의 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위 이내에 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 존재하면 정상으로 판단한다. 분석 모듈(261)은 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위를 벗어나면 전력 기긱의 비정상 상태로 판단한다.
The
분석 모듈(261)은 센서 및 하드웨어를 기반으로 센서 신호 처리기술인 DSP와 가스절연개폐장치(120), 주변압기(140), EBG(160) 등을 포함한 전력 기기(100)의 시간 영역 및 주파수영역에서 신호를 측정하고 유선 네트워크 방식을 통해 데이터를 전송하며 신호데이터를 제어하기 위한 임베디드 프로그램을 적용한 융복합시스템이다.The
또한, 임베디드 프로그램이 구비된 분석 모듈(261)은 저장 모듈(262)로부터 추출한 이상신호를 실시간으로 전송이 가능하고 원격진단감시시스템으로 확장이 가능하며, 지속적이고 체계적으로 가스절연개폐장치(120), 주변압기(140), EBG(160) 등을 포함한 전력 기기(100)의 유지보수, 조기진단 및 예방진단을 할 수가 있다.
In addition, the
저장 모듈(262)은 분석 모듈(261)에서 분석 및 분류된 데이터를 저장한다. 즉, 저장 모듈(262)은 분석 모듈(261)에서 분석된 음향신호의 정보를 저장한다. 저장 모듈(262)은 분석 모듈(261)에서 음향신호의 분석시 저장된 음향신호의 정보를 분석 모듈(261)로 제공한다.The storage module 262 stores the analyzed and classified data in the
경보 모듈(263)은 분석 모듈(261)에서 전력 기기(100)의 이상 발생으로 분석하면 해당 운영자의 모바일 단말(300) 및 중앙관제서버(400)로 경보음 또는 경보 메시지를 전송한다. 즉, 경보 모듈(263)은 분석 모듈(261)에서 이상 데이터 검출시 경보음을 발생하고, 전력 기기(100)의 위치와 고장 내역을 운영자의 모바일 단말(300) 및 중앙관제서버(400)로 전송한다.The
영상 모듈(264)은 분석 모듈(261)을 통해 수신된 음향신호를 출력한다. 즉, 영상 모듈(264)은 수신한 음향신호의 파형 및 스펙트로그램을 디스플레이한다. 예를 들면, 영상 모듈(264)은 가스절연개폐장치(120)로부터 수신한 정상 상태의 음향신호를 파형 및 스펙트로그램을 출력한다. 영상 모듈(264)은 가스절연개폐장치(120)에 이상이 발생한 경우 적색으로 표시되고 이상이 발생한 연월일 및 시간을 적색으로 디스플레이한다. 영상 모듈(264)은 가스절연개폐장치(120) 전력의 안정화를 위해 기 설정된 횟수만큼 스위칭하는 가스절연개폐장치(120)의 내용을 표시하고, 사고가 발생한 경우 적색으로 표시되며 사고 발생의 전후를 그래프 변화를 통해 가스절연개폐장치(120)의 문제점 및 예방계획을 수립할 수 있다.The image module 264 outputs the acoustic signal received through the
그리고, 가스절연개폐장치(120)의 주변에서 작업을 진행될 때 사고가 발생한 경우, 영상 모듈(264)은 신속한 대처를 위해 파형 및 스펙트로그램을 적색으로 디스플레이하고, 연월일 또한 적색으로 디스플레이한다. 이때, 영상 모듈(264)은 해당 파형 및 스펙트로그램과 연월일을 저장 모듈(262)로 전송하여 저장할 수도 있다.
When an accident occurs in the vicinity of the gas-insulated
이때, 모바일 단말(300) 및 중앙관제서버(400)는 전력 기기 음향 진단 장치(200)로부터 경보 메시지를 수신하면 경보음을 출력하여 전력 기기(100)의 이상 발생을 운영자에게 통보한다. 즉, 모바일 단말(300) 및 중앙관제서버(400)는 전력 기기 음향 진단 장치(200)로부터 전력 기기(100)의 이상 발생에 따른 전력 기기(100)의 위치 및 고장 내역을 포함하는 문자메시지(또는, 이미지, 데이터 등)의 수신시 경보음을 출력한다.
At this time, when the
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전력 기기 음향 진단 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전력 기기 음향 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for diagnosing power equipment acoustics according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 9 is a flowchart for explaining a power device acoustic diagnostic method according to an embodiment of the present invention.
음향 검출부(220)는 전력 기기(100)로부터 음향신호를 검출한다(S100). 즉, 음향 검출부(220)는 가스절연개폐장치(120), 주변압기(140), EBG(160) 등과 같은 전력 기기(100)에서 발생하는 소리를 검출한다. 음향 검출부(220)는 검출한 소리를 음향신호로하여 신호처리부(240)로 전송한다.The
신호처리부(240)는 음향 검출부(220)로부터 수신한 아날로그 음향신호를 디지털 음향신호로 변환한다(S200). 즉, 신호처리부(240)는 음향 검출부(220)로부터의 음향신호를 집음하여 증폭한다. 신호처리부(240)는 증폭된 음향신호 중에서 특정주파수대역(즉, 대역주파수)의 신호를 통과시킨 후에 해당 음향신호를 암호화한다. 신호처리부(240)는 암호화된 음향신호를 디지털 음향신호로 변환한 후에 아날로그 음향신호로 변환한다. 신호처리부(240)는 아날로그 음향신호를 원래의 음향신호로 복원하고, 디지털 데이터와 복원 음향신호를 진단부(260)로 전송한다.The
진단부(260)는 변환된 디지털 음향신호를 분석하여 전력 기기(100)의 현재 상태를 진단한다(S300). 이때, 진단부(260)는 디지털 음향신호의 시계열 분석 또는 주파수계열 분석을 통해 전력 기기(100)의 이상 발생 여부를 분석한다. 진단부(260)는 디지털 음향신호의 분석을 통해 전력 기기별 진단 레벨을 설정한다. The
진단부(260)는 디지털 음향신호의 시계열 분석을 위해 음향신호 관련 데이터에 해닝 윈도우를 씌워 데이터의 크기를 제한하고, DDT를 통해 주파수를 조절한다. 진단부(260)는 RZCR에 문턱값을 설정하여 각 프레임당 설정된 문턱값을 기준으로 신호의 파형 교차값을 상술한 수학식 1을 통해 산출한다. 이때, 진단부(260)는 측정된 음향신호들에 대한 RZCR값을 산출하여 평균값을 산출한다. 분석 모듈(261)은 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위 이내에 존재하면 정상으로 판단하고, 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위를 벗어나면 비정상으로 판단한다.The
진단부(260)는 디지털 음향신호의 주파수계열 분석을 위해 주파수 대역을 Low spectral energy, Medium spectral energy, High spectral energy의 3단계로 설정한다. 이때, 진단부(260)는 전력 기기(100)의 데이터를 분석하여 10~500Hz의 주파수로 설정하는 기본주파수 대역을 Low spectral energy로 설정한다. 진단부(260)는 501~1000Hz의 주파수로 설정하는 중간대역을 Medium spectral energy로 설정하고, 1KHz 초과 20KHz 이하의 주파수로 설정하는 최종대역을 High spectral energy로 설정한다. 진단부(260)는 상술한 수학식 2를 통해 dbML 과 dbHL 파라메터를 도출한다. 진단부(260)는 정상상태에서 측정된 음향신호로부터 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터를 산출한다. 진단부(260)는 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터를 정상상태의 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터와 비교하여 전력 기기(100)의 이상 상태를 판단한다. 이때, 진단부(260)는 정상상태의 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위 이내에 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 존재하면 정상으로 판단한다. 진단부(260)는 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위를 벗어나면 전력 기긱의 비정상 상태로 판단한다.The
진단부(260)는 진단한 전력 기기(100)의 현재 상태를 디스플레이한다(S400). 즉, 진단부(260)는 전력 기기(100)의 현재 상태와 함께 수신한 음향신호의 파형 및 스펙트로그램을 디스플레이한다. 이때, 진단부(260)는 전력 기기(100)에 이상이 발생한 경우 별도의 표시를 통해 발생시간(즉, 연월일, 시간)을 표시하고, 이상 발생 구간을 디스플레이한다.The
전력 기기(100)의 이상 발생으로 진단하면(S500; 예), 진단부(260)는 전력 기기(100)의 이상 발생을 경보하는 경보 메시지를 전송한다(S600). 즉, 진단부(260)는 전력 기기(100)의 이상 발생으로 진단하면 해당 전력 기기(100)를 담당하는 운영자의 모바일 단말(300) 및 중앙관제서버(400)로 경보메시지 또는 경보음을 전송한다. 그에 따라, 모바일 단말(300) 및 중앙관제서버(400)는 경보 메시지 또는 경보음을 출력하여 전력 기기(100)의 이상 발생을 경보한다.
If the abnormality of the
상술한 바와 같이, 전력 기기 음향 진단 장치 및 방법은 전력 기기(100)에서 발생하는 소리를 음향신호로 변환하고, 변환된 음향신호를 저장 및 분석하여 전력 기기(100)를 실시간으로 진단함으로써, 전력 기기(100)의 고장 발생시 신속한 대처가 가능한 효과가 있다.As described above, an apparatus and method for testing an
또한, 전력 기기 음향 진단 장치 및 방법은 전력 기기(100)에서 발생하는 소리를 음향신호로 변환하고, 변환된 음향신호를 저장 및 분석하여 전력 기기(100)를 실시간으로 진단함으로써, 전력 기기(100)의 고장을 미연에 진단 예방하여 가스절연개폐장치(120) 및 주변압기(140)을 포함하는 전력 기기(100)의 고성능화, 신뢰성 회복, 보수·유지의 경제성 향상 및 사고설비를 적정시기에 교체할 수 있는 효과가 있다.
In addition, the apparatus and method for diagnosing a
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It will be understood that the invention may be practiced.
100: 전력 기기 120: 가스절연개폐장치
140: 주변압기 160: EBG
200: 전력 기기 음향 진단 장치
220: 음향 검출부 222: 자석
224: 음향센서 240: 신호처리부
241: 집음 모듈 242: 증폭 모듈
243: 대역통과필터 모듈 244: 인코더 모듈
245: AD컨버터 모듈 246: 오디오 처리 모듈
247: 디코더 모듈 248: 출력 모듈
260: 진단부 261: 분석 모듈
262: 저장 모듈 263: 경보 모듈
264: 영상 모듈 265: 해닝 윈도우 알고리즘
266: 음향신호 분석 알고리즘 267: 시각영역/주파수영역 표시 알고리즘
300: 모바일 단말 400: 중앙관제서버100: Power device 120: Gas insulated switchgear
140: main transformer 160: EBG
200: Acoustic diagnosis device of electric power equipment
220: acoustic detection section 222: magnet
224: Acoustic sensor 240: Signal processor
241: collecting module 242: amplifying module
243: Bandpass filter module 244: Encoder module
245: AD converter module 246: Audio processing module
247: Decoder module 248: Output module
260: Diagnosis module 261: Analysis module
262: Storage module 263: Alarm module
264: video module 265: Hanning window algorithm
266: Sound signal analysis algorithm 267: Visual area / frequency domain display algorithm
300: mobile terminal 400: central control server
Claims (20)
상기 음향 검출부로부터의 음향신호를 아날로그 신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하는 신호처리부; 및
상기 변환된 디지털 신호를 근거로 전력 기기의 현재 상태를 진단하여 디스플레이하고, 전력 기기의 이상 발생으로 판단하면 모바일 단말 및 중앙관제서버 중에 적어도 하나로 경보 메시지를 전송하는 진단부를 포함하고,
상기 진단부는,
상기 음향신호 및 디지털 데이터 중에서 이상 데이터가 검출되면 시계열 분석 및 주파수계열 분석을 통해 전력 기기의 이상 발생을 진단하여 전력 기기별 진단 레벨을 설정하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 장치.An acoustic detector for detecting a sound generated in the power device and transmitting the sound signal as an acoustic signal;
A signal processor for converting an acoustic signal from the acoustic detector into an analog signal and converting the analog signal into a digital signal; And
Diagnosing and displaying a current state of the power device based on the converted digital signal and transmitting the alert message to at least one of the mobile terminal and the central control server when it is determined that the power device is abnormal,
Wherein the diagnosis unit comprises:
And an abnormality of the power device is diagnosed through a time series analysis and a frequency series analysis when abnormality data is detected from the acoustic signal and the digital data to set a diagnosis level for each power device.
상기 음향 검출부는,
전력 기기에서 발생하는 소리를 집음하는 음향센서; 및
상기 음향센서 주변에 배치되는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 장치.The method according to claim 1,
Wherein the sound detection unit comprises:
An acoustic sensor for picking up sound generated by the power device; And
And a magnet disposed around the acoustic sensor.
상기 음향센서는,
전력 기기에서 발생하는 소리로부터 음향신호를 검출하는 마이크센서; 및
상기 마이크센서에서 검출한 음향신호로부터 유도된 전자파의 음향신호를 검출하는 트랜스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 장치.The method of claim 2,
The acoustic sensor comprises:
A microphone sensor for detecting a sound signal from a sound generated in the power device; And
And a transformer for detecting an acoustic signal of an electromagnetic wave derived from the acoustic signal detected by the microphone sensor.
상기 신호처리부는,
상기 음향 검출부로부터의 음향신호를 집음하는 집음 모듈;
상기 집음된 음향신호를 증폭하는 증폭 모듈;
상기 증폭된 음향신호에서 특정주파수대역의 신호를 통과시키는 대역통과필터 모듈;
상기 대역통과필터 모듈에서 통과한 음향신호를 암호화하여 인접한 다른 음향신호와 구분하는 인코더 모듈;
상기 인코더 모듈로부터 제공되는 암호화된 음향신호를 디지털 음향신호로 변환하는 AD컨버터 모듈;
상기 AD컨버터 모듈로부터의 디지털 음향신호를 디지털 데이터와 아날로그 음향신호로 변환하는 오디오 처리 모듈;
상기 오디오 처리 모듈로부터의 디지털 음향신호를 원래의 음향신호로 복원하는 디코더 모듈; 및
상기 디코더 모듈로부터 제공되는 복원된 음향신호 및 디지털 데이터를 상기 진단부로 전송하는 출력모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 장치.The method according to claim 1,
The signal processing unit,
A sound collector module for picking up acoustic signals from the sound detector;
An amplification module for amplifying the collected sound signal;
A band pass filter module for passing a signal of a specific frequency band from the amplified acoustic signal;
An encoder module for encrypting an acoustic signal passed through the band-pass filter module and distinguishing the acoustic signal from other acoustic signals;
An AD converter module for converting an encrypted acoustic signal provided from the encoder module into a digital sound signal;
An audio processing module for converting digital sound signals from the AD converter module into digital data and analog sound signals;
A decoder module for restoring the digital sound signal from the audio processing module into an original sound signal; And
And an output module for transmitting the restored acoustic signal and digital data provided from the decoder module to the diagnosis unit.
상기 진단부는,
상기 신호처리부로부터의 음향신호 및 디지털 데이터를 분석하여 각 전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 분석 모듈;
상기 분석 모듈에서 분석된 음향신호의 정보를 저장하고, 음향신호 분석시 기저장된 음향신호의 정보를 상기 분석 모듈로 제공하는 저장 모듈;
상기 분석 모듈에서 전력 기기의 이상 발생으로 판단하면 모바일 단말 및 중앙관제서버 중에 적어도 하나로 경보 메시지를 전송하는 경보 모듈; 및
상기 분석 모듈로부터의 음향신호의 파형 및 스펙트로그램을 출력하는 영상 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 장치.The method according to claim 1,
Wherein the diagnosis unit comprises:
An analysis module for analyzing the acoustic signal and the digital data from the signal processing unit to determine whether an abnormality has occurred in each power device;
A storage module for storing information of the analyzed acoustic signal in the analysis module and providing information of the previously stored acoustic signal to the analysis module in analyzing the acoustic signal;
An alarm module for transmitting an alarm message to at least one of the mobile terminal and the central control server when the analysis module determines that the power device is abnormal; And
And an image module for outputting a waveform and a spectrogram of an acoustic signal from the analysis module.
상기 진단부는,
수학식
(여기서,
N은 분석하는 구간의 샘플수이고, R(m)은 현재 샘플 m에서의 RZCR, Lth는 실험적으로 결정되는 상수, w(n)은 신호처리에 사용되는 창함수로 해밍 또는 해닝 함수, x(n)은 현재 RZCR을 구하고자 하는 신호로서 입력되는 아날로그 신호의 샘플링된 디지털 신호)를 이용하여 RZCR값을 산출하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 장치.The method according to claim 1,
Wherein the diagnosis unit comprises:
Equation
(here,
N is the number of samples in the interval to be analyzed, R (m) is the RZCR in the current sample m, L th is the experimentally determined constant, w (n) is the window function used for signal processing, (n) calculates an RZCR value using a sampled digital signal of an analog signal input as a signal to obtain a current RZCR).
상기 진단부는,
측정된 음향신호들에 대한 RZCR값을 산출하여 평균값을 산출하고,
상기 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위 이내에 존재하면 정상으로 판단하고, 상기 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위를 벗어나면 비정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 장치.The method of claim 7,
Wherein the diagnosis unit comprises:
The RZCR value for the measured sound signals is calculated to calculate an average value,
If the average value is within the error range of the RZCR value calculated using the sound signal measured in the steady state, it is determined to be normal. If the average value is out of the error range of the RZCR value calculated using the sound signal measured in the steady state And judges that it is abnormal if it is judged to be abnormal.
상기 진단부는,
상기 음향신호의 주파수계열 분석스펙트로그램 분석을 위해 10Hz 이상 500Hz 이하의 주파수를 로우 스펙트럼 에너지로 설정하고, 501Hz 이상 1000Hz 이하의 주파수를 미디움 스펙트럼 에너지로 설정하고, 1KHz 초과 20KHz 이하의 주파수를 하이 스펙트럼 에너지로 설정하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 장치.The method according to claim 1,
Wherein the diagnosis unit comprises:
A spectral energy of not less than 10 Hz and not more than 500 Hz is set as a low spectral energy, a frequency of not less than 501 Hz and not more than 1000 Hz is set as a medium spectral energy, a frequency of not less than 1 KHz and not more than 20 KHz is set as a high- Is set to " 0 ".
상기 진단부는,
상기 설정된 로우 스펙트럼 에너지, 미디움 스펙트럼 에너지 및 하이 스펙트럼 에너지를 근거로 수학식
을 이용하여 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터를 산출하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 장치.The method of claim 9,
Wherein the diagnosis unit comprises:
Based on the set low spectral energy, the medium spectral energy, and the high spectral energy,
And calculates a dbML parameter and a dbHL parameter using the parameter.
상기 진단부는,
상기 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위 이내에 존재하면 정상으로 판단하고,
상기 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위를 벗어나면 비정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 장치.The method of claim 10,
Wherein the diagnosis unit comprises:
If the calculated dbML parameter and the dbHL parameter are within the error range of the dbML parameter and the dbHL parameter calculated using the acoustic signal measured in the steady state,
And determining that the computed dbML parameter and the dbHL parameter are abnormal if the computed dbML parameter and the dbHL parameter are out of the error range of the dbML parameter and the dbHL parameter calculated using the acoustic signal measured in the steady state.
신호처리부에 의해, 상기 검출된 음향신호를 아날로그 신호로 변환한 후 디지털 신호로 변환하는 단계;
진단부에 의해, 상기 변환된 디지털 신호를 분석하여 전력 기기의 현재 상태를 진단하는 단계;
상기 진단부에 의해, 상기 전력 기기의 현재 상태를 디스플레이하는 단계; 및
상기 진단부에 의해, 상기 진단하는 단계에서 전력 기기의 이상 발생으로 판단하면 모바일 단말 및 중앙관제서버 중에 적어도 하나로 경보 메시지를 전송하는 단계를 포함하고,
상기 전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계에서는,
상기 진단부에 의해, 상기 음향신호 및 디지털 데이터 중에서 이상 데이터가 검출되면 시계열 분석 및 주파수계열 분석을 통해 전력 기기의 이상 발생을 진단하여 전력 기기별 진단 레벨을 설정하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 방법.Detecting an acoustic signal from a sound generated in a power device by an acoustic detector connected to a plurality of power devices;
Converting the detected acoustic signal into an analog signal and converting the analog signal into a digital signal by a signal processing unit;
Analyzing the converted digital signal by a diagnosis unit to diagnose a current state of the power device;
Displaying, by the diagnosis unit, the current state of the power device; And
And transmitting the alert message to at least one of the mobile terminal and the central control server when it is determined by the diagnosis unit that an abnormality has occurred in the power device in the diagnosing step,
In the step of determining whether or not an abnormality has occurred in the power device,
Wherein when the abnormal data is detected from the acoustic signal and the digital data, the diagnosis unit diagnoses an abnormality of the power device through time series analysis and frequency sequence analysis to set a diagnostic level for each power device Way.
상기 진단하는 단계는,
상기 진단부에 의해, 기저장된 음향신호의 정보를 분석하여 각 전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계; 및
상기 진단부에 의해, 상기 판단하는 단계에서 전력 기기의 이상 발생으로 판단하면 모바일 단말 및 중앙관제서버 중에 적어도 하나로 경보 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 방법.The method of claim 12,
Wherein the diagnosing comprises:
Analyzing information of a previously stored sound signal by the diagnosis unit to determine whether or not an abnormality has occurred in each power equipment; And
And transmitting the alert message to at least one of the mobile terminal and the central control server when the diagnosis unit determines that the power device is abnormal in the determining step.
상기 진단하는 단계는,
상기 진단부에 의해, 상기 음향신호의 파형 및 스펙트로그램을 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the diagnosing comprises:
And outputting the waveform and the spectrogram of the acoustic signal by the diagnosis unit.
상기 전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계에서는,
상기 진단부에 의해, 수학식
(여기서,
N은 분석하는 구간의 샘플수이고, R(m)은 현재 샘플 m에서의 RZCR, Lth는 실험적으로 결정되는 상수, w(n)은 신호처리에 사용되는 창함수로 해밍 또는 해닝 함수, x(n)은 현재 RZCR을 구하고자 하는 신호로서 입력되는 아날로그 신호의 샘플링된 디지털 신호)를 이용하여 RZCR값을 산출하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 방법.The method of claim 12,
In the step of determining whether or not an abnormality has occurred in the power device,
By the diagnosis unit,
(here,
N is the number of samples in the interval to be analyzed, R (m) is the RZCR in the current sample m, L th is the experimentally determined constant, w (n) is the window function used for signal processing, (n) calculates an RZCR value using a sampled digital signal of an analog signal input as a signal to obtain a current RZCR).
상기 전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계는,
상기 진단부에 의해, 측정된 음향신호들에 대한 RZCR값을 산출하여 평균값을 산출하는 단계;
상기 진단부에 의해, 상기 산출한 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위 이내에 존재하면 정상으로 판단하는 단계; 및
상기 진단부에 의해, 상기 평균값이 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 RZCR값의 오차범위를 벗어나면 비정상으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 방법.18. The method of claim 16,
Wherein the step of determining whether the power device is abnormal includes:
Calculating a RZCR value for the measured sound signals by the diagnosis unit and calculating an average value;
If the calculated average value is within an error range of the RZCR value calculated using the acoustic signal measured in the steady state, determining by the diagnosis unit that the average value is normal; And
And determining that the average value is abnormal if the average value deviates from an error range of the RZCR value calculated using the acoustic signal measured in the steady state.
상기 전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계는,
상기 진단부에 의해, 상기 음향신호의 주파수계열 분석스펙트로그램 분석을 위해 10Hz 이상 500Hz 이하의 주파수를 로우 스펙트럼 에너지로 설정하는 단계;
상기 진단부에 의해, 501Hz 이상 1000Hz 이하의 주파수를 미디움 스펙트럼 에너지로 설정하는 단계; 및
상기 진단부에 의해, 1KHz 초과 20KHz 이하의 주파수를 하이 스펙트럼 에너지로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 방법.The method of claim 12,
Wherein the step of determining whether the power device is abnormal includes:
Setting a frequency of 10 Hz or more and 500 Hz or less as a low spectral energy for spectral analysis of a frequency sequence analysis of the acoustic signal by the diagnosis unit;
Setting a frequency of 501 Hz or more and 1000 Hz or less to a medium spectrum energy by the diagnosis unit; And
And setting the frequency higher than 1 KHz and lower than 20 KHz to high spectral energy by the diagnosis unit.
상기 전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계는,
상기 진단부에 의해, 상기 설정된 로우 스펙트럼 에너지, 미디움 스펙트럼 에너지 및 하이 스펙트럼 에너지를 근거로 수학식
을 이용하여 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 방법.19. The method of claim 18,
Wherein the step of determining whether the power device is abnormal includes:
Wherein the diagnostic unit calculates the low spectral energy, the medium spectral energy, and the high spectral energy,
And calculating a dbML parameter and a dbHL parameter using the parameter.
상기 전력 기기의 이상 발생 여부를 판단하는 단계는,
상기 진단부에 의해, 상기 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위 이내에 존재하면 정상으로 판단하고, 상기 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터가 정상상태에서 측정된 음향신호를 이용하여 산출한 dbML 파라메터 및 dbHL 파라메터의 오차범위를 벗어나면 비정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 기기 음향 진단 방법.The method of claim 19,
Wherein the step of determining whether the power device is abnormal includes:
When the calculated dbML parameter and dbHL parameter are within the error range of the dbML parameter and the dbHL parameter calculated using the acoustic signal measured in the steady state, the diagnostic unit determines that the calculated dbML parameter and dbHL parameter are normal, And the parameter is determined to be abnormal when the parameter is out of the error range of the dbML parameter and the dbHL parameter calculated using the acoustic signal measured in the steady state.
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