KR101864639B1 - Gis 절연 위험도 측정 방법 - Google Patents

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KR101864639B1
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산일전기 주식회사
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Abstract

본 발명은 GIS 절연 상태의 위험도를 측정하여 위험 대처를 통해 전기 사고를 미연에 방지하도록 한 GIS 절연 위험도 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, GIS의 부분방전 신호를 검출하는 다수의 전자파 센서와, 상기 다수의 전자파 센서 중 어느 하나의 전자파 센서를 선택하여 검출된 부분방전 신호를 출력하는 분배기와, 상기 분배기를 통해 선택된 전자파 센서의 부분방전 신호를 전달받아 증폭하여 출력하는 증폭기와, 상기 증폭기를 통해 증폭된 부분방전 신호를 전달받아 노이즈를 제거하는 광대역 필터부 및 협대역 필터부와, 상기 광대역 필터부를 통과한 부분방전 신호를 전달받아 부분방전 유무를 진단하는 광대역 신호처리부와, 상기 협대역 필터부를 통과한 부분방전 신호의 주파수를 변환하는 협대역 주파수 변환부와, 상기 협대역 주파수 변환부를 통해 주파수가 변환된 부분방전 신호를 전달받아 부분방전 유무를 진단하는 협대역 신호처리부와, 상기 광대역 및 협대역 신호처리부로부터 부분방전 진단 결과를 전달받아 분석하여 출력하는 광대역 및 협대역 데이터 처리부와, 상기 광대역 및 협대역 데이터 처리부를 통해 분석된 결과를 전달받아 주파수, 위상 및 방전량 크기에 따라 부분방전의 종류와 함께 절연 위험도를 측정하는 절연 위험도 측정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

GIS 절연 위험도 측정 방법{Method of Insulation Risk in GIS}
본 발명은 GIS(가스절연부하개폐장치) 절연 위험 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 부분방전의 종류에 따른 위험도를 측정하여 위험 대처 및 자산관리를 효율적으로 진행하도록 한 GIS 절연 위험도 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
1992년과 2003년에 각각 발생한 미국의 캘리포니아, 뉴욕 및 캐나다 정전사태는 전력산업구조 개편 이후 투자기피에 따른 설비의 노후화에 의한 원인이 가장 컸으며 국내에서도 전력산업이 경제 전반에 걸쳐 미치는 영향이 더욱 커지고 있어, 초대형 자연재해 및 인적재해로 인하여 전기공급이 장시간 동안 중단되는 등의 사고를 미연에 방지하기 위하여 신뢰성 있는 전기공급이 그 어느 때보다 중요한 의미를 가지고 있다.
국내 발·변전소에는 대부분 GIS(가스절연부하개폐장치)를 사용하고 있다. GIS는 단로기, 모선, 접지장치, 변성기 등을 금속제함에 수납하고 충전부를 SF6가스로 절연시킨 종합 개폐장치, 즉 기존 변전소에 단로기, 피뢰기, 차단기 등이 따로 있던 것을 하나의 시스템으로 통합한 것으로서, 절연성능이 뛰어나 이전의 개방형보다 안전할 뿐 아니라 설치면적도 대폭 줄일 수 있다. 따라서 현재 대부분의 변전소에서 GIS로 신설 및 교체되어 가고 있으며 계통 사용전압의 승압에 따라 800kV급 GIS까지 확대 운전 중에 있다.
이러한 GIS는 사용이 확대됨에 따라 최근 10여 년간 전체 변전설비 고장 중 약 11%가 GIS와 관련되어 발생하였으며 그 건수 또한 증가 추세에 있다.
따라서 GIS와 관련 사고예방과 안정된 운영을 위하여 신뢰성이 보장되는 보수관리 및 상시 절연진단 기술 확보가 필요하다. 반면 GIS는 충전부가 밀봉되어 있기 때문에 내부에서 발생한 미세한 열화 상태를 진단하기 어렵다는 단점이 있어 기존의 휴대용 점검장비에 의한 열화부분 탐지는 지속적인 감시의 어려움과 감전사고의 위험등으로 그 적용이 어렵다.
이러한 이유로 최근에는 상시 감시장치의 구현을 통하여 GIS의 열화부분을 진단하는 방법이 이용되고 있다. 특히 부분 방전 시 발생하는 전자파 신호를 측정하여 가스절연 전력기기의 상태를 감시하는 기술은 부분방전량의 측정범위가 넓고 이상 발생위치 및 결함의 위치 및 원인의 추정이 가능하여 세계적으로 연구관심 대상이 되는 분야이다.
이러한 GIS의 부분방전의 검출 및 원인진단을 위한 시스템은 개략적으로 GIS로부터 전자파를 측정하는 센서, 센서로부터 전달받은 아날로그 신호로부터 노이즈를 제거하고 원하는 주파수 대역만을 통과시키며 일정한 형태의 신호로 가공하는 아날로그처리부, 아날로그처리부로부터 전달받은 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털부 및 상기 디지털 신호를 분석 및 진단하는 중앙시스템으로 구성되어 있는 것이 일반적이다.
한편, 부분방전에 의한 전자기 신호는 매우 작기 때문에 부분방전의 원인을 신뢰성있는 분석 결과를 얻기 위해서는 센서로부터 얻은 전기적 데이터에서 외부 잡음을 최대한 제거하여야 하고, 신경망회로 이론 또는 퍼지이론 등을 적절하게 적용하여 패턴을 인식하거나 부분방전에 의한 전자기파의 패턴이 각 원인별 기준패턴과 일치할 확률을 산출하는 등 적절한 패턴인식방법을 적용하여야 한다.
기존에는 잡음을 걸러내기 위하여 노이즈를 측정하는 센서를 별도로 구비하여 GIS 내부 측정 센서에서 얻은 신호로부터 상기 노이즈 신호를 제거하고, 이 후 대역통과 필터를 사용하여 관심외의 대상인 주파수 대역을 걸러내는 방식이 사용되어 왔다.
또한, 측정된 전자파를 분석하는 방법으로는 파형패턴분석에 의한 부분방전 분석기법인 PRPD(Phase resolved partial discharge) 방식, 즉 위상과 크기 두 가지 요소를 바탕으로 파형의 패턴을 분석하는 방법이 사용되었다.
그러나 종래에는 전자파의 위상과 크기를 활용하여 부분방전의 종류와 방전량을 측정하였지만, 부분방전 종류와 방전량만으로는 절연의 열화가 얼마나 진전되었는지 얼마나 위험한지에 대해서 알 수가 없어 유지보수 시점이나 자산관리 입안 등 위험 대처 능력이 떨어졌다.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-0441951호(2004. 07. 16); 배전선로의 가스절연 고전압 개폐장치의 부분방전 위험도평가방법 및 그 장치
(특허문헌 2) 등록특허공보 제10-0757075호(2007. 09. 23); 가스절연 개폐장치의 부분방전 검출장치
(특허문헌 3) 등록특허공보 제10-1045095호(2011. 06.22); 가스절연 차단기 고장 예방 진단 시스템의 다이나믹 인터페이스
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 300~1500MHz 대역의 전자파 센서로부터 광대역 및 협대역 방식으로 측정된 전자파 신호를 방전량 크기(Q), 주파수(F) 및 위상(Φ)에 따라 부분방전을 Φ-F-Q2 분포로 분석함으로써 GIS 결함 종류에 따라 절연 상태의 위험도를 단계별로 평가하여 위험 대처를 통해 전기 사고를 미연에 방지하도록 한 GIS 절연 위험도 측정 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 GIS 절연 위험도 측정 시스템은 GIS의 부분방전 신호를 검출하는 다수의 전자파 센서와, 상기 다수의 전자파 센서 중 어느 하나의 전자파 센서를 선택하여 검출된 부분방전 신호를 출력하는 분배기와, 상기 분배기를 통해 선택된 전자파 센서의 부분방전 신호를 전달받아 증폭하여 출력하는 증폭기와, 상기 증폭기를 통해 증폭된 부분방전 신호를 전달받아 노이즈를 제거하는 광대역 필터부 및 협대역 필터부와, 상기 광대역 필터부를 통과한 부분방전 신호를 전달받아 부분방전 유무를 진단하는 광대역 신호처리부와, 상기 협대역 필터부를 통과한 부분방전 신호의 주파수를 변환하는 협대역 주파수 변환부와, 상기 협대역 주파수 변환부를 통해 주파수가 변환된 부분방전 신호를 전달받아 부분방전 유무를 진단하는 협대역 신호처리부와, 상기 광대역 및 협대역 신호처리부로부터 부분방전 진단 결과를 전달받아 분석하여 출력하는 광대역 및 협대역 데이터 처리부와, 상기 광대역 및 협대역 데이터 처리부를 통해 분석된 결과를 전달받아 주파수, 위상 및 방전량 크기에 따라 부분방전의 종류와 함께 절연 위험도를 측정하는 절연 위험도 측정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 GIS 절연 위험도 측정 방법은 다수의 전자파 센서를 이용하여 부분방전 신호를 검출하는 단계: 상기 각 전자파 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 각각 입력받아 광대역 및 협대역 방식으로 부분방전 신호를 진단하는 단계; 상기 광대역 및 협대역 방식으로 진단된 부분방전 신호 중 기준 주파수에서 앞뒤의 일정 주파수를 합하여 부분방전의 종류를 분석하는 단계; 상기 부분방전의 종류에 따라 위상, 주파수, 방전량을 산출하여 부분방전의 위험도 레벨을 측정하는 단계; 상기 측정된 부분방전의 위험도 레벨과 기준레벨을 비교하여 위험도 레벨을 판단하는 단계; 상기 위험도 레벨이 상기 기준레벨보다 작으면 측정된 부분방전 신호를 다수개로 등분하여 주파수 특성값을 산출하고 각 부분방전의 방전함수 값과 연산하여 계측 값의 차이변화를 측정하여 위험도 레벨을 재판단하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 GIS 절연 위험도 측정 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 전자파 센서로부터 측정된 전자파의 주파수, 위상, 방전량 크기를 광대역 및 협대역 방식으로 부분방전을 진단 및 분석함으로써 기존 방전량 크기와 부분방전 종류 이외에 GIS 절연 상태의 열화정도 및 위험도를 측정하여 위험 대처를 통해 전기 사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 GIS 절연 위험도 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도
도 2는 위상과 방전량 크기와 관계를 나타낸 그래프
도 3은 위상, 방전량 크기 및 주파수의 관계를 나타낸 그래프
도 4는 도 3의 위상과 방전량 크기의 관계를 나타낸 도면
도 5는 주파수와 방전량 크기의 관계를 나타낸 도면
도 6은 위상에 따른 방전량 크기를 나타낸 도면
도 7은 부분방전의 형상에 따른 부분방전 종류를 확정하기 위한 기준 도형을 나타낸 도면
도 8은 하변의 폭 변화량과 높이 변화량에 따른 값을 나타낸 도면
도 9는 하변의 폭과 높이 변화량과 각도와 상변의 폭 변화량에 따른 값을 나타낸 도면
도 10은 각도 변화량, 폭 변화량, 높이 변화량을 근거로 해당되는 위치 선정 및 값을 나타낸 그래프
도 11은 주파수를 5등분하여 나타낸 그래프
도 12는 기본 주파수를 근거로 ±3의 주파수를 합하여 위상과 주파수에 따른 방전량 관계를 나타낸 그래프
도 13은 본 발명에 의한 GIS 절연 위험도 측정 방법을 설명하기 위한 순서도
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 GIS 절연 위험도 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
본 발명에 의한 GIS 절연 위험도 측정 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, GIS의 부분방전 신호를 검출하는 다수의 전자파 센서(110)와, 상기 다수의 전자파 센서(110) 중 어느 하나의 전자파 센서를 선택하여 검출된 부분방전 신호를 출력하는 분배기(120)와, 상기 분배기(120)를 통해 선택된 전자파 센서(110)의 부분방전 신호를 전달받아 증폭하여 출력하는 증폭기(130)와, 상기 증폭기(130)를 통해 증폭된 부분방전 신호를 전달받아 노이즈를 제거하는 광대역 필터부(140) 및 협대역 필터부(150)와, 상기 광대역 필터부(140)를 통과한 부분방전 신호를 전달받아 부분방전 유무를 진단하는 광대역 신호처리부(160)와, 상기 협대역 필터부(150)를 통과한 부분방전 신호의 주파수를 변환하는 협대역 주파수 변환부(170)와, 상기 협대역 주파수 변환부(170)를 통해 주파수가 변환된 부분방전 신호를 전달받아 부분방전 유무를 진단하는 협대역 신호처리부(180)와, 상기 광대역 및 협대역 신호처리부(160, 180)로부터 부분방전 진단 결과를 전달받아 분석하여 출력하는 광대역 및 협대역 데이터 처리부(190, 200)와, 상기 광대역 및 협대역 데이터 처리부(190, 200)를 통해 분석된 결과를 전달받아 주파수, 위상 및 방전량 크기에 따라 부분방전의 종류와 함께 절연 위험도를 측정하는 절연 위험도 측정부(210)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 분배기(120)는 다수의 전자파 센서(110) 중 선택된 하나를 제외한 나머지의 전자파 센서(110)에서 검출된 부분방전 신호를 순환하면서 상기 증폭기(130)에 공급한다.
상기 분배기(120)는 스위치로서, RF 스위치를 포함할 수 있다. 상기 분배기(120)는 외부의 제어 신호를 인가받아 동작하면서 상기 다수의 전자파 센서(110)를 순환하면서 스위칭하여 상기 전자파 센서(110)로부터 검출된 부분방전 신호를 상기 증폭기(130)로 전달한다.
상기 광대역 신호처리부(160)는 UHF 분석을 통해 부분 방전을 진단하는 기술로서, 300MHz~1.5GHz 범위의 전자파 신호 중 부분방전을 진단한다.
또한, 상기 협대역 신호처리부(180)는 UHF 분석을 통해 부분방전을 진단하는 기술에 있어서, 전체 주파수 대역을 10MHz 대역으로 분할하여 부분방전을 진단한다. 한편, 상기 전체 주파수 대역을 10MHz 대역으로 분할하여 설명하고 있지만, 1~100MHz 대역으로 분할하여 부분방전을 진단할 수 있다.
상기 광대역 신호처리부(160)는 300MHz~1.5GHz 범위로 부분방전을 진단하고, 상기 협대역 신호처리부(180)는 전체 주파수 대역을 10MHz 대역으로 분할한 후 노이즈 대역만 제거하고 부분방전을 진단한다.
상기 광대역 신호처리부(160) 및 협대역 신호처리부(180)를 통해 걸러진 부분방전 신호는 PRPD, PRPS 분석과 GIS내 전기설비, 각 종 부품에서 발생 가능한 부분방전 유형 데이터베이스를 사용하는 패턴분석 알고리즘을 통해 설비 내 부분방 전의 유형 및 발생여부를 진단할 수 있다.
상기 광대역 및 협대역 신호처리부(160, 180)는 위상(Φ)-주파수(F)-방전량 크기(Q2) 기반으로 부분방전을 분석한다.
여기서, 상기 방전량 크기는 검출된 부분방전 신호 중에서 비교적은 작은 신호에 대해서는 노이즈라고 판단하여 상쇄하고 큰 신호에 대해서는 증폭하여 부분방전의 진단을 보다 원활하게 진행할 수 있도록 한다.
즉, 도 2는 위상과 방전량 크기의 관계를 나타낸 그래프로서, 도 2에서와 같이, 일정한 주기를 갖는 위상에 따라 방전량 크기가 다르게 나타난다. 이때 기준치를 설정하여 기준치를 초과한 경우에 방전량 크기를 계산하여 부분방전을 진단한다.
또한, 도 3은 위상, 방전량 크기 및 주파수의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 4는 도 3의 위상과 방전량 크기의 관계를 나타낸 도면이며, 도 5는 주파수와 방전량 크기의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3에서와 같이, 위상에 따라 특정 형태의 방전량 크기를 나타내는 파형이 발생하고 주파수에 따라 기준 방전량 크기와 함께 방전량 크기가 각각 나타난다.
즉, 도 4에서와 같이, 특정 형태의 파형을 분석하면 삼각형 형태를 갖게 되는데, 0~180°의 위상과 180~360°의 위상에서 서로 다른 크기의 삼각형 형태를 갖는 방전량 크기가 검출된다. 이때 큰 삼각형 형태를 갖는 경우에는 작은 삼각형보다 많은 부분방전이 발생하여 방전량 크기가 크다는 것을 알 수가 있다.
또한, 도 5에서와 같이, 0~500MHz의 주파수와 500MHz~1.5GHz의 주파수 내에서는 두 가지의 형태의 부분방전 신호가 검출되어 그 방전량 크기도 상이함을 알 수 있다.
따라서 다수의 전자파 센서를 통해 검출된 부분방전 신호에 대해서 광대역 및 협대역 방식으로 부분방전 신호를 진단하고 위상 및 주파수에 의해 방전량 크기를 분석하여 절연 위험도를 분석할 수가 있다.
본 발명에 의한 GIS 절연 위험도를 측정하기 위한 부분방전의 분석방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6은 위상에 따른 방전량을 나타낸 도면이다.
도 6에서와 같이, 일정한 주기를 갖는 위상을 양의 반주기, 음의 반주기로 분리하여 600초 시간동안 부분방전의 누적을 통해 부분방전 형상을 확정하고, 부분방전의 기준 형상에 따라 확정된 부분방전의 형상 폭(상변의 폭(U), 하변의 폭(D)), 높이(H), 각도(θ)를 비교하여 부분방전 종류를 확정한다.
이때 위상에 따른 방전량 크기는 삼각형 형태와 사다리꼴 형태 중 어느 하나의 형태를 갖게 되는데, 기준 형상에 따라 방전량 크기의 변화 형태를 분석하여 이하에서 설명하는 부분방전의 종류를 확정한다.
도 7은 부분방전의 형상에 따른 부분방전 종류를 확정하기 위한 기준 도형을 나타내고 있다.
도 7에서와 같이, 높이 변화량(H)은 다음 높이 값(Hn +1) - 현재 높이 값(Hn)으로 나타낼 수 있다. 즉, 높이 변화량은 다음의 수학식 1로 나타낸다.
Figure 112016126902113-pat00001
또한, 하변의 폭 변화량(D)은 다음 높이 값(Dn +1) - 현재 높이 값(Dn)으로 다음의 수학식 2로 표현된다.
Figure 112016126902113-pat00002
또한, 상변의 폭 변화량(U)은 다음 높이 값(Un+1) - 현재 높이 값(Un)으로 다음의 수학식 3으로 표현된다.
Figure 112016126902113-pat00003
그리고 각도 변화량(θ)은 다음 높이 값(θn +1) - 현재 높이 값(θn)으로 다음의 수학식 4로 표현된다.
Figure 112016126902113-pat00004
상기와 같이 얻어진 상하의 폭(U,D), 높이(H), 각도(θ)에 변화에 따라 해당되는 위치를 선정 및 값을 얻는다.
즉, 도 8은 하변의 폭 변화량과 높이 변화량에 따른 값을 나타낸 도면이다.
도 8과 같이 하변 폭(D)과 높이(H)의 변화에 따라 총 9개의 값을 구한다.
즉, 기준 형태와 변화된 형태를 비교하여 하변의 폭과 높이가 모두 증가(+)할 경우에 “1”, 하변의 폭은 동일하고 높이가 증가할 경우에는 “2”, 하변의 폭이 감소하고 높이가 증가할 경우에는 “3”, 하변의 폭이 증가하고 높이가 동일한 경우에는 “4”, 하변의 폭과 높이가 모두 변화가 없을(0) 경우에 “5”, 하변의 폭이 감소하고 높이가 동일한 경우에는 “6”, 하변의 폭이 증가하고 높이가 감소한 경우에는 “7”, 하변의 폭이 동일하고 높이가 감소한 경우에는 “8”, 하변의 폭과 높이가 모두 감소(-)할 경우에 “9”의 값을 부여한다.
도 9는 하변의 폭과 높이 변화량과 각도와 상변의 폭 변화량에 따른 값을 나타낸 도면이다.
도 9에서와 같이, 도 8에서 구해진 9가지의 값과 더불어 상변의 폭 및 각도 변화량에 따라 총 27개의 데이터 값을 획득한다.
즉, 하변의 폭과 높이가 모두 증가(1)하고 각도 및 상변의 폭이 모두 증가하는 경우에 “A", 하변의 폭과 높이가 모두 동일(5)하고 각도 및 상변의 폭이 동일한 경우에 ”N", 하변의 폭과 높이가 모두 감소(9)하고 각도 및 상변의 폭이 모두 감소한 경우에 “Ω”의 값을 부여한다.
이와 같이 높이 및 하변의 폭의 변화량에 따라 구해진 9가지의 값과 함께 각도 및 상변의 폭 변화량에 따라 증가, 동일, 감소로 하여 총 27가지의 위치별 위험도를 평가한다.
즉, 부분방전의 형상에 따라 높이, 각도, 상변의 폭, 하변의 폭 변화량을 벡터로 구현하고, 상기 벡터의 절대값 크기와 변화량과, 벡터의 변화 위치에 따라 총 27가지의 위치별 위험도를 평가한다
도 10은 각도 변화량, 폭 변화량, 높이 변화량을 근거로 해당되는 위치 선정 및 값을 나타낸 그래프이다.
즉, 도 10에서와 같이, 각도, 상 및 하변의 폭, 높이의 변화량에 따라 벡터(
Figure 112016126902113-pat00005
)을 구한다. 이때 벡터의 절대값(
Figure 112016126902113-pat00006
)은 신호크기(Vp-p)와 동일하고 이를 근거로 위험도 상태를 평가한다. 따라서 각도, 상 및 하변의 폭, 높이의 변화량에 따라 벡터(
Figure 112016126902113-pat00007
)를 구하여 전체 증분량이 위치하는 방향 및 값을 알 수가 있다.
아래의 표 1과 같이 신호의 크기(Vp-p) 및 신호 방향에 따라 위험도 레벨을 다섯 단계로 설정 즉, 안전, 관심, 주의, 경고, 위험으로 분류할 수 있다.
위험도 상태 신호의 크기 신호 방향
Level #0 안전 Vp-p<기준*0.5 Ω외 4EA
Level #1 관심 Vp-p<기준*1.0 N외 15EA
Level #2 주의 Vp-p<기준*2.0 L외 5EA
Level #3 경고 Vp-p<기준*3.0 A외 5EA
Level #4 위험 Vp-p<기준*4.0 A외 5EA
여기서, 위험도 상태는 신호크기 또는 신호방향으로 나타난다.
※ 신호크기 Vp-p = |
Figure 112016126902113-pat00008
|
표 1에서와 같이, 신호의 크기가 기준 값에 특정 값을 곱하여 비교한 결과를 근거로 5단계로 위험도 상태를 나타내고, 각도 및 상변의 폭이 모두 감소한 경우에 “Ω”의 값이 4개 이하일 경우에는 안전, 하변의 폭과 높이가 모두 증가하고 각도 및 상변의 폭이 모두 증가하는 "A"가 3개 이상일 경우에 위험을 각각 나타내어 각 5가지의 레벨로 위험도 상태를 나타내게 된다.
이어서, 광대역 및 협대역 신호처리부에서 출력된 주파수 측정값을 근거로 5등분하고 각 등분이 가지는 상대적인 크기를 자신의 방전 행렬로 구한다.
상기 방전 행렬에 절연 결함의 종류에 따른 특성 행렬을 연산하여 계측값을 계산하고 계산된 계측값이 기준치의 몇 배수에 속하는지를 평가하여 GIS 절연 위험도를 평가한다.
도 11은 주파수를 5등분하여 나타낸 그래프이다.
도 11에서와 같이, 5등분한 주파수 측정값에 대한 각 구간별로 비율 값을 산출한다.
상기 5등분의 구간 즉, Ф1, Ф2, Ф3, Ф4, Ф5의 구간의 등분하여 각 구간에 대한 비율 값을 산출한다.
예를들면, Ф1의 구간에 대한 비율 값은 [Ф1/Ф2], [Ф1/Ф3], [Ф1/Ф4], [Ф1/Ф5], [Ф1/Ф2+Ф3], [Ф1/Ф4+Ф5], [Ф1/Ф2+Ф3+Ф4+Ф5], [Ф1/Ф1+Ф2+Ф3+Ф4+Ф5]를 통하여 총 8개의 비율 값을 산출한다. 이와 같은 방식으로 Ф2, Ф3, Ф4, Ф5 구간에 대해서 각각 8개씩 비율 값을 산출한다.
이어서, 상기 산출된 각 구간에 대한 비율 값을 근거로 주파수 특성 값(
Figure 112016126902113-pat00009
)을 산출한다. 아래의 수학식 5는 주파수 특성 값을 산출하는 방법을 나타낸다.
Figure 112016126902113-pat00010
여기서, a1=[Ф1/Ф2], a2=[Ф1/Ф3], a3=[Ф1/Ф4], a4=[Ф1/Ф5], b1=[Ф1/Ф2+Ф3], b2=[Ф1/Ф4+Ф5], c1=[Ф1/Ф2+Ф3+Ф4+Ф5], d1= [Ф1/Ф1+Ф2+Ф3+Ф4+Ф5]이다.
상기와 같은 방식으로 각 구간에 대한 주파수 특성 값인
Figure 112016126902113-pat00011
,
Figure 112016126902113-pat00012
,
Figure 112016126902113-pat00013
,
Figure 112016126902113-pat00014
을 구한다.
이어서, 상기 각 구간에 대한 주파수 특성 값과 함께 부분방전의 종류별의 방전함수를 합하여 각 구간에 대한 위험도 레벨을 설정한다. 이때 각 구간에 대한 위험도 레벨은 총 5레벨로 구분 즉, 안전, 관심, 주의, 경고, 위험 레벨로 설정되는데, 각 구간의 주파수 특성 값과 방전함수를 합하여 구해진 신호의 크기(Ф(f))와 각 위험도별로 마련된 기준 값을 비교하여 위험도 레벨을 설정한다.
한편, 각 부분방전의 종류는 보이드, 코로나, 플로팅, 서페이스로 구분되는데 각 방전함수를 설정되어 있다.
예를 들면,
Figure 112016126902113-pat00015
측정된 부분 방전 신호를 받아 주파수와 위상에 따라 5등분 한 후 합산하여 부분방전을 분석한다.
도 11과 같이 주파수에 따라 부분방전을 5등분하고, 상기 5등분된 값들을 연산을 통해 합산한다.
부분방전의 종류는 보이드(void), 코로나(corona), 플로팅(floating), 서페이스(surface)이다.
여기서, 보이드 방전함수 값(
Figure 112016126902113-pat00016
은 현재 방전량 크기(
Figure 112016126902113-pat00017
)-이전의 방전량 크기(
Figure 112016126902113-pat00018
)이다. 이를 수학식 6으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112016126902113-pat00019
위험도 상태 신호의 크기
Level #0 안전 Ф(f)<기준*0.1
Level #1 관심 Ф(f)<기준*0.333
Level #2 주의 Ф(f)<기준*0.7
Level #3 경고 Ф(f)<기준*1.0
Level #4 위험 Ф(f)<기준*1.0
그리고 기준주파수를 근거로 부분방전의 종류를 분석할 수 있는데, 기준 주파수에 ±3의 주파수를 합하여 부분방전 종류를 분석하고 각 부분방전 종류에 따라 %와 함께 주파수 대역을 표기한다. 예를 들면 부분방전 비율은 코로나가 90%(0.5~0.7GHz), 파티클 10%(1.2GHz~1.35GHz)이다.
즉, 상기 주파수 대역을 기준 주파수(Fn)를 중심으로 상하 ±3단계(Fn = Fn-2 + Fn+1 + Fn + Fn+1 + Fn+2)를 누적한 값을 기준으로 하여 분석하고, 상기 부분방전 종류 인식율(코로나 90%(0.5~0.7G), 파티클 10%(1.2~1.35G))을 주파수별 누적 대비로 평가한다.
도 12는 기본 주파수를 근거로 ±3의 주파수를 합하여 위상과 주파수에 따른 방전량 관계를 나타낸 그래프이다.
도 12에서와 같이, 기본 주파수를 100MHz로 설정할 경우에 100MHz을 기준으로 110, 120, 130의 주파수와 90, 80, 70의 주파수 대역에 대한 부분방전을 분석하여 부분방전의 종류를 판별하고 그 종류별로 비율을 산출하게 된다.
한편, 기준 주파수에 대한 방전량을 통해 부분방전 종류를 분석할 경우에 그 기준 주파수를 벗어날 경우에 보다 정확한 부분방전 종류를 분석할 수가 없기 때문에 기준 주파수를 근거로 ±3의 주파수를 합하여 분석함으로써 부분방전의 종류를 보다 명확하게 분석할 수가 있다.
도 13은 본 발명에 의한 GIS 절연 위험도 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명에 의한 GIS 절연 위험도 측정 방법은 도 13에 도시된 바와 같이, 다수의 전자파 센서를 이용하여 부분방전 신호를 검출한다(S110).
이어서, 상기 각 전자파 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 각각 입력받아 광대역 및 협대역 방식으로 부분방전 신호를 진단한다(S120).
이어서, 상기 광대역 및 협대역 방식으로 진단된 부분방전 신호 중 기준 주파수에서 앞뒤의 일정 주파수를 합하여 부분방전의 종류를 분석한다(S130).
이어서, 상기 부분방전의 종류에 따라 위상, 주파수, 방전량을 산출하여 부분방전의 위험도 레벨을 측정한다(S140).
이어서, 상기 측정된 부분방전의 위험도 레벨과 기준레벨을 비교하여 위험도 레벨을 판단한다(S150).
그리고 상기 위험도 레벨이 상기 기준레벨보다 작으면 측정된 부분방전 신호를 다수개로 등분하여 주파수 특성값을 산출하고 각 부분방전의 방전함수 값과 연산하여 계측 값의 차이변화를 측정하여 위험도 레벨을 재판단한다(S160).
여기서, 상기 다수의 전자파센서에서 검출된 부분방전 신호는 하나의 부분방전 신호씩 분배된다.
상기 부분방전 측정값에 따라 300~1500MHz 대역의 전자파 신호를 방전량 크기(Q), 주파수(F) 및 위상(Φ)인 Φ-F-Q2 분포로 분석한다.
또한, 상기 부분방전 위험도 레벨 측정은 상기 위상을 양의 반주기와 음의 반주기로 분리하고 일정시간 동안 누적하여 부분방전의 형상을 확정하고 기준형상과 비교하여 실시한다.
또한, 상기 부분방전의 형상은 삼각 또는 사다리꼴 형상으로 확정하고 상기 기준형상과 높이, 각도, 상변의 폭, 하변의 폭 변화량을 산출하여 부분방전의 종류에 따라 절연 위험도를 분석한다.
상기 부분방전의 형상에 따라 높이, 각도, 상변의 폭, 하변의 폭 변화량을 벡터로 구현하고, 상기 벡터의 절대값 크기의 변화량과, 벡터의 변화 위치에 따라 총 27가지의 위치별 위험도를 평가한다.
상기 주파수의 분포를 5등분하고 각 등분이 가지는 상대적인 크기를 자신의 방전 행렬로 가지고 있고, 상기 방전 행렬에 절연 결함 종류에 따른 특성 행렬을 연산하여 계측값을 계산하고, 계산된 계측값이 기준치의 몇 배수에 속하는지를 평가하여 GIS 절연 위험도를 평가한다.
한편, 상기 광대역의 단일 신호를 가지고 주파수 대역별로 부분방전의 종류를 분석한다.
또한, 상기 주파수 대역을 기준 주파수(Fn)를 중심으로 상하 ±3단계(Fn = Fn-2 + Fn+1 + Fn + Fn+1 + Fn+2)를 누적한 값을 기준으로 하여 분석하고, 상기 부분방전 종류 인식율(코로나 90%(0.5~0.7G), 파티클 10%(1.2~1.35G))을 주파수별 누적 대비로 평가한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명 의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110 : 전자파 센서 120 : 분배기
130 : 증폭기 140 : 광대역 필터부
150 : 협대역 필터부 160 : 광대역 신호처리부
170 : 협대역 주파수 변환부 180 : 협대역 신호처리부
190 : 광대역 데이터 처리부 200 : 협대역 데이터 처리부
210 : 절연 위험도 측정부

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 다수의 전자파 센서를 이용하여 부분방전 신호를 검출하는 단계:
    상기 각 전자파 센서로부터 검출된 부분방전 신호를 각각 입력받아 광대역 및 협대역 방식으로 부분방전 신호를 진단하는 단계;
    상기 광대역 및 협대역 방식으로 진단된 부분방전 신호 중 기준 주파수에서 앞뒤의 일정 주파수를 합하여 부분방전의 종류를 분석하는 단계;
    상기 부분방전의 종류에 따라 위상, 주파수, 방전량을 산출하여 부분방전의 위험도 레벨을 측정하는 단계;
    상기 측정된 부분방전의 위험도 레벨과 기준레벨을 비교하여 위험도 레벨을 판단하는 단계;
    상기 위험도 레벨이 상기 기준레벨보다 작으면 측정된 부분방전 신호를 다수개로 등분하여 주파수 특성값을 산출하고 각 부분방전의 방전함수 값과 연산하여 계측 값의 차이변화를 측정하여 위험도 레벨을 재판단하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 GIS 절연 위험도 측정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 다수의 전자파 센서에서 검출된 부분방전 신호는 하나의 부분방전 신호씩 분배되는 것을 특징으로 하는 GIS 절연 위험도 측정 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 부분방전 위험도 레벨 측정은 상기 위상을 양의 반주기와 음의 반주기로 분리하고 일정시간 동안 누적하여 부분방전의 형상을 확정하고 기준형상과 비교하여 실시하는 것을 특징으로 하는 GIS 절연 위험도 측정 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 검출된 부분방전의 신호에 따라 300~1500MHz 대역의 전자파 신호를 방전량 크기(Q), 주파수(F) 및 위상(Φ)인 Φ-F-Q2 분포로 분석하는 것을 특징으로 하는 GIS 절연 위험도 측정 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 부분방전의 형상은 삼각 또는 사다리꼴 형상으로 확정하고 상기 기준형상과 높이, 각도, 상변의 폭, 하변의 폭 변화량을 산출하여 부분방전의 종류에 따라 절연 위험도를 분석하는 것을 특징으로 하는 GIS 절연 위험도 측정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 부분방전의 형상에 따라 높이, 각도, 상변의 폭, 하변의 폭 변화량을 벡터로 구현하고 벡터의 절대값 크기의 변화량과, 벡터의 변화위치에 따라 총 27가지의 위치별 위험도를 평가하는 것을 특징으로 하는 GIS 절연 위험도 측정 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 주파수의 분포를 5등분하고 각 등분이 가지는 상대적인 크기를 자신의 방전 행렬로 가지고 있는 것을 특징으로 하는 GIS 절연 위험도 측정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 방전 행렬에 절연 결함 종류에 따른 특성 행렬을 연산하여 계측값을 계산하고 계산된 계측값이 기준치의 몇 배수에 속하는지를 평가하여 GIS 절연 위험도를 평가하는 것을 특징으로 하는 GIS 절연 위험도 측정 방법.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 광대역의 단일 신호를 가지고 주파수 대역별로 부분방전의 종류를 분석하는 것을 특징으로 하는 GIS 절연 위험도 측정 방법.
  15. 삭제
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