KR101505176B1 - 모선 고장 감지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 송전, 변전 및 배전을 목적으로 하는 전력계통 변전소의 모선 고장 감지 장치 및 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 모선 고장 감지 장치는 주변압기와 선로가 차단기와 단로기를 이용하여 연결되어 있는 모선의 고장을 감지하는 기능을 하고, 이를 위해 본 발명의 모선 고장 감지 장치는, 복수의 지능형 전자 장치로부터 측정된 주변압기, 차단기, 단로기 및 선로를 포함하는 전력설비의 전압 및 전류 정보를 수집하는 수집부; 및 상기 주변압기의 전류에 대한 벡터값과, 상기 주변압기를 통해 전력이 공급되는 적어도 하나의 피더측 선로의 전류에 대한 벡터값을 합산함으로써, 상기 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 고장 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모선 고장 감지 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FAILURE OF BUS}
본 발명은 송전, 변전 및 배전을 목적으로 하는 전력계통 변전소의 모선 고장 감지 장치 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게 전력계통 변전소에서 모선 고장이 발생할 시, 상기 고장이 발생한 위치 및 구간을 판단할 수 있는 모선 고장 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
154kV 변전소는 발전소 또는 타 변전소로부터 154kV 송전선로를 통해 전력을 공급받아 주변압기를 이용하여 23kV로 변압하고, 변압된 전력을 23kV 모선을 통해 23kV 선로 등으로 공급하는 기능을 한다. 이러한 변전소는 그 구성과 형태 및 운전방식에 따라 다양한 명칭이 부여되고 있다. 이들 명칭 중 디지털변전소는 변전소 고유의 임무와 역할을 수행하기 위하여 기존의 각종 제어케이블과 전기회로에 의한 구성 방식을 통신 네트워크와 디지털 정보에 의한 구성 방식으로 구축된 변전소를 말한다.
여기서, 23kV 모선 고장이 발생하면, 전력을 공급하는 주변압기 2차 차단기가 주변압기 및 2차측 지능형 전자 장치(IED)의 한시 보호 계전 요소로 개방될 수 있다. 이에 따라, 고장이 발생한 모선뿐만 아니라 연결된 정상 모선까지 전력공급이 차단되어 정전이 되고 이로써 고장시간이 길어진다.
여기서, 23kV 모선 고장의 유형은 크게 네 가지로 분류될 수 있다. 첫 번째유형은 모선에서 단락 또는 지락 고장이 발생하는 경우이다. 두 번째 유형은 23kV 선로에서 고장이 발생할 때, 선로측 지능형 전자 장치(IED)가 트립신호를 송출하여 차단기가 개방되도록 되어 있지만, 선로용 차단기가 내부 이상으로 개방되지 않아 23kV 선로 고장이 모선에 연결된 전구간 차단(정전)으로 확대되는 경우이다. 그리고 세 번째 유형은 모선 구분 또는 모선 연락 차단기를 이용하여 정상 모선이 고장 모선과 연결되어 있어 정상모선 구간까지 차단되는 정전구간을 확대시키는 경우이다. 네 번째 유형은 선로측 고장 발생시 고장전류가 대단히 커서 선로용 차단기 개방으로 고장이 제거되기 전 주변압기 2차측 지능형 전자 장치(IED)의 트립 신호가 송출되고 2차측 차단기가 개방되어 23kV 선로 고장이 모선 전구간 차단으로 확대되는 경우이다.
다만, 종래에는 별도의 23kV 모선 보호 시스템이 존재하지 않아, 고장 구간이 확대되고 보다 많은 전력기기 동작(차단기 개방 등)에 따라 복구 조작 지연으로 정전 시간이 길어지는 문제점이 존재한다.
이에 관련하여, 발명의 명칭이 "송전선로 고저항 지락 고장 제어시스템 및 그 제어방법"인 한국등록특허 제0246203호가 존재한다.
본 발명은 전력계통 변전소에서 모선 고장이 발생할 시, 고장이 발생한 위치 및 구간을 판단할 수 있는 모선 고장 감지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 주변압기와 선로가 차단기와 단로기를 이용하여 연결되어 있는 모선의 고장을 감지하는 본 발명의 모선 고장 감지 장치는, 복수의 지능형 전자 장치로부터 측정된 주변압기, 차단기, 단로기 및 선로를 포함하는 전력설비의 전압 및 전류 정보를 수집하는 수집부; 및 상기 주변압기의 전류에 대한 벡터값과, 상기 주변압기를 통해 전력이 공급되는 적어도 하나의 피더측 선로의 전류에 대한 벡터값을 합산함으로써, 상기 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 고장 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 고장 판단부는 고장 감지 시, 주변압기의 전류에 대한 벡터값과 적어도 하나의 피더측 선로의 전류에 대한 벡터값의 합이 0이면 모선 외부 고장으로, 그리고 상기 합이 0이 아니면 모선 내부 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 모선 고장 감지 장치는 복수의 지능형 전자 장치에서 생성되고, 상기 수집부를 통해 수집되는 차단기 및 단로기의 투입 개방 상태 정보를 근거로 디지털변전소의 전력 설비에 대한 상황을 파악하고, 고장이 발생한 구간을 판별하는 구간 판별부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 구간 판별부는 고장 판단부를 통한 판단 결과, 모선 내부 고장으로 판단될 때, 모선 내에서의 전류 흐름 방향과 모선 각각에서 측정된 전압 값을 근거로 고장 구간을 판별할 수 있다.
또한, 구간 판별부는 고장 판단부를 통한 판단 결과, 모선 외부 고장으로 판단될 때, 피더측 선로들 중 적어도 하나에 대해, 고장 이전의 전류값 비해 기설정된 값 이상으로 전류값이 상승한 경우, 선로 고장으로 판단하고, 전류값이 상승한 피더측 선로를 고장 선로로 판단할 수 있다.
또한, 수집부는 지능형 전자 장치로부터 산출된 보호 계전 요소의 기동(Pickup) 및 동작(Trip) 상태 정보를 더 수집할 수 있다.
또한, 본 발명의 모선 고장 감지 장치는 보호 계전 요소의 기동 및 동작 상태 정보를 근거로 고장 판단부 및 고장 판별부를 통해 판단된 결과를 검증하는 검증부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 수집부는 MMS(Manufacturing Message Specification) 신호를 이용하여 복수의 지능형 전자 장치로부터 전압 및 전류 정보를 수집할 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 주변압기와 선로가 차단기와 단로기를 이용하여 연결되어 있는 모선의 고장을 감지하는 본 발명의 모선 고장 감지 방법은 수집부에 의해, 복수의 지능형 전자 장치로부터 측정된 주변압기, 차단기, 단로기 및 선로를 포함하는 전력설비의 전압 및 전류 정보를 수집하는 단계; 및 고장 판단부에 의해, 주변압기의 전류에 대한 벡터값과, 주변압기를 통해 전력이 공급되는 적어도 하나의 피더측 선로의 전류에 대한 벡터값을 합산함으로써, 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 단계는, 고장 감지 시, 주변압기의 전류에 대한 벡터값과 적어도 하나의 피더측 선로의 전류에 대한 벡터값의 합이 0이면 모선 외부 고장으로, 그리고 합이 0이 아니면 모선 내부 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 모선 고장 감지 방법은 구간 판별부에 의해, 복수의 지능형 전자 장치에서 생성되고, 수집부를 통해 수집되는 차단기 및 단로기의 투입 개방 상태 정보를 근거로 디지털변전소 내의 전력 설비에 대한 상황을 파악하고, 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계는 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 단계를 통한 판단 결과, 모선 내부 고장으로 판단될 때, 모선 내에서의 전류 흐름 방향과 모선 각각에서 측정된 전압 값을 근거로 고장 구간을 판별할 수 있다.
또한, 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계는 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 단계를 통한 판단 결과, 모선 외부 고장으로 판단될 때, 피더측 선로들 중 적어도 하나에 대해, 고장 이전의 전류값 비해 기설정된 값 이상으로 전류값이 상승한 경우, 선로 고장으로 판단하고, 전류값이 상승한 피더측 선로를 고장 선로로 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 모선 고장 감지 방법은 수집부에 의해, 지능형 전자 장치로부터 산출된 보호 계전 요소의 기동 및 동작 상태 정보를 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 모선 고장 감지 방법은 검증부에 의해, 보호 계전 요소의 기동 및 동작 상태 정보를 근거로 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 단계 및 상기 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계를 통해 판단된 결과를 검증하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 전력설비의 전압 및 전류 정보를 수집하는 단계는 MMS 신호를 이용하여 상기 복수의 지능형 전자 장치로부터 전압 및 전류 정보를 수집할 수 있다.
본 발명의 모선 고장 감지 장치 및 방법에 따르면, 23kV 모선에서 고장이 발생한 경우, 고장 발생 위치와 고장 구간을 판단할 수 있고, 이에 대한 결과를 운전원에게 제공함으로써, 신속하고 정확하게 고장 파급 방지 및 정전 시간 단축에 기여될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 모선 고장 감지 장치 및 방법에 따르면, 또한 23kV 모선고장에 대한 감지 및 판단 미숙에 의한 오조작(고장구간에 재가압 조작 등)으로 고장파급이 확대되는 것을 방지하여 고장발생 및 복구 구간을 최소화하는데 기여할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 디지털변전소의 23kV 모선 구성 및 지능형 전자 장치(IED)의 배치에 대한 예시를 도시하는 회로도이다.
도 2는 디지털변전소의 23kV 모선감지 시스템, 변전소 내부 및 외부용 운전시스템 및 각종 지능형 전자 장치(IED)와 이를 통신으로 연결하는 네트워크의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3a는 23kV 모선에 고장이 발생한 경우에 대한 예시를 도시하는 회로도이다.
도 3b는 23kV 선로 차단기 차단 실패가 발생한 경우에 대한 예시를 도시하는 회로도이다.
도 3c는 정상 가압 중인 23kV 모선과 고장 모선과의 연결에 대한 예시를 도시하는 회로도이다.
도 3d는 23kV 선로측 고장발생시 고장전류가 커서 선로 차단기 개방으로 고장이 제거되기 전, #1 주변압기 2차측 차단기 개방이 발생한 예시를 도시하는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 고장 감시 시스템에 대한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 고장 감시 장치에 대한 블록도이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명에 따른 모선 고장 감시 시스템의 동작 상황을 도시하는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 고장 감시 방법에 대한 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 디지털변전소의 23kV 모선 구성 및 지능형 전자 장치(IED)의 배치에 대한 예시를 도시하는 회로도이다. 여기서, 23kV 모선 구성 방식은 2중 모선 1CB 차단방식으로서 언급될 수 있다. 도 1에서, 주변압기(20, 21)는 각각 주변압기 2차 차단기(30, 31)와 단로기를 이용할 수 있다. 또한, 도 1 하부에 도시된 선로(26 내지 29)는 선로용 차단기(36 내지 39)와 단로기를 이용함으로써, 2개의 모선(22와 23, 22와 24, 23과 25, 24와 25)으로 이루어진 모선쌍 중에서 어느 한 쌍을 선택하여 연결하도록 되어 있다.
그리고, 주변압기 뱅크(Bank)별로 설치된 23kV 모선구분 차단기(33, 34), 단로기 및 주변압기 2뱅크마다 설치된 모선연결 차단기(32), 그리고 단로기를 이용하여 상시 주변압기별 선로 배분이나 휴전작업 등을 위해 각 모선(22 내지 25) 사이가 연결 또는 분리될 수 있다.
23kV 설비 보호 시스템은 각 전력설비 별로 지능형 전자장치(IED : Intelligent Electronic Device, 40 내지 49)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 지능형 전자 장치(40 내지 49)는 내부 기능인 설비별 보호 계전 방식에 따라 고장 구간을 판정하고, 설비용 차단기를 개방시켜 23kV 모선을 보호할 수 있다.
또한, 주변압기(20, 21)의 2차 측에서는 과전류 계전 방식이 적용될 수 있다. 예를 들어, 주변압기(20, 21)의 2차 측에 고장이 발생하여 전류가 일정 기준값을 초과하게 되는 상황을 가정하자. 이 경우, 주변압기 2차측 지능형 전자 장치(40, 41)의 단락 과전류 보호 계전 요소 또는 지락 과전류 보호 계전 요소가 한시 트립신호를 송출하게 된다. 이 때, 지능형 전자 장치(40, 41)는 상기 한시 트립 신호를 통해 해당 주변압기 2차 차단기(30, 31)를 개방시킬 수 있고, 이를 통해 고장구간을 분리할 수 있다(선로와의 보호협조를 위해 순시 트립은 사용하고 있지 않음).
또한, 23kV 선로(26 내지 29)에도 과전류 계전방식이 적용될 수 있다. 즉, 선로 단락 또는 지락고장이 발생하여 전류가 일정 기준값을 초과하게 되는 경우, 선로측 지능형 전자 장치(IED, 46 내지 49)의 단락 과전류 계전요소 또는 지락 과전류 계전요소가 순시 또는 한시 트립 신호를 송출하여 해당 선로 차단기(36 내지 39)를 개방시키도록 함으로써 고장구간을 분리할 수 있다.
모선의 경우 전압별로 765kV 모선은 전압 또는 전류 차동방식, 345kV 모선은 전압 차동방식, 154kV 모선은 전류 차동방식을 적용하여 모선고장 또는 선로용 차단기 차단실패 시의 고장구간을 최소화시키도록 되어 있다. 그렇지만, 23kV 모선의 경우는 보호 시스템이 별도로 존재하지 않는다. 이에 따라, 모선에 고장이 발생하는 경우, 2차측 지능형 전자 장치(IED, 40, 41)의 단락 과전류 계전요소 또는 지락 과전류 계전요소는 전력을 공급하는 주변압기(20, 21)에 한시 트립신호를 송출하여 주변압기 2차 차단기(30, 31)를 개방시킨다.
상시에 주변압기별로 선로에 전력을 배분하기 위해, 23kV 모선구분 또는 모선연락 차단기를 투입하여 2개의 모선을 연결함으로써 운전하는 경우가 존재한다. 이 경우, 23kV 모선 고장이 발생하는 경우, 전력을 공급하는 주변압기 2차 차단기(30, 31)가 주변압기(20, 21)에 대한 2차측 지능형 전자 장치(IED, 40, 41)의 한시 보호 계전 요소를 통해 개방되므로 고장이 발생한 모선뿐만 아니라 연결된 정상 모선까지 전력공급이 차단되어 정전이 되고 이로써 고장시간이 길어진다.
23kV 모선 고장의 유형은 네 가지가 있다. 구체적으로, 23kV 모선 고장의 첫번째 유형은 모선에서 단락 또는 지락 고장이 발생하는 경우이다. 두 번째 유형은 23kV 선로에서 고장이 발생하면 선로측 지능형 전자 장치(IED, 46 내지 49)가 트립신호를 송출하여 차단기가 개방되어야 하나, 선로용 차단기가 내부 이상으로 개방되지 않아 23kV 선로고장이 모선에 연결된 전구간 차단(정전)으로 확대되는 경우이다. 그리고, 세 번째 유형은 모선 구분 또는 모선 연락 차단기를 이용하여 정상 모선이 고장 모선과 연결되어, 정상모선 구간까지 정전구간이 확대되는 경우이다. 네 번째는 선로측 고장 발생시 고장 전류가 매우 높아서, 선로용 차단기의 개방으로 고장이 제거되기 전, 2차측 차단기가 개방되고 이를 통해 23kV 선로 고장이 모선 전구간 차단으로 확대되는 경우이다. 이에 대한 예시는 아래에서 도 3a 내지 도 3d를 참조로 설명된다.
도 3a는 23kV 모선에 고장이 발생한 경우에 대한 예시를 도시하는 회로도이다. 구체적으로, 도 3a는 상시 운전상태에서 23kV 모선에 고장이 발생한 경우에 대한 예시를 도시하는 회로도이다. 즉, 도 3a에서는 23kV #40 모선(22)에 고장이 발생한 것으로 가정된다. 23kV #40 모선(22)에 고장이 발생한 경우, 별도의 모선 보호시스템이 없기 때문에 #40 모선(22)에 전력을 공급하는 주변압기 #1M.Tr(20)의 2차측 지능형 전자 장치(IED, 40)의 보호계전요소가 고장을 검출하게 된다. 그 후, 주변압기 #1M.Tr(20)의 2차측 지능형 전자 장치(IED, 40)의 보호 계전 요소는 트립 신호를 송출함으로써 주변압기 2차 차단기(30)를 개방시키게 된다. 따라서, 이 경우에는 고장 발생 구간인 #40 모선(22)뿐만 아니라 정상운전 중인 #3 피더측 선로(28)와 #41 모선(23)까지 정전이 발생하여, 정전 구간이 확대 된다.
또한, 23kV #46 모선(25)에 고장이 발생한 경우에도, #46 모선(25)에 전력을 공급하는 주변압기 #2M.Tr(21)의 2차측 지능형 전자 장치(IED, 41)의 보호 계전 요소가 고장을 검출하여 한시 트립 신호를 송출함으로써, 주변압기 2차 차단기(31)를 개방시키게 된다. 따라서, 고장발생구간인 #46 모선(25)뿐만 아니라 정상운전 중인 #2 피더측 선로(27)과 #46 모선(24)까지 정전되므로 정전구간이 확대 된다.
도 3b는 23kV 선로 차단기에서 차단 실패가 발생한 경우에 대한 예시를 도시하는 회로도이다. 구체적으로, 도 3b는 상시 운전상태에서 23kV 선로 차단기 차단 실패가 발생한 예시를 도시하는 회로도이다. 도 3b에 도시된 바와 같이 #1 피더측 선로(26)에서 고장이 발생한 경우, 선로측 지능형 전자 장치(IED, 46)가 선로 차단기(36)에 트립 신호를 송출한다. 그러나 선로 차단기(36)가 내부 이상으로 개방되지 않은 경우 즉, 차단 실패의 경우, 고장이 지속된다. 이러한 경우, #1 피더측 선로(26)에 전력을 공급하는 주변압기 #1M.Tr(20)의 2차측 지능형 전자 장치(IED, 40)의 보호 계전 요소가 이러한 상황을 검출하고, 트립신호를 송출함으로써 주변압기 2차 차단기(30)를 개방시키게 된다. 따라서 고장 발생구간인 #1 피더측 선로(26) 뿐만 아니라 정상운전 중인 #40 모선(22), #3 피더측 선로(28) 및 #41 모선(23)까지 정전이 되므로 정전구간이 확대 된다.
이와 마찬가지로 #4 피더측 선로(29)에서 고장이 발생한 경우 선로측 지능형 전자 장치(IED, 49)가 선로 차단기(39)에 트립 신호를 송출한다. 그러나 선로 차단기(39)가 내부 이상으로 개방되지 않은 경우 즉, 차단 실패의 경우, 고장이 지속된다. 위에서 언급한 것처럼, #4 피더측 선로(29)에 전력을 공급하는 주변압기 #2M.Tr(21)의 2차측 지능형 전자 장치(IED, 41)의 보호 계전 요소는 이러한 상황을 검출하게 되고, 트립신호를 송출함으로써 주변압기 2차 차단기(31)를 개방시킨다. 따라서 고장 발생구간인 #4 피더측 선로(29)뿐만 아니라 정상운전 중인 #46 모선(25), #2 피더측 선로(27) 및 #46 모선(24)까지 정전이 되므로 정전구간이 확대 된다.
도 3c는 정상 가압 중인 23kV 모선과 고장 모선과의 연결에 대한 예시를 도시하는 회로도이다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 23kV #40 모선(22)에 고장이 발생한 경우, 전력을 공급하던 주변압기 #1M.Tr(20)의 2차 측 지능형 전자 장치(IED, 40)가 고장전류를 검출하여 트립신호를 송출함으로써 2차 차단기(30)를 개방시키게 된다. 즉, #40 모선(22)에 연결되어 있는 #1, 3Feeder(26, 28)와 #41 모선(23)가 정전되게 된다. 그렇지만 운전원이 착각하여 주변압기 #2M.Tr(21)를 이용하여 23kV 모선연락 차단기 #1BUS TIE CB(32)를 투입함으로써 정전구간에 전력을 공급하는 경우를 가정하자. 이 경우, 주변압기 #2M.Tr(21)의 2차 측 지능형 전자 장치(IED, 41)의 보호 계전 요소는 고장 전류를 검출하고, 트립 신호를 송출하게 되어, 결국 2차 차단기(31)도 개방된다. 즉, #45, 46BUS(24, 25)에서 전력을 공급받아 정상 운전 중이던 #2, 4Feeder(27, 29)도 함께 정전되므로, 정전구간이 확대 된다.
도 3d는 23kV 선로측 고장발생시 고장전류가 커서 선로 차단기 개방으로 고장이 제거되기 전, #1 주변압기의 2차측 차단기 개방이 발생한 예시를 도시하는 회로도이다. 구체적으로, 도 3d는 상시 운전 상태에서 23kV 선로측 고장 발생시 선로용 차단기 개방으로 고장이 제거되기 전, 고장 전류가 매우 높아 #1 주변압기 2차측 차단기 개방이 이루어지는 예시를 도시하는 회로도이다. 도 3d에 도시된 바와 같이 #1 피더측 선로(26)에서 선로측 근단 고장 등으로 고장전류가 과다한 고장이 발생한 경우 선로측 지능형 전자 장치(IED, 46)와 주변압기 2차측 지능형 전자 장치(IED, 40)의 과전류 보호계전요소는 동시에 기동(PICKUP)된다. 이에 따라. 선로 차단기(36)가 개방되기 전 #1 피더측 선로(26)에 전력을 공급하는 주변압기 #1M.Tr(20)의 2차측 지능형 전자 장치(IED, 40)의 보호 계전 요소가 응동하여 트립신호를 송출함으로써 주변압기 2차 차단기(30)를 개방시킨다. 따라서 고장 발생구간인 #1 피더측 선로(26) 뿐만 아니라 정상운전 중인 #40 모선(22), #3 피더측 선로(28) 및 #41 모선(23)까지 정전이 되므로 정전구간이 확대된다.
이와 마찬가지로 #4 피더측 선로(29)에서 선로측 근단 고장 등으로 고장전류가 과다하여 고장이 발생한 경우, 선로측 지능형 전자 장치(IED, 49)와 주변압기 2차측 지능형 전자 장치(IED, 41)의 과전류 보호 계전 요소는 동시에 기동(PICKUP)된다. 이에 따라, 선로 차단기(39)가 개방되기 전 #4 피더측 선로(29)에 전력을 공급하는 주변압기 #2M.Tr(21)의 2차측 지능형 전자 장치(IED, 41)의 보호 계전 요소가 응동하여 트립 신호를 송출함으로써 주변압기 2차 차단기(31)를 개방시킨다. 따라서 고장 발생구간인 #4 피더측 선로(29) 뿐만 아니라 정상운전 중인 #46 모선(25), #2 피더측 선로(27) 및 #46 모선(24)까지 정전이 되므로 정전구간이 확대된다.
위에서 언급한 것처럼, 기존의 기술에서는 별도의 23kV 모선 보호 시스템이 없기 때문에 23kV 모선 고장 시(23kV 선로용 차단기 차단실패, 23kV 모선 고장, 23kV 모선구분 및 모선연락 차단기로 연결된 한 쪽 모선의 고장, 선로 근단 고장과 같이 고장전류가 큰 고장), 전력을 공급하는 주변압기(20, 21)의 2차 측 지능형 전자 장치(IED, 40, 41)가 고장전류를 검출하여 2차 차단기(30, 31)를 개방시키므로 고장구간이 확대되고, 이에 따라, 보다 많은 전력기기 동작(차단기 개방 등)에 따라 복구조작지연으로 정전시간이 길어지는 문제점이 있었다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 고장 감지 장치는 상술한 모선 고장의 유형 모두를 감지할 수 있고, 고장이 발생한 위치 및 구간을 판단하는 것을 그 목적으로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 고장 감시 시스템에 대한 회로도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 고장 감시 장치에 대한 블록도이다. 위에서 언급된 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 고장 감지 장치(60 내지 62, 100)는 수집부(110), 고장 판단부(120), 구간 판별부(130) 및 검증부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조로, 본 발명의 실시예에 따른 모선 고장 감지 장치(60 내지 62, 100)에 대하여 설명하도록 한다. 위에서 언급된 바와 같이, 본 발명은 송전, 변전 및 배전을 목적으로 하는 전력계통 변전소의 모선 고장을 판단할 수 있는 것을 그 목적으로 한다. 다만, 여기서 고장의 판단 대상은 변전소의 모선뿐만 아니라, 송전 선로나 배전 선로 등 다양한 선로로 확장되어, 본 발명이 적용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
수집부(110)는 지능형 전자 장치(41 내지 49)로부터 전력설비의 전압 및 전류, 차단기(30 내지 39)와 단로기의 투입 및 개방 상태 정도, 그리고 보호 계전 요소의 기동 및 차단 동작 상태 정보를 수집하는 기능을 한다. 여기서, 지능형 전자 장치(41 내지 49)는 주변압기(20, 21), 차단기(30, 31), 단로기 및 선로(26 내지 29)를 포함하는 전력설비의 전압 및 전류를 측정하는 기능을 한다. 또한, 지능형 전자 장치(41 내지 49)는 차단기(30 내지 39)와 단로기의 투입 및 개방 상태 정보, 보호 계전 요소의 기동 및 차단 동작 상태 정보를 더 취득하는 기능을 한다. 즉, 수집부는 지능형 전자 장치(41 내지 49)로부터 측정 또는 취득된 상기 정보들을 수집하는 기능을 한다. 여기서, 수집부(110)를 통한 정보 수집은 MMS(Manufacturing Message Specification) 신호를 통해 이루어질 수 있다. 또한, 복수의 지능형 전자 장치(41 내지 49) 간에도, 서로 정보에 대한 송수신이 이루어질 수 있는데, 이는 GOOSE 메시지를 통해 이루어질 수 있다.
고장 판단부(120)는 지능형 전자 장치(41 내지 49)로부터 측정된 즉, 수집부를 통해 수집된 전압 및 전류에 대한 크기 및 위상값 정보를 근거로 모선 내부와 모선 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 기능을 한다. 구체적으로, 고장 판단부(120)는 주변압기 측 지능형 전자 장치(40, 41)를 통해 측정된 전류의 벡터값과, 선로 지능형 전자 장치(46, 47, 48, 49)를 통해 측정된 전류의 벡터값의 합을 근거로, 고장 발생 위치가 모선 내부인지, 또는 모선 외부인지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 주변압기(20)만을 살펴보자. 또한, 주변압기(20)를 통해 공급되는 전력이 #1 피더 측 선로와 #3 피더 측 선로로 공급되는 것으로 가정하자, 예를 들어, 고장 판단부(120)를 통해 고장이 감지되면, 고장 판단부(120)는 주변압기 2차 지능형 전자 장치(40)로부터 측정된 전류의 벡터값과, 선로 지능형 전자 장치(46, 48)로부터 측정된 전류의 벡터값을 더한다. 여기서, 선로 지능형 전자 장치(46, 48)는 도 4에 도시된 것처럼, #1 피더 측 선로와 #3 피더 측 선로에 연결된다. 여기서, 이들 간의 합이 0이면 모선 내부의 고장으로 판단할 수 있고, 그렇지 않다면 모선 외부의 고장으로 판단할 수 있다. 여기서, 용어 모선 내부는 변압기, 본 예시에서는 주변압기(20)를 통해 전력이 공급되는 모선으로 정의되고, 모선 외부는 해당 모선이 아닌 다른 선로로 정의된다.
마찬가지로, 주변압기(21)의 경우 주변압기(21)를 통해 공급되는 전력이 #2 피더 측 선로와 #4 피더 측 선로로 공급되는 예시를 가정하자. 위의 예시와 마찬가지로, 고장 판단부(120)를 통해 고장이 감지되면, 고장 판단부(120)는 주변압기 2차 지능형 전자 장치(41)로부터 측정된 전류의 벡터값과, 선로 지능형 전자 장치(47, 48)로부터 측정된 전류의 벡터값을 더한다. 여기서, 선로 지능형 전자 장치(47, 49)는 도 4에 도시된 것처럼, #2 피더 측 선로와 #4 피더 측 선로에 연결된다. 여기서, 이들 간의 합이 0이면 모선 내부의 고장으로 판단할 수 있고, 그렇지 않다면 모선 외부의 고장으로 판단할 수 있다.
구간 판별부(130)는 고장 판단부(120)를 통해 모선 내부와 모선 외부 중 적어도 하나에 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 복수의 지능형 전자 장치(40 내지 49)에서 생성되는 차단기 및 단로기의 투입 개방 상태 정보를 근거로, 전력 설비의 차단기 및 단로기의 개방 상태를 확인한 후, 고장 구간과 정상 구간을 판단하는 기능을 한다. 즉, 구간 판별부(130)는 고장 모선 구간과, 전체의 모선 구간에서 고장 모선 구간이 아닌 구간 즉 정상 모선 구간을 구분하여 구간 판별 과정을 수행할 수 있다. 여기서, 차단기 및 단로기의 투입 개방 상태 정보를 고려하는 이유는, 전력 계통 내에 포함된 스위치 및 단로기가 상황에 따라 실시간으로 변경될 수 있기 때문이다.
구체적으로, 구간 판별부(130)는 고장 판단부(120)를 통한 판단 결과, 모선 내부 고장으로 판단될 때, 모선 내에서의 전류 흐름 방향과 전력 설비의 전압 값을 근거로 고장 구간을 판별하는 기능을 한다. 또한, 구간 판별부(130)는 고장 판단부(120)를 통한 판단 결과, 모선 외부 고장으로 판단될 때, 피더측 선로들 중 적어도 하나에 대해, 고장 이전의 전류값 비해 기설정된 값 이상으로 전류값이 상승한 경우, 선로 고장으로 판단하고, 전류값이 상승한 피더측 선로를 고장 선로로 판단하는 기능을 한다.
또한, 구간 판별부(130)는 모선 외부에서 고장이 발생한 경우 즉, 모선 이외의 선로에서 고장이 발생한 경우, 선로용 차단기의 차단실패에 의한 고장 파급 여부를 더 판단할 수 있다. 또한, 구간 판별부는 관리자 또는 운전원의 실수로, 정상 가압된 23kV 모선을 고장모선 또는 접지된 모선에 연결하거나 접지를 위하여 23kV 모선구분 또는 모선연락 차단기를 투입하는 경우, 고장여부를 판단하여 투입한 차단기를 순시 개방시켜 정전이 발생되거나 또는 확대되는 것을 방지할 수 있다. 이에 대한 예시는 이하에서 도 6a 내지 도 6d를 참조로 상세히 언급되므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.
검증부(140)는 구간 판별부(130)를 통해 산출된 정상 구간 및 고장 구간이 올바르게 판별되었는지를 판별하는 기능을 한다. 위에서 언급한 것처럼, 지능형 전자 장치(40 내지 49)는 보호 계전 요소의 기동 및 동작 상태 정보를 더 수집할 수 있는데, 검증부(140)는 이러한 보호 계전 요소의 기동 및 동작 상태 정보를 근거로 검증 기능을 수행할 수 있다. 이렇게 검증이 완료된 고장 구간 및 정상 구간에 대한 정보는 운전원에게 제공될 수 있고, 이는 운전원의 복구 조작을 지원할 수 있다.
도 6a 내지 6d는 본 발명에 따른 모선 고장 감시 시스템의 동작 상황을 도시하는 회로도이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 고장 감시 시스템은 위에서 도 3a 내지 도 3d를 참조로 언급된 종래의 기술에 따른 23kV 모선 구성과 설비 보호 시스템에, 지능형 전자 장치(IED, 40 내지 49), 통신 네트워크 및 모선 고장 감지 장치(60 내지 62)를 추가한 구성으로 도시되어 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 23kV 모선에서의 고장여부 판별은 선로측 과전류보호 요소와 주변압기 2차측 과전류 보호 요소의 한시 특성을 이용할 수 있다. 즉 선로측 고장인 경우, 주변압기 2차측 과전류 보호요소 동작(트립) 이전, 선로측 과전류보호 요소가 동작(트립) 되어 고장을 분리하고, 23kV 모선측 고장인 경우, 주변압기 2차측 과전류 보호 요소만 동작(트립)되어 고장을 분리하고 있다.
도 6a는 23kV 모선 고장의 유형 중에서 23kV 모선 내부고장이 발생한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 고장 감지 장치(60, 61, 62)가 이를 검출하는 예시를 도시하는 회로도이다. 구체적으로 도 6a는 주변압기 2차측 지능형 전자 장치(IED)의 과전류 보호 계전 요소를 기동하고 트립 신호를 송출하여 주변압기 2차측 차단기를 트립시키는 예시에 대한 회로도이다.
이하의 설명에서, 도 6a에 대한 예시는 #40 모선에서 고장이 발생한 것으로 가정된다. 이에 따라, 이하의 설명에서는 #40 모선에 전력을 공급하는 주변압기(20)를 기준으로 하여 해당 설명이 이루어진다. 다만, 이에 대한 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위함일 뿐이고, 주변압기(21)와 이에 연결된 선로들, 복수의 지능형 전자 장치들, 차단기 등에 대해서도 동일한 판단 과정이 이루어진다는 점이 이해되어야 한다. 또한 이하의 설명에서, 주변압기(20)를 통해 공급되는 전력은 #1 피더 측 선로(26)와 #3 피더 측 선로(28)로, 그리고 주변압기(21)를 통해 공급되는 전력은 #2 피더 측 선로(27)와 #4 피더 측 선로(29)로 공급되는 것으로 가정된다. 다만 이는, 스위치와 단로기의 개폐 상태에 따라 다양하게 변경 가능하다.
도 6a에서, #40 모선의 내부 고장 발생시, 관련 차단기(30, 36, 38)와 단로기가 개방된다. 즉, #40 모선과 연결되어 운전되고 있는 #1 Feeder측 선로용 지능형 전자 장치(IED, 46), #40-41 모선 구분 차단기용 지능형 전자 장치(IED, 43) 및 #3 Feeder측 선로용 지능형 전자 장치(IED, 48)의 관련 차단기(30, 36, 38)가 개방되어, 이들은 정상 전류치에서 영(零, Zero)값에 가까운 전류치로 변경된다. 이 때, 상기 지능형 전자 장치들(40, 43, 46)은 이러한 측정 정보를 디지털 정보로 변환하고, 이를 본 발명의 모선 고장 감지 장치(60, 61, 62)와 다른 지능형 전자 장치들로 송신한다. 위에서 언급한 바와 같이, 지능형 전자 장치와 모선 고장 감지 장치 간에는 MMS 신호로, 그리고 지능형 전자 장치 들에는 GOOSE 신호로 송수신이 이루어진다. 즉, 상기 지능형 전자 장치들(40, 43, 46)은 상기 디지털 정보를 본 발명의 모선 고장 감지 장치(60, 61, 62)로는 MMS신호(MMS-1, MMS-4, MMS-5)로, 그리고 타 지능형 전자 장치로는 GOOSE 신호(GOOSE-1, GOOSE-4, GOOSE-5)로 전송한다.
그리고 고장 발생시, 차단기(30)와 단로기의 정상 상태(투입상태)에서 실시간 3상 전류값이 정상 전류치에서 과전류 고장값에 가까운 전류치로 변경된다. 이에 따라, 지능형 전자 장치(40)는 이에 대한 정보를 디지털 정보로 변환하고, 이를 본 발명의 모선 고장 감지 장치(100)로는 MMS신호(MMS-2)로 그리고, 지능형 전자 장치들로는 GOOSE신호(GOOSE-2)으로 전송한다.
여기서, 본 발명의 모선 고장 감지 장치(100)는 먼저, 지능형 전자 장치(40, 46, 48)을 통해 수신된 전류 정보 즉, 각 전류의 벡터합이 0인지를 먼저 판단한다. 위에서 언급한 것처럼, 각 전류의 벡터합이 0이면 모선 외부 고장으로, 그리고 벡터합이 0이 아니면 모선 내부 고장으로 판단한다. 본 예시의 경우, #40 모선에서 고장이 발생한 것으로 가정되었으므로, 이들의 벡터 합은 0이 아니지만, 만일 이들의 벡터합이 0이라면, 이는 #40 모선이 아닌 다른 모선에서 고장이 발생하였거나, 또는 다른 피더 측 선로(26 내지 29)에서 고장이 발생한 경우이다.
위의 판단 결과, 모선 내부에 고장이 발생한 것으로 판단되면, 본 발명의 모선 고장 감지 장치(100)는 본 예시에서 주변압기(20)를 통해 전력이 공급되는 #40 모선과 #45 모선 중 하나에서 고장이 발생하였음을 알 수 있다. 여기서, 정확하게 어느 모선에서 고장이 발생하였는지를 판단하기 위해, 본 발명의 모선 고장 감지 장치(100)는 PT 지능형 전자 장치(54)를 통해 측정된 전압값과, 모선 구분 차단기(33, 34)에 연결된 지능형 전자 장치(43, 44)로부터 판단된 전류 방향을 근거로 정확한 모선 고장 위치를 판별할 수 있다. 즉, 본 예시에서는 #40 모선에 고장이 발생한 예시이므로, 계기용 변압기(50)를 통해 측정된 전압값은 0에 가까운 값이, 그리고 계기용 변압기(52)를 통해 측정된 전압값은 정상 상태의 값이 측정될 것이다. 이에 따라, 본 발명의 모선 고장 감지 장치(100)는 고장이 발생한 위치를 보다 정확히 판단할 수 있다.
마찬가지로, #41 모선에서 고장이 발생한 경우라면, 본 발명의 모선 고장 감지 장치(60, 61 62)는 지능형 전자 장치(41, 47, 49)를 통해 수신된 전류 정보를 근거로, 모선 내부 또는 외부 고장을 먼저 판단할 수 있다. 그 후, PT 지능형 전자 장치(55)를 통해 측정된 전압값과, 모선 구분 차단기(33, 34)에 연결된 지능형 전자 장치(43, 44)로부터 판단된 전류 방향을 근거로 정확한 모선 고장 위치를 판별할 수 있게 된다.
이렇게, 고장 위치가 판별되면, 본 발명의 모선 고장 감지 장치(100)는 이에 대한 고장 위치를 검증하는 과정을 거치고, 검증이 완료된 결과를 운전자에게 제공할 수 있다.
도 6b는 23kV 선로 차단기에서 차단 실패가 발생할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 고장 감지 장치(100)가 이를 검출하는 예시를 도시하는 회로도이다. 여기서, 도 6b에 대한 예시에서는 제 1 피더 측 선로(26)에서 고장이 발생하였으나, 차단기(36)에서 차단 실패가 발생하고, 이를 통해 차단기(30)가 개방된 것으로 가정된다. 또한, 이하의 설명에서는 주변압기(21)가 아닌 주변압기(20)를 중심으로 설명이 이루어진다.
도 6b의 예시에서, #1 피더측 선로(26)와 연결된 모선구분 차단기의 지능형 전자 장치(43)와, #3 피더측 선로용 지능형 전자 장치(48)를 통해 측정된 3상 전류값은 정상 전류치에서, 고장 발생시 0에 가까운 전류값으로 변경된다. 이 때, 모선구분 차단기의 지능형 전자 장치(43)와 #3 피더측 선로용 지능형 전자 장치(48)는 이러한 이상을 감지하고, 측정된 전류값 즉, 측정 정보를 디지털 정보로 변환하고, 이를 본 발명의 모선 고장 감지 장치(60, 61, 62)와 다른 지능형 전자 장치들로 송신한다. 위에서 언급 한 바와 같이, 지능형 전자 장치와 모선 고장 감지 장치 간에는 MMS 신호로, 그리고 지능형 전자 장치들에는 GOOSE 신호로 송수신이 이루어진다. 즉, 상기 지능형 전자 장치들(43, 48)은 상기 디지털 정보를 본 발명의 모선 고장 감지 장치(60, 61, 62)로는 MMS신호(MMS-1, MMS-3)로, 그리고 타 지능형 전자 장치로는 GOOSE 신호(GOOSE-1, GOOSE-3)로 전송한다.
여기서, 본 발명의 모선 고장 감지 시스템은 복수의 지능형 전자 장치들로부터 수집된 차단기 및 단로기의 투입 개방 상태 정보를 근거로 전력 계통의 상황을 파악할 수 있다. 즉, 전력 설비에 포함된 차단기 및 단로기의 투입 상태는, 상황에 따라 유동적으로 변할 수 있기 때문에, 본 발명의 모선 고장 감지 시스템은 먼저, 차단기 및 단로기의 투입 상태를 고려함으로써 현재 계통 상황을 파악하고, 그 이후에 고장 구간을 판별할 수 있다.
또한, 본 발명의 모선 고장 감지 장치(60, 61, 62)는 고장 판단부를 통해 도 6a의 예시와 마찬가지로, 먼저 고장이 모선 내부인지 또는 외부인지 판단하는 과정을 거친다. 즉, 본 예시에서 고장 판단부는 먼저, 지능형 전자 장치(40, 46, 48)를 통해 수신된 전류 정보 즉, 각 전류의 벡터합이 0인지를 먼저 판단한다. 위에서 언급한 것처럼, 각 전류의 벡터합이 0이면 모선 외부 고장으로, 그리고 벡터합이 0이 아니면 모선 내부 고장으로 판단한다. 본 예시의 경우, 모선에서 고장이 발생한 것이 아닌, 제 1 피더 측 선로(26)에서 고장이 발생한 경우 이므로, 이들의 벡터 합은 0이다. 또한, 마찬가지로, 본 예시에서는 지능형 전자 장치(41, 47, 49)를 통해 수신된 전류 정보 즉, 각 전류의 벡터합 또한 0일 것이다. 이에 따라, 본 발명의 모선 고장 감지 장치(60, 61, 62)는 주변압기(20, 21)를 통해 전력이 공급되는 모선 전체에 대해, 고장 발생 위치가 모선 내부가 아닌 것으로 판단할 수 있다. 즉, 이 경우에는 고장 발생 위치가 제 1 피더 측 선로(26) 내지 제 4 피더 측 선로(29) 중 적어도 하나 임을 판단할 수 있다.
이 경우, 본 발명의 모선 고장 감지 장치(60, 61, 62)에 포함된 구간 판별부는 상기 피더측 선로들(26 내지 29) 중 적어도 하나가, 고장 이전의 전류값에 비해 기설정된 값 이상으로 전류값이 상승하였는지를 확인한다. 여기서, 적어도 하나의 선로에서 전류값이 상승한 것으로 판별되면, 구간 판별부는 이러한 고장을 선로 고장으로 판단하고, 전류값이 상승한 피더측 선로를 고장 선로로 판단할 수 있다. 이렇게 고장 선로의 확인이 완료되면, 이에 대한 정보가 운전원에게 제공될 수 있게 된다.
도 6c는 모선에 고장이 발생하여 차단기(30)가 동작되는 상황에서, 운전자의 오조작으로 인해 즉, 본 예시에서 차단기(32)를 개방시켜 정상 구간까지 정전이 확대되는 예시를 도시한다. 이하의 설명에서는 #40 모선에 모선 내부 고장이 발생한 것으로 가정된다. 즉, 도 6c의 예시에서는 주변압기(20)에 대한 차단기(30)는 개방되어 #40 모선고장이 분리되나, #40 모선 고장 원인 제거 전 운전자의 조작 실수로 인해, 차단기(32)를 투입하여 주변압기(21) 측으로 파급고장이 발생한 예시이다. 이에 따라, 건전모선인 #41 모선, #45 모선, #46 모선과 연결되어 운전되고 있는 #2 피더 측 선로의 지능형 전자 장치(47), #4 피더 측 선로의 지능형 전자 장치(49), 모선 구분 차단기(34)의 지능형 전자 장치(44)도 해당 모선의 고장과 동일한 상황이 발생된다.
다만, 상기 예시의 경우, 본 발명은 도 6a를 참조로 언급된 과정을 통해 #40 모선에 고장이 발생함을 알 수 있으므로, 이러한 운전자의 오조작을 미연에 방지할 수 있다. 이러한 모선 내부 고장의 검출 과정은 도 6a를 참조로 상세히 언급하였으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.
도 6d는 #1 피더측 선로에서 근단 고장이 발생함에 따라, #1 피더측 선로에 대한 차단기(36)와 주변압기(20)에 대한 차단기(30)가 동시에 개방되는 예시를 도시한다. 이는, #1 피더 측 선로(26)에 대한 지능형 전자 장치(46)와 주변압기(20)에 대한 지능형 전자 장치(40)의 과전류 보호 요소가 거의 동시에 트립되면서 이루어질 수 있다.
이러한 경우에 #1 피더 측 선로(26) 고장 인지 또는 주변압기 2차측 모선고장인지 여부를 구분하여야 하는데, 이는 도 6a 및 도 6b를 참조로 언급된 흐름에 따라, 구분이 될 수 있다. 이에 대한 설명은 위에서 상세히 개시되었으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 고장 감시 방법에 대한 흐름도이다. 이하의 설명에서 도 4 내지 도 6을 참조로 언급된 부분과 중복되는 사항은 명세서의 명료함을 위해 생략한다.
수집부에 의해, 복수의 지능형 전자 장치로부터 정보를 수집하는 단계(S110)가 수행된다. 구체적으로, S110 단계는 복수의 지능형 전자 장치로부터 측정된 주변압기, 차단기, 단로기 및 선로를 포함하는 전력설비의 전압 및 전류 정보의 수집이 이루어진다. 또한, S110 단계는 복수의 지능형 전자 장치에서 생성되는 차단기 및 단로기의 투입 개방 상태 정보를 더 수집할 수 있다. 여기서, 차단기 및 단로기의 투입 개방 상태 정보는 전력 계통의 상황을 파악하는데 이용될 수 있다. 또한, S110 단계에서 수집되는 정보는 지능형 전자 장치로부터 산출된 보호 계전 요소의 기동 및 동작 상태 정보를 포함한다.
그 후, 주변압기의 전류에 대한 벡터값과, 주변압기를 통해 전력이 공급되는 적어도 하나의 피더측 선로의 전류에 대한 벡터값을 합산함으로써, 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 단계(S120)가 수행된다. 즉, S120 단계는 전류에 대한 벡터값과 피더측 선로의 전류에 대한 벡터값을 합산하고, 합산 결과가 0이면 이는 모선 외부 고장으로 판단될 수 있다(S130). 그렇지 않다면, 모선 내부 고장으로 판단된다(S140).
S130 단계에서, 모선 외부 고장으로 판단 된 경우, 다른 주변압기가 존재하는지 판단하는 단계(S150)가 이루어질 수 있다. 여기서, S150 단계가 이루어지는 이유는 디지털변전소에서 하나 이상의 주변압기가 포함될 수 있고, 또한 S120 단계를 통해 이루어지는 모선 고장의 위치(모선 내부 또는 모선 외부)는 해당 주변압기에 접속된 모선이기 때문이다. 즉, 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이, 디지털변전소에 2개의 주변압기가 존재하고, 각 주변압기마다 2개의 모선이 연결된 경우를 가정하자. 이 예시에서, 하나의 주변압기에 대한 판단 결과에서 모선 외부 고장으로 판단된 경우, 이는 다른 주변압기 측 모선들 중 하나에 고장이 발생하거나, 또는 선로 고장이 발생한 경우 2가지 경우의 수가 존재하기 때문이다. 이에 따라, 디지털변전소에 포함된 주변압기마다 상기 과정을 반복하는 과정이 필요하다.
S150 단계에서의 판단 결과, 다른 주변압기가 존재하는 것으로 판단되면 제어는 S120 단계로 전달되어, 상기 과정을 재수행한다. 그렇지 않다면 제어는 S160 단계로 전달된다.
그리고, S150 단계(모선 외부 고장) 및 S140 단계(모선 내부 고장) 이후, 구간 판별부에 의해, 복수의 지능형 전자 장치에서 생성되고, 차단기 및 단로기의 투입 개방 상태 정보를 근거로 디지털변전소의 상황을 파악하고, 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계가 이루어진다. 이러한 구간 판별 단계는 도 7에서 S160 단계 및 S170 단계로 도시된다.
즉, S160 단계는 모선 내부 고장으로 판단될 때 이루어지는 단계로서, 모선 내에서의 전류 흐름 방향과 모선 각각에서 측정된 전압 값을 근거로 고장 구간을 판별하는 단계이다. 그리고, S170 단계는 모선 외부 고장으로 판단될 때, 피더측 선로들 중 적어도 하나에 대해, 고장 이전의 전류값 비해 기설정된 값 이상으로 전류값이 상승한 경우, 선로 고장으로 판단하고, 전류값이 상승한 피더측 선로를 고장 선로로 판단하는 단계이다. S160 단계와 S170 단계에 대한 설명은 도 4 내지 도 6을 참조로 상세히 언급하였으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.
S180 단계는 검증부에 의해, 보호 계전 요소의 기동 및 동작 상태 정보를 근거로 S120 단계 내지 S170 단계를 통해 판단된 결과를 검증하는 단계이다. 즉, S180 단계는 S120 단계, S160 및 S170 단계를 통해 도출된 결과가 올바른지 검증하는 단계이다. S180 단계에서 검증이 완료되면, 검증 결과는 운전자에게 전달되고, 제어는 종료 블록으로 전달된다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 11 : 주변압기 1차 차단기 20, 21 : 주변압기
22, 23, 24, 25 : 모선 26, 27, 28, 29 : 선로
30, 31 : 주변압기 2차 차단기 32 : 모선연락 차단기
33, 34 : 모선구분 차단기 36, 37, 38, 39 : 선로 차단기
40, 41 : 주변압기 2차 지능형 전자 장치
42 : 모선연락 차단기 지능형 전자 장치
43, 44 : 모선구분 차단기 지능형 전자 장치
46, 47, 48, 49 : 선로 지능형 전자 장치
50, 51, 52, 53 : PT
54, 55 : PT 지능형 전자 장치
60 : 모선감지시스템 61 : 운전시스템(변전소내부용)
62 : 운전시스템(변전소외부용) 63 : 네트워크(Network)

Claims (16)

  1. 주변압기와 선로가 차단기와 단로기를 이용하여 연결되어 있는 모선의 고장을 감지하는 모선 고장 감지 장치로서,
    복수의 지능형 전자 장치로부터 측정된 주변압기, 차단기, 단로기 및 선로를 포함하는 전력설비의 전압 및 전류 정보를 수집하는 수집부;
    상기 주변압기의 전류에 대한 벡터값과, 상기 주변압기를 통해 전력이 공급되는 적어도 하나의 피더측 선로의 전류에 대한 벡터값을 합산함으로써, 상기 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 고장 판단부; 및
    복수의 지능형 전자 장치에서 생성되고, 상기 수집부를 통해 수집되는 차단기 및 단로기의 투입 개방 상태 정보를 근거로 디지털변전소의 전력 설비에 대한 상황을 파악하고, 고장이 발생한 구간을 판별하는 구간 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고장 판단부는,
    고장 감지 시, 상기 주변압기의 전류에 대한 벡터값과 적어도 하나의 피더측 선로의 전류에 대한 벡터값의 합이 0이면 모선 외부 고장으로, 그리고 상기 합이 0이 아니면 모선 내부 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구간 판별부는,
    상기 고장 판단부를 통한 판단 결과, 모선 내부 고장으로 판단될 때, 모선 내에서의 전류 흐름 방향과 모선 각각에서 측정된 전압 값을 근거로 고장 구간을 판별하는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구간 판별부는,
    상기 고장 판단부를 통한 판단 결과, 모선 외부 고장으로 판단될 때, 피더측 선로들 중 적어도 하나에 대해, 고장 이전의 전류값 비해 기설정된 값 이상으로 전류값이 상승한 경우, 선로 고장으로 판단하고, 상기 전류값이 상승한 피더측 선로를 고장 선로로 판단하는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수집부는,
    상기 지능형 전자 장치로부터 산출된 보호 계전 요소의 기동(Pickup) 및 동작(Trip) 상태 정보를 더 수집하는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보호 계전 요소의 기동 및 동작 상태 정보를 근거로 상기 고장 판단부 및 고장 판별부를 통해 판단된 결과를 검증하는 검증부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모선 고장 감지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수집부는
    MMS(Manufacturing Message Specification) 신호를 이용하여 상기 복수의 지능형 전자 장치로부터 전압 및 전류 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 장치.
  9. 주변압기와 선로가 차단기와 단로기를 이용하여 연결되어 있는 모선의 고장을 감지하는 모선 고장 감지 방법으로서,
    수집부에 의해, 복수의 지능형 전자 장치로부터 측정된 주변압기, 차단기, 단로기 및 선로를 포함하는 전력설비의 전압 및 전류 정보를 수집하는 단계;
    고장 판단부에 의해, 상기 주변압기의 전류에 대한 벡터값과, 상기 주변압기를 통해 전력이 공급되는 적어도 하나의 피더측 선로의 전류에 대한 벡터값을 합산함으로써, 상기 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 단계; 및
    구간 판별부에 의해, 복수의 지능형 전자 장치에서 생성되고, 상기 수집부를 통해 수집되는 차단기 및 단로기의 투입 개방 상태 정보를 근거로 디지털변전소 내의 전력 설비에 대한 상황을 파악하고, 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 단계는,
    고장 감지 시, 상기 주변압기의 전류에 대한 벡터값과 적어도 하나의 피더측 선로의 전류에 대한 벡터값의 합이 0이면 모선 외부 고장으로, 그리고 상기 합이 0이 아니면 모선 내부 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 방법.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계는,
    상기 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 단계를 통한 판단 결과, 모선 내부 고장으로 판단될 때, 모선 내에서의 전류 흐름 방향과 모선 각각에서 측정된 전압 값을 근거로 고장 구간을 판별하는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계는,
    상기 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 단계를 통한 판단 결과, 모선 외부 고장으로 판단될 때, 피더측 선로들 중 적어도 하나에 대해, 고장 이전의 전류값 비해 기설정된 값 이상으로 전류값이 상승한 경우, 선로 고장으로 판단하고, 상기 전류값이 상승한 피더측 선로를 고장 선로로 판단하는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 수집부에 의해, 상기 지능형 전자 장치로부터 산출된 보호 계전 요소의 기동 및 동작 상태 정보를 수집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    검증부에 의해, 상기 보호 계전 요소의 기동 및 동작 상태 정보를 근거로 상기 모선의 내부와 외부 중 적어도 하나에 모선 고장이 발생하였는지를 판단하는 단계 및 상기 고장이 발생한 구간을 판별하는 단계를 통해 판단된 결과를 검증하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모선 고장 감지 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 전력설비의 전압 및 전류 정보를 수집하는 단계는
    MMS 신호를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 모선 고장 감지 방법.
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