KR101948610B1 - 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치에 관한 것이고, 구체적으로 안정성(Security) 및 종속성(Dependability)이 향상된 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치에 관한 것이다. 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치는 전력 시스템(PS)의 감시 및 보호를 위한 적어도 하나의 선택 모드(Voting Scheme)를 가진 3중화 보호 모듈(11); 적어도 하나의 선택 모드에 따른 보호회로를 선택하는 모드 변환 모듈(12); 및 감시 또는 보호 과정에서 내부 또는 외부 출력 접점의 고장(Fail) 상태의 발생 여부를 감시하는 상태 감시 모듈(13)을 포함한다.

Description

출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치{A Triple Protecting Apparatus with a Function of Monitering an output Contact Point}

본 발명은 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치에 관한 것이고, 구체적으로 안정성(Security) 및 종속성(Dependability)이 향상된 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치에 관한 것이다.

전기회로의 이상 상태가 발생되는 경우 해당 부분을 회로에서 절단시키는 기능을 가지는 다양한 구조의 보호 계전기가 이 분야에 공지되어 있다. 서로 다른 기능을 가지는 전력 시스템에 적용되는 보호 계전기는 시스템의 특성에 적합한 감시 및 제어 기능을 가지면서 신뢰성(reliability), 중복성(redundancy), 종속성(dependability) 또는 안정성(security)을 가지도록 설계될 필요가 있다. 또한 오작동 또는 하드웨어적 불량이 발생하는 경우 그에 적합한 조치가 자동으로 만들어질 수 있는 구조를 가질 필요가 있다.

특허공개번호 제10-2017-0124817호는 설비 고장이 없이 단지 보호 계전기의 출력 모듈 불량으로 인해 출력 접점이 폐쇄되어 설비가 정지되는 방지하는 디지털 보호 계전기 삼중화 시스템에 대하여 개시한다. 특허등록번호 제10-1552852호는 3중화 모듈 사이에 실시간 데이터 통신을 이용한 2 out of 3 voting을 기반으로 고장이 발생한 전력 계통을 분리하기 위한 차단기를 제어하도록 하는 3 중화 디지털 보호 계전기에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 제10-2015-0089379호는 별도의 트립 로직 회로 및 그 구동 전원이 불필요한 계전기를 이용한 3중 보호 장치에 대하여 개시한다.

선행기술에서 개시된 보호 계전기는 오작동 또는 부작동 상태가 발생되는 경우 분리시키는 기능을 가지지만 보호 계전기의 감시 기능이 유지될 수 있도록 하는 구조에 대하여 개시하지 않는다. 오작동 또는 부작동 상태가 발생되는 경우 전력 시스템에서 해당 기능을 정지시키면서 이와 동시에 해당 기능이 정지된 시스템에 대한 감시 기능이 유지되는 구조를 가지는 것이 유리하다. 또한 예를 들어 접점 불량과 같은 기계적 불량 상태를 감시할 수 있는 구조를 가질 필요가 있다. 상기 선행기술은 이와 같은 구조를 가진 보호 계전기에 대하여 개시하지 않는다.

본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

선행기술 1: 특허공개번호 제10-2017-0124817호(한국수력원자력 주식회사, 2017년11월13일 공개) 디지털 보호 계전기 삼중화 시스템 선행기술 2: 특허등록번호 제10-1552852호(와이피피 주식회사, 2015년09월14일 공고) 3중화 디지털 보호 계전기 및 그 운영 방법 선행기술 3: 특허공개번호 제10-2015-0089379호(엘에스산전 주식회사, 2015년08월05일 공개) 계전기를 이용한 3중 보호 장치

본 발명의 목적은 전력 시스템에서 오작동이 발생되면 자동으로 감시 모드가 변경이 되면서 이와 동시에 접점 불량의 감시가 가능한 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치는 전력 시스템의 감시 및 보호를 위한 적어도 하나의 선택 모드(Voting Scheme)를 가진 3중화 보호 모듈; 적어도 하나의 선택 모드에 따른 보호회로를 선택하는 모드 변환 모듈; 및 감시 또는 보호 과정에서 내부 또는 외부 출력 접점의 고장(Fail) 상태의 발생 여부를 감시하는 상태 감시 모듈을 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 모드 변환 모듈은 서로 다른 보호 알고리즘에 따른 연결을 설정하는 모드 변화 스위치 블록을 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 모드 변환 모듈은 서로 전기적으로 연결된 다수 개의 IED(Intelligent Electronic Device)를 포함하는 IED 감시 출력 그룹을 포함하고, IED 감시 출력 그룹의 서로 다른 IED의 입력 및 출력이 서로 연결되어 선택 모드(Voting Mode)를 결정한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 서로 전기적으로 연결된 다수 개의 IED(Intelligent Electronic Device)로 이루어진 IED 감시 출력 그룹; IED 감시 출력 그룹 사이의 서로 다른 IED) 사이의 연결을 설정하는 적어도 하나의 모드 설정 스위치 블록을 포함하고, 상기 IED 감시 출력 그룹의 서로 다른 IED의 입력 및 출력은 모드 설정 스위치 블록에 의하여 서로 연결된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, IED 감시 출력 그룹은 2 oo 3(2 out of 3) 선택(Voting), 2 oo 2(2 out of 2) 선택 또는 1 oo 2(1 out of 2) 선택 논리 회로(Voting Logic Circuit)로 설정된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, IED 감시 출력 그룹의 각각의 IED는 접점 상태 감시 블록을 포함한다.

본 발명에 따른 3중화 보호 장치는 동일하거나 서로 다른 부하 또는 배전 설비의 보호를 위한 다수 개의 릴레이를 전기적 또는 논리적으로 서로 연결시켜 다양한 전력 시스템에 적용 가능한 하나의 릴레이 시스템으로 만들어지도록 한다. 구체적으로 본 발명에 따른 3중화 보호 장치는 다양한 전력 시스템의 감시 및 보호에 적합하도록 서로 연결시켜 서로 다른 전력 시스템의 요구에 따른 다중화 릴레이 시스템이 형성되도록 한다. 다수 개의 릴레이의 각각은 동일하거나 서로 다른 사양 또는 구조를 가질 수 있고, 본 발명에 따른 보호 장치는 전기적 또는 논리적으로 서로 연결되어 정해진 감시 및 보호 기능을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치는 발전소, 송배전, 석유화학 또는 이와 유사한 산업을 위한 전력 시스템 보호에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 3중화 보호 장치는 안정성 또는 종속성이 향상된 3중화 보호 시스템을 제공하면서 2 oo 3(2 out of 3) 선택 모드의 적용 과정에서 오동작 또는 부동작 방지를 제공하면서 릴레이 오동작이 발생하면 부동작 방지를 위한 1 oo 2 선택 모드로 자동으로 전환되는 것에 의하여 향상된 보호 기능을 제공한다. 본 발명에 따른 3중화 보호 장치는 2 oo 3, 2 oo 2 또는 1 oo 2 선택 모드가 하나의 하드웨어에 의하여 실행되도록 하고, 디지털-트립 회로의 건전성 감시가 가능하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 3중화 보호 장치는 하나의 하우징으로 형성되어 외부 접점이 간단한 구조로 만들어지도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치에 따른 구조의 실시 예를 블록 다이어그램으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 3중화 보호 장치에 적용되는 보호회로 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 3중화 보호 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4 내지 6은 서로 다른 전력 시스템에 적용되는 3중화 보호 장치의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 3중화 보호 장치의 접점 불량 상태의 감시를 위한 기능의 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치에 따른 구조의 실시 예를 블록 다이어그램으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치는 전력 시스템(PS)의 감시 및 보호를 위한 적어도 하나의 선택 모드(Voting Scheme)를 가진 3중화 보호 모듈(11); 적어도 하나의 선택 모드에 따른 보호회로를 선택하는 모드 변환 모듈(12); 감시 또는 보호 과정에서 내부 또는 외부 출력 접점의 고장(Fail) 상태의 발생 여부를 감시하는 상태 감시 모듈(13) 및 상태 감시 모듈에 의해 고장이 탐지되면 경보를 발생시키는 경보 발생 모듈(14)을 포함한다.

전력 시스템(PS)의 전력 기기들은 다양한 특성을 가질 수 있고, 3중화 보호 모듈(11)은 서로 다른 전력 시스템(PS)에 적합한 보호 선택(protective voting) 모드를 가질 수 있다. 구체적으로 3중화 보호 장치는 다양한 특성을 가지는 전력 시스템(PS)의 전력기기에 적합한 보호 요소(protective function)를 가진 보호 장치로 적용될 수 있고, 예를 들어 다양한 동작 특성을 가지는 디지털 보호 장치를 비롯하여 기계적 보호 장치에 적용될 수 있다. 구체적으로 3중화 보호 장치는 발전기, 변압기, SWYD(Switchyard), SWGR(Switchgear)과 같은 필수 보호요소(protective function)의 보호에 적용될 수 있고, 특정 제작사 제품에 제한되지 않고 동작 방식, 통신 방식, 논리 구성, 기계식 또는 디지털 방식에 제한이 되지 않고 적용될 수 있다.

3중화 보호 장치는 서로 전기적으로 또는 논리적으로 연결된 3개의 독립적인 보호 모듈로 이루어질 수 있고, 3개의 보호 모듈은 각각 하나의 IED(Intelligent Electronic Device)를 형성할 수 있다. 또한, 3중화 보호 장치는 감시 또는 보호를 위해 다양한 회로 구성 또는 논리 회로를 포함할 수 있고, 필요에 따라 마이크로프로세서와 같은 중앙 처리 유닛을 포함할 수 있으며 전기 신호의 수신 또는 전송을 위한 통신 수단을 포함할 수 있다.

전력 시스템(PS) 설비의 신뢰성 및 안정성을 향상하기 위하여 3중화 보호 모듈(11)은 2 oo 3(2 out of 3) 선택모드로 동작하지만, 비상시 적용된 하나의 IED에서 고장(Fail) 상황이 발생하면 모드 변환 모듈(12)에 의하여 2 oo 2 또는 1 oo 2 보호 선택 모드로 변환될 수 있다. 이와 같이 3중화 보호 모듈(11)은 2 oo 3(2 out of 3) 선택(voting) 모드로 작동할 수 있지만 전력 시스템(PS)에 따라 또는 보호 장치의 상태에 따라 서로 다른 보호 선택 모드를 가질 수 있다. 각각의 IED는 서로 다른 릴레이가 될 수 있고, 각각의 릴레이는 동일하거나 서로 다른 사양 또는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 서로 다른 세 개의 릴레이는 서로 다른 부하 또는 배전 설비의 감시를 위한 릴레이가 될 수 있고, 이에 따라 서로 다른 작동 구조를 가질 수 있다. 하나의 IED는 하나의 릴레이로 형성될 수 있고, 3개의 릴레이가 서로 전기적으로 또는 논리적으로 연결되어 3중화 보호 장치를 형성할 수 있다. 이와 같이 3개의 릴레이로 형성되는 3중화 보호 모듈(11)은 감시 또는 보호를 위한 릴레이를 서로 연결하는 보호, 연결 또는 논리 회로를 포함할 수 있고, 필요에 따라 마이크로프로세서와 같은 중앙 처리 유닛을 포함할 수 있다. 또한 전기 신호의 수신 또는 전송을 위한 통신 수단을 포함할 수 있다.

모드 변환 모듈(12)은 3개의 IED 사이의 연결을 설정하여 선택 모드를 변환시킬 수 있고, 예를 들어 감시 또는 보호 과정에서 하나의 감시 회로에서 IED 내부고장 또는 외부 트립(trip) 접점 고장 시 오동작 또는 부동작을 방지하기 위하여 모드 변환 모듈(12)에 의하여 고장이 발생된 IED는 전력시스템 설비의 트립 출력 회로로부터 분리될 수 있다. 또한 상태 감시 모듈(13)에 의하여 3개의 IED 중 하나의 IED에서 내부 고장 또는 외부 트립 접점 고장 신호의 발생 여부가 감시될 수 있다. 그리고 모드 변환 모듈(12)은 상태 감시 모듈(13)의 감시 결과에 따라 오동작 또는 부동작을 방지하도록 IED 사이의 연결을 다시 설정하여 보호 모드(Voting Scheme)를 전환시킬 수 있다. 구체적으로 3개의 IED로 이루어진 3중화 보호 장치에서 하나의 IED의 외부 트립 접점 고장 상태가 상태 감시 모듈(13)에 의하여 탐지될 수 있다. 이와 같은 경우 경보 발생 모듈(14)은 오류 경보 신호를 사용자에게 전송하고 모드 변환 모듈(12)은 고장이 발생한 IED를 차단기 트립 회로에서 긴급 분리하여 2 oo 3 선택 모드에서 2 oo 2 모드로 변환시킬 수 있다. 이후 추가적으로 다시 하나의 IED에 대한 고장 상태가 탐지되면 모드 변환 모듈(12)은 2 oo 2 선택 모드에서 1 oo 2 선택 모드로 변환시킬 수 있다. 모드 변환 모듈(12)은 서로 다른 IED를 연결시키는 모드 변환 스위치 블록을 포함할 수 있고, 필요에 따라 모드 변환 스위치 블록에 설치된 다양한 스위치의 작동을 제어하는 제어 프로그램을 포함할 수 있다.

추가로 모드 변환 모듈(12)은 전력 시스템의 특성이 변하거나, 서로 다른 특성을 가진 전력 시스템에 3중화 보호 장치가 적용되는 경우 각각의 전력 시스템에 적합하도록 3중화 보호 모듈(11)의 보호 모드를 선택하는 기능을 가질 수 있다. 모드 변환 모듈(12)은 다양한 방식으로 작동될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

3중화 보호 장치는 서로 다른 부품 또는 소자의 연결을 위한 다양한 접점을 포함할 수 있고, 입력 또는 출력을 제어하는 스위치 유닛을 포함할 수 있다. 이와 같은 접점은 다양한 원인으로 인하여 고장 상태가 될 수 있고, 이와 같은 접점 고장은 전력 시스템의 오동작 또는 부동작을 초래하여 막대한 손실을 유발할 수 있다. 접점 불량은 물리적인 결함 또는 하드웨어의 결함에 해당하므로 상태 감시 모듈(13)에 의하여 접점 불량의 발생 및 발생 위치가 탐지되면 관련 정보가 경보 발생 모듈(14)로 전달될 수 있고, 이에 따라 경보가 발생될 수 있다. 예를 들어 경보 발생 모듈(14)은 경보의 발생 방식, 표시 방식, 전달 방식 또는 전송 위치를 결정하여 경보를 발생시킬 수 있다. 경보는 다양한 구조로 발생될 수 있고 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 3중화 보호 장치에 적용되는 보호회로 구조의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 모드 변환 모듈은 서로 다른 보호 알고리즘에 따른 연결을 설정하는 모드 설정 스위치 모듈(23)을 포함한다.

3중화 보호 장치는 3개의 IED(Intelligent Electronic Devices)를 포함하고, IED 감시 출력 그룹 1(21) 및 IED 감시 출력 그룹 2(22)로 이루어질 수 있다. 구체적으로 하나의 IED는 하나의 출력 감시 유닛 1 및 출력 감시 유닛 2로 이루어질 수 있고, 3개의 출력 감시 유닛 1이 IED 감시 출력 그룹 1(21)을 형성할 수 있다. 그리고 3개의 출력 감시 유닛 2가 IED 감시 출력 그룹 2(22)를 형성할 수 있다. 그리고 모드 설정 스위치 모듈(23)은 서로 전기적으로 연결 가능한 IED 감시 출력 그룹 1, 2(21, 22)의 연결을 설정하는 기능을 가질 수 있다. 이와 같은 구조에서 IED 감시 출력 그룹 1, 2(21, 22)는 전력시스템의 기기에 고장이 발생하여 계통으로부터 고장이 난 구간의 분리를 위한 트립(Trip) 출력 접점을 포함하고, 각각의 트립 출력 접점이 상태 감시 모듈에 의하여 감시될 수 있다.

모드 설정 스위치 모듈(23)은 3개의 IED로 구성된 IED 감시 출력 그룹 1(21) 및 IED 감시 출력 그룹 2(22)의 연결을 설정하는 기능을 가질 수 있으며, 전기 신호의 입력 또는 출력을 위한 다양한 전자소자 또는 부품을 포함할 수 있다. 그리고 감시 과정에서 전력시스템의 고장이 발생되면 고장 구간 분리를 위해 기기에 긴급 정지 신호(Trip signal)를 발생하여 계통을 분리시킬 수 있다. 또한 감시 대상의 계측을 위한 신호를 발생시킬 수 있다. 그리고 이와 같은 전기 신호의 수신 또는 전송을 위한 통신 수단을 포함할 수 있다. 또한 각각의 IED는 처리 프로세서 또는 연산프로세서를 포함할 수 있고, 다양한 스위치 기능을 가질 수 있다. 각각의 IED 감시 출력 그룹(21, 22)에 배치된 다수 개의 IED는 동일하거나 서로 다른 구조를 가질 수 있고, 전기적으로 분리 가능하도록 연결될 수 있다.

각각의 IED는 독립적으로 작동하고, IED 감시 출력 그룹 1, 2(21, 22)는 3개의 IED로 이루어지며, 서로 다른 IED의 입력과 출력이 개폐 가능하도록 모드 설정 스위치 모듈(23)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 모드 설정 스위치 모듈(23)은 IED 감시 출력 그룹 1, 2(21, 22)의 하나의 IED가 고장(Fail)에 의해 작동되지 않는 경우 운전 선택 모드를 변환시킬 수 있고, 이에 따라 IED 감시 출력 그룹 1(21)과 IED 감시 출력 그룹 2(22) 사이의 출력 회로를 변경하여 감시모드를 전환시킬 수 있다. 이와 같은 기능을 가지는 모드 설정 스위치 모듈(23)은 선택 모드 또는 IED 감시 출력 그룹 1, 2(21, 22)에서 IED의 연결 구조에 따라 다양한 구조로 만들어질 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 3중화 보호 장치의 실시 예를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 3중화 보호 장치는 IED 감시 출력 그룹 1(21) 및 IED 감시 출력 그룹 2(22)를 형성하는 3개의 IED를 포함하고, IED 감시 출력 그룹 1, 2(22)을 형성하는 IED-1, IED-2 및 IED-3은 각각 하나의 IED를 형성할 수 있다. 그리고 각각의 IED는 트립 출력 블록(311a, 312a, 321a, 322a, 331a, 332a) 및 접점 상태 감시 블록(311b, 312b, 321b, 322b, 331b, 332b)을 포함할 수 있다. 그리고 서로 다른 IED 감시 출력 그룹 1, 2(21, 22)는 모드 변환 스위치 블록 1, 2, 3(37, 38, 39)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.

트립 출력 블록(311a, 312a, 321a, 322a, 331a, 332a)은 전력시스템의 기기 고장이 발생하면, 신속한 고장 구간 분리를 위해 각각의 IED에서 트립 출력을 발생시킬 수 있고, 3중화 보호 장치의 회로적용을 위하여 트립 출력 블록 1(311a, 321a, 331a)과 트립 출력 블록 2(312a, 322a, 332a)로 분리할 수 있다. 접점 상태 감시 블록(311b, 312b, 321b, 322b, 331b, 332b)은 각각의 IED의 내부 고장 및 외부 접점 고장 검출을 위해 각 IED 출력 접점을 감시할 수 있고, 3중화 보호 장치를 위한 회로의 구성에 따라 접점 상태 감시 블록 1(311b, 321b, 331b)과 접점 상태 감시 블록 2(312b, 322b, 332b)로 분리될 수 있다. 또한 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)은 고장이 발생한 IED를 트립 출력 회로에서 분리하기 위한 모드 변환 스위치 블록 1(37), 모드 변환 스위치 블록 2(38) 및 3중화 보호회로에서 고장이 발생한 IED가 트립 회로에서 분리된 상황에 따라 적절한 동작 모드 변환을 위한 모드 변환 스위치 블록 3(39)을 포함할 수 있다. 그리고 각각의 모드 변환 스위치 블록 1, 2, 3(37, 38, 39)은 각각의 작동에 따라 연결을 설정하는 다수 개의 스위치(341a, 342a, 343a, 351a, 352a, 353a, 361a, 362a, 363a, 361b, 362b, 363b)를 포함할 수 있다. 구체적으로 IED-1은 트립 출력 블록(311a, 312a), 접점 상태 감시 블록(311b, 312b) 및 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)의 IED-1 FAIL 접점(341a, 351a, 361a, 361b)을 포함하고, IED-2는 트립 출력 블록(321a, 322a), 접점 상태 감시 블록(321b, 322b) 및 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)의 IED-2 FAIL 접점(342a, 352a, 362a, 362b)을 포함할 수 있다. 또한 IED-3은 트립 출력 블록(331a, 332a), 접점 상태 감시 블록(331b, 332b) 및 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)의 IED-3 FAIL 접점(343a, 353a, 363a, 363b)을 포함할 수 있다.

접점 상태 감시 블록 1(311b, 321b, 331b)은 트립 출력 블록 1(311a, 321a, 331a)의 상태를 감시할 수 있고, 접점 상태 감시 블록 2(312b, 322b, 332b)는 트립 출력 블록 2(312a, 322a, 332a)를 감시할 수 있다. 그리고 IED의 내부 고장 또는 외부 출력 접점 고장이 발생하면 모드 변환 스위치 블록 1(37)과 모드 변환 스위치 블록 2(38)를 개방 상태(Open)로 변환시켜 완전하게 트립 회로에서 고장이 난 IED를 분리시킬 수 있다. 이후 고장이 난 IED의 분리 상황에 따른 적절한 보호모드(Voting Scheme) 적용을 위해 모드 변환 스위치 블록 3(39)을 폐쇄 상태(Close)로 변환시켜 보호모드(Voting Scheme)를 2 oo 2 또는 1 oo 2 선택 모드로 작동시킬 수 있다.

모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)의 접점은 접점 상태 감시 블록(311b 내지 332b)의 탐지에 따라 개방 상태 또는 폐쇄 상태가 되어 출력 회로를 연결 또는 분리시킬 수 있다. 만약 고장이 발생하지 않은 정상 상태라면, 모드 변환 스위치 블록 1(37)의 접점과 모드 변환 스위치 블록 2(38)의 접점은 폐쇄 상태이며 모드 변환 스위치 블록 3(39)의 접점은 개방 상태가 된다. 이와 같은 경우 전력시스템의 기기의 고장으로 인해 고장 구간 분리의 경우 트립 출력 블록 1(311a 내지 331a)과 트립 출력 블록 2(312a 내지 332a)의 연결 상태에 따라 2 oo 3에 해당하는 트립 신호를 발생시킬 수 있다.

각각의 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)에 속하는 스위치(341a 내지 363b)는 다양한 방법으로 연결 설정이 될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

도 4 내지 6은 서로 다른 전력 시스템에 적용되는 3중화 보호 장치의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.

도 4는 3중화 보호 장치가 2 oo 3 선택 모드의 작동 구조가 되는 실시 예를 도시한 것으로 3중화로 구성된 IED 중 2개 이상의 IED가 정상 동작 신호를 발생시키면 정상 동작 상태가 되고 이에 따라 트립 신호를 발생시키지 않는다. 이에 비하여 전력 시스템(PS)에 기기 고장 상황이 발생하고, 예를 들어 접점 상태 감시 블록(311b 내지 332b)에서 감시되는 3개의 IED 중 2개 이상의 IED에서 트립 신호를 출력하면 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)의 접점 상태는 2 oo 3 출력 모드에 따라 IED 트립 출력 블록(311a 내지 332a)에서 트립 접점이 폐쇄 상태가 될 수 있다.

3개의 IED는 각각 직렬 및 병렬로 연결되며 서로 연결된 IED 트립 접점(311a와 322a; 321a와 332a; 및 331a와 312a)이 논리 AND 회로(411, 412, 413)를 형성하고, 3개의 논리 AND 회로(411, 412, 413)는 1개의 논리 OR 회로(42)로 연결될 수 있다. 이와 같은 구조에서 선택 회로(43)는 2 oo 3 선택 모드로 작동할 수 있다.

도 5는 3중화 보호 장치가 2 oo 2 선택 모드로 작동하는 구조에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

3중화 보호 장치는 3개의 IED 중 1개의 IED가 내부 및 외부 출력 접점 고장을 접점 상태 감시 블록(311b 내지 332b)에서 검출하고 이에 따라 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)의 출력회로 변경을 통해 2 oo 3에서 2 oo 2 모드로 변경되어 트립 회로를 형성할 수 있다. 예를 들어 3중화 보호 장치에서 IED-1 트립 출력 블록(311a 또는 312a)의 접점 고장이 발생한 경우, 접점 상태 감시 블록(311b 또는 312b)에서 접점 고장을 검출하여 트립 회로에서 고장난 IED-1을 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)을 개방상태로 변환하여 분리할 수 있다. 구체적으로 IED-1의 트립 출력 블록(311a 또는 312a)의 접점 고장으로 2 oo 3에서 2 oo 2 선택 모드 변환을 하는 경우, 정상 동작하는 IED-2 트립 출력 블록 1(321a)과 이에 따른 모드 변환 스위치 블록 1(342a) 및 정상 동작하는 IED-3의 트립 출력 블록 2(332a)와 이에 따른 모드 변환 스위치 블록 2(353a)가 논리 AND 회로(511)로 연결되고, 이와 함께 정상 동작하는 IED-3 트립 출력 블록 1(331a)과 이에 따른 모드 변환 스위치 블록 1(343a) 및 고장 상태인 IED-1의 트립 출력 블록 2(312a)와 이에 따른 개방 상태인 모드 변환 스위치 블록 2(351a)가 논리 AND 회로(512)로 연결된다. 또한, 고장 상태인 IED-1의 트립 출력 블록 1(311a) 및 이에 따라 개방 상태인 모드 변환 스위치 블록 1(341a) 및 정상 동작하는 IED-2 트립 출력 블록 2(322a)와 이에 따른 모드 변환 스위치 블록 2(352a)가 논리 AND 회로(513)로 연결된다. 이후 논리 AND 회로(511), 논리 AND 회로(512), 논리 AND 회로(513)가 논리 OR 회로(52)로 연결되는 것에 의하여 선택 회로(53)는 2 oo 2 선택 모드로 작동하게 된다.

2 oo 3에서 2 oo 2 모드로 변경 시 전력시스템 기기 고장이 발생되면, 정상운전 상태인 IED-2와 IED-3의 2 oo 2 트립 출력을 통해 계통으로부터 고장이 난 기기를 분리시킬 수 있다.

도 6는 3중화 보호 장치가 1 oo 2 선택 모드로 작동하는 구조의 실시 예를 도시한 것이다.

3중화 보호 장치는 3개의 IED 중 2개 IED의 내부 및 외부 출력 접점 고장을 접점 상태 감시 블록(311b 내지 332b)에서 검출하고 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)의 출력회로 변경을 통해 2 oo 3에서 1 oo 2 모드로 변경되어 트립 회로를 형성할 수 있다. 예를 들어 3중화 보호 장치에서 IED-1의 트립 출력 블록(311a 또는 312a)에서 접점의 고장이 발생하고 추가적으로 IED-2의 내부 고장이 발생한 경우, 접점 상태 감시 블록(311b 또는 312b, 321b 또는 322b)에서 접점 고장을 검출하여 트립 회로에서 고장난 IED-1, IED-2를 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)을 개방상태로 변환하여 분리할 수 있다. 구체적으로 IED-1의 트립 출력 블록(311a 또는 312a)의 접점 고장과 추가적인 및 IED-2의 내부 고장 발생으로 2 oo 3에서 1 oo 2 선택 모드 변환을 하는 경우, 선택 모드의 변환을 위하여 정상 동작하는 IED-3 트립 출력 블록(331a, 353a)과 폐쇄 상태인 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39) 및 IED-1과 IED-2의 고장 상태에 따라 폐쇄 상태인 모드 변환 스위치 블록 3(39)이 논리 AND 회로(611)로 연결되고, 이와 함께 고장 상태인 IED-1 트립 출력 블록(311a, 312a)과 이에 따라 개방 상태인 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39) 및 고장 상태인 IED-2에 따라 폐쇄 상태인 모드 변환 스위치 블록 3(39), 개방 상태인 모드 변환 스위치 블록 3(39)이 논리 AND 회로(612)로 연결된다. 또한, 고장 상태인 IED-2 트립 출력 블록(321a, 322a)과 이에 따라 개방 상태인 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39), 고장 상태인 IED-1에 따라 폐쇄 상태인 모드 변환 스위치 블록 3(361a) 및 정상 상태인 IED-3에 따라 개방 상태인 모드 변환 스위치 블록 3(39)이 논리 AND 회로(613)로 연결된다. 이후 논리 AND 회로(611), 논리 AND 회로(612), 논리 AND 회로(613)가 논리 OR 회로(62)로 연결되는 것에 의하여 선택 회로(63)는 1 oo 2 선택 모드로 작동하게 된다.

2 oo 3에서 1 oo 2 모드로 변경 시 전력시스템(PS) 기기 고장이 발생되면, 정상 운전 상태인 IED-3의 1 oo 2 트립 출력을 통해 계통으로부터 고장이 난 기기를 분리할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 3중화 보호 장치의 접점 불량 상태의 감시를 위한 기능의 실시 예를 도시한 것이다.

도 7에 제시된 접점 오류(Error)의 검출은 전력시스템의 정상 운전 시 접점 고장으로 트립 접점의 폐쇄상태로 인한 오동작 요인 및 전력 시스템의 고장 발생 시 접점 고장으로 트립 접점의 개방상태로 인한 부동작 요인을 검출하는 방식을 나타낸다.

도 7을 참조하면, IED 고장(Fail)(781, 782, 783)의 선언을 위해 각 3개의 고장 요소를 감시하며, 각 트립 접점(311a, 312a, 321a, 322a, 331a, 332a)의 동작 상황을 감시하는 접점 오류-1(711, 712, 713), 접점 오류-2(721, 722, 723)와 보호 장치의 내부 고장을 감시하는 IED-오류3(731, 732, 733)을 포함할 수 있다.

IED 고장(781, 782, 783)이 발생하면 모듈 변환 스위치 블록(37, 38, 39)의 접점 변환을 통해 트립 회로에서 고장이 발생한 IED를 분리한다. 접점 오류의 검출은 도 3에 제시된 트립 출력 블록의 트립 접점이 동작 상황이 아닌 비정상적인 동작을 검출하기 위해 접점 상태 감시 블록을 통하여 감시에 의하여 얻어질 수 있다. 예를 들어 전력 시스템이 정상적인 상황에서 IED-1의 트립 접점(311a)이 폐쇄가 되는 상태가 되면, 접점 상태 감시 블록(311b)에서 상태 감시를 통해 검출될 수 있다. 상태 감시의 예로 정상 상태에서 트립 접점의 개로 상황 시 접점 상태 감시 블록의 각 접속점 사이에 전위차가 발생하고, 트립 접점이 폐쇄 상황이 되면 등 전위가 검출될 수 있다. 이러한 특징을 이용하여 전력 시스템의 고장 상황 또는 정상상황에 접점의 건전성이 간단하게 판별될 수 있다.

접점 오류 또는 고장은 다양한 방법으로 검출될 수 있고, 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 출력 접점 감시 기능의 3중화 보호 장치는 발전소, 송배선, 석유화학 또는 이와 유사한 산업을 위한 전력 시스템 보호에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 3중화 보호 장치는 안정성 또는 종속성이 향상된 3중화 보호 시스템을 제공하면서 2 oo 3(2 out of 3) 선택 모드의 적용 과정에서 오동작 또는 부동작 방지를 제공하면서 릴레이 오동작이 발생하면 부동작 방지를 위한 1 oo 2 선택 모드로 자동으로 전환되는 것에 의하여 향상된 보호 기능을 제공한다. 본 발명에 따른 3중화 보호 장치는 2 oo 3, 2 oo 2 또는 1 oo 2 선택 모드가 하나의 하드웨어에 의하여 실행되도록 하고, 디지털- 트립 회로의 건전성 감시가 가능하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 3중화 보호 장치는 하나의 하우징으로 형성되어 외부 접점이 간단한 구조로 만들어질 수 있다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

11: 3중화 보호 모듈 12: 모드 변환 모듈
13: 상태 감시 모듈 14: 경보 발생 모듈
21, 22: IED 감시 출력 그룹 1, 2 23: 모드 설정 스위치 모듈
37, 38, 39: 모드 변환 스위치 블록 1, 2, 3
42, 52, 62: 논리 OR 회로 43, 53, 63: 선택 회로
311a, 321a, 331a: 트립 출력 블록 1
312a, 322a, 332a: 트립 출력 블록 2
311b, 321b, 331b: 접점 상태 감시 블록 1
312b, 322b, 332b: 접점 상태 감시 블록 2
341a, 351a, 361a, 361b: IED-1 FAIL 접점
342a, 352a, 362a, 362b: IED-2 FAIL 접점
343a, 353a, 363a, 363b: IED-3 FAIL 접점
411, 412, 413: 논리 AND 회로 511, 512, 513: 논리 AND 회로
611, 612, 513: 논리 AND 회로 711, 712, 713: 접점 오류-1
721, 722, 723: 접점 오류-2 731, 732, 733: IED-오류3
781, 782, 783: IED 고장

Claims (2)

1. 전력 시스템(PS)의 감시 및 보호를 위한 다수의 선택 모드(Voting Scheme)를 가진 3중화 보호 모듈(11);
   상기 다수의 선택 모드에 따른 보호회로를 선택하는 모드 변환 모듈(12); 및
   감시 또는 보호 과정에서 내부 또는 외부 출력 접점의 고장(Fail) 상태의 발생 여부를 감시하는 상태 감시 모듈(13)을 포함하고,
   모드 변환 모듈(12)은 서로 전기적으로 연결된 다수 개의 IED(Intelligent Electronic Device)(311a 내지 332b)를 포함하는 IED 감시 출력 그룹(21, 22)을 포함하고,
   IED 감시 출력 그룹(21, 22)의 서로 다른 IED(311a 내지 332b)의 입력 및 출력이 서로 연결되어 선택 모드(Voting Mode)를 결정하고,
   모드 변환 모듈(12)은 서로 다른 IED(311a 내지 332b)의 입력 및 출력 사이에서 연결을 설정하도록 작동되는 모드 변환 스위치 블록(37, 38, 39)을 포함하는 것을 특징으로 하는 3중화 보호 장치.
2. 삭제

Images