KR101768670B1 - Ｇｉｓ 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법 - Google Patents

Ｇｉｓ 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법은, GIS 각 구조물별 전자파 감쇠율 데이터베이스를 구축하는 단계와, GIS의 탱크별 좌표체계 데이터베이스를 구축하는 단계와, GIS 내부에 부분방전이 발생하는 경우, 부분방전 신호의 크기가 가장 큰 두 개의 센서를 선택하여, 상기 데이터베이스를 이용해 두 센서 사이의 위치추정 알고리즘을 수행하는 단계 및, 알고리즘 결과를 통하여 부분방전이 발생한 탱크의 위치 좌표를 정하여, 부분방전 전원이 발생한 탱크를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

ＧＩＳ 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법{Part discharge position conclusion method of GIS tank}
본 발명은 온라인 GIS 예방진단 시스템의 외부통신방법에 관한 것으로, 특히 GIS를 구성하고 있는 각 구조물별 전자파 신호 감쇠율을 측정하여, GIS 내의 부분방전 발생 시 부분방전 발생 위치를 추정할 수 있는 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법에 관한 것이다.
GIS(Gas Insulated Switchgear)는 고전압의 전력 시스템을 제어하는 중요한 장비로서 GIS의 결함은 대정전을 야기하는 원인의 한 요소로 경제에 막대한 손실을 일으키는 원인이 되기 때문에 이를 사전에 예방할 수 있는 시스템이 필요하다.
GIS 예방진단 시스템은, 절연 가스 누출이나 절연파괴 징후인 부분방전을 측정하여 고장의 발생 요인을 신속하고 정확하게 알려주는 시스템이다.
현재, 신규 170kV급 이상의 GIS에 대해서는 납품 시 부분방전을 측정할 수 있는 내장형 부분방전 센서를 부착하는 것을 의무화 하고 있고, 기존에 설치된 GIS의 경우에도 휴전 계획에 따라 내장형 및 외장형 부분방전 센서를 부착하는 추세에 있을 만큼 GIS 예방진단 기능의 중요성이 날로 높아지고 있다.
또한 GIS 예방진단 시스템의 보급이 점차 많아짐으로써 부분방전에 대한 지식 및 부분방전이 발생하였을 경우 대처 방안 등에 대한 고객의 요구사항이 증대되고 있다.
GIS 예방진단 시스템은 1992년 영국 DMS(Diagnostic Monitoring Systems Ltd.)사에서 최초로 개발하여 적용한 시스템으로서 국내외 GIS 제작사인 SIEMENS, ABB, 현대중공업, 효성중공업, LS산전 등을 비롯하여 다수의 중소 예방진단 업체에서 개발하여 사용되고 있다.
하지만, 모든 GIS 예방진단 시스템은 일시적인 부분방전 현상에 대하여 결함원인 분석 및 진단을 해 주는데 그치고 있고 GIS 내부 구조에 따른 부분방전 신호에 대한 해석 및 부분방전 발생원에 대한 위치 정보 등은 제공하지 않고 있다.
하지만, 단순히 부분방전의 결함 원을 진단하는 방식은 부분방전이 발생하였을 경우 부분방전이 발생한 GIS의 현장 엔지니어가 그 현상만 파악할 뿐이며, 어떻게 대처해야 할지 정확한 방안을 제시하지 못하는 한계가 있다.
예를 들어, 파티클이라고 진단을 한 부분방전이 발생하였을 경우, GIS의 어떤 탱크 내부에 파티클이 존재하는지 정확하게 알 수 없기 때문에 즉각적인 대처를 할 수 없으며, 부분방전 발생 위치를 확인하기 위해서 엔지니어가 외장형 센서 및 오실로스코프를 이용하여 다시 시간과 비용을 투자하여 위치를 측정해야 한다.
이로 인해, 부분방전 위치 추정을 하기 위하여 연간 많은 비용 소비가 추가로 발생되고, 납품된 현장 사이트에서도 부분방전 발생시 위치를 추정할 수 있는 기능을 포함시켜 달라는 요청사항이 계속하여 발생하고 있다.
따라서, 이와 같은 이유 때문에 부분방전 위치 추정 기법의 개발은 반드시 필요한 항목이 되고 있으므로, 본 발명에서는 GIS를 구성하고 있는 각 구조물별 전자파 신호 감쇠율을 측정하고 이를 바탕으로 GIS 내의 부분방전 발생 시 부분방전 발생 위치를 추정할 수 있는 기능을 개발하여 시스템에 적용하는 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 GIS를 구성하고 있는 각 구조물별 전자파 신호 감쇠율을 측정하고 이를 바탕으로 GIS 내의 부분방전 발생 시 부분방전 발생 위치를 추정할 수 있는 기능을 개발하여 시스템에 적용할 수 있는 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법은, (a) GIS 탱크 내부에 부분 방전 발생시, 부분 방전 신호의 크기가 가장 큰 두 개의 센서를 선택하고, 선택된 두 개의 센서를 이용하여 GIS 탱크를 통과하는 부분 방전 신호의 감쇠율들을 측정하는 단계; 및, (b) 상기 (a)단계로부터 두 개의 센서에 의해 각각 측정되는 부분 방전 신호의 감쇠율들 중에서, 두 개의 센서에 의해 각각 측정되는 부분 방전 신호의 감쇠율이 만나는 지점을 GIS 탱크의 부분 방전 위치로 추정하는 단계; 를 포함하여 진행하는 것이다.
또한, 상기 (a)단계에는 GIS 탱크별 전자파 감쇠율 데이터베이스를 구축하는 단계; 를 더 포함하되, 상기 GIS 탱크별 전자파 감쇠율 데이터베이스 구축은, GIS 도면을 이용하여 각 탱크별 위치를 확인하는 단계 및, 위치가 확인된 각 탱크별 상대 좌표를 구축하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (a)단계에는 상기 GIS 탱크별 좌표체계 데이터베이스를 구축하는 단계; 를 더 포함하되, 상기 GIS 탱크별 좌표체계 데이터베이스 구축은, GIS 탱크별 부분 방전 위치의 감쇠율을 측정하는 단계 및, 측정된 감쇠율을 이용해 GIS 탱크별 부분 방전 위치의 감소율 데이터베이스를 구축하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (a)단계에는 GIS 탱크에 두 개의 외장형 UHF 센서 A와 센서 B를 각각 장착한 후, 내장형 센서를 통해 부분방전 발생기로부터 UHF 신호를 GIS 내부로 주입하고, 주입된 신호의 크기는 센서 A와 센서 B 사이의 구간 M을 거치면서 QA(감쇠율을 측정을 위한 GIS 구간 M 직전에 측정된 UHF 신호크기)에서 QB(감쇠율을 측정을 위한 GIS 구간 M을 통과한 UHF 신호크기)로 감쇠하는 부분 방전 신호의 UHF 신호 감쇠율을 측정하는 것이다.
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그리고, 상기 (b)단계에는, 상기 데이터베이스를 이용해 상기 두 센서 사이의 위치추정 알고리즘을 수행하되, 상기 위치추정 알고리즘은 센서 A에서 측정된 신호의 크기를 QA, 센서 B에서 측정된 신호의 크기를 QB라고 하고, 센서 A에서는 센서 B 방향으로 거리에 따라 신호의 크기가 점점 커지는 형태로 표현이 되는 것을 QA(x)라고 하며, 센서 B에서는 센서 A 방향으로 거리에 따라 신호의 크기가 점점 커지는 형태로 표현이 되는 것을 QB(x)라고 할 때, 상기 두 함수 QA(x), QB(x)가 서로 만나는 지점을 GIS 탱크의 부분 방전 위치로 추정할 수 있다.
또한, 상기 (b)단계는, 상기 알고리즘 수행 결과를 통해 부분방전이 발생한 탱크의 위치 좌표를 정하여 부분방전이 발생한 탱크를 결정하되, 센서 A와 센서 B 양단에 n개의 탱크가 설치되어 있고, 각 탱크의 길이를 l 1, l 2, … , l n 이라고 하고 미리 측정하여 데이터베이스로 구축한 감쇠율을 α1, α2, … , αn 라고 할 경우, 각 거리별 감쇠 현상을 직선상으로 표시할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 GIS를 구성하고 있는 각 구조물별 전자파 신호 감쇠율을 측정하고, 이를 바탕으로 GIS 내의 부분방전 발생 시 부분방전 발생 위치를 용이하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법에서 위치 추정 방법의 작업 흐름도를 보여주기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법에서 GIS에 두 개의 외장형 UHF 센서 A와 센서 B를 장착한 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법에서 부분방전 위치 추정 알고리즘의 개요도를 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법에서 GIS 모델을 감쇠율과 거리를 가지는 각 구조물의 집합으로 단순화하여 표현한 것을 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법에서 두 센서 사이의 일반적인 GIS 감쇠 모델을 보여주기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법에서 두 센서 사이의 일반적인 GIS 거리별 감쇠 신호 그래프를 보여주기 위한 신호 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1 내지 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법은, 본 발명의 구성은 GIS의 각 구조물에 대한 신호 감쇠율을 측정하여 데이터베이스를 생성하고, 생성된 감쇠율 데이터베이스를 이용하여 GIS 내에 부분방전 발생시 부분방전 위치를 추정하는 알고리즘을 개발하여 위치를 추정하는 방법에 대하여 구성되어 있다.
본 발명에서는, GIS 탱크의 내부 또는 외부에 UHF(Ultra High Frequency) 센서를 부착하여 부분방전 신호를 취득하여 GIS 내부에 부분방전이 발생하였는지를 확인하는 시스템이다.
그리고, 본 발명에서는 두 센서에 도달하는 부분방전 신호의 크기 차이를 이용하며, 부분방전 신호의 크기는 GIS 탱크를 통과함에 따라 감쇠된다. 따라서 미리 GIS 탱크별 감쇠 패턴을 분석하여 데이터베이스로 만든 다음 이를 활용하는 방식을 사용한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법은, 도 1에 도시한 바와 같이 GIS 탱크별 전자파 감쇠율 데이터베이스를 구축하는 단계(S100)를 진행한다. 여기서, GIS 탱크별 전자파 감쇠율 데이터베이스 구축은 GIS 도면을 이용하여 각 탱크별 위치를 확인하는 단계(S110) 및, 위치가 확인된 각 탱크별 상대 좌표를 구축하는 단계(S120)를 포함할 수 있다.
다음으로, GIS 탱크별 좌표체계 데이터베이스를 구축하는 단계(S200)를 진행한다. 그리고 GIS 탱크별 좌표체계 데이터베이스를 구축은 GIS 탱크별 부분 감쇠율을 측정하는 단계(S210) 및, 측정된 감쇠율을 이용해 GIS 탱크별 부분 방전 위치의 감쇠율 데이터베이스를 구축하는 단계(S220)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 GIS 탱크별 부분 감쇠율을 측정하는 단계(S210)는, GIS에 두 개의 외장형 UHF 센서 A와 센서 B를 각각 장착한 후, 내장형 센서를 통해 부분방전 발생기로부터 UHF 신호를 GIS 내부로 주입한다.
그리고, 주입된 신호의 크기는 센서 A와 센서 B 사이의 구간 M을 거치면서 QA(감쇠율을 측정을 위한 GIS 구간 M 직전에 측정된 UHF 신호크기)에서 QB(감쇠율을 측정을 위한 GIS 구간 M을 통과한 UHF 신호크기)로 감쇠하는 UHF 신호 감쇠율을 측정할 수 있다.
다음으로, GIS 내부에 부분방전이 발생하는 경우, 부분방전 신호의 크기가 가장 큰 두 개의 센서를 선택하여, 상기 데이터베이스를 이용해 상기 두 센서 사이의 위치추정 알고리즘을 수행하는 단계(S300)를 진행한다.
여기서, 두 센서 사이의 위치추정 알고리즘을 수행하는 단계(S300)는, 센서 A에서 측정된 신호의 크기를 QA, 센서 B에서 측정된 신호의 크기를 QB라고 하고, 센서 A에서는 센서 B 방향으로 거리에 따라 신호의 크기가 점점 커지는 형태로 표현이 되는 것을 QA(x)라고 하며, 센서 B에서는 센서 A 방향으로 거리에 따라 신호의 크기가 점점 커지는 형태로 표현이 되는 것을 QB(x)라고 할 때, 부분방전 전원의 위치는, 두 함수 QA(x), QB(x)가 만나는 지점으로 추정할 수 있다.
최종적으로, 알고리즘 수행 결과를 통해 부분방전이 발생한 탱크의 위치 좌표를 정하여, 부분방전이 발생한 탱크를 결정하는 단계(S400)를 진행한다.
즉, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 알고리즘 수행 결과를 통해 부분방전이 발생한 탱크의 위치 좌표를 정하여, 부분방전이 발생한 탱크를 결정하는 단계(S400)는, 센서 A와 센서 B 양단에 n개의 탱크가 설치되어 있고, 각 탱크의 길이를 l 1, l 2, … , l n 이라고 하고, 미리 측정하여 데이터베이스로 구축한 감쇠율을 α1, α2, … , αn 라고 할 경우, 각 거리별 감쇠 현상을 직선상으로 표시할 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 GIS를 구성하고 있는 각 구조물별 전자파 신호 감쇠율을 측정하고, 이를 바탕으로 GIS 내의 부분방전 발생 시 부분방전 발생 위치를 용이하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명에 따른 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
따라서 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.

Claims (6)

  1. (a) GIS 탱크 내부에 부분 방전 발생시, 부분 방전 신호의 크기가 가장 큰 두 개의 센서를 선택하고, 선택된 두 개의 센서를 이용하여 GIS 탱크를 통과하는 부분 방전 신호의 감쇠율들을 측정하는 단계; 및,
    (b) 상기 (a)단계로부터 두 개의 센서에 의해 각각 측정되는 부분 방전 신호의 감쇠율들 중에서, 두 개의 센서에 의해 각각 측정되는 부분 방전 신호의 감쇠율이 만나는 지점을 GIS 탱크의 부분 방전 위치로 추정하는 단계; 를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에는 GIS 탱크별 전자파 감쇠율 데이터베이스를 구축하는 단계; 를 더 포함하되,
    상기 GIS 탱크별 전자파 감쇠율 데이터베이스 구축은, GIS 도면을 이용하여 각 탱크별 위치를 확인하는 단계 및, 위치가 확인된 각 탱크별 상대 좌표를 구축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에는 GIS 탱크별 좌표체계 데이터베이스를 구축하는 단계; 를 더 포함하되,
    상기 GIS 탱크별 좌표체계 데이터베이스 구축은, GIS 탱크별 부분 방전 위치의 감쇠율을 측정하는 단계 및, 측정된 감쇠율을 이용해 GIS 탱크별 부분 방전 위치의 감쇠율 데이터베이스를 구축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (a)단계에는, GIS에 두 개의 외장형 UHF 센서 A와 센서 B를 각각 장착한 후, 내장형 센서를 통해 부분방전 발생기로부터 UHF 신호를 GIS 내부로 주입하고,
    주입된 신호의 크기는 센서 A와 센서 B 사이의 구간 M을 거치면서 QA(감쇠율을 측정을 위한 GIS 구간 M 직전에 측정된 UHF 신호크기)에서 QB(감쇠율을 측정을 위한 GIS 구간 M을 통과한 UHF 신호크기)로 감쇠하는 부분 방전 신호의 UHF 신호 감쇠율을 측정하는 것을 특징으로 하는 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (b)단계에는
    상기 데이터베이스를 이용해 상기 두 센서 사이의 위치추정 알고리즘을 수행하되,
    상기 위치추정 알고리즘은, 센서 A에서 측정된 신호의 크기를 QA, 센서 B에서 측정된 신호의 크기를 QB라고 하고, 센서 A에서는 센서 B 방향으로 거리에 따라 신호의 크기가 점점 커지는 형태로 표현이 되는 것을 QA(x)라고 하며, 센서 B에서는 센서 A 방향으로 거리에 따라 신호의 크기가 점점 커지는 형태로 표현이 되는 것을 QB(x)라고 할 때, 두 함수인 상기 QA(x), QB(x)가 서로 만나는 지점을 GIS 탱크의 부분 방전 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (b)단계는,
    상기 알고리즘 수행 결과를 통해 부분방전이 발생한 탱크의 위치 좌표를 정하여 부분방전이 발생한 탱크를 결정하되,
    센서 A와 센서 B 양단에 n개의 탱크가 설치되어 있고, 각 탱크의 길이를 l1, l2, … , ln 이라고 하고 미리 측정하여 데이터베이스로 구축한 감쇠율을 α1, α2, … , αn 라고 할 경우, 각 거리별 감쇠 현상을 직선상으로 표시하는 것을 특징으로 하는 GIS 탱크 내의 신호 감쇠율을 이용한 부분방전 위치 추정방법.
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