KR101532495B1

KR101532495B1 - 변압기 진단 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101532495B1
Application number: KR1020137018842A
Authority: KR
Inventors: 닐랑가 아베이위크라마; 토르드 벵트손
Original assignee: 에이비비 리써치 리미티드
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2015-06-29
Also published as: EP2466322B1; US9322866B2; BR112013014847A2; WO2012079906A1; ES2439279T3; BR112013014847B1; US20130282312A1; PL2466322T3; CN103328990A; CN103328990B; KR20130113504A; BR112013014847B8; EP2466322A1

Abstract

본 발명은 변압기의 온라인 진단에 유리하게 이용될 수 있는 변압기 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 그에 의해 변압기 속성들이 모니터링되고/되거나 결정될 수도 있다. 진단 방법은, 적어도 2 개의 상이한 변압기 부하들에 대해, 변압기 부하를 나타내는 전류의 측정치들, 뿐만 아니라 적어도 하나의 추가적인 변압기 AC 신호의 측정치들을 수집하는 단계를 포함한다. 방법은, 수집된 측정치들로부터, 적어도 하나의 변압기 부하뿐만 아니라 변압기 속성에 의존하는 양의 적어도 2 개의 값들을 도출하는 단계; 및 도출된 값들로부터, 상기 양이 변압기 부하에 따라 어떻게 변화할 것으로 예상되는지에 대한 관계식의 계수(들)의 세트를 결정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 변압기의 진단을 수행함에 있어 결정된 계수(들)를 이용하는 단계를 더 포함한다.

Description

변압기 진단 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSFORMER DIAGNOSIS}

본 발명은 전력 변압기들의 분야에 관한 것으로, 특히 변압기들의 온라인 진단에 관한 것이다.

변압기들은 일반적으로 전력 송신 시스템의 필수 부분을 형성하여, 하나의 전압 레벨을 다른 전압 레벨로 변환시키는 성능을 제공한다. 전력 송신 시스템들에서의 변압기들은 종종 막대한 투자들을 의미하고, 일반적으로 주문될 때까지 제조되지 않는다. 전력 송신 시스템에서의 변압기가 교체될 필요가 있는 경우, 이는 종종 교체품을 얻기까지 너무 긴 프로세스이다. 변압기가 구조 작업에 교체될 필요가 있는 상황들을 피하기 위해, 요구되는 유지보수 또는 계획된 교체가 수행될 수 있도록, 초기 단계에서 생기는 문제를 검출하는 것이 바람직하다.

변압기 온라인 모니터링 시스템들은 변압기 상태의 저하를 나타낼 수 있는 변압기의 속성들에서의 편차들을, 변압기가 동작하는 중에, 검출하여 나타내도록 설계되었다. 모니터링될 수 있는 속성들의 예들은 온도, 가연성 용존 가스, 및 부싱 커패시턴스 (bushing capacitance) 이다.

변압기 임피던스는 변압기 진단에서 이용되어온 추가적인 속성이다. 종래에, 변압기 임피던스는 오프라인, 즉, 변압기가 전력 송신 시스템으로부터 접속해제된 경우에 수행된 측정들로부터 결정되었다.

제 US2010/0188240 호에서는, 변압기가 동작 중인 동안 변압기 임피던스를 모니터링하는 것이 제안된다. 변압기의 임피던스가 변압기 상태에 관한 유용한 정보를 반송하기 때문에, 온라인 임피던스 모니터링이라는 성능은 매우 이로울 것이며, 반면 임피던스를 결정하기 위해 전력 송신 시스템으로부터 변압기를 접속해제하는 것은 비용이 많이 든다. 제 US2010/0188240 호에서, 변압기 단자들에서의 전류 (A) 및 전압 (E) 을 측정함으로써 변압기 임피던스에 관한 정보를 획득하고, 관계식들 E_iH - E_jL = Z_ija_ij 및 A_iH = a_i1 + a_i2 + a_i3 을 이용하여 이러한 측정치들로부터 9x9 임피던스 매트릭스를 (3상 시스템에서) 생성할 것이 제안되며, 여기서 a_ij 는 변압기 단자 전류들을 표현하며; 인덱스들 H 및 L 은 각각 "고전압 측" 및 "저전압 측" 을 나타내며, 인덱스 i=1, 2, 3 은 고전압 단자들의 상들을 나타내고; 인덱스 j= 1, 2, 3 은 저전압 단자들의 상들을 나타낸다. 제 US2010/0188240 호에서 논의된 바와 같이, 제안된 분석에 의해 획득된 방정식 시스템을 푸는 것은 상당한 계산적 복잡도를 도입하고, 모델의 간소화가 따라서 제안된다. 그러나, 이러한 간소화가 채용되지 않을지라도, 제안된 방법에 의해 획득된 결과들의 정확도는 종종 변압기 진단용으로 충분하지 않을 것이다.
제 US 2009/099885 호는 전기 모터, 발전기나 매체, 또는 고전압 변압기와 같은 전기 컴포넌트의 특징화를 위한 2 단계 절차를 개시한다. 제 1 단계에서, 단자에 인가된 전압들 또는 전류들의 임의의 패턴에 대한 컴포넌트의 선형 전기적 응답을 설명하는 데이터를 획득하기 위해 전기 컴포넌트의 단자들에 단자 구성들의 세트가 적용된다. 이러한 데이터를 이용하여, 테스트 단자 구성 하에서의 컴포넌트의 선형 전기적 응답이 제 2 단계에서 계산될 수 있다. 절차는, 테스트 단자 구성 하에서 측정을 수행할 필요 없이 임의의 테스트 단자 구성 하에서 응답을 결정하는 것을 허용한다. 이러한 유형의 정보는 변압기의 상태를 액세스하거나 변압기가 노화되는 경우 적용되는, 이른바 주파수 응답 분석 (frequency response analysis; FRA) 에 이용된다.

본 발명의 목적은 좀더 정확한 변압기들의 온라인 진단 방법을 제공하는 것이다.

이러한 문제는 적어도 부하 권선 및 소스 권선을 갖는 변압기에 이용될 수 있는 변압기 진단 방법으로 다뤄진다. 방법은, 적어도 2 개의 상이한 변압기 부하들에 대해, 변압기 부하를 나타내는 전류의 측정치들, 및 적어도 하나의 추가적인 변압기 AC 신호의 측정치들을 수집하는 단계를 포함한다. 방법은, 수집된 측정치들로부터, 적어도 하나의 변압기 부하뿐만 아니라 변압기 속성에 의존하는 양의 적어도 2 개의 값들을 도출하는 단계, 및 도출된 값들로부터, 상기 양이 변압기 부하에 따라 어떻게 변화할 것으로 예상되는지에 대한 관계식의 계수(들)의 세트를 결정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 변압기의 진단을 수행함에 있어 상기 계수(들) 중 적어도 하나의 계수를 이용하는 단계를 더 포함한다.

달리는 측정하기 어려운 변압기 속성들의 값들을 결정하는 방식이 본 발명의 방법에 의해 제공된다. 또한, 본 발명의 진단 방법은 온라인 시나리오들에 유리하게 이용될 수 있으며, 따라서 변압기를 오프라인으로 하지 않으면서 모니터링 및 진단을 가능하게 한다.

용어 변압기 AC 신호는 본원에서 세트

로부터의 신호를 지칭하기 위해 이용되는데, 여기서

는 각각 변압기의 소스 권선 및 부하 권선을 통과하는 전류들이고,

는 각각 변압기의 소스 측 및 부하 측에 걸친 전압들이다.

측정치들의 수집은 측정 기기로부터 직접적으로 측정 신호들을 수신함으로써, 또는 컴퓨터 판독가능 메모리나 다른 진단 장치와 같은 다른 소스로부터 측정치 데이터를 수신함으로써 수행될 수 있다.　

계수의 값은 일반적으로 적어도 하나의 변압기 속성에 관련되는 수식의 면에서 설명될 수 있다. 일부 계수들은 사실 변압기 속성의 값과 같으며, 이 경우 수식이 간단해진다. 진단 방법의 일 실시형태에서, 진단을 수행하는 단계는, 계수가 변압기 속성(들)에 어떻게 의존하는지에 대한 수식을 이용하여, 적어도 하나의 변압기 속성을 획득하기 위해 적어도 하나의 계수를 이용하는 단계를 포함한다. 따라서, 이러한 실시형태에서, 변압기 속성의 값은 온라인 측정들로부터 결정될 수 있어, 변압기의 상태에 관한 유용한 정보를 제공한다. 변압기 속성의 결정은 상이한 부하들에서의 추가적인 측정치들을 수집하고, 새로운 속성의 값이 결정될 수 있는 새로운 계수(들)의 세트를 결정함으로써 이따금 반복될 수 있다.　

진단 방법의 일 실시형태에서, 진단을 수행하는 단계는, 제 1 모니터링 부하에서의 적어도 하나의 단자 AC 신호의 온라인 모니터링 측정치를 수집하는 단계; 모니터링 측정치로부터 측정에 기초한 양의 값을 도출하는 단계; 및 상기 관계식 및 상기 계수(들)를 이용하여 제 1 모니터링 부하에서의 예상되는 양의 값을 결정하는 단계를 포함한다. 측정에 기초한 양의 값은 그 다음에 예상되는 양의 값과 비교되어, 양에서의 변화를 일으키는 임의의 변압기 문제를 검출한다. 양이 적어도 하나의 변압기 속성에 의존하기 때문에, 양이 의존하는 변압기 속성에서의 변화들이 양의 값에 반영될 것이다. 따라서, 양의 온라인 모니터링 및 양이 의존하는 속성들의 온라인 모니터링에 의해 효과적으로 달성될 수 있다. 원할 경우, 변압기 속성(들)의 실제 값은 변화를 나타낼 시에 결정될 수 있다.

온라인 모니터링 측정치들의 수집 및 대응하는 예상 값과의 비교는 필요한 만큼 자주, 또는 원하는 경우, 예를 들어 초에서 년에 이르는 시간 범위들 내에 반복될 수 있다. 모니터링 측정들은 정기적으로, 또는 요구에 따라 수행될 수 있다.

양이 변압기 부하에 따라 어떻게 변화할 것인지에 대한 관계식은 선형 관계식일 수 있으며, 여기서 제로 부하에서의 기울기 및/또는 교차점은 변압기 속성을 나타낸다. 일 실시형태에서, 양은 변압기의 제 1 측 상의 제 1 권선의 단자들에 걸친 전압과 제 1 측에 대해 반사된 변압기의 제 2 측 상의 제 2 권선에 걸친 전압 사이의 차이이다. 이러한 실시형태의 구현에서, 변압기는 상당한 전력을 반송하는 측 당 오직 하나의 권선만을 가지며, 관계식은

, 또는

에 대응하며, 여기서 Z₁ 은 소스 권선의 임피던스이며; I₀ 은 자화 전류이며; n 은 소스 권선의 턴들의 수 대 부하 권선의 턴들의 수의 비이며; Z_W 는 전체 권선 임피던스이며; I₂ 는 부하 전류이며; ΔV 는 소스 권선의 단자들에 걸친 전압과 소스 측에 대해 반사된 부하 권선에 걸친 전압 사이의 차이이고; ΔV' 는 부하 측에 대해 반사된 소스 권선에 걸친 전압과 부하 권선의 단자들에 걸친 전압 사이의 차이이다. 이러한 실시형태에서, 관계식의 계수들이 의존하는 변압기 속성들은 전체 권선 임피던스, 턴 비, 자화 전류, 및 소스 권선의 임피던스이다.

다른 실시형태에서, 양은 소스 전류이다. 이러한 실시형태의 구현에서, 변압기는 상당한 전력을 반송하는 측 당 오직 하나의 권선만을 가지며, 관계식은

에 대응하며, 여기서 I₁ 은 소스 전류이며; I₂ 는 부하 전류이며; I₀ 은 자화 전류이고; n 은 소스 권선의 턴들의 수 대 부하 권선의 턴들의 수의 비이다. 이러한 실시형태에서, 고부하에서의 턴 비 및 자화 전류에 관한 정보가 획득될 수 있다.

또 다른 실시형태에서, 양은 변압기에서의 전력 손실이다. 이러한 실시형태의 구현에서, 변압기는 상당한 전력을 반송하는 측 당 오직 하나의 권선만을 가지며, 관계식은

에 대응하며, S_손실 은 상기 전력 손실이며; Z₁ 은 소스 권선의 임피던스이며; I₀ 은 자화 전류이며; n 은 소스 권선의 턴들의 수 대 부하 권선의 턴들이 수의 비이며; Z_W 는 전체 권선 임피던스이며; V₁ 은 소스 권선에 걸친 전압이고 I₂ 는 부하 전류이다. 이러한 실시형태에서, 관계식의 계수들이 의존하는 변압기 속성들은 전체 권선 임피던스, 턴 비, 자화 전류, 및 소스 권선의 임피던스이다. 이러한 속성들이 (예를 들어, 위에서 설명된 ΔV(ΔV') 와 I₂ 관계식들로부터) 이미 알려져 있다고 가정하면, 자화 전력 손실 및 권선 전력 손실에 관한 정보가 획득될 수 있다. 변압기에서의 전력 손실은 많은 유형의 문제들에 대한 일반적인 지표이다. 전력 손실을 모니터링함으로써, 문제가 발생하는 경우에 빠른 표시가 거의 자주 획득될 수 있다.

변압기 진단 장치 및 그의 실시형태들에 의해 문제가 더 다뤄진다. 변압기 진단 장치는 변압기 부하 전류의 측정치들을 포함하여, 변압기의 AC 신호 측정치들을 나타내는 신호들을 수신하도록 구성된 입력부; 변압기 진단 결과를 전달하도록 구성된 출력부; 및 입력부에 접속된 계수 생성기 (706) 를 포함한다. 계수 생성기는 적어도 2 개의 상이한 변압기 부하들에 대해, 변압기 부하를 나타내는 전류의 측정치들, 및 적어도 하나의 추가적인 변압기 AC 신호의 측정치들을 수집하도록 구성된다. 계수 생성기는, 수집된 측정치들로부터, 적어도 하나의 변압기 부하뿐만 아니라 변압기 속성에 의존하는 양의 적어도 2 개의 값들을 도출하고; 도출된 값들로부터, 상기 양이 변압기 부하에 따라 어떻게 변화할 것으로 예상되는지에 대한 관계식의 계수(들)의 세트를 결정하도록 더 구성된다. 변압기 진단 장치는 진단 결과의 생성 시에 계수들의 세트를 이용하도록 배열되는 진단 매커니즘을 더 포함한다. 진단 매커니즘은 (어쩌면 진단 장치의 다른 컴포넌트들을 통해) 변압기 진단 장치의 계수 생성기 및 출력부에 접속된다.

변압기 진단 장치를 포함하는 변압기에 의해 문제가 또한 다뤄진다. 변압기는 단상 변압기일 수 있거나, 추가적인 상들을 포함할 수 있다. 변압기는 상마다 2 개 이상의 권선들을 가질 수 있다. 구현 시에, 변압기는 탭 절환기를 포함하며, 계수 생성기는 탭 절환기 탭 포인트들의 각각에 대한 계수들의 세트를 생성하도록 구성될 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 상태 모니터는 편차가 검출되는 경우, 어느 탭 절환기 포지션(들)에서 편차가 발생하는지를 결정하도록 구성될 수 있다. 이로써, 오류가 발생한 포지션이 위치확인될 수 있음이 달성된다.

변압기의 진단을 제공하는 컴퓨터 프로그램에 의해 문제가 더 다뤄지는데, 여기서 컴퓨터 프로그램은, 변압기 진단 장치 상에서 구동하는 경우, 진단 장치로 하여금 본 발명의 방법을 수행하게 할 것이다.

본 발명의 다른 양상들이 다음의 상세한 설명 및 첨부되는 청구항들에서 제시된다.

도 1 은 이상적인 변압기 모델의 도면이다.
도 2a 는 변압기 코어에서의 자화 전류들, 누설 인덕턴스들, 및 1 차 권선과 2 차 권선의 유효 저항들의 영향들을 고려하는 변압기 모델의 도면이다.
도 2b 는 도 2a 에 도시된 변압기 모델의 대안적인 도면으로, 여기서 부하 측 상의 임피던스들이 소스 측에 대해 반사되었다.
도 2c 는 도 2a 및 도 2b 에 도시된 변압기 모델의 대안적인 도면으로, 여기서 소스 측 상의 임피던스들은 부하 측에 대해 반사되었다.
도 3 은 변압기에 대해 I₂ 의 함수로 ΔV 를 도시하는 그래프로, 여기서 ΔV 는 소스 단자 전압과 소스 측으로부터 알 수 있는 부하 단자 전압 사이의 차이이며 I₂ 는 부하 전류이고, 여기서 ΔV 의 상이한 값들은 상이한 변압기 부하들에서의 소스 전압과 단자 전압의 측정치들로부터 획득되었다.
도 4 는 I₁ 대 I₂ 의 실험적 결과들의 도시하는 그래프로, 여기서 I₁ 은 소스 단자 전류이고 I₂ 는 부하 전류이다.　
도 5 는 발명의 방법의 실시형태를 개략적으로 도시하는 플로우차트이다.
도 6a 는 도 5 에 도시된 방법에 의해 결정된 T(I₂) 관계식의 이용에 대한 예를 개략적으로 도시하는 플로우차트이다.
도 6b 는 도 5 에 도시된 방법에 의해 결정된 T(I₂) 관계식의 이용에 대한 다른 예를 개략적으로 도시하는 플로우차트이다.
도 7a 는 본 발명에 따른 진단 장치의 실시형태의 예이다.
도 7b 는 계수 생성기의 실시형태의 예이다.
도 7c 는 상태 모니터의 실시형태의 예이다.
도 8 은 진단 장치, 계수 생성기, 변압기 속성 값 생성기, 또는 상태 모니터의 대안적인 도면이다.
도 9 는 탭 절환기를 갖는 변압기의 개략적 도면이다.

전력 송신 및 분배 시스템들에서, 변압기들은 일반적으로 하나의 전압 레벨에서 다른 전압 레벨로 변환하고/하거나, 전력 송신 시스템의 상이한 섹션들 사이의 전기적 절연 (galvanic isolation) 을 제공하는데 이용된다. 변압기 (100) 의 개략적 도면이 도 1 에 도시된다. 도 1 의 변압기 (100) 는 제 1 권선 (105), 제 2 권선 (110), 변압기 코어 (113), 제 1 권선 (105) 에 접속된 권선 단자들 (115a, 115b) 의 제 1 쌍, 및 제 2 권선 (110) 에 접속된 권선 단자들 (120a, 120b) 의 제 2 쌍을 포함한다. 제 1 권선 (105) 에 걸친 전압은 V₁ 으로 표시되고 제 2 권선 (110) 에 걸친 전압은 V₂ 로 표시하며, 한편 제 1 권선 (105) 을 통과하는 전류는 I₁ 으로 표시하고 제 2 권선 (110) 을 통과하는 전류는 I₂ 로 표시한다. 제 1 권선의 턴 (turn) 들의 수는 n₁ 으로 표시되고 제 2 권선에 대한 턴들의 수는 n₂ 로 표시되며, 비 n₁/n₂ 는 이후부터 턴 비 (n) 로 지칭된다. 종래에는 종종 1 보다 큰 n 을 갖는 것으로 사용되었지만, 본원에서 정의된 바와 같은 n 은 1 보다 작거나, 1 과 같거나, 1 보다 클 수 있음을 주지한다. 또한, 설명을 간단하게 하기 위해, 권선 (105/110) 에 걸친 전압은 종종 단자 전압으로 지칭될 것이고, 권선 (105/110) 을 통과하는 전류는 종종 단자 전류로 지칭될 것이지만, 일부 권선 구성들, 예를 들어, Δ 3상 권선에서, 단자 전압들 및 단자 전류들은 권선 전압들/전류들을 직접적으로 반사하지 (reflect) 않을 것이고, 권선 전압들/전류들을 도출하기 위한 수단을 제공할 것이다.

다음에서는, 설명을 쉽게 하기 위해, 제 1 권선 (105) 은 소스에 의해 공급되는 권선이고, 제 2 권선 (110) 은 부하에 전력을 전달하는 권선인 것으로 가정될 것이다. 그러나, 반대의 규정이 대안으로 이용될 수도 있다.

손실들이 없고, 따라서 100 % 효율을 갖는 이상적인 변압기에서는, 다음의 관계식들을 유지하는데:

(1a);

(1b)

(1c),

여기서 Z_소스는 소스 측에서 보이는 임피던스이고 Z_부하 는 부하 측에서 보이는 임피던스이다.

그러나, 실제 변압기는 활성 전력 손실 및 반응성 전력 손실을 포함하여 명백한 전력 손실들을 겪는다. 명백한 전력 손실의 주요 원인들은,

● 코어 손실 또는 비부하 손실로 지칭되는 코어에서의 손실들: 히스테리시스 (hysteresis) 손실들 및 와전류 손실들.

● 권선들에서의 손실들: I²R 손실들, 스킨 (skin) 및 근접 손실들.

● 표류 손실 (stray loss) 들: 표류 자기장들로 인한, 변압기의 금속 부분들, 예를 들어, 탱크 벽에서의 손실들

을 포함한다.

전력 손실 이외에, 권선들의 누설 자속 및 저항과 연관된 기자력으로 인해, 일반적으로 변압기를 통한 전압 강하가 있다.

도 2a 는 변압기 (100) 의 일차 모델로 지칭되는, 비이상적인 변압기 (100) 에 대해 종종 이용되는 등가 회로의 예를 도시한다. 도 1 에 도시된 변압기의 컴포넌트들, 예를 들어, 권선들 (105, 110), 코어 (113), 및 권선 단자들 (115a, 115b 및 120a, 120b) 이외에, 도 2a 는 누설 자속에 의해 야기되는 변압기를 통한 전력 강하 및 위에서 언급된 명백한 전력 손실들의 영향들을 또한 도시한다. 도 2a 에서, 이러한 전압 강하 및 명백한 전력 손실을 야기하는 영향들이, 등가회로에서, 다음의 요소들,

● 소스 권선의 저항 (R₁);

● 소스 권선의 누설 리액턴스 (reactance) (X₁);

● 부하 권선의 저항 (R₂);

● 부하 권선의 누설 리액턴스 (X₂);

● 코어 손실들을 표현하는 저항 (R_m); 및

● 코어 자화를 표현하는 리액턴스 (X_m)

를 포함하여 도시되며,

여기서 R₁ 및 X₁ 은 소스 권선 (105) 과 직렬로 접속되며; R₂ 및 X₂ 는 부하 권선 (110) 과 직렬로 접속되고, 병렬로 접속되는 R_m 과 X_m 은 소스 권선 (105) 과 병렬로 접속되는 등가 션트 (shunt) 요소를 형성한다. 등가 션트 요소를 통과하는 등가 전류는 I₀ 으로 표시되는 반면, 등가 션트 요소에 걸친 전압은 E₁ 으로 표시된다. 전류 (I₀) 는 이후부터 자화 전류 (I₀) 로 지칭될 것이다.

종종, 도 2a 의 일차 모델은 등가 모델의 면에서 설명되며, 여기서 임피던스들은 오직 변압기의 단일 측에서만 보인다. 전압 레벨이 일반적으로 2 개의 측들에서 상이하기 때문에, 이러한 등가 모델들은 변압기 모델의 분석을 간단하게 한다. 도 2b 에서는 부하 측 임피던스들이 소스 측에 대해 반사된 등가 일차 변압기 모델이 도시되는 반면, 도 2c 에서는 소스 측 임피던스들이 부하 측에 대해 반사된 등가 일차 변압기 모델을 도시한다. 다음의 표기:

● R₁₂: 소스 측에 대해 반사된 부하 권선의 저항;

● X₁₂: 소스 측에 대해 반사된 부하 권선의 누설 리액턴스

● R₂₁: 부하 측에 대해 반사된 소스 권선의 저항 (

);

● X₂₁: 부하 측에 대해 반사된 소스 권선의 누설 리액턴스 (

);

● R_m: 소스 측으로부터 알 수 있는 코어 손실들을 표현하는 등가 저항;

● X_m: 코어 자화를 표현하는 등가 리액턴스 (X_m)

●

;

●

가 도 2b 및 도 2c 에서 이용된다.

단지 설명을 쉽게 할 목적으로, 다음의 설명은 일반적으로 도 2b 에 도시된 변압기 모델의 면에서 이루어질 것이다. 그러나, 도 2c 에 도시된 동등한 변압기 모델에 기초하여 동등한 분석이 이루어질 수 있다.

종래에, 위에서 열거된 등가 회로 컴포넌트들의 크기는 오프라인 측정들에 의해 결정될 수 있다. 종종 단락 임피던스 (Z_W) 로 지칭되는 변압기 권선들의 전체 임피던스 (Z_W) 는 부하 측이 단락된 동안 소스 측 상의 변압기에 의해 인가된 전압과 인출된 전류 사이의 비로 오프라인에서 추정될 수 있으며, 여기서 전체 권선 임피던스는 소스 측 권선의 시리즈 임피던스 (Z₁) 와 소스 측으로부터 알 수 있는 부하 측의 시리즈 임피던스 (Z₁₂) 의 합, 즉,

에 대응한다.

Z₁₂ 는 종종 소스 측 상에 대해 반사된 임피던스로 지칭되고,

와 같이 표현될 수 있다. 권선의 저항 (R₁ 및 R₁₂ 를 참조) 은 종래의 방법들에 의해, 예를 들어, 전압을 인가하고 안정 상태에서 결과로 초래된 전류를 측정함으로써 측정될 수 있다. 또한, 자화 브랜치의 컴포넌트들 (R_m 및 X_m) 의 값들은, 오직 자화 전류 (I₀) 만이 변압기 내로 흘러들어가는 중에, 비부하 측정들을 수행하여 추정될 수 있다.

또한, 일단 오프라인 측정들에 의해 단락 임피던스 (Z_W) 가 결정되면, 변압기의 다른 기본적인 특징, 즉, 턴 비 (n) 가 결정될 수 있다. 턴 비는 다음의 관계식을 이용하여 비부하 전압 측정들에 의해 오프라인으로 결정될 수 있으며, 여기서 자화 전류의 영향은 종종 무시된다:

(2)

그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 오프라인 측정들에 의해 실현가능하게 달성될수 있는 것보다 좀더 잦은 변압기의 모니터링이 요구된다.

변압기 임피던스의 값들을 계산하는데 단자 전압들 및 단자 전류들의 온라인 측정치들이 이용되는 제 US2010/0188240 호에서 제시된 방법은, 온라인 시나리오에서의 변압기 임피던스의 대강의 추정치를 제공할 수 있다. 그러나, 제 US2010/0188240 호는 어떠한 자화 전류도 고려하지 않고, 권선들 (105 및 110) 에 걸친 전체 전압 강하가 (제 US2010/0188240 호에서 임피던스 매트릭스라고 정의되는) 변압기 임피던스에 대한 부하 전류에 의해 야기되는 것으로 가정한다. 임피던스 및 턴 비 계산들에 대한 자화 전류의 영향은 종종 무시할 수 없고, 또한 이러한 영향은 일정하지 않아, 제 US2010/0188240 호에서 제안된 방법의 이용에 의해 도출된 변압기 임피던스의 임의의 값들의 정확도가 일반적으로 좋지 못할 것이다.

변압기 (100) 의 동작 중에 단자 전압들 및 단자 전류들의 측정치들로부터의 결과들에 대한 개선된 분석이 하기에서 제안된다. 본 발명에 따르면, 변압기 (100) 의 진단은, 적어도 2 개의 상이한 변압기 부하들에 대해, 변압기 부하를 나타내는 전류의 측정치들, 뿐만 아니라 적어도 하나의 추가적인 단자 AC 신호의 측정치들을 수집하여 획득될 수 있다. 이러한 측정치들로부터, 양 (T) 과 변압기 부하 사이의 관계식의 계수들이 확립될 수 있으며, 여기서 양 (T) 은 변압기 부하뿐만 아니라 결정될 변압기 속성에 의존하며, 한편 동시에 수집된 측정치들로부터 획득가능하다.

양 (T) 이 부하에 따라 어떻게 변할거라고 예상되는지를 설명하는 관계식의 계수들을 이용하여, T 의 값이 의존하는 변압기 속성의 값이 도출될 수 있다. 다른 부하 의존성들을 갖는 양들 (T) 이 고려될 수도 있으나, 양 (T) 은 일반적으로 부하 의존 항과 부하에 독립적인 항의 합으로 설명될 수 있다.

양 (T) 이 변압기 부하뿐만 아니라 결정될 변압기 속성에 의존하는, 적어도 하나의 AC 신호의 측정치들로부터 획득가능한 양 (T) 을 이용함으로써, 변압기 부하에 따른 양 (T) 의 변동으로부터 변압기 속성이 추출될 수 있다. 따라서, 적어도 2 개의 상이한 변압기 부하들에서 측정들을 수행함으로써, 부하에 따른 양 변동의 적절한 분석은 결정될 속성의 값에 관한 정보를 줄 것이다. 하기에서 보여질 것으로, 위에서 설명된 바와 같은 분석에 의해 결정될 수 있는 변압기 속성들의 예들은 단락 임피던스 (Z_W), 턴 비 (n), 및 자화 전류 (I₀) 이다.

제안된 분석은 단자 AC 신호들의 온라인 측정치들로부터 변압기 속성의 절대 값을 결정하는데 이용될 수 있다. 또한, 그 분석은 변압기의 상태의 온라인 모니터링에 이용될 수 있다. 온라이 모니터링 목적으로 분석을 이용하는 경우, 양 (T) 과 변압기 부하 (I₂) 사이의 관계식의 계수들은 일반적으로 변압기의 정규 상태를 반사하는 환경들 하에서 먼저 결정된다. 양 (T) 의 값이 그 다음에 모니터링되어, 결정된 정규 상태 T 부하 관계식의 이용에 의해 획득된 양 (T) 으로부터 측정된 양 (T) 의 값에서의 임의의 상당한 편차가 검출될 것이다.

양 (T) 과 변압기 부하 (I₂) 사이의 관계식을 결정하는 경우에 변압기에서의 자화 전류를 고려함으로써, 모니터링의 정확도 및 변압기 속성의 절대 값의 결정의 정확도가 개선될 것이다.

분석에 이용되는 T(I₂) 관계식은 예를 들어 도 2a 에 도시된 일차 모델의 등가 회로에 기초할 수 있다. 이러한 맥락에서, 변압기 속성은, 종종 변압기 관심 속성이 변압기 모델의 파라미터에 의해 표현되는 방식으로, 일차 변압기 모델의 파라미터들과 관련된다. 하기에서 보여질 것으로, 부하 종속성이 관심있는 변압기 속성들에 관한 정보를 제공할 수 있는 유용한 양들 (T) 은, (종래에 이용된 것으로 본원에서 1 차 측인) 변압기의 소스 측 상의 단자 전류 (I₁); 부하 측 단자 전압 (V₁) 과 소스 측으로부터 알 수 있는 부하 측 전압 (V₁₂) 사이의 차이 (이러한 차이는 이후부터 전압 강하 (ΔV) 로 지칭된다); 및 변압기에서의 전력 손실 (S_손실) 을 포함한다.

도 2b 로부터, 모두 측정가능한 양들인 단자 전압들 (V₁ 및 V₂) 및 단자 전류들 (I₁ 및 I₂) 이 수식들 (1a) 및 (1b) 에서 이상적인 변압기들에 대해 제시된 것보다 비이상적인 변압기에서 상이한 관계를 보임을 알 수 있다. 그러나, 소스 측으로부터 알 수 있는 부하 전압 및 부하 전류에 대응하는 측정가능하지 않은 양들 (V₁₂ 및 I₁₂) 은, 수식들 (1a) 및 (1b) 에서 V₁ 및 I₁ 이 V₂ 및 I₂ 와 관련되는 것과 동일한 방식으로 V₂ 및 I₂ 와 관련된다:

(3a);

(3b)

따라서, 턴 비 (n) 가 알려져 있는 경우, 소스 측으로부터 알 수 있는 부하 전압 (V₁₂) 이 부하 단자 전압 (V₂) 으로부터 획득될 수 있고, 전압 강하 (ΔV) 가 따라서 측정치들로부터 획득될 수 있는데:

(4a),

여기서 수식 (4a) 는 변압기 AC 신호들의 측정치들로부터 (양 (T) 의 예시인) ΔV 의 값을 획득하기 위한 측정 기반 수식이다. 하기에서 보여질 것으로, 턴 비 (n) 의 값은 추가적인 양 (T) 의 분석으로부터 획득될 수 있거나, 네임플레이트 (nameplate) 값을 취하는 것으로 가정될 수 있다.

전압 강하 (ΔV) 는 자화 전류 (I₀) 및 변압기 임피던스를 통과하며 흐르는 전류 (I₁₂) (소스 측에 대해 반사된 부하 전류) 의해 야기되는 전압 강하를 표현한다 (도 2 를 참조). 일차 변압기 모델로 가정하면, ΔV 는 대안으로

로 표현될 수 있다.

따라서, 자화 전류 (I₀) 가 일정하다고 가정하면, 전압 강하 대 부하는 전체 권선 임피던스 (Z_W) 에 대응하는 의존성의 기울기를 갖는 선형 수식으로 설명될 수 있다. 고부하들에서, 자화 전류 (I₀) 에서의 변동들은 사소하고, 수식 (4b) 의 선형 관계식은 전압과 변압기 부하 사이의 관계를 정확하게 설명한 것이다. 이와 관련하여, 고부하들은 예를 들어

인 부하들일 수 있다. 제로 부하에서 ΔV 축을 갖는 이러한 선형 의존성의 절편 (intercept) 은 자화 전류 (I₀) 와 제 1 권선 임피던스 (Z₁) 의 곱에 대응한다. 하기에서 보여질 것으로, 고부하 자화 전류 (I₀) 는 소스 측 전류 (I₁) 대 부하 전류 (I₂) 의 조사들로부터 획득될 수 있고, 따라서, 소스 권선 임피던스 (Z₁) 는 선형 수식 (4b) 의 절편로부터 결정될 수 있다. 부하 권선 임피던스 (Z₁₂) 가 그 다음에 선형 수식 (4b) 의 경사도로부터 결정된 전체 권선 임피던스 (Z_W) 로부터 결정될 수 있다.

소스 측 전류 (I₁) 와 부하 측 전류 (I₂) 로 표현된 변압기 부하 사이의 유용한 관계식은 도 2 의 조사에 의해 확인될 수 있다:

(5a).

여기서, 양 (T) 은 단순히 I₁ 측정치들로부터 획득될 수 있는 소스 전류이다:

(5b),

여기서 수식 (5b) 는 변압기 단자 AC 신호의 측정치들로부터의 I₁ 의 값을 획득하기 위한 측정 기반 수식이다.

따라서, 소스 측 전류 (I₁) 는 부하 측 전류 (I₂) 에 대한 선형 의존성을 보이는데, 여기서 의존성의 기울기는 변압기 턴 비 (n) 의 역에 대응한다. 따라서, 상이한 부하들에서의 소스 측 전류 (I₁) 의 측정치들로부터, 턴 비 (n) 의 값이 획득될 수 있다.

또한, 수식 (5a) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 제로 부하에서 I₁ 축을 갖는 절편은 자화 전류 (I₀) 에 대응한다. 따라서, 상이한 부하들에서 소스 측 전류를 측정하고 제로 부하에 대해 (5a) 로 표현된 선형 의존성을 추론함으로써, 자화 전류 (I₀) 의 값이 획득될 수 있다.

따라서, 일단 (ΔV 또는 I₁ 과 같은) 양 (T) 과 변압기 부하 (I₂) 사이의 예상되는 관계식이 결정되면, 양 (T) 이 의존하는 (Z_W, I₀, 또는 n 과 같은) 변압기 속성에서의 임의의 편차가 적절한 단자 AC 신호들의 추가적인 측정들에 의해 검출될 수 있다.

수식 (4b) 및 (4a) 에서 보이는 바와 같이, 양들 (ΔV 및 I₁) 양자 모두는 부하에 대한 선형 의존성을 보인다. T(I₂) 관계식이 선형 수식인 경우, 선형 수식의 계수들은, 예를 들어, 최소 제곱법 (least square fit) 과 같은 적절한 선형 회귀 방법에 의해, 단계 503 에서 획득된 측정된 값들로부터 결정될 수 있다.

한편, 변압기 (100) 내의 전력 손실 (S_손실) 은 부하에 대한 이차 의존성을 보여주는 양 (T) 이다. 전력 손실 (S_손실) 은 변압기 (100) 의 겉보기 전력 입력 (S_입력) 와 겉보기 전력 출력 (S_출력) 사이의 차이로서 획득될 수 있다:

(6a).

수식 (6a) 는 전력 손실에 대한 측정 기반 수식을 표현한다. AC 신호들 (I₁, I₂, V₁, 및 V₂) 을 측정함으로써,

의 측정 값 (

) 이 결정될 수 있다.

또한, 일차 변압기 모델을 적용하는 것으로 가정하면, 전력 손실은 다음과 같이 부하 전류 (I₂) 의 면에서 표현될 수 있으며:

(6b),

여기서 Z₁ 은 소스 권선 (105) 의 임피던스이고, Z₁₂ 는 소스 측에 대해 반사된 부하 권선 (110) 의 임피던스이다.

상이한 부하들에서 수행된 AC 신호들 (I₁, I₂, V₁, 및 V₂) 의 측정치들의 세트로부터, 수식 (6b) 의 계수들 (a, b, 및 c) 이 예를 들어, 최소 제곱법에 의해 결정될 수 있다. 결정된 S_손실(I₂) 관계식의 이용에 의해, 수식 (6b) 로부터 획득된 예상 값으로부터 편차를 검출하기 위해, 도출된 계수들을 이용하여, 온라인 모니터링 측정들로 전력 손실이 모니터링될 수 있다. 수식 (6b) 에 의해 제공된 예상되는 관계식으로부터 측정된 전력 손실의 편차는, 예를 들어, 측정된 값들의 추가적인 분석, 예를 들어 수식 (4b) 및/또는 수식 (5a) 를 이용하는 분석을 위한 트리거로 이용될 수 있다. 또한, 수식 (6b) 의 계수들은 변압기 속성들 (I₀, n, Z_W, 및 Z₁) 의 값에 관한 정보를 획득하는데 이용될 수 있다. ΔV 또는 I₂ 와 같은 다른 양들 (T) 의 조사들 또는 정보의 다른 소스들 (예를 들어, 네임플레이트 턴 비를 적용하는 것으로 가정) 로부터 획득된 정보와 결합하여, 이러한 변압기 속성들의 값이 결정된 계수들 (a, b, 및 c) 로부터 획득될 수 있다. 또한, a 로 지칭되는, 수식 (6b) 에서의 상수 항은 V₁ 이 정격 전압과 같은 경우 정격 전압에서 부하 손실이 없는 값을 제공한다.

역시 일차 변압기 모델을 적용하는 것으로 가정하면, 전력 손실 (S_손실) 은 자화와 다른 표류 손실들 (

) 로부터의 기여요인, 및 권선 손실들 (

) 로부터의 기여요인로 나눠질 수 있다:

.

수식 (6c) 에서와 같이, 전력 손실 (S_손실) 을 자화 기여요인 (

) 과 권선 손실 기여요인 (

) 로 분리함으로써, 임의의 예상치 못한 전력 손실의 소스에 관한 추가적인 정보를 획득할 수 있다. 전력 손실 기여요인들은 상기에 따라 결정된 자화 전류 (I₀) 및 턴 비 (n) 의 값들로부터 결정될 수 있다.

　전력 손실 기여요인들 중 하나 또는 양자 모두가 예상치 못한 방식으로 증가하는지 여부에 관련된 정보는 코어 (113) 및/또는 권선 (105/110) 에서 문제가 발생했는지를 확인하는데 이용될 수 있다. 또한, 자화 기여요인 및 권선 기여요인의 증가 없이 전력 손실에서 예상치 못한 증가가 있는 경우, 전력 손실의 다른 소스에 의해 증가가 야기되었다고 결론을 내릴 수 있다.

양 (T) 의 분석은 부하의 함수로서 양에 영향을 미치는 변압기 속성들에 따라, 하나 이상의 변압기 속성에 관한 정보를 줄 수 있다. 예를 들어, 선형 의존성 (I₁(I₂)) 의 분석은 턴 비 (n) (기울기) 및 자화 전류 (I₀) (절편) 에 관한 정보를 제공할 수 있다. 또한, 하나 이상의 변압기 속성에 관한 정보를 획득하기 위해, 동일한 데이터의 세트로부터 획득된 하나 이상의 양 (T) 에 관해 분석이 수행될 수 있다. 예를 들어, 상이한 부하들에서의 I 및 V 측정치들은 양들 (S_손실(I₂); I₁(I₂) 및 ΔV(I₂)) 의 임의의 조합에 관한 정보를 획득하는데 이용될 수 있다. 상이한 양들 (T) 이 그 다음에 상이한 변압기 속성들의 값들을 도출하는데 이용될 수 있다. 대안으로, 또는 추가하여, 결과들의 일관성을 검사하기 위해, 동일한 변압기 속성(들)의 값들을 도출하는데 상이한 양들 (T) 이 이용될 수 있다. 또한, 부하의 함수로서 양 (T) 의 분석이 하나 이상의 변압기 속성의 조합의 값 (곱/몫) 을 제공하는 경우 하나 이상의 양 (T) 이 이용될 수 있다 - 추가적인 양(들) (T) 이 그러면 조합으로 결정된 속성들을 분리하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, n, Z₁, I₀, 및 Z_W 이 모두 알려지지 않은 경우, 부하의 함수 (수식 (4b) 를 참조) 로서 ΔV 의 분석은 조합들 (Z₁I₀ 및 Z_W/n) 에 관한 정보를 제공할 수 있다. 부하의 함수로서 S_손실 의 분석은 변압기 속성들 (n, Z₁, I₀, 및 Z_W) 의 추가적인 조합들의 값을 제공할 수 있고; 조합들의 분리는 따라서 ΔV 및 S_손실 양자 모두로부터 획득된 조합들의 값들을 이용하여 이루어질 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 단자 AC 신호들의 측정치들은 변압기 속성에서의 변화들을 검출하기 위해, 시간에 따른 변압기 속성의 모니터링에 이용될 수 있다. 변압기 임피던스 (Z_W) 에서의 검출된 변화들은 일반적으로 접촉 문제 및/또는 권선들의 기하학적 변형/변위가 있음을 나타낸다. 접촉 문제들은, 예를 들어, 고장난 권선 스트랜드 (strand) 들; 단자 접촉 문제들, 예를 들어 탭 절환기 (tap changer) 에서의 접촉 포인트들에서의 증가된 저항 등을 포함할 수 있다. 권선들의 기하학적 변형/변위는 일반적으로 권선 리액턴스 (X) 를 바꿀 것이다. 변압기 임피던스 (Z_W) 의 허수 부분에서의 편차들은 일반적으로 변압기의 기하학적 구조에 관련된 사안들과 연관되는 반면, 실수 부분에서의 편차들은 일반적으로 접촉 문제들과 연관된다.

턴 비 (n) 에서의 검출된 변화들은 일반적으로 턴들 사이의 단락들과 같은 턴-대-턴 오류들을 나타낸다.

자화 전류 (I₀) 에서 검출된 변화들은 일반적으로, 예를 들어, 코어 (113) 의 원치않은 접지, 코어 (113) 를 형성하는 라미네이션과 조인트들의 기계적 변형, 코어 라미네이션 패킷들의 단락, 또는 변압기의 다른 부분들, 예를 들어, 코어 (113) 의 표면 주위의 상당한 와전류 (eddy current) 등과 같은 악하된 변압기 코어 (113) 를 나타낸다.

따라서, 하나 이상의 변압기 속성들을 모니터링함으로써, 변압기 (100) 의 상태에 대한 상당한 정보가 획득될 수 있다. 변압기 (100) 로부터 수집된 측정치들에 수행된 실험적 결과들이 도 3 및 도 4 에 도시된다. 도 3 및 도 4 에 보여진 AC 신호들은 복잡한 규모들이고, 그래프들을 간단하게 하기 위해, AC 신호들의 절대 값들이 그래프들에 도시된다.

도 3 에서, ΔV 의 실험절 결과들은 I₂ 의 함수로서 도시된다. 이러한 분석을 위해 이용된 변압기는 정격 160 MVA, 220/11 kV 및 턴 비

인 3상 변압기이다. 도시된 값들은 상들 중의 하나의 상을 지칭한다. 가정된 턴 비 (n) 의 값에 관한 변압기 속성들의 결정의 감도를 조사하기 위해, n 의 3 개의 상이한 값들에 대한 분석이 수행되었는데: 중간 선을 형성하는 결과들은 네임플레이트 턴 비 (n_{네임플레이트}) 를 이용하여 획득되었으며, 하부 선을 형성하는 결과들은 n=0.99·n_{네임플레이트} 를 이용하여 획득된 반면, 상부 선의 결과들을 획득하는데는 n=1.01·n_{네임플레이트} 가 이용되었다. 도 3 의 그래프으로부터 알 수 있는 바와 같은, 가정된 n 의 값에서의 작은 에러는 추론된 전체 임피던스 (Z₁₂) 의 값에 상당한 영향을 미치지는 않을 것이다. 예를 들어, 도 3 의 그래프로 도시된 실험적 설정에서, n 에서의 1 % 의 변화는 단지 선형 핏 (linear fit) 들로부터 추론된 전체 권선 임피던스 (Z_W) 를 약 0.05 % 만큼만 수정할 것이다. 따라서, 가정된 턴 비 (n) 의 값이 약간의 오류가 있을지라도, 권선 임피던스 (Z_W) 는 높은 정확도로 결정될 수 있는 것으로 결론을 내릴 수도 있다. 또한, 위에서 논의된 바와 같이, 턴 비 (n) 는 수식 (5a) 를 이용하여 정확히 결정될 수 있고, 이러한 결정된 값은 변압기의 ΔV 분석에 이용될 수 있다. n 의 부정확한 값의 영향은 일반적으로 부하 전압 강하가 없을 시에 더욱 현저할 것이고, 따라서, 부하 전압 강하가 없는 항의 컴포넌트들의 정확한 분석 결과를 획득하기 위해서는, 수식 (5a) 를 이용하여 결정된 턴 비가 유용할 수 있다.

도 4 에서, 도 3 에 도시된 결과들과 동일한 변압기 (및 동일한 상) 에 대해 I₂ 의 함수로서 I₁ 의 실험적 결과들이 도시되었다. 선형 수식 (5a) 에 대응하는 선이 또한 그래프에 포함된다. 자화 전류 (I₀) 의 값은 제로 부하에서 I₁ 축을 갖는 선형 핏의 절편으로서, 도 4 의 그래프로부터 획득될 수 있다. 이러한 값은 고부하에서의 자화 전류 (I₀) 에 대응할 것이다 (일반적으로, 코어 (113) 의 자화가 비선형 거동을 보이고, 또한 아주 약간의 부하에서의 공급 전압에서의 조금의 증가가 있기 때문에, 저부하에서의 자화 전류는 이러한 값으로부터 조금 벗어난다.). 따라서, 부하에 따른 I_O 의 변동들의 영향을 감소시키기 위해, I₁(I₂) 관계식의 분석, 뿐만 아니라 수식 (4b) 및 도 3 과 관련하여 논의된 ΔV 분석을 수행하는 경우,

인 측정들 만을 유리하게 포함시킬 수 있다.

I₁ 및 I₂ 가 복소수들이기 때문에, 선형 핏은 작은 허수 부분들을 갖는 n 의 값을 초래할 수도 있다. 턴 비가 실수이어야 하기 때문에, 선 핏으로부터 획득된 허수 부분의 크기는 핏의 정확도를 반영한다. 작은 허수 부분은 일반적으로 무시될 수 있는 반면, 좀더 상당한 허수 부분은 핏의 정확도가 불충분함을 나타낸다. n 의 허수 부분의 크기의 검사는 따라서 n, 뿐만 아니라 I₀ 및 Z_W 의 분석의 일관성 테스트의 역할을 할 수 있다. I₀ 이 고부하 값으로부터 상당히 벗어나는 저부하 측정치들은 허수 부분을 증가시키도록 도출된 n 의 값에 영향을 미칠 것이다. 따라서, 선형 핏은 고부하 값들을 이용하여 유리하게 이루어질 수 있다.

자화 전류 (I₀) 는 일반적으로 소스 전압 (V₁) 에 따라 변화한다. 따라서, 양 (T) 과 변압기 부하 (I₂) 사이의 관계식을 획득하기 위해 이용되는 측정치들은 바람직하게는 유사한 소스 전압들 (V₁) 에서 측정되어야 한다. 또한, 분석이 온라인 모니터링이 상황에서 이용되는 경우, 변압기의 모니터링이 일어나는 소스 전압 (V₁) 은 바람직하게는 관계식이 확립된 전압 레벨과 유사해야 한다. 소스 전압 (V₁) 이 정격 전압으로부터 상당히 벗어나는 측정치들은 따라서 분석으로부터 유리하게 배제된다.

도 5 에서, 발명의 방법의 실시형태를 개략적으로 도시하는 플로차트가 도시되는데, 여기서 변압기 (100) 의 상태를 진단하는데 위에서 논의된 분석이 이용된다. 단계 500 에서, 부하 전류, 뿐만 아니라 적어도 하나의 추가적인 AC 신호의 측정들이 상이한 부하들에서 수행된다. 단계 503 에서, 적절한 측정 기반 수식 (수식들 (4a), (5b), 및 (6a) 를 참조) 을 이용하여, 상이한 부하들에서의 측정된 T 의 값들이 도출된다. 단계 505 에서, 측정된 T 값들을 적용가능한 T(I₂) 관계식 (수식들 (4b), (5a), 및 (6b) 를 참조) 에 맞춤으로써 T(I₂) 관계식의 적어도 하나의 계수(들)의 세트가 결정된다. 단계 500, 단계 503, 및 단계 505 는 진단의 학습 단계로 지칭될 수 있다.

도 5 의 단계 510 에서, 변압기 (100) 의 상태를 분석하는데 단계 505 에서 결정된 계수들이 이용된다.

도 6a 에서, 도 5 의 방법의 단계 510 의 실시형태가 단계 600 으로 도시된다. 단계 600 에서, 하나 이상의 변압기 속성들의 값을 획득하기 위해 단계 505 에서 획득된 계수들이 이용된다. 일부 예시들에서, 계수 그 자체는 변압기 파라미터의 값을 표현하며, 이 경우 단계 600 은 매우 간단한다. 표 1 에서, 본 발명의 상이한 실시형태들의 이용에 의해 변압기 속성들을 결정하거나 모니터링하는데 이용될 수 있는 상이한 양들 (T) 의 예들의 개요가 제공된다. 상이한 T(I₂) 관계식들을 분석함으로써 획득될 수 있는 변압기 속성들의 예들이 또한 주어진다. 부하를 결정하는데 이용되는 AC 신호들을 포함하여, T 의 값을 획득하는데 이용되는 AC 신호들이 또한 도시된다. 부하는 일반적으로 I₂ 의 측정치들로부터 획득된다.

표 1. 본 발명의 상이한 실시형태들의 이용에 의해 변압기 속성들을 결정하거나 모니터링하는데 이용될 수 있는 양들 (T) 의 예들.

도 6b 에서는 변압기 (100) 의 상태의 분석에 단계 505 에서 결정된 계수들이 어떻게 이용될 수 있는지에 대한 추가적인 예를 개략적으로 도시하는 플로차트가 도시된다. 도 6b 에서의 플로우차트는 본 발명에 따른 온라인 모니터링 프로세스의 예를 도시한다. 단계 605 에서, 예상되는 T(I₂) 관계식의 이용에 의해 도출된 T 의 값으로부터 측정된 T 의 값의 최대 허용가능 편차를 표현하는 최대 허용가능 편차 (DEV_max) 가 결정된다. 이는 일반적으로 단계 500 에서 획득된 측정 결과들을 분석함으로써 행해진다. 일 구현에서, 표준 편차 (σ) 의 특정 수 (b) 로서 DEV_max 가 결정된다 (DEV_max = bσ). 예컨대, 예를 들어, 보증된 측정치들의 세트의 최대 편차로 또는 고정된 값으로 DEV_max 를 결정하는 다른 방식들이 고려될 수 있다. DEV_max 가 표준 편차에 기초하는 구현에서, 측정치들이 취해진 각각의 부하에 대한 σ 의 부하 특정 값이 결정될 수 있다. 필요한 경우, 측정치들을 이용가능하지 않은 부하들에 대해 그러면 추가적인 σ 의 값들이 추론될 수 있다. 대안으로,

의 분포로부터 획득된 σ 의 일반적인 추정치가 획득될 수 있으며, 여기서 T_측정된 는 특정 부하에서의 측정된 T 의 값인 반면, T_핏 은 특정 부하에서의 단계 505 에서 획득된 관계식으로부터 예상되는 T 의 값이다. 일 구현에서, σ 의 일반적인 추정치 및 σ 의 부하 특정 값들의 조합이 이용되어, 특정 부하에서의 측정치들로부터 획득된 σ 의 부하 특정 값이 없는 경우 σ 의 일반적인 추정치가 이용됨에 따라, 특정 부하에서 이용가능한 측정들이 있는 경우 다른 부하들에서의 DEV_max 의 일반적인 추정치들을 이용하면서, 보다 좁은 부하 특정 분포로부터 이득을 본다.

도 6b 의 단계 610 에서, 부하, 뿐만 아니라 T 의 값을 획득하기 위해 요구되는 추가적인 AC 신호(들)의 모니터링 측정들이 수행된다 (표 1 을 참조). T_모니터 로 지칭되는 T 의 값이 그러면 모니터링 측정치로부터 결정된다. 단계 615 에서, 현재 부하에서의 예상 값 (T_핏) 으로부터 T_모니터 의 편차가 결정된다. 이러한 편차는

와 같이 정의된 일 구현에 있다. 또한, 단계 615 에서, T_핏 으로부터의 T_모니터 의 편차가 최대 허용가능 편차 (DEV_max) 를 초과하는지 여부가 결정된다.

T_핏 으로부터의 T_모니터 의 현재 편차가 DEV_max 보다 적은 경우, 단계 610 으로 재진입함으로써 추가적인 모니터링 측정이 수행된다. 도 6b 에 도시된 바와 같이, 단계 610 의 재진입은 DEV_max 의 재결정에 의해 진행될 수 있거나 (도 6b 의 경로 b 를 참조), DEV_max 의 이전 값 (경로 a 를 참조) 을 이용하여 단계 610 으로 진입하게 될 수 있다. 여러 모니터링 측정치들이 유사한 부하에서 취해지는 경우, DEV_max 의 값이 기초하는 T 분포에서 단계 610 에서 획득된 모니터링 측정치(들)을 포함시킴으로써 최대 허용가능 편차의 새로운 정의가 획득될 수 있다. DEV_max 의 재결정은, 예를 들어, 모니터링이 이전에 수행되지 않은 새로운 부하 범위가 입력되는 경우에도 또한 유용할 수 있다.

T_핏 으로부터의 T_모니터의 현재 편차가 DEV_max 를 초과하는 것으로 단계 615 에서 알게 되는 경우, 단계 620 으로 진입된다. 단계 620 에서, 적합한 액션이 취해진다. 일 구현에서, 단계 620 에서 취해진 액션은 양 (T) 으로부터 획득가능한 변압기 속성 (표 1 을 참조) 의 현재 값을 결정하는 것이다. 이러한 편차의 원인을 결정하기 위해, 단계 620 으로 진입할 시에, 변압기 (100) 의 상태의 추가적인 분석이 또한 유발될 수 있다. 변압기의 이러한 추가적인 분석 또는 진단은, 예를 들어, 온도, 가스 레벨 검사, 추가적인 양 (T(I₂)) 에 기초한 분석 등을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 단계 620 으로의 진입은 변압기의 상태의 전개에 대한 엄중한 감시를 허용하기 위해, 보다 잦은 모니터링 측정들을 유발할 것이다. 일 구현에서, 단계 620 으로의 진입은 알람의 발행을 유발할 것으로, 알람은 변압기 (100) 의 조작자에게 변압기 (100) 의 상태에 대한 추가적인 조사가 요구됨을 나타낸다. 이러한 알람은, 예를 들어, 빛 표시, 소리 표시, 미리 결정된 이메일 주소나 휴대폰 번호로의 이메일 또는 SMS 의 송신, 또는 임의의 적절한 알람, 또는 이들의 조합일 수 있다. 단계 620 에서 취해질 추가적인 가능한 액션은 변압기 (100) 의 계획된 접속해제를 수행하여 상이한 분석 기법들에 기초한 오프라인 조사들을 수행하는 것이다.

DEV_max 의 값은 일반적으로 예상되는 T 값으로부터의 편차가 검출된 경우 어떤 액션들이 단계 620 에서 취해질지에 의존할 것이다. 취해질 액션이 변압기 (100) 의 접속해제를 계획하는 것일 경우, 요구되는 DEV_max 의 값은, 단계 620 에서 액션이 측정된 데이터의 추가적인 분석을 수행하기 위한 것이거나 모니터링 측정 레이트를 증가시키기 위한 것인 경우보다 일반적으로 높을 것이다. 적절한 DEV_max 의 값들은, 예를 들어, 변압기 (100) 의 계획된 접속해제의 유발을 위한 6σ - 8σ 의 범위 내에; 알람을 발행하기 위한 4σ - 6σ 의 범위 내에; 및 모니터링 측정 레이트를 증가시키고 추가적인 분석을 수행하기 위한 2σ - 4σ 의 범위 내에 있을 수 있다. 요구되는 경우, 동일한 모니터링 절차에 대해, DEV_max 의 2 개 이상의 값들의 세트가 정의될 수 있어, 편차가 제 1 DEV_max 를 초과할 시에는 제 1 액션이 유발되며, 제 2 DEV_max 로부터의 편차일 시에는 제 2 액션이 유발되는 등등이다.

도 6b 의 방법은 단계 600 을 포함할 수도 있는데, 여기서 단계 505 에서 결정된 계수들에 의해 제공된 T(I₂) 관계식으로부터 변압기 속성의 값이 결정된다. 따라서, 도 6a 및 도 6b 에 도시된 결정 플로우차트 및 모니터링 플로우차트가 결합될 수 있다. 예를 들어, 양 (T) 의 검사 대신에, 단계 615 는, 양 (T) 으로부터 도출된 변압기 속성의 값이 단계 505 에서 결정된 계수들로부터 획득된 속성의 값으로부터 벗어나는지 여부에 관한 검사를 수반할 수 있다. 변압기 속성의 현재 값에 대한 이러한 결정은 상이한 부하들에서의 측정치들을 수집하는 것, 및 T(I₂) 관계식에 적용가능한 측정된 값들의 새로운 핏들을 수행하는 것을 수반할 것이다.

위에서 이용된 전류들 및 전압들 (V₁, V₂, I₁, 및 I₂) 은 각각 전류들 및 전압들의 50/60 Hz 에서의 기본적인 주파수 컴포넌트들을 표현한다. 이러한 전류들 및 전압들은 복합적인 양들이고, 예를 들어, 페이저 (phasor) 들로 표현될 수 있다. 전류/전압의 페이저는, 예를 들어, 관련 단자 쌍 (115, 120) 에서의 전압/전류의 연속적인 측정치에 고속 푸리에 변환을 적용함으로써, 또는 샘플링 레이트가 예를 들어 1000 Hz 수 있는, 관련 전압/전류 샘플들의 세트에 이산 푸리에 변환을 적용함으로써 결정될 수 있다. 페이저 값의 정확도를 개선시키기 위해, 여러 페이저들의 평균이, 예를 들어, 이동 평균으로서 결정될 수 있다. 모니터링 상황에서는, 일반적으로 시간 압박이 없거나, 요구되는 경우, 측정 결과들을 수집하는데 충분한 시간이 소비될 수 있다. 측정치들로부터 페이저 값들을 획득하는 다른 방식들이 이용될 수도 있다.　

전력 송신 시스템의 기본 주파수는 때때로 50/60 Hz 의 정상 주파수로부터 벗어날 수도 있다. 예를 들어, 유럽에서는, ± 0.2 % 의 편차가 일반적으로 용인된다. 주파수 변동들이 측정된 페이저들의 값에 영향을 미칠 수도 있어, 상이한 주파수들에서 측정치들이 취해지는 경우 변압기 속성들의 결정의 정확도가 감소된다. 결정된 변압기 속성들의 정확도를 개선시키기 위해, 전력 송신 주파수가 모니터링될 수 있고, 특정 주파수 (예를 들어, 50/60 Hz) 또는 특정 주파수 범위 (예를 들어, 50/60 Hz ± 0.1 %) 에서 수행된 측정들이 변압기 양들의 결정에 선택될 수 있다.

도 7a - 도 7c 는 변압기 진단 장치 (700) 의 실시형태를 개략적으로 도시한다. 도 7a 에서, 변압기 진단 장치 (700) 는 입력부 (702), 출력부 (704), 계수 생성기 (706), 변압기 속성 값 생성기 (708), 및 상태 모니터 (710) 를 포함하는 것으로 도시된다. 입력부 (702) 는 부하 전류를 나타내는 신호 (I₂), 뿐만 아니라 적어도 하나의 추가적인 AC 신호 (I₁, V₁, 및/또는 V₂) 를 수신하도록 배열되는다. 입력부 (702) 는, 전류 변압기 및 전압 변압기와 같은, 변압기 (100) 의 소스 권선 단자 및 부하 권선 단자 (115/120) 에서 AC 신호들을 측정하도록 배열되는 측정 기기 (미도시) 에 접속된다. 입력부 (702) 는 계수 생성기 (706) 의 입력부에 접속된다. 계수 생성기 (706) 는 입력부 (702) 에서 수신된 입력 신호들로부터 T(I₂) 관계식 (수식 (4b), (5a), 및 (6b) 를 참조) 의 계수들 (

) 을 생성하도록 배열되는다. 도 7a 에 도시된 진단 장치 (700) 의 실시형태에서, 계수 생성기 (706) 의 출력부는 상태 모니터 (710) 뿐만 아니라 변압기 속성 값 생성기 (708) 에 접속된다. 변압기 속성 값 생성기 (708) 는 계수 생성기 (706) 로부터 수신된 계수들 (

) 로부터, 적어도 하나의 변압기 속성 (P) 의 값을 생성하도록 구성된다 (여기서 P 는 예를 들어 턴 비 (n); 단락 임피던스 (Z_W), 소스 권선의 임피던스, 부하 권선의 임피던스, 및/또는 고부하 자화 전류 (I₀) 일 수 있다). 도 7a 에 도시된 바와 같이, 도 7a 의 변압기 속성 값 생성기 (708) 는 P 의 값을 나타내는 신호를 출력하도록 더 구성된다. 변압기 속성 값 생성기 (708) 는, 위에서 설명된 바와 같이, 일단 계수들이 알려지면 변압기 속성의 값이 결정될 수 있는 하나 이상의 T(I₂) 관계식들 (수식들 (4b), (5a), 및 (6b) 를 참조) 의 포맷을 저장하기 위한 메모리를 갖는다.

상태 모니터 (710) 의 입력부는 입력부 (702) 에 더 접속되고, 측정된 부하를 나타내는 신호들 및 추가적인 AC 신호(들)을 수신하도록 배열되는다. 일 실시형태에서, 7c 와 관련하여 논의된, 상태 모니터 (710) 는, 파선에 의해 표시된 바와 같이, 계수 생성기 (706) 로부터 대응하는 부하들 (I₂) 에 따른 T 측정치들의 세트 ({T, I₂}) 를 수신하도록 더 구성된다. 상태 모니터 (710) 는 변압기 (100) 의 상태를 모니터링하고, 예상되는 거동으로부터의 임의의 상당한 편차가 검출되면 액션 신호 (A) 를 생성하도록 구성된다. 변압기 속성 값 생성기 (708) 의 출력부 및 상태 모니터 (710) 의 출력부는 변압기 진단 장치 (700) 의 출력부 (704) 에 접속된다. 출력부 (704) 는, A 및 P 가 예들인, 진단 결과 신호를 전달하도록 배열되는다.

변압기 값 생성기 (708) 및 상태 모니터 (710) 는 진단 결과를 생성할 시에 계수 생성기 (706) 로부터 생성된 계수들의 세트를 사용하는 변압기 진단 매커니즘의 2 개의 상이한 예들을 형성한다. 변압기 속성 값 생성기 (708) 및 상태 모니터 (710) 중 오직 하나만이 존재하는, 진단 장치 (700) 의 다른 실시형태들이 또한 예견된다.

도 7b 에서, 계수 생성기 (706) 의 실시형태가 좀더 상세히 도시된다. 도 7b 의 계수 생성기 (706) 는 입력부 (712), 출력부 (714), 속성 (T) 의 측정 값 (T_측정된) 을 결정하도록 배열되는 T 생성기 (716); T 버퍼 (718), 및 T(I₂) 핏 생성기 (720) 를 포함한다. T 생성기 (716) 는 부하 신호 (I₂) 뿐만 아니라 어떤 양 (T) 을 T 생성기 (716) 가 생성하도록 배열되는지에 따라 추가적인 AC 신호(들) (I₁, V₁, 및/또는 V₂) 의 적절한 선택을 수신하도록 배열되는다. 이러한 수신된 신호들로부터, T 생성기 (716) 는 적절한 수식 (수식들 (4a), (5b), 및 (6a) 를 참조) 의 이용에 의해 측정된 속성 (T) 의 값을 생성하여, T 값이 획득된 부하 (I₂) 의 값과 함께 그 값을 출력하도록 구성된다. T 생성기 (716) 의 출력부는 T 버퍼 (718) 의 입력부에 접속되며, T 버퍼 (718) 는 T 값이 획득된 부하 (I₂) 의 표시와 함께 T 생성기 (716) 로부터 수신된 상이한 T 값들의 세트를 저장하도록 배열되는다. T 버퍼 (718) 의 출력부는 T(I₂) 생성기 (720) 의 입력부에 접속되고, 예를 들어 T(I₂) 핏 생성시로부터의 요청 시에, 수동 요청 시에, 또는 특정 수의 T 값들이 수신된 경우에 T 값들의 세트 ({T, I₂}) 를 나타내는 신호를 전달하도록 배열되는다. T(I₂) 생성기 (720) 는, 예를 들어, 공지된 최소 제곱법에 의해 수신된 {T, I₂} 값들을 세트를 적절한 T(I₂) 관계식 (도 5 의 단계 505 를 참조) 에 맞추도록 구성된다. T(I₂) 생성기 (720) 는 수행된 맞춤 연산으로부터 기인하는 계수들을 나타내는 신호 (

) 를 출력부 (714) 에 출력하도록 더 구성된다. 계수 생성기 (706) 의 일 실시형태에서, 출력부 (714) 는 T 버퍼 (718) 의 출력부에 더 접속되어, {T, I₂} 신호가 출력부 (714) 에서 생성될 수도 있다.

도 7c 에서, 상태 모니터 (710) 의 실시형태가 보다 상세히 도시된다. 상태 모니터 (710) 는 입력부 (722), 출력부 (724), 계수 메모리 (725), T_핏 생성기 (726), T_모니터 생성기 (728), DEV_max 생성기 (730), 및 비교기 (732) 를 포함한다. 상태 모니터 (710) 는, 예들로서, 추가적인 분석 트리거 (734), 알람 생성기 (736), 및 계획된 출력 트리거 (738) 가 도시되는, 적어도 하나의 액션 매커니즘을 더 포함한다. 도 7c 의 상태 모니터 (710) 의 입력부 (722) 는, 일반적으로 학습 프로세스 중에 수집된, T(I₂) 관계식의 계수들의 세트를 나타내는 신호 (

), 전류 변환기 부하를 나타내는 신호 (I₂), 적어도 하나의 추가적인 전류 AC 신호 (I₁, V₁, 및/또는 V₂), 및 {T, I₂} 값들의 세트를 수신하도록 배열되는다. 계수 메모리 (725) 는 입력부 (722) 에 접속되고, 신호 (

) 를 수신하여 추후에 이용하기 위해 계수들을 저장하도록 배열되는다. 계수 메모리 (725) 는, 일 실시형태에서, {T, I₂} 데이터의 상이한 세트들에 대해 수행된 T(I₂) 관계식의 상이한 핏들을 표현하는, 계수들 (

) 의 하나 이상의 세트를 저장하도록 배열될 수 있다. 계수 메모리의 출력부는 T_핏 생성기 (726) 에 접속된다. 일 실시형태에서, 계수 메모리 (725) 는 T_핏 생성기로부터의 요청 시에 계수들 (

) 을 나타내는 신호를 전달하도록 배열되는다. T_핏 생성기 (726) 는 입력부 (722) 에 더 접속되고, 전류 변압기 부하를 나타내는 신호 (I₂) 를 수신하도록 배열되는다. T_핏 생성기 (726) 는, 계수 메모리 (725) 로부터 수신된 계수들 (

) 을 이용하여, 수신된 I₂ 신호 및 적절한 T(I₂) 관계식으로부터, 현재 부하에 맞춰진 T 의 값 (T_핏) 을 도출하도록 구성된다. T(I₂) 관계식들의 예들이 수식들 (4b), (5a), 및 (6b) 로 주어진다. T_핏 생성기 (726) 는 출력부에 도출된 값을 나타내는 신호 (T_핏) 를 전달하도록 더 구성된다.

한편, T_모니터 생성기 (728) 는 대응하는 적절한 측정 기반 수식으로부터 T 의값을 도출하도록 구성되며, 수식의 예들로 수식들 (4a), (5b), 및 (6a) 가 주어진다. T_모니터 생성기 (728) 는 입력부 (722) 에 접속되고, AC 신호들 (I₁, I₂, V₁, 및 V₂) 중 적절한 선택을 수신하도록 배열되며, 선택은 어떤 양 (T) 이 결정될 것인가에 의존한다. T_모니터 생성기 (728) 는 출력부에 도출된 값을 나타내는 신호 (T_모니터) 를 전달하도록 더 배열되는다. T_모니터 생성기 (728) 는 일반적으로 T 생성기 (716) 와 동일한 방식으로 기능하고, 사실 동일한 하드웨어/소프트웨어로 구현될 수 있다.

비교기 (732) 는 T_핏 생성기 (726) 및 T_모니터 생성기 (728) 의 출력부들에 접속된다. 비교기 (732) 는 대응하는 T_핏 값으로부터 T_모니터 값의 편차가 최대 허용가능 편차 (DEV_max) 를 초과하는지 여부를 결정하도록 구성된다. 비교기 (732) 는, 대응하는 T_핏 값으로부터 수신된 T_모니터 값의 편차가 DEV_max 를 초과한다고 결정할 시에, 유발 신호 (TR) 를 전달하도록 배열되는다.

DEV_max 는 예를 들어 고정된 값일 수 있거나, 도 7c 의 실시형태에서와 같이, 계수들 (

) 의 결정 시에 이용되는 {T, I₂} 데이터의 세트로부터 결정될 수 있다. 도 7c 의 DEV_max 생성기 (730) 는 {T, I₂} 데이터의 세트를 수신하도록 배열되고, 예를 들어 도 6b 의 단계 605 와 관련하여 설명된 방법을 이용하여 그 세트로부터 DEV_max 의 값을 도출하도록 구성된다. 도 7c 의 DEV_max 생성기 (730) 는 도출된 DEV_max 의 값을 저장하기 위한 메모리를 포함하고, 비교기 (732) 에 접속된 출력부에 DEV_max 의 값을 전달하도록 배열되는다. DEV_max 가 고정된 값을 취하는 구현들에서, DEV_max 생성기 (730) 는 메모리로 축소될 수 있다.

상태 모니터 (710) 는, 비교기 (732) 의 출력부에 접속되고, 비교기 (732) 에 의해 편차가 검출되었으면, 액션 신호 (A_i) 를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 액션 매커니즘을 더 포함한다. 도 7c 의 상태 모니터 (710) 는 다음의 액션 매커니즘들: 추가적인 분석 트리거 (734), 알람 트리거 (736), 및 계획된 동력정지 (outage) 트리거 (738) 를 포함한다. 상태 모니터 (710) 의 상이한 액션 매커니즘들이 상이한 상황들에 적용될 수 있는데 - 예를 들어, 제 1 편차가 검출되는 경우 추가적인 분석 트리거 (734) 가 적용될 수 있으며, 추가적인 분석이 조작자로부터의 주의가 요구됨을 나타내면 그 다음에 알람 생성기 (736) 가 적용될 수 있으며, 편차가 특정 크기이면 계획된 배출 트리거 (738) 가 적용되는 것 등이다.

변압기 진단 장치 (700) 는 변압기의 상태의 분석에 이용된 단일 양 (T) 의 면에서 위에서 설명된다. 그러나, 변압기 진단 장치 (700) 는 진단 시에 2 개 이상의 상이한 양들 (T) 을 이용하도록 구성될 수 있다. 2 개 이상의 상이한 양들 (T) 은 예를 들어 병렬로 모니터링될 수 있거나, 제 1 양 (T) 에서의 편차는 추가적인 양의 분석 등을 유발할 수 있다.　

도 7a - 도 7c 와 관련하여 설명된 변압기 분석 장치 (700) 의 컴포넌트들은 하드웨어 및 소프트웨어의 적절한 조합의 이용에 의해 구현될 수 있다. 도 8 에서, 진단 장치 (700) 의 실시형태를 개략적으로 도시하는 대안적인 방식이 도시된다. 도 8 은 메모리 (805), 뿐만 아니라 입력부 (702), 및 출력부 (704) 에 접속된 프로세서 (800) 를 포함하는 진단 장치 (700) 를 도시한다. 메모리 (805) 는 컴퓨터 프로그램(들) (810) 을 저장하는 컴퓨터 판독가능 수단을 포함하며, 컴퓨터 프로그램(들) (810) 은 프로세싱 수단 (800) 에 의해 실행되는 경우 진단 장치(700) 로 하여금 도 5 에 도시된 방법 (또는 그것의 실시형태) 을 수행하도록 한다. 다시 말해, 진단 장치 (700) 및 그것의 매커니즘들 (706, 708, 및 710) 은 컴퓨터 프로그램 (810) 의 대응하는 프로그램 모듈들의 도움으로 구현된 이러한 실시형태 내에 있다.

프로세서 (800) 는, 실시형태에서, 하나 이상의 물리적 프로세서들일 수 있다. 프로세서는 단일 CPU (Central processing unit) 일 수 있거나, 프로세서는 2 개 이상의 프로세싱 유닛들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 범용 마이크로프로세서들, 명령 세트 프로세서들 및/또는 관련 칩 세트들 및/또는, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 들과 같은 특수 목적용 마이크로프로세서들을 포함할 수도 있다. 프로세서는 또한 캐싱 (caching) 용 보드 메모리를 포함할 수도 있다. 메모리 (805) 는 컴퓨터 프로그램 모듈들, 뿐만 아니라 관련 데이터가 저장되는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 메모리 (805) 는 하드 드라이브, 플래시 메모리, CD, DVD, EEPROM 등과 같은 비휘발성 컴퓨터 판독가능 메모리들 중 임의의 유형이거나, 상이한 컴퓨터 판독가능 메모리들의 조합일 수 있다. 위에서 설명된 컴퓨터 판독가능 모듈들은, 대안적인 실시형태들에서, 진단 장치 (700) 내의 메모리들의 형태로 상이한 컴퓨터 프로그램 제품들에 분산될 수 있다.

많은 변압기 설비들은, 보호 시스템에 의해 검출가능한 임의의 문제가 발생하면, 변압기의 빠른 접속해제를 허용하기 위해 단자 전압들 및 단자 전류들을 측정하도록 배열되는 보호 시스템을 갖추고 있다. 일반적으로, 이러한 보호 시스템은 오직 순간적인 (instant) 값들에만 반응하도록 배열되고, 변압기에서의 전류들 및 전압들의 모니터링이 수행되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 보호 시스템에 대해 이용되는 것과 동일한 전류 및 전압 측정 센서들이, 요구되는 경우, 또한 본원에 설명된 기술의 모니터링 목적으로 이용될 수 있다. 따라서, 변압기 속성들의 결정 및/또는 변압기 속성들의 모니터링 시에 이용될 측정들은 일반적으로 큰 하드웨어 투자들에 대한 필요 없이 획득될 수 있다. 적절한 전류 측정 기기는 예를 들어 전류 변압기들일 수 있다. 적절한 전압 측정 기기는 예를 들어 전압 변압기들일 수 있다. 모니터링 애플리케이션에서, 양들의 실제 값들 대신에 양들의 편차들이 모니터링될 수 있고, 따라서 변압기 속성의 실제 값이 요구되는 모니터링 방법들에서보다 측정 기기의 정확도 요구들이 더 적다. T(I₂) 관계식(들)을 확립하고 측정치들을 모니터링하는 양자 모두에 동일한 측정 기기가 이용되는 경우, 기기로부터의 출력에서의 임의의 오프셋은 모니터링 목적으로 무시될 수 있다.

턴 비 (n) 가 변화할 수 있는 탭 절환기를 갖는 변압기 (100) 에서, 측정 결과들의 추가적인 분석은 일부 시나리오들에서 변압기의 속성들의 예상 값으로부터의 편차를 일으키는 오류의 위치에 관한 정보를 제공할 수 있다. 탭 절환기 (900) 가 갖춰져 있는 권선 (105/110) 이 도 9 에서 개략적으로 도시되는데, 여기서 탭 절환기 (900) 는 6 개의 상이한 탭들 (905) 을 갖는 것으로 도시되며, 탭 선택기 스위치 (910) 를 각각 갖추고 그에 의해 탭 절환기 (900) 의 6 개의 상이한 상태들을 달성될 수 있으며, 각각의 상태는 특정한 수의 권선 턴들을 제공한다. 디버터 (diverter) 스위치 (915) 가 또한 제공되는데, 디버터 스위치는 2 개의 상이한 포지션들 중의 하나의 포지션을 취하도록 배열되며, 여기서 제 1 포지션에서, 권선 단자 (115/120a) 는 탭 선택기 스위치들 (910) 의 제 1 세트에 접속되고, 제 2 포지션에서, 권선 단자 (115/120a) 는 탭 선택기 스위치들의 제 2 세트에 접속된다. 특정 탭 선택기 스위치 (910) 를 닫고 반드시 특정 탭 선택기 스위치 (910) 가 권선 단자 (115/120a) 에 접속되는 포지션에 디버터 스위치 (915) 가 있게 함으로써, 탭 절환기 (900) 의 특정 상태가 달성될 것이다.

턴 비 (n) 에 의존하는 양 (T) 에 있어서, 양 (T) 과 부하 전류 (I₂) 사이의 관계식에 대한 계수들은 탭 선택기 (900) 의 상태에 의존할 것이다. 따라서, 하나 (이상) 의 양들 (T) 과 I₂ 사이의 관계식에 관한 계수들은 탭 절환기 (900) 의 하나 이상 (및 어쩌면 각각) 의 상태에 대해 결정될 수도 있으므로, 탭 절환기 (900) 의 상이한 상태들에 대해 변압기 속성(들)의 상이한 예상 값들을 준다. 탭 절환기 (900) 가 상이한 상태들에 있는 동안 변압기 속성(들)을 모니터링하는 것은 따라서, 상이한 탭들 (905) 의 위치와 관련된 오류 위치에 의존하여, 변압기 속성에서의 편차들을 일으키는 오류의 위치에 관한 정보를 줄 수 있다. 예를 들어, 탭 선택기 스위치들 (910) 중의 하나의 탭 선택기 스위치의 저항이 증가되는 경우, 예를 들어 코킹 (coking) 또는 다른 오염들로 인해, 관계식 (4a) 으로부터 획득된 전압 강하 (ΔV) 의 값은 탭 절환기가 대응하는 포지션에 있는 경우 오직 예상 값으로부터 벗어난다. 유사하게, 탭 절환기 (900) 에 의해 접속해제될 수 있는 권선 (105, 110) 의 부분에서 턴-대-턴 오류가 발생한 경우, 관계식 (5a) 로부터 획득된 턴 비의 값은, 탭 절환기 (900) 가 오류가 발생한 부분이 권선 단자들 (115/120a 및 115/120b) 사이에 접속된 상태에 있는 경우, 오직 예상 값으로부터만 벗어날 것이다.

위에서, 본 발명의 여러 실시형태들이 도 2b 에 도시된 비이상적인 변압기 (100) 의 등가 회로의 이용에 의해 전개되었는데, 여기서 부하 측의 임피던스들, 전압들, 및 전류들은 소스 측 상에 대해 반사되었다. 도 2c 에 도시된 비이상적인 변압기 (100) 에 대한 등가 모델에서, 소스 측 임피던스, 전류, 및 전압들은 부하 측에 대해 반사되며, 대안으로 위에서 논의된 변압기 진단 기법의 이러한 실시형태들에서 이용될 수 있다. 도 2c 의 등가 모델을 이용하는 경우, 수식들 (5a) 및 (5b), 뿐만 아니라 수식 (6a) - 수식 (6c) 는 바뀌지 않은 채로 있을 것이다. 그러나, 수식들 (4a) 및 (4b) 를 이용하는 대신, 다음의 수식들:

(4a'), 및

(4b')

가 유리하게 이용될 수 있다.

또한, 위의 논의는 2 개의 권선들을 갖는 변압기 (100) 의 측면에서 이루어졌다. 일부 응용들에서, 3 개 이상의 권선들을 갖는 변압기 (100) 가 이용될 수 있다. 위에서 논의된 소스 권선 및 부하 권선 이외에 존재하는 임의의 권선(들)은 이하에서 추가적인 권선(들)로 지칭될 것이다. 추가적인 권선(들)은 소스 권선(들) 및/또는 부하 권선(들)일 수 있다. 종종, 임의의 추가적인 권선(들)에서의 전력은 무의미하거나 거의 일정하고, 변압기 속성들의 결정/모니터링을 위해 고려될 필요가 없는데 - 이러한 전류들에 의해 야기된 에러는 일반적으로 무의미하고/하거나 일정하다. 그러나, 하나 이상의 추가적인 권선(들)에서의 전력 소실이 상당할지라도, 위에서 설명된 본 발명의 결정/모니터링은 여전히 이루어질 수 있다. 추가적인 권선(들)의 구성에 따라, 수식 (4a) - 수식 (6c) 는 그에 따라 조정될 수 있다. 예로서, 2 개의 부하 권선들 및 하나의 소스 권선을 갖는 변압기에 있어서, 수식 (5a) 는

(5a*)

으로 성공적으로 조정될 수 있으며,

여기서 인덱스 3 은 추가적인 권선을 표시한다. 수식 (5a*) 으로부터, 예를 들어, I₂ 및 I₃ 에서의 확률적 변동들과 적어도 3 개의 측정치들을 이용하여, 2 차원 핏을 갖는 자화 전류 (I₀) 및 턴 비들 (n₂/n₁ 및 n₃/n₁) 을 알게 될 수 있다.

동일한 구성에서, 수식 (4b) 는

와 같이 각각의 부하 권선 (i) 에 대한 하나의 관계식으로 분리되도록 조정될 수 있다.

턴 비들 (n_i/n₁) 이 알려져 있는 경우, 이러한 관계식들의 세트는 2 개의 부하 전류들에 대한 2 차원 핏을 이용하여 권선 임피던스들을 결정한다. 또한, 이러한 구성에서, 수식 (6a) 는 단순히 변압기 (100) 의 안팎으로 흐르는 전력 사이의 차이이다:

(6a*).

수식 (4b) - 수식 (6c) 의 유사한 조정은 임의의 권선 구성의 변압기 (100) 에 대해 이루어질 수 있다. 일반적으로, 변압기의 권선들의 전체 개수가 N 인 경우, 적어도 N 개의 측정들의 N-1 차원 핏을 이용하여 변압기 속성들이 획득될 수 있다.

변압기 진단에 대한 본 발명의 방법 및 장치의 상기 설명은 단지 단일 상의 면에서만 주어졌다. 그러나, 방법은 임의의 개수의 상들의 변압기들, 특히 3상 변압기들의 진단에 적용될 수 있다. 일단 권선들 및 전압들을 통과하는 개개의 전류들이 결정되면, 방법은 상 변압기들의 각각에 별도로 적용될 수 있다. 상들의 구성은 종종 단자 전류/전압들이 개개의 전류들 및 전압들을 직접적으로 제공하지 않음을 암시한다. Δ-Y 구성은, 예를 들어, 소스 측 단자 전류들 및 전압들과 부하 측 단자 전류들 및 전압들 사이의 30 도의 상 쉬프트, 뿐만 아니라 Δ 측에서의 단자 전류와 권선 전류 사이 및 Y 측의 단자-대-단자 전압과 권선 전압 사이에서의 √3 의 인자만큼의 크기에서의 차이를 초래한다. 개개의 전류 및 전압들은 일반적으로, 예를 들어 제 US6507184 B1 호에 설명된 바와 같은 단자 전류들 및 단자 전압들의 측정으로부터 결정될 수 있다.

다음에서, 설명을 쉽게 하기 위해, 용어 "양의 모니터" 는 양의 모니터링, 또는 양의 값으로부터 도출된 속성의 모니터링을 지칭하는데 이용될 것이다.

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Claims

적어도 부하 권선 (105) 및 소스 권선 (110) 을 갖는 변압기 (100) 에 대한 변압기 진단 방법으로서,
프로세서 (800) 를 포함하는 변압기 진단 장치에서, 제 1 변압기 부하에서 상기 제 1 변압기 부하를 나타내는 전류의 측정치들 및 적어도 하나의 추가적인 변압기 AC 신호의 측정치들을 수집하는 단계 (500);
상기 변압기 진단 장치에서, 적어도 하나의 추가적인 변압기 부하에서 상기 추가적인 변압기 부하를 나타내는 전류의 측정치들 및 적어도 하나의 추가적인 변압기 AC 신호의 측정치들을 수집하는 단계 (500);
상기 변압기 진단 장치에서, 상기 제 1 변압기 부하 및 상기 적어도 하나의 추가적인 변압기 부하에서 수집된 상기 전류의 측정치들 및 수집된 상기 변압기 AC 신호의 측정치들로부터, 변압기 부하뿐만 아니라 적어도 하나의 변압기 속성에 의존하는 양의 적어도 2 개의 값들을 도출하는 단계 (503);
상기 변압기 진단 장치에서, 도출된 상기 값들로부터, 상기 양이 변압기 부하에 따라 어떻게 변화할 것으로 예상되는지에 대한 관계식의 적어도 하나의 계수의 세트를 결정하는 단계 (505) 로서, 상기 관계식은 변압기 코어에서의 자화 전류들, 누설 인덕턴스들, 및 1 차 권선과 2 차 권선의 유효 저항들의 영향들이 고려되는 변압기 모델에 기초하고, 상기 모델의 적어도 하나의 파라미터는 상기 적어도 하나의 변압기 속성 중의 하나의 변압기 속성에 대응하는, 상기 관계식의 적어도 하나의 계수의 세트를 결정하는 단계 (505); 및
상기 변압기 진단 장치에서, 상기 적어도 하나의 계수 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 적어도 하나의 변압기 속성 중의 적어도 하나의 변압기 속성의 값을 도출함으로써, 상기 변압기의 진단을 수행함에 있어 상기 적어도 하나의 계수 중의 적어도 하나를 이용하는 단계 (510) 를 포함하고,
도출된 변압기 속성의 값은 상기 변압기 모델의 상기 적어도 하나의 파라미터 중의 하나의 파라미터의 값에 대응하고,
변압기 속성은 전체 권선 임피던스 (Z_W), 소스 권선의 임피던스 (Z₁), 부하 권선의 임피던스 (Z₂), 턴 비 (n), 및 자화 전류 (I₀) 를 포함하는 변압기 속성들 중 하나인 것을 특징으로 하는 변압기 진단 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 양이 변압기 부하에 따라 어떻게 변화할 것인지에 대한 상기 관계식은 선형 관계식이며, 제로 부하에서의 기울기 및 절편 중 적어도 하나는 변압기 속성을 나타내는, 변압기 진단 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 양은 상기 변압기의 제 1 측 상의 제 1 권선의 단자들에 걸친 전압과 상기 제 1 측에 반사된 상기 변압기의 제 2 측 상의 제 2 권선에 걸친 전압 사이의 차이 (ΔV, ΔV') 인, 변압기 진단 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 관계식은,

또는

으로 표현될 수 있고,
여기서, Z₁ 은 상기 소스 권선의 임피던스이며, I₀ 은 상기 자화 전류이며, n 은 상기 소스 권선의 턴들의 수 대 상기 부하 권선의 턴들의 수의 비이며, Z_W 는 전체 권선 임피던스이며, I₂ 는 부하 전류이며, ΔV 는 상기 소스 권선의 단자들에 걸친 전압과 상기 소스 권선을 포함하는 소스 측에 반사된 상기 부하 권선에 걸친 전압 사이의 차이이고, ΔV' 는 상기 부하 권선을 포함하는 부하 측에 반사된 상기 소스 권선에 걸친 전압과 상기 부하 권선의 단자들에 걸친 전압 사이의 차이인, 변압기 진단 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 양은 소스 전류인, 변압기 진단 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 관계식은,

으로 표현될 수 있고,
I₁ 은 상기 소스 전류이며, I₂ 는 부하 전류이며, I₀ 은 상기 자화 전류이고, n 은 상기 소스 권선의 턴들의 수 대 상기 부하 권선의 턴들의 수의 비인, 변압기 진단 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 양은 상기 변압기 내부의 전력 손실인, 변압기 진단 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 관계식은,

으로 표현될 수 있고,
S_손실 은 전력 손실이며, Z₁ 은 상기 소스 권선의 임피던스이며, I₀ 는 상기 자화 전류이며, n 은 상기 소스 권선의 턴들의 수 대 상기 부하 권선의 턴들이 수의 비이며, Z_W 는 전체 권선 임피던스이며, V₁ 은 상기 소스 권선에 걸친 전압이고, I₂ 는 상기 부하 전류인, 변압기 진단 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 변압기 진단 장치에서, 제 1 모니터링 부하에서의 적어도 하나의 단자 AC 신호의 온라인 모니터링 측정치를 수집하는 단계;
상기 변압기 진단 장치에서, 상기 모니터링 측정치로부터 상기 양의 측정 기반 값을 도출하는 단계;
상기 변압기 진단 장치에서, 상기 관계식 및 상기 적어도 하나의 계수를 이용하여 상기 제 1 모니터링 부하에서의 상기 양의 예상 값을 결정하는 단계;
상기 변압기 진단 장치에서, 상기 양에 변화를 일으키는 임의의 변압기 문제를 검출하기 위해 상기 양의 상기 측정 기반 값을 상기 예상 값과 비교하는 단계를 더 포함하는, 변압기 진단 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 변압기 진단 장치에서, 적어도 하나의 추가적인 부하에서의 적어도 하나의 단자 AC 신호의 추가적인 온라인 모니터링 측정치들을 수집하는 단계;
상기 변압기 진단 장치에서, 상기 온라인 모니터링 측정치들로부터, 상기 관계식에 대한 적어도 하나의 계수의 추가적인 세트를 결정하는 단계;
상기 변압기 진단 장치에서, 상기 적어도 하나의 계수의 추가적인 세트로부터, 상기 변압기 속성의 추가적인 값을 도출하는 단계; 및
상기 변압기 진단 장치에서, 상기 속성에서의 임의의 변화들을 검출하기 위해 상기 변압기 속성의 제 1 값과 상기 추가적인 값을 비교하는 단계를 더 포함하는, 변압기 진단 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 관계식의 계수들의 세트를 결정하는 단계는, 상기 양의 적어도 N 개의 도출된 값들의 N-1 차원 핏 (fit) 을 수행하는 단계를 포함하며, N 은 진단될 상기 변압기의 권선들의 수를 나타내는, 변압기 진단 방법.
변압기 진단 장치로서,
변압기 부하 전류를 나타내는 측정치들을 포함하는, 변압기의 AC 신호 측정치들을 나타내는 신호들을 수신하도록 구성된 입력부;
변압기 진단 결과를 전달하도록 구성된 출력부; 및
상기 입력부에 접속된 프로세서 (800) 로서,
제 1 변압기 부하에서, 상기 제 1 변압기 부하를 나타내는 전류의 측정치들 및 적어도 하나의 추가적인 변압기 AC 신호의 측정치들을 수집하고;
적어도 하나의 추가적인 변압기 부하에서, 상기 추가적인 변압기 부하를 나타내는 전류의 측정치들 및 적어도 하나의 추가적인 변압기 AC 신호의 측정치들을 수집하고;
상기 제 1 변압기 부하 및 상기 적어도 하나의 추가적인 변압기 부하에서 수집된 상기 전류의 측정치들 및 수집된 상기 변압기 AC 신호의 측정치들로부터, 변압기 부하뿐만 아니라 적어도 하나의 변압기 속성에 의존하는 양의 적어도 2 개의 값들을 도출하도록 배열되는, 상기 프로세서 (800) 를 포함하고,
상기 프로세서는,
도출된 상기 값들로부터, 상기 양이 변압기 부하에 따라 어떻게 변화할 것으로 예상되는지에 대한 관계식의 적어도 하나의 계수의 세트를 결정하고,
상기 계수의 세트 중의 적어도 하나의 계수로부터 상기 적어도 하나의 변압기 속성 중의 적어도 하나의 변압기 속성의 값을 결정하도록 더 배열되며,
상기 관계식은 변압기 코어에서의 자화 전류들, 누설 인덕턴스들, 및 1 차 권선과 2 차 권선의 유효 저항들의 영향들이 고려되는 변압기 모델에 기초하고, 상기 모델의 적어도 하나의 파라미터는 상기 적어도 하나의 변압기 속성 중의 하나의 변압기 속성에 대응하며,
도출된 변압기 속성 값은 상기 변압기 모델의 상기 적어도 하나의 파라미터 중의 하나의 파라미터의 값에 대응하고, 변압기 속성은 단락 임피던스 (Z_W), 소스 권선의 임피던스 (Z₁), 부하 권선의 임피던스 (Z₂), 턴 비 (n), 및 자화 전류 (I₀) 를 포함하는 변압기 속성들 중 하나인 것을 특징으로 하는 변압기 진단 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 프로세서는,
제 1 모니터링 부하에서의 적어도 하나의 단자 AC 신호의 온라인 모니터링 측정치를 수집하며;
상기 모니터링 측정치로부터 상기 양의 측정 기반 값을 도출하며;
상기 관계식 및 결정된 적어도 하나의 계수의 세트를 이용하여 상기 제 1 모니터링 부하에서의 상기 양의 예상 값을 결정하고;
상기 양에서의 변화를 일으키는 임의의 변압기 문제를 검출하기 위해 상기 양의 측정 기반 값을 대응하는 예상 값과 비교하도록 더 배열되는, 변압기 진단 장치.
제 12 항 또는 제 13 항에 기재된 변압기 진단 장치를 포함하는 변압기.
제 14 항에 있어서,
탭 절환기를 더 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 탭 절환기 탭 포인트들의 각각에 대한 계수들의 세트를 생성하고;
편차가 검출되는 경우, 어느 탭 절환기 포지션들에서 상기 편차가 발생하는지를 결정하도록 배열되는, 변압기.
컴퓨터 프로그램 코드 부분들을 포함하는, 변압기의 진단을 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램을 갖는 컴퓨터 판독가능 기록 매체로서,
상기 컴퓨터 프로그램 코드 부분들은 프로세서 상에서 실행되는 경우 상기 프로세서로 하여금, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하도록 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
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