KR101515232B1 - 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전소나 변전소에서 고압가스를 절연매체로 하여 전력설비 내의 절연 열화 상태를 실시간으로 측정 및 진단하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 가스절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치는, 내부 전기적 결함에 의해 발생하는 부분 방전을 검출하는 부분방전 검출부; 상기 검출된 부분 방전의 아날로그 신호를 디지털 신호의 부분방전 데이터로 처리하는 신호 처리부; 상기 부분 방전 데이터에 대해 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 카운트하되, 첫 방전 펄스 카운트 후 소정의 시간 동안 기준값을 넘어도 카운트하지 않고, 다음 순서의 방전 펄스를 카운트하는 부분방전 카운트부; 상기 부분 방전 데이터의 분석 결과, 상기 부분 방전 데이터의 패턴 신호의 크기 및 방전 횟수가 기준값을 초과하는지를 판단하여 초과할 경우에 부분방전을 알람하도록 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 부분방전이 발생되었음을 알람(Alarm) 하는 부분방전 알람부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치 및 방법{A processing apparatus and method of partial discharge diagnosis for gas insulated switchgear}
본 발명은 가스 절연 기기의 부분방전 진단을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 발전소나 변전소에서 고압가스를 절연매체로 하여 전력설비 내의 절연 열화 상태를 실시간으로 측정 및 진단하는 가스 절연 기기의 열화 부분에 대해, 센서로 전자파를 측정해 시간 영역(Time Domain)에서 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 계수하고, 위상을 보정하며, 노이즈를 제거하여, 부분 방전 패턴 신호의 크기 및 방전 횟수가 기준값을 초과할 경우에 부분 방전을 알람(Alarm) 해 줄 수 있도록 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전력 설비(Power System)는 기계적 스트레스, 온도 등의 영향으로 절연 열화가 발생하여 내부 절연 부분에서 부분 방전이 발생하게 된다. 이러한 부분 방전은 초기에 시스템의 성능 및 작동에 문제가 없더라도 지속적인 시간 동안 발생하면 전력설비의 기능 정지를 초래할 수 있으며, 극단적일 경우 폭발로 이어질 수 있다.
따라서, 이러한 전력설비 내의 절연 열화 상태를 실시간으로 측정 및 진단하기 위해, 고압가스(SF6)를 절연매체로 하는 가스절연 기기가 사용되고 있다. 가스절연 기기는 높은 절연내력과 밀폐화에 의한 초소형화, 고신뢰화, 정비 간편화 등의 장점을 가지고 있어 발전소나 변전소에 널리 사용되고 있다.
그러나, 가스절연 기기의 가스 설치 과정에서 도체의 돌기, 스페이서 크랙 및 도전성 금속 이물질 등이 발생할 수 있으며, 이러한 결함에 의해 가스절연 기기 내 전계집중 현상이 발생하게 되므로 전계집중 부위에서 부분 방전이 일어나 절연파괴에 도달할 가능성이 있다.
따라서, 전력설비의 파손에 의한 사고를 방지하기 위해서 부분 방전 신호를 감지하여 이로부터 이상 징후를 판단하는 방법이 제시되고 있으나, 이 방법은 다양한 현장 잡음에 의해 부분 방전 신호의 감도가 저하되고 측정오류가 발생되는 문제점이 있다.
한편, 가스절연 기기의 부분 방전을 진단하기 위한 방법으로 스펙트럼 분석기를 이용하여 전자파의 주파수와 위상을 분석하고 패턴을 생성하여, 감도저하와 측정오류를 최소화하면서 측정된 신호로부터 부분 방전 신호를 취득하고 있으나, 측정신호가 UHF 대역이기 때문에 이를 분석하기 위해서는 시간이 오래 소요되는 단점이 있다. 이러한 분석시간을 단축시키기 위해 고속 샘플링 방법과 FFT(Fast Fourier Transform) 분석 등을 이용하여 비교적 신속하게 분석이 이루어지도록 하고 있으나, 고속 샘플링 방법과 FFT 분석은 시스템 상에서 복잡한 신호계산 처리과정을 수반하기 때문에 계산을 위해 장비가 고가로 형성되는 단점이 있다.
또한, 전자파 신호를 실시간 누적하고 패턴을 생성하여 파형 패턴을 분석하는 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 방식은 위상과 진폭 두가지 요소를 바탕으로 파형의 패턴을 분석하고 있으나, 부분 방전 신호의 크기가 외부 노이즈에 비해 상당히 작은 수준에 불과하여 부분 방전에 의한 전자파 신호로부터 완전히 노이즈를 제거하는 것이 불가능하고, 부분 방전이 일어나는 주파수 영역대에서 기준이 되는 패턴과 유사한 패턴을 보이는 노이즈가 측정되었을 경우 가스절연 기기 내부 방전으로 인식하는 오류가 발생되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0853725호(등록일 : 2008년 08월 18일)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 발전소나 변전소에서 고압가스를 절연매체로 하여 전력설비 내의 절연 열화 상태를 실시간으로 측정 및 진단하는 가스절연 기기의 열화 부분에 대해, 센서로 전자파를 측정해 시간 영역(Time Domain)에서 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 계수하고, 위상을 보정하며, 노이즈를 제거하여, 부분 방전 패턴 신호의 크기 및 방전 횟수가 기준값을 초과할 경우에 부분 방전을 알람(Alarm) 해 줄 수 있도록 하는 가스 절연 기기의 부분방전 시간영역 진단 장치 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 내부 전기적 결함에 의해 발생하는 부분 방전을 검출하는 부분방전 검출부; 상기 검출된 부분 방전의 아날로그 신호를 디지털 신호의 부분방전 데이터로 처리하는 신호 처리부; 상기 부분 방전 데이터에 대해 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 카운트하되, 첫 방전 펄스 카운트 후 소정의 시간 동안 기준값을 넘어도 카운트하지 않고, 다음 순서의 방전 펄스를 카운트하는 부분방전 카운트부; 상기 부분 방전 데이터의 분석 결과, 상기 부분 방전 데이터의 패턴 신호의 크기 및 방전 횟수가 기준값을 초과하는지를 판단하여 초과할 경우에 부분방전을 알람하도록 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 부분방전이 발생되었음을 알람(Alarm) 하는 부분방전 알람부를 포함하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치가 제공된다.
또한, 상기 부분 방전 데이터에 대한 위상을 보정하는 위상 보정부; 상기 부분 방전 데이터에서 각 위상의 노이즈 신호를 제거하는 노이즈 제거부(Noise Gating Part); 및 상기 부분 방전 데이터를 위상과 시간 영역에서 분석하는 부분방전 분석부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 부분방전 카운트부는, 상기 부분 방전 데이터에 대해, 위상이 0도에서 180도의 정극성 부분과, 위상이 181도에서 360도의 부극성 부분으로 구분하고, 상기 정극성 부분 및 부극성 부분에 대해 각 위상 별로 기준값 이상의 방전 펄스 수를 카운트하게 된다.
또한, 상기 부분방전 카운트부는, 상기 부분 방전 데이터에 대해 위상 0도에서 360도까지 20도 간격으로 18 개의 섹터(Sector)로 구분하여, 각 섹터 별로 기준값 이상의 방전 펄스 수를 카운트하게 된다.
또한, 상기 노이즈 제거부는, 노이즈 포트로 입력된 신호가 사용자에 의해 설정된 노이즈 임계값(Noise Threshold)을 초과할 경우에 동일 시간에 발생된 부분방전 포트로 입력된 신호를 제거하게 된다.
또한, 상기 부분방전 알람부는, 상기 부분 방전 데이터의 전력값이 임계값보다 더 크고, 방전 펄스의 카운트 수가 기준값보다 더 클 경우에 부분 방전을 알람하게 된다.
그리고, 상기 부분 방전 데이터를 압축하기 위한 데이터 압축부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 데이터 압축부를 통해 상기 부분 방전 데이터를 압축하여 128 개의 샘플링 데이터를 생성하도록 제어하게 된다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 내부 전기적 결함에 의해 발생하는 부분 방전을 검출하는 부분방전 검출단계; 상기 검출된 부분 방전의 아날로그 신호를 디지털 신호의 부분방전 데이터로 처리하는 신호 처리단계; 상기 부분 방전 데이터에 대해 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 카운트하되, 첫 방전 펄스 카운트 후 소정의 시간 동안 기준값을 넘어도 카운트하지 않고, 다음 순서의 방전 펄스를 카운트하는 부분방전 카운트단계; 상기 부분 방전 데이터의 패턴 신호의 크기 및 방전 횟수가 기준값을 초과하는지를 판단하여 초과할 경우에 부분방전을 알람하도록 제어하는 제어단계; 및 상기 제어부의 제어에 따라 부분방전이 발생되었음을 알람(Alarm) 하는 부분방전 알람단계를 포함하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 방법이 제공된다.
또한, 상기 부분 방전 데이터에 대한 위상을 보정하는 위상 보정단계; 상기 부분 방전 데이터를 위상과 시간 영역에서 분석하는 부분방전 분석단계; 및 상기 부분방전 데이터에서 각 위상의 노이즈 신호를 제거하는 노이즈 제거(Noise Gating) 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 부분방전 카운트단계는, 상기 부분 방전 데이터에 대해, 위상이 0도에서 180도의 정극성 부분과, 위상이 181도에서 360도의 부극성 부분으로 구분하고, 상기 정극성 부분 및 부극성 부분에 대해 각 위상 별로 기준값 이상의 방전 펄스 수를 카운트하게 된다.
또한, 상기 부분방전 카운트단계는, 상기 부분 방전 데이터에 대해 위상 0도에서 360도까지 20도 간격으로 18 개의 섹터(Sector)로 구분하여, 각 섹터 별로 기준값 이상의 방전 펄스 수를 카운트하게 된다.
또한, 상기 노이즈 제거단계는, 노이즈 포트로 입력된 신호가 사용자에 의해 설정된 노이즈 임계값(Noise Threshold)을 초과할 경우에 동일 시간에 발생된 부분방전 포트로 입력된 신호를 제거하게 된다.
또한, 상기 부분방전 알람단계는, 상기 부분 방전 데이터의 전력값이 임계값보다 더 크고, 방전 펄스의 카운트 수가 기준값보다 더 클 경우에 부분 방전을 알람하게 된다.
그리고, 상기 부분 방전 데이터를 압축하여 128 개의 샘플링 데이터를 생성하는 압축 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 부분 방전을 검출한 신호 중 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 계수(Count)할 수 있으며, 정극성(0~180도)과 부극성(181~360도)의 계수 비율을 확인할 수 있고, 계수(Count) 패턴의 활용이 가능하다.
또한, 아날로그 처리부에 포함된 전력 검출기(Power Detector)의 출력특성에 의해 1개의 부분방전 펄스에 대해 다수의 카운트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 측정된 부분방전의 펄스 신호를 전력 검출기(Power Detector)에서 처리하여 아날로그/디지털 변환 후 카운트를 보정할 수 있다.
또한, 정확한 위상을 입력하기 위해 위상을 보정할 수 있다.
또한, 부분방전의 패턴 데이터가 압축되기 전에 펌웨어 레벨에서 노이즈 제거를 실시하여 노이즈 제거 정밀도를 높일 수 있다.
그리고, 노이즈가 제거된 부분방전의 패턴 신호의 크기 및 방전 횟수가 기준값을 초과할 경우에 부분방전의 알람 신호를 출력하여 부분방전을 알릴 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치의 기능 블럭을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스절연 기기의 부분방전 진단 처리 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내부 부분방전 발생 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부분 방전 데이터를 위상과 시간 영역에서 분석하는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부분 방전 데이터에 대해 정극성과 부극성으로 구분하여 방전 펄스 수를 카운트하는 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 부분방전 펄스 신호에 따른 전력 검출 신호의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부분 방전 데이터에 대해 방전 펄스를 카운트하는 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 부분 방전 신호에서 노이즈 신호를 제거하는 예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치의 기능 블럭을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치(100)는, 부분방전 검출부(110), 신호 처리부(120), 위상 보정부(130), 부분방전 분석부(140), 부분방전 카운트부(150), 노이즈 제거부(Noise Gating Part)(160), 제어부(170), 부분방전 알람부(180) 및 데이터 압축부(190)를 포함한다.
부분방전 검출부(110)는 내부 전기적 결함에 의해 발생하는 부분 방전을 검출한다.
신호 처리부(120)는 검출된 부분 방전의 아날로그 신호를 디지털 신호의 부분방전 데이터로 처리한다.
위상 보정부(130)는 부분 방전 데이터에 대한 위상을 보정한다. 이때, 위상 보정부(130)는 사용자로부터 위상 보정값을 입력받아 위상을 보정할 수 있다.
부분방전 분석부(140)는 부분 방전 데이터를 위상과 시간 영역에서 분석한다.
부분방전 카운트부(150)는 부분 방전 데이터에 대해 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 카운트하되, 첫 방전 펄스 카운트 후 일정시간 동안 기준값을 넘어도 카운트하지 않고, 다음 순서의 방전 펄스를 카운트하게 된다.
또한, 부분방전 카운트부(150)는 부분 방전 데이터에 대해, 위상이 0도에서 180도의 정극성 부분과, 위상이 181도에서 360도의 부극성 부분으로 구분하고, 정극성 부분 및 부극성 부분에 대해 각 위상 별로 기준값 이상의 방전 펄스 수를 카운트하게 된다.
이때, 부분방전 카운트부(150)는, 부분 방전 데이터에 대해 위상 0도에서 360도까지 20도 간격으로 18 개의 섹터(Sector)로 구분하여, 각 섹터 별로 기준값 이상의 방전 펄스 수를 카운트하게 된다.
노이즈 제거부(160)는 부분 방전 데이터에서 각 위상의 노이즈 신호를 제거한다. 즉, 노이즈 제거부(160)는 노이즈 포트로 입력된 신호가 사용자에 의해 설정된 노이즈 임계값(Noise Threshold)을 초과할 경우에 동일 시간에 발생된 부분방전 포트로 입력된 신호를 제거하게 된다.
제어부(170)는 부분 방전 데이터의 분석 결과, 부분 방전 데이터의 패턴 신호의 크기(Power) 및 방전 횟수가 기준값을 초과하는지를 판단하여 초과할 경우에 부분방전을 알람하도록 제어하게 된다. 즉, 제어부(170)는 부분 방전 데이터의 전력값이 임계값보다 크고, 방전 펄스의 카운트 수가 기준값보다 더 클 경우에 부분방전 알람부(180)를 통해 부분 방전이 발생되었음을 알람하도록 제어하게 되는 것이다.
부분방전 알람부(180)는 제어부(170)의 제어에 따라 부분방전이 발생되었음을 알람(Alarm) 하게 된다. 즉, 부분방전 알람부(180)는, 부분 방전 데이터의 전력값이 임계값보다 더 크고, 방전 펄스의 카운트 수가 기준값보다 더 클 경우에 부분 방전을 알람하게 된다.
데이터 압축부(190)는 부분 방전 데이터를 압축하는 기능을 수행한다. 따라서, 제어부(170)는 데이터 압축부(190)를 통해 부분 방전 데이터를 압축하여 128 개의 샘플링 데이터를 생성하도록 제어하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스절연 기기의 부분방전 진단 처리 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스절연 기기 부분방전 진단 처리 장치(100)는, 먼저 부분방전 검출부(110)가 도 3에 도시된 바와 같이 내부 전기적 결함에 의해 발생하는 부분 방전을 검출한다(S210).
여기서, 부분방전 검출부(110)는 하나 이상의 검출 센서를 구비하는데, 절연열화에 의해 발생된 부분방전 신호를 검출 센서를 통해 전기적, 음향, RF 신호로 검출하게 된다. 예를 들면, 부분방전 검출부(110)는 가스절연 기기의 내부 부분방전 신호를 검출하기 위한 7 개의 센서를 구비함과 더불어 가스절연 기기 외부의 전자기 신호를 검출하기 위한 1 개의 노이즈 센서를 구비할 수 있다. 물론, 관심 측정 지점의 수에 따라 다수 개로 더 구비할 수 있다. 따라서, 부분방전 검출부(110)는 다수 개의 센서를 통해 도 3에 도시된 바와 같이 발생된 내부 부분방전을 검출하게 된다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내부 부분방전 발생 예를 나타낸 도면이다.
이때, 다수 개의 센서는 500 ~ 1,500 ㎒의 검출대역을 갖는 외장형 전자파 센서로, IEC 60270 겉보기 부분방전 5 pC 이하를 검출할 수 있는 감도를 가진 것으로 외부 노이즈 유입을 최소화 하기 위하여 차폐재를 스페이서(spacer)와 센서 설치면에 가스켓 형태로 삽입하는 형태로 구성할 수 있다.
그리고, 다수 개의 센서를 통한 주파수 검출 대역은 UHF 대역(300 ~ 3,000 ㎒) 내의 500 ~ 1,500 ㎒ 영역으로서 500 ㎒ 이하는 외부 노이즈가 강한 주파수 대역이며, 1500 ㎒ 이상은 고주파 특성상 빠른 감쇄를 보이므로 이를 고려하여 주파수 대역을 검출하도록 구성할 수 있다.
이어, 신호 처리부(120)가 검출된 부분 방전의 아날로그 신호를 디지털 신호의 부분방전 데이터로 처리한다(S220).
여기서, 신호 처리부(120)는 예를 들면, 아날로그 신호 처리부와 A/D(Analog-to-Digital) 컨버터(Converter) 및 디지털 신호 처리부로 구성할 수 있다. 아날로그 신호 처리부는 저잡음 증폭기와 디지털 제어 감쇄기, 필터 매트릭스, 영상 검출기 및 최고치 검출기 등으로 구성할 수 있다. 저잡음 증폭기는 센서부에서 감지된 미소한 신호를 증폭하고, 디지털 제어 감쇄기를 통하여 신호의 크기를 조정할 수 있다. 필터 매트릭스는 여러 잡음이 심한 주파수 대역을 걸러내고 필요한 주파수 대역만을 통과시키는 작용을 한다. 영상 검출기는 상용 파워 검출기(Power Detector) 및 로그 앰프를 응용한 회로를 예로 들 수 있으며, 광대역 극초단파 신호를 신호 가공이 용이한 낮은 주파수(bandwidth < 200 ㎒)로 변환할 수 있다. 인가전압이 60 Hz인 경우, 사인(Sine)파가 1초에 60번 반복하여 60 사이클(Cycle)을 이루는데, 사인파 1주기(1 사이클)를 128 등분을 한 각각의 단위셀이 바이너리(binary)이다. 즉, 바이너리는 한 주기(사이클) 내에서 얼마나 정밀하게 신호를 분해할 수 있는지를 나타내는 분해능을 의미한다. 인가전압이 60 Hz이고 128 바이너리로 분해하는 경우 1 사이클은 1/60초이고 1/60초는 다시 128 등분 되므로 한 바이너리(분해능)는 0.13 ms가 된다. 최고치 검출기는 영상 검출기로부터 신호를 입력받아 각 바이너리에 있어서의 최고치를 검출하여 출력한다. A/D 컨버터는 최고치 검출기로부터 출력되는 바이너리 당 최고치를 디지털 값으로 변환한다. 디지털 신호 처리부는 A/D 컨버터로부터 디지털 데이터를 입력받아 신호 처리에 용이한 형태로 변환하는 구성이다. 일반적으로 부분 방전을 검출할 때 인가전압의 여러 사이클에 걸친 부분방전 신호를 한 사이클에 집적하는 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 방식을 이용하지만, 본 발명의 실시예에서는 부분방전 신호의 연속적인 흐름을 분석하여 실제 가스절연 기기의 내부에서 발생하는 방전을 판별할 수 있도록 크기, 위상에 관한 데이터를 시간에 대한 연속적인 시퀀스로 나타내는 PRPS(Phase Resolved Pulse Sequence) 방식을 이용한다.
한편, 위상 보정부(130)는 부분 방전 데이터에 대한 위상을 보정한다(S230). 이때, 위상 보정부(130)는 사용자로부터 위상 보정값을 입력받아 위상을 보정할 수 있다.
이어, 부분방전 분석부(140)는 검출된 부분 방전 데이터를 도 4에 도시된 바와 같이 위상과 시간영역에서 분석하여 패턴 신호를 생성한다(S240). 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부분 방전 데이터를 위상과 시간 영역에서 분석하는 예를 나타낸 도면이다.
이어, 부분방전 카운트부(150)는 부분 방전 데이터에서 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 카운트한다(S250).
이때, 부분방전 카운트부(150)는 부분 방전 데이터에 대해, 도 5에 도시된 바와 같이 위상이 0도에서 180도의 정극성과, 위상이 181도에서 360도의 부극성으로 구분하여 각 위상 별로 기준값 이상의 방전 펄스 수를 카운트하게 된다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부분 방전 데이터에 대해 정극성과 부극성으로 구분하여 방전 펄스 수를 카운트하는 예를 나타낸 도면이다.
여기서, 부분방전 분석부(140)는 도 6에 도시된 바와 같이 부분 방전 펄스 신호에 대응된 전력 신호를 검출하여 제어부(170)에 인가할 수 있다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 부분방전 펄스 신호에 따른 전력 검출 신호의 한 예를 나타낸 도면이다. 따라서, 제어부(170)는 부분 방전의 펄스 수를 카운트한 결과와 검출된 전력 신호를 임계값과 비교하여 부분 방전이 발생되었는지를 판단하게 된다.
또한, 부분방전 카운트부(150)는 부분 방전 데이터에 대해 도 7에 도시된 바와 같이 첫 방전 펄스 카운트 후 일정시간 동안 예컨대, 4 ㎲ 동안 기준값을 넘어도 카운트하지 않으며, 다음 방전 펄스를 카운트하게 된다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부분 방전 데이터에 대해 방전 펄스를 카운트하는 예를 나타낸 도면이다.
이어, 노이즈 제거부(160)는 부분 방전 데이터의 패턴 신호에서 각 위상의 노이즈 신호를 제거한다(S260). 이때, 노이즈 제거부(160)는 도 8에 도시된 바와 같이 노이즈 포트(Noise Port)로 입력된 신호가 사용자에 의해 설정된 노이즈 임계값(Noise Threshold)을 초과할 경우에 동일 시간에 발생된 부분방전 포트(PD Port)로 입력된 신호를 제거하게 된다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 부분 방전 신호에서 노이즈 신호를 제거하는 예를 나타낸 도면이다. 즉, 노이즈 제거부(160)는 부분 방전 데이터를 압축하기 전에 펌웨어 레벨에서 노이즈를 제거함으로써 노이즈 제거의 정밀도를 높일 수 있다. 예를 들면, 노이즈 제거부(160)는 센서에서 측정된 신호로부터 노이즈 센서에서 측정된 신호를 차감하여 제거할 수 있다. 센서에는 가스절연 기기 내부의 신호 뿐 아니라 외부에서 부유하는 전자파 또한 측정되어 신호가 섞여 있으므로 외부 노이즈를 측정하는 노이즈 센서의 신호를 차감함으로써 가스절연 기기 내부의 부분방전 신호를 추출하게 되는 것이다.
이어, 부분방전 알람부(180)가 부분 방전 데이터의 패턴 신호의 크기 및 방전 횟수가 기준값을 초과할 경우에(S270-예), 부분방전이 발생되었음을 알람한다(S280).
즉, 부분방전 알람부(180)는 부분 방전 데이터의 전력값이 임계값보다 더 크고, 방전 펄스의 카운트 수가 기준값보다 더 클 경우에 부분 방전을 알람하게 된다.
그리고, 제어부(170)는 데이터 압축부(190)를 통해 부분 방전 데이터를 압축하여 128 개의 샘플링 데이터를 생성하게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 발전소나 변전소에서 고압가스를 절연매체로 하여 전력설비 내의 절연 열화 상태를 실시간으로 측정 및 진단하는 가스 절연 기기의 열화 부분에 대해, 센서로 전자파를 측정해 시간 영역(Time Domain)에서 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 계수하고, 위상을 보정하며, 노이즈를 제거하여, 부분 방전 패턴 신호의 크기 및 방전 횟수가 기준값을 초과할 경우에 부분 방전을 알람(Alarm) 해 줄 수 있도록 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치를 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 발전소나 변전소에서 고압가스를 절연매체로 하여 전력설비 내의 절연 열화 상태를 실시간으로 측정 및 진단하는 가스 절연 기기에 적용하고, 가스절연 기기의 열화 부분에 대해 센서로 전자파를 측정해 시간 영역(Time Domain)에서 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 계수하고, 위상을 보정하며, 노이즈를 제거하여, 부분 방전 패턴 신호의 크기 및 방전 횟수가 기준값을 초과할 경우에 부분 방전을 알람(Alarm) 해 줄 수 있도록 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치에 적용할 수 있다.
100 : 부분방전 진단 처리 장치 110 : 부분방전 검출부
120 : 신호 처리부 130 : 위상 보정부
140 : 부분방전 분석부 150 : 부분방전 카운트부
160 : 노이즈 제거부 170 : 제어부
180 : 부분방전 알람부 190 : 데이터 압축부

Claims (14)

  1. 내부 전기적 결함에 의해 발생하는 부분 방전을 검출하는 부분방전 검출부;
    상기 검출된 부분 방전의 아날로그 신호를 디지털 신호의 부분방전 데이터로 처리하는 신호 처리부;
    상기 부분 방전 데이터에 대해 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 카운트하되, 첫 방전 펄스 카운트 후 소정의 시간 동안 기준값을 넘어도 카운트하지 않고, 다음 순서의 방전 펄스를 카운트하는 부분방전 카운트부;
    상기 부분 방전 데이터의 분석 결과, 상기 부분 방전 데이터의 패턴 신호의 크기 및 방전 횟수가 기준값을 초과하는지를 판단하여 초과할 경우에 부분방전을 알람하도록 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 부분방전이 발생되었음을 알람(Alarm) 하는 부분방전 알람부;
    를 포함하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 부분 방전 데이터에 대한 위상을 보정하는 위상 보정부;
    상기 부분 방전 데이터에서 각 위상의 노이즈 신호를 제거하는 노이즈 제거부(Noise Gating Part); 및
    상기 부분 방전 데이터를 위상과 시간 영역에서 분석하는 부분방전 분석부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 부분방전 카운트부는, 상기 부분 방전 데이터에 대해, 위상이 0도에서 180도의 정극성 부분과, 위상이 181도에서 360도의 부극성 부분으로 구분하고, 상기 정극성 부분 및 부극성 부분에 대해 각 위상 별로 기준값 이상의 방전 펄스 수를 카운트하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 부분방전 카운트부는, 상기 부분 방전 데이터에 대해 위상 0도에서 360도까지 20도 간격으로 18 개의 섹터(Sector)로 구분하여, 각 섹터 별로 기준값 이상의 방전 펄스 수를 카운트하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 노이즈 제거부는, 노이즈 포트로 입력된 신호가 사용자에 의해 설정된 노이즈 임계값(Noise Threshold)을 초과할 경우에 동일 시간에 발생된 부분방전 포트로 입력된 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 부분방전 알람부는, 상기 부분 방전 데이터의 전력값이 임계값보다 더 크고, 방전 펄스의 카운트 수가 기준값보다 더 클 경우에 부분 방전을 알람하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 부분 방전 데이터를 압축하기 위한 데이터 압축부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 데이터 압축부를 통해 상기 부분 방전 데이터를 압축하여 128 개의 샘플링 데이터를 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 장치.
  8. 내부 전기적 결함에 의해 발생하는 부분 방전을 검출하는 부분방전 검출단계;
    상기 검출된 부분 방전의 아날로그 신호를 디지털 신호의 부분방전 데이터로 처리하는 신호 처리단계;
    상기 부분 방전 데이터에 대해 기준값 이상의 방전 펄스 수를 각 위상 별로 카운트하되, 첫 방전 펄스 카운트 후 소정의 시간 동안 기준값을 넘어도 카운트하지 않고, 다음 순서의 방전 펄스를 카운트하는 부분방전 카운트단계;
    상기 부분 방전 데이터의 패턴 신호의 크기 및 방전 횟수가 기준값을 초과하는지를 판단하여 초과할 경우에 부분방전을 알람하도록 제어하는 제어단계; 및
    상기 제어에 따라 부분방전이 발생되었음을 알람(Alarm) 하는 부분방전 알람단계;
    를 포함하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 부분 방전 데이터에 대한 위상을 보정하는 위상 보정단계;
    상기 부분 방전 데이터를 위상과 시간 영역에서 분석하는 부분방전 분석단계; 및
    상기 부분방전 데이터에서 각 위상의 노이즈 신호를 제거하는 노이즈 제거(Noise Gating) 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 부분방전 카운트단계는, 상기 부분 방전 데이터에 대해, 위상이 0도에서 180도의 정극성 부분과, 위상이 181도에서 360도의 부극성 부분으로 구분하고, 상기 정극성 부분 및 부극성 부분에 대해 각 위상 별로 기준값 이상의 방전 펄스 수를 카운트하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 부분방전 카운트단계는, 상기 부분 방전 데이터에 대해 위상 0도에서 360도까지 20도 간격으로 18 개의 섹터(Sector)로 구분하여, 각 섹터 별로 기준값 이상의 방전 펄스 수를 카운트하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 노이즈 제거단계는, 노이즈 포트로 입력된 신호가 사용자에 의해 설정된 노이즈 임계값(Noise Threshold)을 초과할 경우에 동일 시간에 발생된 부분방전 포트로 입력된 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 부분방전 알람단계는, 상기 부분 방전 데이터의 전력값이 임계값보다 더 크고, 방전 펄스의 카운트 수가 기준값보다 더 클 경우에 부분 방전을 알람하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 부분 방전 데이터를 압축하여 128 개의 샘플링 데이터를 생성하는 압축 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 기기의 부분방전 진단 처리 방법.
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