KR101873107B1 - 루프 선로용 역 전력 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반 배전선로와 저압 루프선로가 혼재된 저압루프 시스템의 루프용 변압기의 2차측 상별 전압 및 전류의 측정값을 입력하는 단계, 상기 상별 전압 및 전류의 측정값을 입력하는 단계에 의해 입력되는 상별 전압 및 전류로부터 역방향 유효전력을 계산하는 단계 및 상기 역방향 유효전력을 계산하는 단계에 의해 계산된 역방향 유효전력 값에 따라 역방향 전력의 검출 여부를 판단하는 단계를 포함하는 루프 선로용 역 전력 검출방법 및 검출 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 루프선로 시스템에서 루프용 변압기에서 역방향 전력을 정확하게 검출하여 이를 차단시킬 수 있게 한다.

Description

루프 선로용 역 전력 검출방법{METHOD FOR DETECTING REVERSE POWER OF LOOP SYSTEMS}

본 발명은 저압루프 시스템에서 발생되는 역방향 전력을 검출하여 차단하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 저압루프 시스템에서 역방향 전력을 차단하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 도 1과 같이 저압루프 선로와 일반 배전선로가 혼재되어 있는 경우, 일반선로에서 지락고장(13) 발생시, 변전소(11) 및 리클로저(12, recloser)에 의해 공급선로가 차단된다.

이때, 전원측 공급선로에서는 차단이 되지만 타선로를 통해서 저압루프 선로를 통해서 역 가압되어 계속적으로 전력을 공급하게 된다.

이 경우, 계통의 파급 고장과 설비 피해를 방지하기 위해서는 역방향 루프용 변압기(17,18)는 2차측 차단기에서 역 방향 전력을 감지하여 차단하고, 저압 루프선로는 정전 없이 전력을 공급하기 위해서는 정방향 루프용 변압기(15,16)는 계속적으로 전력을 공급해야 한다.

특히, 역방향 루프용 변압기에서 역방향 전력을 차단하지 못하면, 루프용 변압기 1차 Δ결선 상태, 즉 중성점이 없는 상태로 역 방향으로 고압측에 전력을 공급하기 때문에 상 불평형 부하로 이상 전압이 발생된다.

도 2는 22.9kV 다중접지선로에서 선간부하(21)와 상부하(22)로 구분되며, 고압측 선로의 고장으로 전원측 계통(변전소 CB 또는 리클로저 동작)에서 전원이 차단되면, 루프용 변압기 1차 Δ결선으로 중성점이 없는 상태에서 3상 전력을 공급한다.

이때, 역 방향 전력 계전기가 루프용 변압기 2차측을 차단하여 역 가압되는 현상을 방지해야 되지만, 역방향 전력계전기가 미 동작되면 상부하의 상별 불평형 부하(23)가 발생되어 부하가 큰 쪽은 저전압이 발생되고, 부하가 작은 쪽은 과전압이 발생되어 기기가 소손되는 문제가 발생된다.

도 3은 저압루프용 변압기를 4대 루프운전을 가정하여 모의하였으며, 전원측을 루프용 변압기 전원측 3대(31)로 모델링하고, 1대(33)를 저압측에서 고압측으로 역가압되는 상황을 모델링하였다.

루프용 변압기(33) 2차측에서 1차측으로 역방향 전력을 검출하기 위해서, 저압차단기 2차측(32)에서 상별 전압과 전류를 측정하고, 역 전력(유효전력)을 상별로 계산하여 역방향 전력이 발생시 루프용 변압기 2차측 차단기를 차단하는 기술이 핵심이 된다.

하지만, 현재의 역 전력 계전기는 상별 역 전력을 검출할 수 없다. 그 이유는 상별 부하 불평형에 따른 상별 비대칭 전압 발생시 변압기의 순환전류를 보정하는 알고리즘이 없기 때문이다.

루프용 변압기의 1차측 Δ결선에 의해 순환전류가 발생되면, 2차측 Y결선의 중성선에 순환전류가 3배로 합산되어 발생된다.

이러한 중성선의 순환전류는 상전류보다 크게 발생되며, 상전류의 크기와 위상에 영향을 주기 때문에 정확한 상별 전력을 계산할 수 없게 된다.

도 4는 루프용 변압기(33) 2차측 전압과 전류를 측정한 벡터도이다.

전압전류 벡터도(321)와 같이 상별 전압은 212V, 218V, 217V 로 계통상황에 따라 불평형 전압이 발생된다.

이때 변압기 1차 전압은 12917V, 12917V, 13217V로 2차측에서 역가압되고, 상별 부하는 556W, 556w, 582W가 발생된다.

변압기의 손실은 약 600W이고, 상별로는 200W이다.

따라서, 변압기 2차측에서 1차측으로 역가압되는 전력은 이론적으로 상별로 756W, 756W, 758W로 계산되어야 된다.

하지만, 변압기의 순환전류로 상별 정력은 이론과 다르게 ??3317W, 2284W, 2282W로 측정되면서 상별로 역 전력 계전기가 오동작하는 문제가 발생된다.

따라서, 저압측에 상별 비대칭 전압(322)이 발생되면, 변압기의 2차측 결선에 의해 순환전류가 발생되고, 이러한 순환전류는 상별 전류(323)의 크기와 위상에 영향을 주어 상별로 역 전력(324)을 판단할 수가 없다.

특히, 계통고장과 무관하게 저압선로에서 경부하 발생시, 상별 불평형 부하에 의해 전압 차이가 발생되면 순환전류가 발생되고, 변압기의 순환전류에 의해 상별 역방향 전력이 발생되어 기존 역전력 계전기가 오동작하는 문제점이 있었다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

일본공개특허공보 제1999-308762호 일본공개특허공보 제2009-261115호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 루프선로 시스템에서 루프용 변압기에서 역방향 전력을 검출하여 이를 차단시키기 위한 루프 선로용 역 전력 검출방법 및 검출장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 루프 선로용 역 전력 검출방법은, 일반 배전선로와 저압 루프선로가 혼재된 저압루프 시스템의 루프용 변압기의 2차측 상별 전압 및 전류의 측정값을 입력하는 단계, 상기 상별 전압 및 전류의 측정값을 입력하는 단계에 의해 입력되는 상별 전압 및 전류로부터 역방향 유효전력을 계산하는 단계 및 상기 역방향 유효전력을 계산하는 단계에 의해 계산된 역방향 유효전력 값에 따라 역방향 전력의 검출 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

상기 판단하는 단계에 의해 역방향 전력의 검출이 판단되면, 상기 루프용 변압기의 2차측 차단기를 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 역방향 유효전력을 계산하는 단계에 의해 계산된 역방향 유효전력의 크기에 대응되게 설정된 역전력 동작시간에 따라 상기 2차측 차단기를 차단하는 단계에 의해 차단시킨 2차측 차단기를 자동 복귀시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 역전력 동작시간은 Pickup 배수(검출전력/설정전력)에 따라 반한시 특성에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 역방향 유효전력을 계산하는 단계는 상기 2차측 상별 전압 및 전류의 측정값에 의해 상별 부하전류를 보정하여 계산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 관점에 의한 루프 선로용 역 전력 검출방법은, 일반 배전선로와 저압 루프선로가 혼재된 저압루프 시스템의 루프용 변압기의 2차측 상별 전압 및 전류의 측정값으로부터 상기 저압루프에서 비대칭 전압이 발생됨을 파악하고, 상별로 유효전력을 각각 보정함으로써, 보정된 유효전력 값에 의해 상기 저압루프 시스템의 역 전력 현상을 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 저압루프 시스템의 역 전력 현상이 판단되면, 상기 루프용 변압기의 2차측 차단기를 차단시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 설정된 시간이 경과되면, 상기 차단시킨 2차측 차단기를 자동으로 복귀시키는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 루프 선로용 역 전력 검출장치는, 일반 배전선로와 저압 루프선로가 혼재된 저압루프 시스템의 루프용 변압기의 2차측 상별 전압 및 전류의 측정값을 입력하는 입력부, 상기 상별 전압 및 전류의 측정값으로부터 역방향 유효전력을 계산하는 계산부 및 상기 계산부에 의해 계산된 역방향 유효전력 값에 따라 역방향 전력의 검출 여부를 판단하는 판단부를 포함한다.

상기 판단부에 의해 역방향 전력의 검출이 판단되면, 상기 루프용 변압기의 2차측 차단기를 차단하는 2차측 차단기 OFF 동작부를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 계산부에 의해 계산된 역방향 유효전력의 크기에 대응되게 역전력 동작시간을 설정하는 설정부를 더 포함하여, 상기 설정부에 의해 설정된 역전력 동작시간에 따라 상기 2차측 차단기 OFF 동작부에 의해 차단시킨 2차측 차단기를 자동 복귀시키는 2차측 차단기 자동 ON 동작부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 역전력 동작시간은 Pickup 배수(검출전력/설정전력)에 따라 반한시 특성에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 계산부는 상기 2차측 상별 전압 및 전류의 측정값에 의해 상별 부하전류를 보정하여 역방향 유효전력을 계산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 관점에 의한 루프 선로용 역 전력 검출장치는, 일반 배전선로와 저압 루프선로가 혼재된 저압루프 시스템의 루프용 변압기의 2차측 상별 전압 및 전류의 측정값으로부터 상기 저압루프에서 비대칭 전압이 발생됨을 파악하고, 상별로 유효전력을 각각 보정함으로써, 보정된 유효전력 값에 의해 상기 저압루프 시스템의 역 전력 현상을 판단하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 저압루프 시스템의 역 전력 현상이 판단되면, 상기 루프용 변압기의 2차측 차단기를 차단시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 설정된 시간이 경과되면, 상기 차단시킨 2차측 차단기를 자동으로 복귀시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 루프 선로용 역 전력 검출방법 및 검출장치에 의하면, 루프상 계통에서 계통 고장시 루프용 변압기에서 역방향으로 공급하는 전력을 검출하는 것이 가능하여, 이의 정확한 판단에 의해 역방향 전력을 올바르게 차단시킬 수가 있다.

그에 따라 상별 불평형 부하에 의해 기기가 소손되는 것을 예방하여 계통을 안정적으로 운영할 수 있게 한다.

이러한 본 발명에 의한 루프 선로용 역 전력 검출시스템은 루프용 IED에 추가 설치가 가능하여 IED와 상호 연계성이 좋은 장점이 있다

도 1은 저압 루프방식의 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 루프용 변압기 1차 Δ로 역가압시 문제점을 나타낸 것이다.
도 3은 루프용 변압기의 역 전력측정을 위한 계통도를 도시한 것이다.
도 4는 상별 역 조류 계산의 문제점을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 상별 역 조류 계산방법의 예시이다.
도 6은 본 발명에 의한 역 전력 계전기의 차단기 off/on 동작 회로도이다.
도 7은 본 발명에 의한 역 전력 차단방법을 순서적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 의한 루프용 변압기 역전력 검출장치의 입출력 구성도를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 4는 상별 역 조류 계산의 문제점을 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명에 의한 상별 역 조류 계산방법의 예시이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명은 저압 루프선로에서 비대칭 전압(322,326)이 발생될 때, 루프용 변압기의 순환전류로 인해 발생되는 상별 전류를 보정(327)하고, 상별로 유효전력을 각각 보정하여(328), 역 전력 현상을 정확히 판단할 수 있게 한다.

도 6은 루프용 변압기 2차측 저압 차단기에서 역방향 전력이 발생할 때 off/on 동작회로도이다. 기본적 개념으로 정방향 전력은 루프용 변압기 1차측에서 2차측으로 전력을 공급해야 된다. 따라서, 역방향 전력은 2차측에서 1차측으로 역방향 전력이 발생되면 차단하는 원리이다.

따라서, 루프용 변압기 가압시 1차측 차단기가 먼저 투입되어 접점이 on(45)되면, CB2 수동의 on버튼을 누를 때 2차측 차단기가 투입된다.

그 이유는 변압기의 손실이 부하로 작용하기 때문에 역방향 전력을 방지하기 위해서이다.

그리고, 변압기 1차측 차단기 CB1이 off되면(41), 1차측 차단기 접점을 이용하여 변압기 2차측 차단기를 자동차단(49)하도록 구성되어 있다.

또한, 1차측 차단기가 off된 상태에서는 2차측 차단기가 on되지 않도록 구성되어 있다.

특히, 변압기 1차측 차단기가 on되어 있을 때, 역방향 전력이 발생되면 2차측 차단기를 off하고, 역방향 조류가 제거되면 설정시간이 경과 후 2차측 차단기가 자동 on 또는 수동으로 on되도록 구성되어 있다.

또한, 역방향 전력의 감지는 상별로 감지하도록 되어 있고, 상별 역방향 전력이 발생된 상을 이벤트로 표시하도록 하였다.

도 7은 본 발명에 의한 역 전력 차단방법을 순서적으로 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 루프 선로용 역 전력 검출방법은 입력단계(S10), 계산단계(S20), 설정단계(S30), 판단단계(S40), OFF 동작단계(S50), 자동복귀 판단단계(S60), 자동 ON 동작단계(S70) 및 수동 ON 동작단계(S80)로 구성되고, 이를 위한 역 전력 검출장치는 입력부, 계산부, 설정부, 판단부, OFF 동작부, 자동복귀 판단부, 자동 ON 동작부 및 수동 ON 동작부로 구성된다.

입력부는 상별 전압, 상별 전류를 측정하고, 변압기 1차측 차단기의 on/off 접점상태를 입력하고, 루프변압기 사양에서 용량, 1차측 선간전압, 동손비(동손/변압기 용령), %X를 입력한다.

계산부는 변압기 임피던스 계산부, 비대칭전압 계산부, 상별 부하전류 보정계산부, 상별 유효전력 계산부로 구성되어 있다.

비대칭 3상 선로에서 상별 Va, Vb, Vc 전압을 이용하여 비대칭전압(V0)은 다음과 같이 계산된다.

비대칭 3상 전압 발생시, 루프용 변압기의 Y-Δ3Limb 결선으로 영상임피던스(Z0)는 다음과 같이 계산된다.

수학식 2에서 변압기의 코일의 R+jX 값은 수학식 3, 4와 같이 계산할 수 있다.

V : 선간전압, P : 변압기용량, Rpu = 동손/용량, Xpu = 누설리액턴스/Z

I=V/R 오움법칙에 따라 변압기 2차 코일 또는 철심에서 발생되는 순환전류는 다음 식과 같이 계산할 수 있다.

이러한 변압기의 순환전류(I₃)는 전류원으로 변압기 1차 중성선을 통하여 계통에 유입되며, 순환전류를 보정 후 상별 전류 Ia′, Ib′, Ic′는 다음과 같이 각각 계산된다.

여기서, Ia, Ib, Ic는 순환전류 보정 전 상별 전류이다.

측정전압 Va, Vb, Vc와 보정 후 상별 전류를 RMS 값으로 변환하고, 상별 유효전력 Pa, Pb, Pc는 다음과 같이 각각 계산하여 역방향 전력이 검출되도록 한다.

특히, 역전력의 크기에 따라 역전력의 크기가 크면 계전기가 빨리 동작하고, 역전력의 크기가 작으면 늦게 동작하도록 반한시 특성에 따라 동작된다.

한시 설정치는 Pickup 배수(검출전력/설정전력)에 따라 반한시 특성에 의해 동작시간이 결정되며, Time Dial은 1~10 설정시간은 0~10초까지 설정 가능하게 구성되는 것이 특징이다.

여기서, M은 Pickup 배수, TD는 Time Dial, A,B,K,p는 설정 상수이임.

도 8은 본 발명에 의한 루프용 변압기 역전력 검출장치의 입출력 구성도를 도시한 것이다.

이를 참조하면, 입력부는 루프용 변압기 2차측에서 상별전압(61)과 상별전류(62)를 측정하고, 1차 차단기 on/off 접점(63)을 정보(DI)로 입력받고, 2차 차단기 on/off 스위치의 상태(64)를 입력받고, 2차 차단기 자동 on(복귀) 선택스위치(65)의 접점정보(DI)를 입력받고, 변압기 용량, 2차측 전압, %R, %X값을 입력하면 된다.

출력부는 역전류 상별 동작표시부(69), 2차측 차단기 off코일(71), 2차측 차단기 on코일(72)로 구성되어 동작됨으로써, OFF 동작부, 자동복귀 판단부, 자동 ON 동작부 및 수동 ON 동작부로서 기능하게 된다.

추가적으로 루프용 감시시스템과 통신으로 연결되어 있고, 계산부(67)는 변압기의 영상임피던스 계산부와 비대칭 전압계산부, 상별 부하전류 보정계산부, 상별 유효전력계산부로 구성되게 되며, 계산부의 계산결과에 의해 판단부는 3상 각각에 대해 역전력 검출여부를 판단함으로써 그에 의해 출력부를 제어하여 루프용 변압기 2차측 차단기를 차단 제어한다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

S10 : 입력단계
S20 : 계산단계
S30 : 설정단계
S40 : 판단단계
S50 : OFF 동작단계
S60 : 자동복귀 판단단계
S70 : 자동 ON 동작단계
S80 : 수동 ON 동작단계

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 일반 배전선로와 저압 루프선로가 혼재된 저압루프 시스템의 루프용 변압기의 2차측 상별 전압 및 전류의 측정값을 입력하는 단계;
   상기 상별 전압 및 전류의 측정값을 입력하는 단계에 의해 입력되는 상별 전압 및 전류로부터 역방향 유효전력을 계산하는 단계;
   상기 역방향 유효전력을 계산하는 단계에 의해 계산된 역방향 유효전력 값에 따라 역방향 전력의 검출 여부를 판단하는 단계;
   상기 판단하는 단계에 의해 역방향 전력의 검출이 판단되면, 상기 루프용 변압기의 2차측 차단기를 차단하는 단계; 및
   상기 역방향 유효전력을 계산하는 단계에 의해 계산된 역방향 유효전력의 크기에 대응되게 설정된 역전력 동작시간에 따라 상기 2차측 차단기를 차단하는 단계에 의해 차단시킨 2차측 차단기를 자동 복귀시키는 단계를 포함하는,
   루프 선로용 역 전력 검출방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 역전력 동작시간은 Pickup 배수(검출전력/설정전력)에 따라 반한시 특성에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는,
   루프 선로용 역 전력 검출방법.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 역방향 유효전력을 계산하는 단계는 다음과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는,
   루프 선로용 역 전력 검출방법.
   (1) 상기 2차측 상별 전압 Va, Vb, Vc로부터 비대칭전압 V₀를 다음과 같이 구하고,
   

   

   
   (2) 영상임피던스 Z₀를 다음과 같이 구하며,
   

   

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   (여기서, V는 선간전압, P는 변압기용량, Rpu는 동손/용량, Xpu는 누설리액턴스/Z 임)
   (3) V₀와 Z₀로부터 순환전류 I₃를 다음과 같이 구한 후,
   

   

   
   (4) 보정 후 상별 전류 Ia′, Ib′, Ic′를 다음과 같이 구하고,
   

   

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   (5) 상기 Va, Vb, Vc,와 상기 Ia′, Ib′, Ic′에 의해 다음과 같이 역방향 전력을 계산함.
   

   

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6. 삭제
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12. 삭제

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