KR101764978B1 - 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법 - Google Patents

초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

초고압 변압기의 드레인 밸브에 설치된 신호 검출 센서를 통해 검출한 부분방전 신호를 신호 취득 장치 및 데이터 취합 장치에서 취합 및 분석하고, 분석결과 생성된 부분방전 분석 데이터를 모니터링 장치로 전송하여 표시하도록 한 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법을 제시한다. 제시된 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템은 초고압 변압기의 드레인 밸브에 설치된 신호 검출 센서를 통해 부분방전 신호를 검출하고, 검출한 부분방전 신호를 디지털 신호 형태의 부분방전 신호 데이터로 변환하고, 변전소별로 취합한 부분방전 신호 데이터를 분석하고, 분석결과 생성된 부분방전 분석 데이터를 표시한다.

Description

초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING PARTIAL DISCHARGE IN ULTRA HIGH VOLTAGE TRANSFORMER}
본 발명은 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IEC 61850 기반으로 초고압 변압기에서 발생하는 초고주파 부분방전 신호를 검출하여 원격지에서 초고압 변압기의 결함을 감시 및 진단하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 초고압 변압기는 초고압 전력계통(예를 들면, 발전소, 변전소 등)에 설치되어 전압을 강압하는 전력용 기기이다. 초고압 변압기 중에 유입 변압기는 전기적 절연을 위한 절연 매질로서 절연유(oil)를 사용하는 변압기이다. 초고압 변압기는 전력계통에 전기적으로 접속되어 장기간 운전을 하게 되면 여러 가지 원인에 의해 다양한 유형의 고장이 발생할 수 있으며, 이러한 고장에 따른 피해 규모도 증가하고 있다.
따라서 고장이 발생하기 전에 초고압 변압기 내부에서 절연 상태 이상에 의해 발생하는 신호를 검출하기 위한 각종 진단 및 감시 기법과 첨단 장비들이 적용되고 있으며, 이들 중 부분방전(Partial Discharging) 신호 검출 장치가 초고압 변압기의 이상 여부를 진단하는 데 주로 사용되고 있다.
한편, 종래의 초고주파 부분방전 신호 검출 장치는 초고주파 대역(500MHz~1500MHz)의 부분방전 신호를 검출하기 위해 GIS(Gas Insulated Switchgear, 가스절연개폐장치)에 적용하여 운용하고 있다. 종래의 초고주파 부분방전 신호 검출 장치는 GIS에 취부되는 센서의 구조 및 알고리즘 등 기본적인 구조가 GIS 및 이의 내부에서 발생하는 결함에 대하여 인식하도록 특화되어 있다.
이와 같은 종래의 초고주파 부분방전 신호 검출 장치는 자체 프로토콜의 통신방식을 이용하기 때문에 다른 시스템과의 호환이 불가능하고, 변전 자동화 추세에 맞지 않는 폐쇄적인 통신 방식을 사용하고 있어 GIS만을 대상으로 적용되고 있다.
종래의 초고주파 부분방전 신호 검출 장치는 취부되는 센서의 구조와 데이터 취득장치의 구조 및 인식 알고리즘 등이 동축으로 구성되는 GIS의 특성에 맞도록 구성되어 있으며, SF6 가스 내부에서 발생하는 부분방전 결함을 인식하도록 학습이 되어 있다.
따라서, 종래의 초고주파 부분방전 신호 검출 장치는 GIS 이외에 다른 변전기기에 적용할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 종래의 초고주파 부분방전 신호 검출 장치는 부분 방전 센서에서 취득한 초고주파 신호를 자체 프로토콜을 사용한 폐쇄적인 통신 방식을 통해 전송하므로 다른 시스템과의 호환이 불가능하여 표준화된 시스템의 구성이 어려운 문제점이 있다.
또한, 현재 사회적으로 개인 정보 또는 중요 정보의 외부 유출이 문제화되고 있으며, 특히 한전의 경우 해킹 등에 의해 진단 결과 등 중요 데이터의 외부 유출시 회사 차원을 넘어 국가 차원에서 큰 문제점이 발생할 것으로 예상되고, 현재 적용하고 있는 GIS 부분방전 진단기술은 통신과 관련된 데이터 보안이 고려되어 있지 않아, 경로나 복사 등을 통하여 데이터가 외부로 유출되어 다른 용도로 사용될 수 있는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1486994호(명칭: 초고주파 및 음파의 융합 측정이 가능한 초고압 변압기용 포터블 부분방전 측정장치) 한국등록특허 제10-0595462호(명칭: 부분방전 검출용 내장형 스파이럴 타입 센서) 한국공개특허 제10-2013-0011176호(명칭: 유입 변압기용 초고주파 부분방전 센서)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 초고압 변압기의 드레인 밸브에 설치된 신호 검출 센서를 통해 검출한 부분방전 신호를 신호 취득 장치 및 데이터 취합 장치에서 취합 및 분석하고, 분석결과 생성된 부분방전 분석 데이터를 모니터링 장치로 전송하여 표시하도록 한 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 데이터 취합 장치 및 모니터링 장치 간의 통신시 IEC 61580 서버 및 IEC 61580 클라이언트를 통해 부분방전 신호 관련 데이터를 IEC 61850 프로토콜로 변환하여 송수신하도록 한 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템은, 초고압 변압기의 드레인 밸브에 설치되고, 초고압 변압기에서 발생하는 부분방전 신호를 검출하는 신호 검출 센서; 신호 검출 센서에서 검출한 부분방전 신호를 취득하여 디지털 신호 형태의 부분방전 신호 데이터로 변환하는 신호 취득 장치; 신호 취득 장치에서 변환된 부분방전 신호 데이터를 취합하고, 취합한 부분방전 신호 데이터를 분석하여 부분방전 분석 데이터를 생성하는 데이터 취합 장치; 및 데이터 취합 장치에서 생성한 부분방전 분석 데이터 및 부분방전 신호 데이터를 표시하는 모니터링 장치를 포함한다.
신호 취득 장치는, 신호 검출 센서와 동축 케이블로 연결되고, 상시 동축 케이블을 통해 RF 신호 형태의 부분방전 신호를 취득한다.
신호 취득 장치는, 서지 보호 소자로 구성되어, 신호 검출 센서로부터 수신한 부분방전 신호의 이상 신호에 의한 소자 소손을 방지하는 보호소자; 보호소자를 통과한 부분방전 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하는 대역 필터; 대역 필터에서 출력되는 부분방전 신호를 증폭하는 프리 앰프; 프리 앰프에서 증폭된 부분방전 신호의 진폭을 감소시키는 신호 감쇄기; 신호 감쇄기에서 출력된 부분방전 신호를 저역 주파수 대역 신호로 변환하는 로그 앰프; 로그 앰프에서 출력된 부분방전 신호의 피크값을 감시하는 피크 홀더; 피크 홀더에서 감지한 피크값을 근거로 부분방전 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터; AD 컨버터에서 변환된 디지털 신호 형태의 부분방전 신호를 이산신호 형태의 부분방전 신호 데이터로 변환하는 디지털 신호 처리부; 및 디지털 신호 처리부에서 변환된 부분방전 신호 데이터를 TCP/IP 프로토콜을 통해 데이터 취합 장치에게로 전송하는 인터페이스 모듈을 포함한다.
데이터 취합 장치는, 신호 취득 장치에서 변환된 부분방전 신호 데이터를 변전소별로 취합하고, 부분방전 신호 데이터를 분석하여 이상 신호를 필터링한다.
데이터 취합 장치는, 이상 신호가 발생한 부분방전 신호 데이터를 근거로 결함 종류를 검출하고, 부분방전 신호 데이터 및 결함 종류를 연계하여 부분방전 분석 데이터를 생성한다.
데이터 취합 장치는, TCP/IP 프로토콜을 통해 신호 취득 장치로부터 부분방전 신호 데이터를 수신하는 통신부; 통신부를 통해 수신한 부분방전 신호 데이터를 분석하여 이상 신호를 필터링하는 필터부; 필터부에서 필터링된 부분방전 신호 데이터의 결함 종류를 검출하고, 부분방전 신호 데이터와 결함 종류를 포함하는 부분방전 분석 데이터를 생성하는 신호 분석부; 및 신호 분석부에서 생성한 부분방전 분석 데이터를 암호화하여 저장하는 저장부를 포함한다.
통신부는, 신호 분석부에서 생성한 부분방전 분석 데이터 또는 저장부에 저장된 부분방전 분석 데이터를 모니터링 장치에게로 전송한다.
모니터링 장치와 연결되고, 모니터링 장치로부터 수신한 확장 모드버스 프로토콜 메시지를 IEC 61850 프로토콜로 변환하여 전송하는 IEC 61850 클라이언트를 더 포함한다.
데이터 취합 장치와 연결되고, IEC 61850 클라이언트 또는 집중 원격감시제어 시스템으로부터 수신한 메시지를 확장 모드버스 프로토콜로 변환하여 데이터 취합 장치에게로 전송하는 IEC 61850 서버를 더 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 방법은, 신호 검출 센서에 의해, 초고압 변압기에서 발생하는 부분방전 신호를 검출하는 단계; 신호 취득 장치에 의해, 검출한 부분방전 신호를 취득하여 부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계; 데이터 취합 장치에 의해, 변환된 부분방전 신호 데이터를 취합하여 분석하는 단계; 데이터 취합 장치에 의해, 분석하는 단계의 분석 결과 이상 신호가 발생하면 취합한 부분방전 신호 데이터를 분석하여 부분방전 분석 데이터를 생성하는 단계; 및 모니터링 장치에 의해, 부분방전 분석 데이터 및 부분방전 신호 데이터를 표시하는 단계를 포함한다.
부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계는, 보호소자를 통과한 부분방전 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계; 대역 필터에서 출력되는 부분방전 신호를 증폭하는 단계; 증폭된 부분방전 신호의 진폭을 감소시키는 단계; 진폭이 감소된 부분방전 신호를 저역 주파수 대역 신호로 변환하는 단계; 저역 주파수 대역 신호로 변환된 부분방전 신호의 피크값을 근거로 부분방전 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및 변환된 디지털 신호 형태의 부분방전 신호를 이산신호 형태의 부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계를 포함한다.
부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계는, 변환된 부분방전 신호 데이터를 TCP/IP 프로토콜을 통해 데이터 취합 장치에게로 전송하는 단계를 더 포함한다.
부분방전 신호 데이터를 취합하여 분석하는 단계는, 부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계에서 변환된 부분방전 신호 데이터를 변전소별로 취합하는 단계; 및 변전소별로 취합된 부분방전 신호 데이터를 분석하여 이상 신호를 필터링하는 단계를 포함한다.
부분방전 분석 데이터를 생성하는 단계는, 부분방전 신호 데이터를 취합하여 분석하는 단계에서 이상 신호가 발생한 부분방전 신호 데이터를 근거로 결함 종류를 검출하는 단계; 및 검출한 결함 종류 및 부분방전 신호 데이터를 연계하여 부분방전 분석 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
부분방전 분석 데이터를 생성하는 단계는, 부분방전 분석 데이터를 모니터링 장치에게로 전송하는 단계를 더 포함한다.
IEC 61850 클라이언트에 의해, 모니터링 장치로부터 수신한 확장 모드버스 프로토콜 메시지를 IEC 61850 프로토콜로 변환하는 단계를 더 포함한다.
IEC 61850 서버에 의해, IEC 61850 클라이언트 또는 집중 원격감시제어 시스템으로부터 수신한 IEC 61850 메시지를 확장 모드버스 프로토콜로 변환하여 데이터 취합 장치에게로 전송하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법은 초고압 변압기의 드레인 밸브에 설치된 신호 검출 센서를 통해 검출한 부분방전 신호를 신호 취득 장치 및 데이터 취합 장치에서 취합 및 분석하고, 분석결과 생성된 부분방전 분석 데이터를 모니터링 장치로 전송하여 표시함으로써, 원격에서 복수의 변전소의 이상 상태를 감시하고, 신호 검출 센서로부터 출력되는 부분방전 신호를 실시간으로 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법은 데이터 취합 장치 및 모니터링 장치 간의 통신시 IEC 61850 프로토콜을 이용하여 IEC 61850 클라이언트 및 IEC 61850 서버를 포함함으로써, 변경되는 전력 시스템에 대한 확장성 및 호환성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법은 장치 간의 데이터 전송 및 저장시 부분방전 신호 데이터를 암호화 규칙에 따라 암호화하여 관리함으로써, 시스템의 보안을 강화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1의 신호 검출 센서를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1의 신호 취득 장치를 설명하기 위한 도면.
도 4 내지 도 7은 도 1의 데이터 취합 장치를 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 1의 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면.
도 9는 도 1의 데이터 취합 장치 및 모니터링 장치 간의 통신을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 11은 도 10의 부분방전 신호를 부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계를 설명하기 위한 흐름도.
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.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1의 신호 검출 센서를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1의 신호 취득 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4 내지 도 8은 도 1의 데이터 취합 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 1의 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 도 1의 데이터 취합 장치 및 모니터링 장치 간의 통신을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 초고압 변압기(10)의 초고주파 부분방전 진단 시스템(이하, 초고주파 부분 방전 진단 시스템)은 신호 검출 센서(100), 신호 취득 장치(200), 데이터 취합 장치(300), 모니터링 장치(400)를 포함하여 구성된다.
신호 검출 센서(100)는 초고압 변압기(10)에서 발생하는 부분방전 신호를 검출한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 신호 검출 센서(100)는 초고압 변압기(10) 내부에서 발생하는 부분방전의 측정시 감도를 충분히 유지하기 위해 초고압 변압기(10)의 드레인 밸브(12)에 설치된다. 이때, 신호 검출 센서(100)는 부분방전 검출용 스파이럴 타입 센서, 유입 변압기용 초고주파 부분방전 센서 등과 같이 공지된 센서로 구성된다. 신호 검출 센서(100)는 드레인 밸브(12)의 마개를 제거한 후 설치되고, 드레인 밸브(12)를 개방하여 센서를 주입한다. 드레인 밸브(12)와 센서 플랜지(13) 사이에 존재하는 기포를 제거하기 위하여 공기가 유압에 의하여 자연적으로 빠져나올 수 있도록 하는 경로를 형성하고, 이 경로를 개방 및 차단할 수 있도록 상부 및 하부에 드레인 밸브(12)를 취부한다. 유압에 의하여 초고압 변압기(10) 내의 오일이 밖으로 유출되지 않도록 3중으로 오링(O-ring)을 설치하여 장기간 이상이 없도록 구성된다.
신호 취득 장치(200)는 신호 검출 센서(100)에서 검출된 부분방전 신호를 취득한다. 즉, 신호 취득 장치(200)는 신호 검출 센서(100)와 동축 케이블로 연결된다. 신호 취득 장치(200)는 신호 검출 센서(100)에서 검출한 부분방전 신호를 동축 케이블을 통해 RF 신호 형태로 수신한다. 신호 검출 센서(100)는 수신한 부분방전 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터 취합 장치(300)에게로 전송한다.
이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 신호 취득 장치(200)는 보호소자(205), 대역 필터(210), 프리 앰프(215), 신호 감쇄기(220), 로그 앰프(225), 피크 홀더(230), AD 컨버터(235), 디지털 신호 처리부(240; DSP) 및 인터페이스 모듈(245)을 포함하여 구성된다.
보호소자(205)는 부분방전 신호의 이상신호에 의한 소자 소손을 방지하기 위해 서지 보호 소자(SPD; Surge Protective Device)로 구성된다.
대역 필터(210)는 보호소자(205)를 통과한 부분방전 신호 중에서 주파수 대역인 500MHz~1500MHz 대역의 필터만 필터링하여 부분방전 신호의 노이즈를 제거한다.
프리 앰프(215)는 대역 필터(210)에서 출력되는 부분방전 신호를 대략 18dB 내지 20dB 이상 증폭한다.
신호 감쇄기(220)는 프리 앰프(215)에서 증폭된 부분방전 신호의 진폭을 감소시킨다.
로그 앰프(225)는 신호 감쇄기(220)에서 출력된 부분방전 신호를 저역 주파수 대역 신호(LF 신호) 형태로 변환한다.
피크 홀더(230)는 로그 앰프(225)에서 출력된 부분방전 신호의 피크값을 감시한다.
AD 컨버터(235)는 부분방전 신호를 디지털 신호로 변환한다.
디지털 신호 처리부(240)는 AD 컨버터(235)에서 변환된 디지털 신호 형태의 부분방전 신호를 이산신호 형태의 부분방전 신호 데이터로 변환한다.
인터페이스 모듈(245)은 디지털 신호 처리부(240)에서 변환된 부분방전 신호 데이터를 TCP/IP 프로토콜을 통해 데이터 취합 장치(300)에게로 전송한다.
이러한 구성에 의한 부분방전 신호의 처리를 상세하게 설명하면, 초고압 변압기(10) 내부에서 부분방전이 발생하면 드레인 밸브(12)에 설치된 신호 검출 센서(100)에 의해 RF 신호 형태의 부분방전 신호가 검출된다. 검출된 부분방전 신호는 신호 감쇄가 적은 N-type 커넥터를 통해 동축 케이블을 거쳐 신호 취득 장치(200)에게로 전송된다.
이때, 부분방전 신호는 보호소자(205)를 통과한 후 주파수 대역인 500MHz~1500MHz 대역의 대역 필터(210)를 통과하여 노이즈가 제거된다. 노이즈가 제거된 부분방전 신호는 프리 앰프(Pre-Amp)를 통과하며 대략 20dB 정도 증폭된 후, 신호 감쇄기(220; Signal Attenuator)를 거치며 진폭이 감소한다. 부분방전 신호는 로그앰프(Log-Amp)를 통하여 저역 주파수 대역으로 신호로 변환된다. 부분방전 신호는 피크 홀더(Peak Holder)를 통과하며 피크값을 감시되고, AD 컨버터(235)를 거쳐 디지털신호 형태로 변환된다. 부분방전 신호는 고속의 디지털 신호 처리부(240)를 거쳐 이산신호 형태의 부분방전 신호 데이터로 가공 변환된 후, 인터페이스 모듈(245)을 통해 데이터 취합 장치(300)에게로 전송된다. 이때, 인터페이스 모듈(245)은 부분방전 신호 데이터를 TCP/IP 프로토콜을 통해 데이터 취합 장치(300)에게로 전송한다.
데이터 취합 장치(300)는 신호 취득 장치(200)에서 취득한 부분방전 신호 데이터를 취합한다. 즉, 데이터 취합 장치(300)는 변전소별로 복수의 신호 취득 장치(200)로부터 부분방전 신호 데이터를 수신한다. 데이터 취합 장치(300)는 신호 취득 장치(200)로부터 수신한 부분방전 신호 데이터를 분석(도 4 참조)하여 이상 신호를 필터링한다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 초고압 변압기(10) 내부에서 이상신호가 발생하면 넓은 대역에 걸쳐 부분방전 신호가 검출된다. 데이터 취합 장치(300)는 필터링한 부분방전 신호 데이터의 결함 종류를 검출한다. 데이터 취합 장치(300)는 검출한 부분방전 신호 데이터 및 결함 종류를 연계하여 부분방전 분석 데이터를 생성한다. 데이터 취합 장치(300)는 암호화 규칙(Encrypt Rule)에 의해 부분방전 분석 데이터를 암호화하여 저장한다. 이때, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 데이터 취합 장치(300)는 생성한 부분방전 분석 데이터를 근거로 결함 종류에 따라 전체적인 변압기 이상 유무를 표시할 수도 있다. 데이터 취합 장치(300)는 생성한 부분방전 분석 데이터를 모니터링 장치(400)에게로 전송한다.
이를 위해, 도 8에 도시된 바와 같이, 데이터 취합 장치(300)는 TCP/IP 프로토콜을 통해 신호 취득 장치(200)와 통신하여 부분방전 신호 데이터를 수신하고, 후술할 신호 분석부(360)에서 생성한 부분방전 분석 데이터 또는 저장부(380)에 저장된 부분방전 분석 데이터를 모니터링 장치(400)에게로 전송하는 통신부(320), 통신부(320)를 통해 수신한 부분방전 신호 데이터를 분석하여 이상 신호를 필터링하는 필터부(340). 필터부(340)에서 필터링된 부분방전 신호 데이터의 결함 종류를 검출하고, 부분방전 신호 데이터와 결함 종류를 포함하는 부분방전 분석 데이터를 생성하는 신호 분석부(360), 및 신호 분석부(360)에서 생성한 부분방전 분석 데이터를 암호화하여 저장하는 저장부(380)를 포함하여 구성된다.
모니터링 장치(400)는 데이터 취합 장치(300)로부터 수신한 부분방전 분석 데이터를 화면에 표시한다. 즉, 모니터링 장치(400)는 부분방전 분석 데이터에 포함된 부분방전 신호 데이터 및 결함 종류를 표시한다. 이때, 모니터링 장치(400)는 결함 종류별로 구분하여 부분방전 신호 데이터를 표시한다. 모니터링 장치(400)는 저장된 부분방전 분석 데이터를 근거로 이벤트 발생 여부를 감시한다. 모니터링 장치(400)는 이벤트 발생시 사용자 또는 관리자에게 이벤트 발생을 통보한다. 이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 모니터링 장치(400)는 최상위에서 원격으로 변전소별로 설치되는 다수의 초고압 변압기(10)의 이상 상태를 표시한다. 이를 통해, 초고주파 부분방전 진단 시스템은 원격에서 복수의 변전소의 이상 상태를 감시하고, 신호 검출 센서(100)로부터 출력되는 부분방전 신호를 실시간으로 확인할 수 있는 효과가 있다.
한편, 데이터 취합 장치(300) 및 모니터링 장치(400)는 통신 표준화를 위해 IEC 61850 기반 통신을 수행한다. 즉, 데이터 취합 장치(300) 및 모니터링 장치(400)는 상호 통신을 위해 변전소의 자동화 국제 표준규격인 IEC 61850 프로토콜을 사용한다. 이를 위해, 도 10에 도시된 바와 같이, 초고주파 부분방전 진단 시스템은 데이터 취합 장치(300)와 연결되는 IEC 61850 서버(500) 및 모니터링 장치(400)와 연결되는 IEC 61850 클라이언트(600)를 더 포함할 수도 있다. 이때, IEC 61850 클라이언트(600) 및 IEC 61850 서버(500)는 각각 데이터 취합 장치(300) 및 모니터링 장치(400)와 독립되어 운영되거나, 데이터 취합 장치(300) 및 모니터링 장치(400)에 각각 모듈 형태로 내장되어 운영될 수 있다.
IEC 61850 클라이언트(600)는 모니터링 장치(400)로부터 수신한 확장 모드버스 프로토콜 메시지를 IEC 61850 프로토콜로 변환하여 IEC 61850 서버(500)에게로 전송한다. IEC 61850 클라이언트(600)는 전송결과를 모니터링 장치(400)에게로 전송한다.
IEC 61850 서버(500)는 IEC 61850 클라이언트(600) 또는 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition, 집중 원격감시제어시스템)로부터 수신한 메시지를 확장 모드버스 프로토콜로 변환하여 데이터 취합 장치(300)로 전송한다. IEC 61850 서버(500)는 메시지의 전송 결과를 IEC 61850 클라이언트(600) 또는 SCADA에게로 전송한다.
이처럼, 초고주파 부분방전 진단 시스템은 데이터 취합 장치(300)와 모니터링 장치(400) 간의 통신을 위해 IEC 61850 프로토콜을 사용하는 IEC 61850 클라이언트(600) 및 IEC 61850 서버(500)를 포함함으로써, 변경되는 전력 시스템에 대한 확장성 및 호환성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 초고주파 부분방전 진단 시스템은 부분방전 신호 데이터 취득시 암호화 규칙(Encrypt Rule)에 따라 부분방전 신호 데이터를 암호화하여 저장하여 사용자만 해독할 수 있도록 하여 보안을 강화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 12는 도 11의 부분방전 신호를 부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
신호 검출 센서(100)는 초고압 변압기(10)에서 발생하는 부분방전 신호를 검출한다(S100). 즉, 신호 검출 센서(100)는 초고압 변압기(10)의 드레인 밸브(12)에 설치되어, 초고압 변압기(10)의 내부에서 발생하는 부분방전 신호를 검출한다. 이때, 초고압 변압기(10) 내부에서 부분방전이 발생하면, 드레인 밸브(12)에 설치된 신호 검출 센서(100)는 RF 신호 형태의 부분방전 신호를 검출한다. 신호 검출 센서(100)는 검출한 부분방전 신호를 신호 감쇄가 적은 N-type 커넥터를 통해 동축 케이블을 거쳐 신호 취득 장치(200)에게로 전송한다.
신호 취득 장치(200)는 신호 검출 센서(100)에서 검출한 부분방전 신호를 취득하여 부분방전 신호 데이터로 변환한다(S200). 이를 첨부된 도 12를 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.
신호 검출 센서(100)로부터 RF 신호 형태의 부분방전 신호를 수신하면(S210; 예), 신호 취득 장치(200)는 부분방전 신호를 필터링하여 노이즈를 제거한다(S220). 즉, 신호 취득 장치(200)는 부분방전 신호의 이상신호에 의한 소자 소손을 방지하기 위해 서지 보호 소자(SPD)로 구성된 보호소자(205)에 부분방전 신호를 통과시킨다. 이후, 신호 취득 장치(200)는 보호소자(205)를 통과한 부분방전 신호 중에서 주파수 대역인 500MHz~1500MHz 대역의 필터만 필터링하여 부분방전 신호의 노이즈를 제거한다.
신호 취득 장치(200)는 노이즈가 제거된 부분방전 신호를 증폭한다(S230). 이때, 신호 취득 장치(200)는 부분방전 신호를 대략 18dB 내지 20dB 이상 증폭한다.
신호 취득 장치(200)는 증폭된 부분방전 신호의 진폭을 감소시킨다(S240).
신호 취득 장치(200)는 진폭이 감소된 부분방전 신호를 저역 주파수 대역 신호(즉, LF 신호) 형태로 변환한다(S250).
신호 취득 장치(200)는 LF 신호로 변환된 부분방전 신호의 피크값을 감시하여 디지털신호 형태로 변환한다(S260).
신호 취득 장치(200)는 디지털 신호 처리를 통해 디지털신호 형태의 부분방전 신호를 이산신호 형태의 부분방전 신호 데이터로 변환한다(S270).
신호 취득 장치(200)는 변환한 부분방전 신호 데이터를 TCP/IP프로토콜을 통해 데이터 취합 장치(300)에게로 전송한다(S280).
데이터 취합 장치(300)는 신호 취득 장치(200)에서 취득한 부분방전 신호 데이터를 취합하여 분석한다(S300). 즉, 데이터 취합 장치(300)는 변전소별로 복수의 신호 취득 장치(200)로부터 부분방전 신호 데이터를 수신하여 취합한다. 데이터 취합 장치(300)는 취합한 부분방전 신호 데이터를 분석하여 이상 신호를 필터링한다.
부분방전 신호 데이터 중에서 이상 신호가 발생하면(S400; 예), 데이터 취합 장치(300)는 부분방전 신호 데이터 및 결함 종류를 포함하는 부분방전 분석 데이터를 생성한다(S500). 즉, 데이터 취합 장치(300)는 이상 신호가 발행한 부분방전 신호 데이터를 근거로 결함 종류를 검출한다. 데이터 취합장치는 부분방전 신호 데이터 및 결함 종류를 연계하여 부분방전 분석 데이터를 생성한다. 부분방전 신호 데이터는 생성한 부분방전 분석 데이터를 암호화하여 저장하고, IEC 61850 프로토콜을 통해 모니터링 장치(400)에게로 전송한다.
모니터링 장치(400)는 데이터 취합 장치(300)에서 생성한 부분방전 분석 데이터 및 데이터 취합 장치(300)에서 취득한 부분방전 신호 데이터를 화면에 표시한다(S600). 즉, 모니터링 장치(400)는 부분방전 분석 데이터에 포함된 부분방전 신호 데이터 및 결함 종류를 표시한다. 이때, 모니터링 장치(400)는 결함 종류별로 구분하여 부분방전 신호 데이터를 표시한다. 모니터링 장치(400)는 저장된 부분방전 분석 데이터를 근거로 이벤트 발생 여부를 감시한다. 모니터링 장치(400)는 이벤트 발생시 사용자 또는 관리자에게 이벤트 발생을 통보한다.
상술한 바와 같이, 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법은 초고압 변압기의 드레인 밸브에 설치된 신호 검출 센서를 통해 검출한 부분방전 신호를 신호 취득 장치 및 데이터 취합 장치에서 취합 및 분석하고, 분석결과 생성된 부분방전 분석 데이터를 모니터링 장치로 전송하여 표시함으로써, 원격에서 복수의 변전소의 이상 상태를 감시하고, 신호 검출 센서로부터 출력되는 부분방전 신호를 실시간으로 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법은 데이터 취합 장치 및 모니터링 장치 간의 통신시 IEC 61850 프로토콜을 이용하여 IEC 61850 클라이언트 및 IEC 61850 서버를 포함함으로써, 변경되는 전력 시스템에 대한 확장성 및 호환성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템 및 방법은 장치 간의 데이터 전송 및 저장시 부분방전 신호 데이터를 암호화 규칙에 따라 암호화하여 관리함으로써, 시스템의 보안을 강화할 수 있는 효과가 있다.
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.
10: 초고압 변압기 12: 드레인 밸브
13: 센서 플랜지 100: 신호 검출 센서
200: 신호 취득 장치 205: 보호소자
210: 대역 필터 215: 프리 앰프
220: 신호 감쇄기 225: 로그 앰프
230: 피크 홀더 235: AD 컨버터
240: 디지털 신호 처리부 245: 인터페이스 모듈
300: 데이터 취합 장치 320: 통신부
340: 필터부 360: 신호 분석부
380: 저장부 400: 모니터링 장치
500: IEC 61850 서버 600: IEC 61850 클라이언트

Claims (17)

  1. 초고압 변압기의 드레인 밸브에 설치되고, 상기 초고압 변압기에서 발생하는 부분방전 신호를 검출하는 신호 검출 센서;
    상기 신호 검출 센서에서 검출한 부분방전 신호를 취득하여 디지털 신호 형태의 부분방전 신호 데이터로 변환하는 신호 취득 장치;
    상기 신호 취득 장치에서 변환된 부분방전 신호 데이터를 취합하고, 취합한 부분방전 신호 데이터를 분석하여 부분방전 분석 데이터를 생성하는 데이터 취합 장치; 및
    상기 데이터 취합 장치에서 생성한 부분방전 분석 데이터 및 부분방전 신호 데이터를 표시하는 모니터링 장치를 포함하고,
    상기 신호 취득 장치는,
    서지 보호 소자로 구성되어, 신호 검출 센서로부터 수신한 부분방전 신호의 이상 신호에 의한 소자 소손을 방지하는 보호소자;
    상기 보호소자를 통과한 부분방전 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하는 대역 필터;
    상기 대역 필터에서 출력되는 부분방전 신호를 증폭하는 프리 앰프;
    상기 프리 앰프에서 증폭된 부분방전 신호의 진폭을 감소시키는 신호 감쇄기;
    상기 신호 감쇄기에서 출력된 부분방전 신호를 저역 주파수 대역 신호로 변환하는 로그 앰프;
    상기 로그 앰프에서 출력된 부분방전 신호의 피크값을 감시하는 피크 홀더;
    상기 피크 홀더에서 감지한 피크값을 근거로 부분방전 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터;
    상기 AD 컨버터에서 변환된 디지털 신호 형태의 부분방전 신호를 이산신호 형태의 부분방전 신호 데이터로 변환하는 디지털 신호 처리부; 및
    상기 디지털 신호 처리부에서 변환된 부분방전 신호 데이터를 TCP/IP 프로토콜을 통해 상기 데이터 취합 장치에게로 전송하는 인터페이스 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 취득 장치는,
    상기 신호 검출 센서와 동축 케이블로 연결되고, 상시 동축 케이블을 통해 RF 신호 형태의 부분방전 신호를 취득하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터 취합 장치는,
    상기 신호 취득 장치에서 변환된 부분방전 신호 데이터를 변전소별로 취합하고, 상기 부분방전 신호 데이터를 분석하여 이상 신호를 필터링하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 데이터 취합 장치는,
    상기 이상 신호가 발생한 부분방전 신호 데이터를 근거로 결함 종류를 검출하고, 부분방전 신호 데이터 및 결함 종류를 연계하여 부분방전 분석 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터 취합 장치는,
    TCP/IP 프로토콜을 통해 상기 신호 취득 장치로부터 부분방전 신호 데이터를 수신하는 통신부;
    상기 통신부를 통해 수신한 부분방전 신호 데이터를 분석하여 이상 신호를 필터링하는 필터부;
    상기 필터부에서 필터링된 부분방전 신호 데이터의 결함 종류를 검출하고, 부분방전 신호 데이터와 결함 종류를 포함하는 부분방전 분석 데이터를 생성하는 신호 분석부; 및
    상기 신호 분석부에서 생성한 부분방전 분석 데이터를 암호화하여 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 신호 분석부에서 생성한 부분방전 분석 데이터 또는 상기 저장부에 저장된 부분방전 분석 데이터를 상기 모니터링 장치에게로 전송하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 모니터링 장치와 연결되고, 상기 모니터링 장치로부터 수신한 확장 모드버스 프로토콜 메시지를 IEC 61850 프로토콜로 변환하여 전송하는 IEC 61850 클라이언트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 데이터 취합 장치와 연결되고, 상기 IEC 61850 클라이언트 또는 집중 원격감시제어 시스템으로부터 수신한 메시지를 확장 모드버스 프로토콜로 변환하여 상기 데이터 취합 장치에게로 전송하는 IEC 61850 서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 시스템.
  10. 신호 검출 센서에 의해, 초고압 변압기에서 발생하는 부분방전 신호를 검출하는 단계;
    신호 취득 장치에 의해, 상기 검출한 부분방전 신호를 취득하여 부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계;
    데이터 취합 장치에 의해, 상기 변환된 부분방전 신호 데이터를 취합하여 분석하는 단계;
    상기 데이터 취합 장치에 의해, 상기 분석하는 단계의 분석 결과 이상 신호가 발생하면 상기 취합한 부분방전 신호 데이터를 분석하여 부분방전 분석 데이터를 생성하는 단계; 및
    모니터링 장치에 의해, 상기 부분방전 분석 데이터 및 부분방전 신호 데이터를 표시하는 단계를 포함하고,
    상기 부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계는,
    보호소자를 통과한 부분방전 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계;
    대역 필터에서 출력되는 부분방전 신호를 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 부분방전 신호의 진폭을 감소시키는 단계;
    상기 진폭이 감소된 부분방전 신호를 저역 주파수 대역 신호로 변환하는 단계;
    상기 저역 주파수 대역 신호로 변환된 부분방전 신호의 피크값을 근거로 부분방전 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 디지털 신호 형태의 부분방전 신호를 이산신호 형태의 부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계는,
    상기 변환된 부분방전 신호 데이터를 TCP/IP 프로토콜을 통해 상기 데이터 취합 장치에게로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 부분방전 신호 데이터를 취합하여 분석하는 단계는,
    상기 부분방전 신호 데이터로 변환하는 단계에서 변환된 부분방전 신호 데이터를 변전소별로 취합하는 단계; 및
    상기 변전소별로 취합된 부분방전 신호 데이터를 분석하여 이상 신호를 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 부분방전 분석 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 부분방전 신호 데이터를 취합하여 분석하는 단계에서 이상 신호가 발생한 부분방전 신호 데이터를 근거로 결함 종류를 검출하는 단계; 및
    상기 검출한 결함 종류 및 부분방전 신호 데이터를 연계하여 부분방전 분석 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 부분방전 분석 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 부분방전 분석 데이터를 상기 모니터링 장치에게로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    IEC 61850 클라이언트에 의해, 상기 모니터링 장치로부터 수신한 확장 모드버스 프로토콜 메시지를 IEC 61850 프로토콜로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    IEC 61850 서버에 의해, 상기 IEC 61850 클라이언트 또는 집중 원격감시제어 시스템으로부터 수신한 IEC 61850 메시지를 확장 모드버스 프로토콜로 변환하여 상기 데이터 취합 장치에게로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고압 변압기의 초고주파 부분방전 진단 방법.
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