KR102007287B1 - 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법 및 그 장치 - Google Patents

독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법 및 그 장치 Download PDF

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문병선
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Abstract

본 발명은 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법은, 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 준비하기 위해 최초 설정값을 전달받아 저장한 다음 외부 통신을 종료하는 단계; 타이머 세팅에 따른 배터리 전원 공급으로 동작함에 따라, 상기 최초 설정값을 호출하여 상기 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 통해 검출된 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴을 감시하는 단계; 및 상기 감시된 PRPD 패턴에 대한 분류 및 분석을 수행하는 단계;를 포함한다.

Description

독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETECTING PARTIAL DISCHARGE SIGNAL OF STAND ALONE TYPE UNDERGROUND CABLE}
본 발명은 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진단자가 현장에 상주하지 않더라도 지중케이블에서 발생하는 부분방전 신호를 취득하기 위한 최적 주파수 대역을 추정하여 주파수를 변경한 후, 해당 지중케이블의 부분방전 신호를 연속 측정하여 그 결과를 분류 및 분석함으로써, 지중케이블의 부분방전 신호를 효율적으로 감시하기 위한, 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
지중케이블의 부분방전(Partial Discharge, PD) 진단 방법은 고주파 대역(High Frequency, HF) 중 특정 주파수 대역의 주파수 튜닝(Frequency Tuning)을 이용하여 진단하는 방식이다. 이러한 방식은 진단자가 사전에 설정한 주파수 대역에서만 신호를 측정하는 방식이다.
그런데, 이러한 방식은 고주파 대역의 노이즈 발생으로 인해 부분방전 신호가 측정되지 않는 주파수 대역일 경우에 부분방전 진단이 곤란하다. 즉, 기존에는 지중케이블의 부분방전 진단을 위해 지중케이블에서 발생하는 부분방전 신호의 최적 주파수 대역을 선정하는 것이 필요하다.
그런데, 지중케이블에서 발생하는 부분방전 신호는 발생 및 소멸하는 과정을 간헐적으로 반복하는 특성이 있다. 이는 진단자가 부분방전 신호가 소멸된 기간에 측정할 경우에 해당 지중케이블의 진단 결과가 정상으로 판정할 가능성이 있기 때문에 부분방전 진단 신뢰성이 떨어질 수밖에 없다.
따라서, 지중케이블의 부분방전 진단을 위해서는 연속적으로 부분방전 신호에 대해 모니터링이 가능한 장치가 마련될 필요가 있다.
현재 지중케이블의 부분방전 진단은 상당히 많은 지점의 현장 측정을 수행하여 해당 지중케이블에 대한 부분방전 진단 업무를 수행하고 있는 실정이다.
그리고, 측정 장치는 분석 소프트웨어가 탑재된 노트북과 분리되어 있고, 진단자는 맨홀 또는 전력구 내에 습도, 온도, 충격 등에 취약한 환경에서 진단업무를 수행하고 있다.
특히, 진단자는 맨홀 또는 전력구 내에서 상시 상주하여 해당 지중케이블의 부분방전 신호를 측정해야 한다. 이는 고장발생으로 인해 케이블 접속함이 폭발할 경우에 발생되는 가스와 파편에 의해 진단자의 인명사고가 발생할 우려가 크다는 것을 의미한다.
또한, 진단자는 부분방전에 관한 전문적인 교육이 이루어지지 않아 측정 결과를 직관적으로 판정하기 어려울 뿐만 아니라, 연속 측정한 대용량의 데이터를 세세하게 판정하기 곤란하므로 진단 결과의 신뢰성이 떨어지게 된다.
따라서, 지중케이블의 부분방전 진단은 진단자가 현장에 상주하지 않더라도, 최적 주파수 대역을 추정하여 주파수를 변경하고, 지중케이블의 부분방전 신호를 연속 측정하여 데이터를 진단할 수 있는 방안이 마련될 필요가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0699220호 (2007.03.19 등록)
본 발명의 목적은 진단자가 현장에 상주하지 않더라도 지중케이블에서 발생하는 부분방전 신호를 취득하기 위한 최적 주파수 대역을 추정하여 주파수를 변경한 후, 해당 지중케이블의 부분방전 신호를 연속 측정하여 그 결과를 분류 및 분석함으로써, 지중케이블의 부분방전 신호를 효율적으로 감시하기 위한, 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법은, 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 준비하기 위해 최초 설정값을 전달받아 저장한 다음 외부 통신을 종료하는 단계; 타이머 세팅에 따른 배터리 전원 공급으로 동작함에 따라, 상기 최초 설정값을 호출하여 상기 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 통해 검출된 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴을 감시하는 단계; 및 상기 감시된 PRPD 패턴에 대한 분류 및 분석을 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 감시하는 단계는, 상기 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 시작함에 따라 주파수 튜닝을 통해 제1 주파수 스펙트럼을 확인하는 단계; 및 상기 제1 주파수 스펙트럼에서 추출된 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하는 단계;를 포함하며, 상기 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하는 단계 이후에, 기 설정된 이벤트 레벨을 초과하는 신호가 발생함에 따라 주파수 튜닝의 재수행을 통해 제2 주파수 스펙트럼을 확인하는 단계; 상기 제1 주파수 스펙트럼과 상기 제2 주파수 스펙트럼이 동일 패턴인지를 확인하는 단계; 및 상기 확인 결과에 따라, 상기 제2 주파수 스펙트럼에서 추출된 제2 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
삭제
상기 제1 주파수 선택대역은, 노이즈 신호 검출시에 노이즈 신호가 최저 레벨을 갖는 주파수 대역일 수 있다.
삭제
상기 동일 패턴인지를 확인하는 단계는, 상기 제1 주파수 스펙트럼과 상기 제2 주파수 스펙트럼의 상호 상관값(cross correlation)에 대한 계산 결과에 따라 확인되는 것일 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 동일 패턴인지를 확인하는 단계 이후에, 상기 확인 결과에 따라, 상기 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 동일 패턴인지를 확인하는 단계 이후에, 상기 제2 주파수 스펙트럼에서 상기 제2 주파수 선택대역을 추출하는 단계;를 더 포함하되, 상기 제2 주파수 선택대역을 추출하는 단계는, 상기 제1 주파수 스펙트럼과 상기 제2 주파수 스펙트럼의 차이를 구하는 단계; 상기 제2 주파수 스펙트럼이 상기 제1 주파수 스펙트럼 보다 큰 경우에, 상기 제2 주파수 스펙트럼의 최대값을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 최대값의 주파수 대역을 상기 제2 주파수 선택대역으로 선택하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 분류 및 분석을 수행하는 단계는, 상기 감시된 PRPD 패턴에 대해 사전에 설정된 부분방전 신호 유사도를 분석하여 부분방전 패턴을 분류하는 것일 수 있다.
상기 분류 및 분석을 수행하는 단계는, 상기 감시된 PRPD 패턴에 대해 분류 전 또는 후에 트렌드 분석을 실시하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 부분방전 신호 측정 장치로서, 적어도 하나 이상의 프로세서; 및 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며, 상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 부분방전 신호 측정 장치로 하여금, 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 준비하기 위해 최초 설정값을 전달받아 저장한 다음 외부 통신을 종료하게 하고, 타이머 세팅에 따른 배터리 전원 공급으로 동작함에 따라, 상기 최초 설정값을 호출하여 상기 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 통해 검출된 PRPD 패턴을 감시하게 하며, 상기 감시된 PRPD 패턴에 대한 분류 및 분석을 수행하게 하되, 상기 PRPD 패턴을 감시함에 있어서, 상기 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 시작함에 따라 주파수 튜닝을 통해 제1 주파수 스펙트럼을 확인하게 하고, 상기 제1 주파수 스펙트럼에서 추출된 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하게 하며, 상기 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시한 이후에, 기 설정된 이벤트 레벨을 초과하는 신호가 발생함에 따라 주파수 튜닝의 재수행을 통해 제2 주파수 스펙트럼을 확인하게 하고, 상기 제1 주파수 스펙트럼과 상기 제2 주파수 스펙트럼이 동일 패턴인지를 확인하게 하며, 상기 확인 결과에 따라, 상기 제2 주파수 스펙트럼에서 추출된 제2 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하게 하는 것일 수 있다.
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 부분방전 신호 측정 장치로 하여금, 상기 PRPD 패턴을 감시함에 있어서, 상기 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 시작함에 따라 주파수 튜닝을 통해 제1 주파수 스펙트럼을 확인하고, 상기 제1 주파수 스펙트럼에서 추출된 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하는 것일 수 있다.
삭제
삭제
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 부분방전 신호 측정 장치로 하여금, 상기 동일 패턴인지를 확인한 이후에, 상기 확인 결과에 따라, 상기 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하는 것일 수 있다.
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 부분방전 신호 측정 장치로 하여금, 상기 동일 패턴인지를 확인한 이후에, 상기 제2 주파수 스펙트럼에서 상기 제2 주파수 선택대역을 추출하되, 상기 제2 주파수 선택대역을 추출하는 것은, 상기 제1 주파수 스펙트럼과 상기 제2 주파수 스펙트럼의 차이를 구하고, 상기 제2 주파수 스펙트럼이 상기 제1 주파수 스펙트럼 보다 큰 경우에, 상기 제2 주파수 스펙트럼의 최대값을 검출하며, 상기 검출된 최대값의 주파수 대역을 상기 제2 주파수 선택대역으로 선택하는 것일 수 있다.
본 발명은 진단자가 현장에 상주하지 않더라도 지중케이블에서 발생하는 부분방전 신호를 취득하기 위한 최적 주파수 대역을 추정하여 주파수를 변경한 후, 해당 지중케이블의 부분방전 신호를 연속 측정하여 그 결과를 분류 및 분석함으로써, 지중케이블의 부분방전 신호를 효율적으로 감시할 수 있다.
또한, 본 발명은 상호 상관값 계산을 통해 최적 부분방전 주파수를 선택하는 방법이 탑재되어 있어 지중케이블에 발생하는 부분방전 신호를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 신호처리를 통해 최적의 주파수 스펙트럼과 PRPD 패턴을 이용하여 부분방전 신호를 측정하여 장기간에 걸쳐 독립적인 연속 측정이 가능하다.
또한, 본 발명은 진단자 부재시 부분방전 신호 주파수 대역 자동 추적이 가능하고, 진단자의 측정주파수 대역 오설정을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 간헐적으로 발생하는 부분방전 신호를 자동으로 측정, 저장 및 분류하여 진단자의 현장 업무를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 측정 장치와 분석 장치를 통합하여 기존의 진단장비에 비해 컴팩트하게 구성하여 열악한 환경에서의 측정을 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 지중케이블의 부분방전 신호에 대해 현장 활용할 때 현업의 진단 업무 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 장치를 나타낸 도면,
도 2는 주파수 튜닝을 이용한 PRPD 패턴 검출을 설명하는 도면,
도 3은 PRPD 패턴 분석을 설명하는 도면,
도 4는 PRPD 패턴 변환을 설명하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법을 나타낸 도면,
도 6은 상기 도 5의 부분방전 신호 측정 수행 단계에서 주파수 튜닝 자동 선택을 통해 주파수 대역을 변경하는 과정을 설명하는 도면,
도 7a는 노이즈 신호 검출시 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면,
도 7b는 부분방전 신호 검출시 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면,
도 8은 상기 도 6에서 S260 단계를 나타낸 도면,
도 9은 상기 도 6에서 S270 단계를 나타낸 도면,
도 10은 상기 도 5의 부분방전 트렌드 분석 과정을 설명하는 도면,
도 11은 상기 도 5의 부분방전 패턴 분류 과정을 설명하는 도면이다.
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 위한 용어로 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.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 주파수 튜닝을 이용한 PRPD 패턴 검출을 설명하는 도면이며, 도 3은 PRPD 패턴 분석을 설명하는 도면이고, 도 4는 PRPD 패턴 변환을 설명하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 장치(이하 '부분방전 신호 측정 장치'라 함, 100)는, 진단자가 현장에 상주하지 않더라도 지중케이블에서 발생하는 부분방전 신호를 취득하기 위한 최적 주파수 대역을 추정하여 주파수를 변경한 후, 해당 지중케이블의 부분방전 신호를 연속 측정하여 그 결과를 분류 및 분석함으로써, 지중케이블의 부분방전 신호를 효율적으로 감시할 수 있게 한다.
이러한 부분방전 신호 측정 장치(100)는 부분방전(Patial Discharge) 신호를 검출하기 위한 PD 센서(10), 부분방전 신호의 SNR(Signal to Noise Ratio)을 개선하기 위한 증폭기 및 필터(20), 고주파 대역의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC(Analog Digital Converter)(30), 디지털 신호의 신호처리를 위한 신호처리부(40), 주파수 튜닝 기능을 적용하여 주파수 스펙트럼 그래프를 메모리(60)에 저장하고, PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴을 감시하기 위한 프로세서(50)를 포함한다.
이와 같이, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 적어도 하나 이상의 프로세서(50)와 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리(60)를 포함한다. 메모리(60)에 저장된 명령들은 적어도 하나의 프로세서(50)에 의해 실행될 때, 부분방전 신호 측정 장치(100)로 하여금 본 발명의 실시예에 따른 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법을 수행하게 한다.
프로세서(50)는 지중케이블의 부분방전 신호 감시를 시작하기에 앞서 외부 PC를 통해 전달된 최초 설정값을 메모리(60)에 저장한 다음, 외부 PC와 연결이 없더라도 독립적으로 지중케이블의 부분방전 신호를 연속 감시하여 발생하는 측정데이터를 메모리(60)에 저장할 수 있다.
이외에도, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 타이머 스위치가 연결된 배터리를 전원으로 공급받는 전원부, 외부 PC(예, 노트북)와 데이터 통신을 위한 통신부, 위상 동기 센서와 연결된 위상 동기부가 더 포함될 수 있다.
여기서, 신호처리부(40)는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 방식으로 설계되어 ADC(30)를 통해 처리되는 디지털 신호에 대한 신호 처리가 가능하며, ADC(30)는 100MS/s의 속도로 처리되는 데이터에 대해 대역 통과 필터(Band Pass Filter)를 이용하여 대역폭(bandwidth)를 조정할 수 있다.
도 2를 참조하면, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 1㎒의 대역폭에 대해 주파수 대역별로 스위핑(sweeping)하여 측정함으로써 주파수 튜닝 기능이 적용된 PRPD 패턴만을 검출할 수 있다.
부분방전 신호를 검출하기 위해서는 부분방전 신호만 검출되는 주파수 대역을 추적해야 하지만, 불규칙하게 발생하는 부분방전 신호의 주파수 대역을 확인할 수 없다.
따라서, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 최초 측정시 주파수 스펙트럼 그래프를 저장한 후, PRPD 패턴을 연속으로 감시한다.
도 3을 참조하면, PRPD 패턴은 연속적인 사인파형에 분포되어 있는 'PD 연속 신호'를 한 주기의 사인파형에 집중되는 'PD 누적 신호'로 대응시켜 나타낸다.
그런데, 신호처리부(40)에서 처리된 데이터는 1주기 256개의 샘플데이터를 누적할 경우 1회 측정시간이 길어질수록 데이터 사이즈가 점점 커지는 단점이 있다.
도 4를 참조하면, 신호처리부(40)에서 처리된 데이터는 PRPD 패턴으로 변환하여 256×256 해상도로 저장하는 경우에 데이터 사이즈를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 데이터 사이즈를 항상 동일하게 만들 수 있다.
예를 들어, 1 바이트(byte)(256 단계)의 해상도를 가지고 있는 256개의 샘플데이터를 PRPD 패턴으로 변환할 때 1회 PRPD 데이터는 약 65kB 수준으로 저장되고, 32GB급 메모리를 이용할 때 약 40만개의 데이터를 저장할 수 있다. 그러면, 하루에 1분마다 데이터를 저장하는 경우에는 1,440개의 데이터가 생성된다. 이는 32G급 메모리에서도 약 300일 이상 데이터를 저장 가능하다.
이처럼, 부분방전 신호 측정 장치(100)가 PRPD 패턴을 이용하는 것은 해당 지중케이블의 부분방전 신호를 연속으로 감시할 때 데이터 사이즈를 감소시킬 뿐만 아니라 데이터 사이즈를 동일하게 만들어 장기간에 걸쳐 지중케이블에 대한 연속적인 부분방전 신호 감시가 가능하기 때문이다.
한편, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 PRPD 패턴을 연속적으로 감시할 때, 사전에 설정된 이벤트 레벨을 초과하는 신호가 발생할 경우에 주파수 선택 대역을 변경하여 PRPD 패턴 감시를 수행하게 된다. 이에 대해서는 후술할 도 4를 참조하여 자세하게 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법을 나타낸 도면이다.
먼저, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 부분방전 신호 측정 준비가 수행된다(S100). 즉, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 배터리로부터 공급되는 전원에 의해 구동 가능한 상태로 준비되어 지중케이블이 설치되어 있는 현장에 설치된다. 이때, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 외부 PC(예, 노트북 등)에 연결하여 전달받은 최초 설정값을 메모리(60)에 저장한 다음, 외부 PC와 통신을 종료한다.
이후, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 통해 검출된 PRPD 패턴을 감시한다(S200). 이때, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 타이머 세팅에 따른 배터리 전원의 공급으로 동작함에 따라, 메모리(60)에 저장된 설정값을 호출하여 해당 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 통해 PRPD 패턴을 메모리(60)에 저장한다. 그리고, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 주파수 튜닝 자동 선택을 통해 주파수 대역을 변경하는 과정(후술할 도 6 내지 도 9 참조)을 수행하게 된다.
이처럼, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 진단자 또는 외부 PC 연결 없이 독립적인(stand alone) 감시 활동을 수행한다.
아울러, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 해당 지중케이블의 부분방전 신호에 대한 PRPD 패턴을 분류 및 분석한다(S300). 이때, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 부분방전 경향 분석 과정(후술할 도 10 참조)과 부분방전 패턴 분류 과정(후술할 도 11 참조)을 수행할 수 있다.
이러한 부분방전 신호 측정 장치(100)는 지중케이블의 부분방전 신호에 대해 연속 측정이 가능하고, 측정 및 분석을 일체로 진행하여 부분방전 신호에 대한 분류 및 분석이 가능하다.
도 6은 상기 도 5의 부분방전 신호 측정 수행 단계에서 주파수 튜닝 자동 선택을 통해 주파수 대역을 변경하는 과정을 설명하는 도면이고, 도 7a는 노이즈 신호 검출시 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면이고, 도 7b는 부분방전 신호 검출시 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 8은 상기 도 6에서 S260 단계를 나타낸 도면이며, 도 9은 상기 도 6에서 S270 단계를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 해당 지중케이블의 부분방전 신호를 측정을 시작함에 따라, 소정의 대역폭(예, 1㎒)에 대해 주파수 튜닝을 통해 제1 주파수 스펙트럼을 확인한다(S210). 이때, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 제1 주파수 스펙트럼에서 제1 주파수 선택대역을 추출 및 저장한다(S220). 도 7a에서 제1 주파수 선택대역은 노이즈 신호 검출시에 노이즈 신호가 최저 레벨을 갖는 주파수 대역에 해당된다.
이후, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 추출된 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시한다(S230).
그런 다음, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 제 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 연속적으로 감시할 때 사전에 설정된 이벤트 레벨을 초과하는 신호가 발생함에 따라, 주파수 튜닝의 재수행을 통해 제2 주파수 스펙트럼을 확인한다(S240, S250). 이때, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 소정의 대역폭에 대해 주파수 튜닝의 재수행을 통해 제2 주파수 스펙트럼을 다시 저장한다.
이후, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 주파수 대역 변경하여 PRPD 패턴을 감시하는지를 판단하기 위해, 제1 주파수 스펙트럼과 제2 주파수 스펙트럼이 동일 패턴인지를 확인한다(S260).
구체적으로, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 도 8을 참조하면, 제1 주파수 스펙트럼과 제2 주파수 스펙트럼의 상호 상관값(cross correlation)을 계산하여 그 결과에 따라 동일 패턴인지를 확인한다(S261). 이때, 상호 상관값은 다음 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112018045362216-pat00001
여기서, 상호 상관값은 Cc, 제1 주파수 스펙트럼의 데이터는 xi, 제2 주파수 스펙트럼의 데이터는 yi, n은 샘플수이다.
이후, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 상호 상관값이 기준값 이상일 때 패턴 일치로 판단하고(S262, S263), 상호 상관값이 기준값 이하일 때 패턴 불일치로 판단한다(S262, S264). 여기서, 기준값은 0.8일 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 제1 주파수 스펙트럼과 제2 주파수 스펙트럼이 동일 패턴이면(S260), 제2 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수 선택대역을 다시 추출하지 않고 기존과 같이 제1 주파수 선택대역을 이용하여 PRPD 패턴을 감시한다(S230).
반면에, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 제1 주파수 스펙트럼과 제2 주파수 스펙트럼이 동일 패턴이 아니라면(S260), 제2 주파수 스펙트럼에서 제2 주파수 선택대역을 추출한다(S270).
여기서, 제1 주파수 스펙트럼(노이즈 신호 검출시)과 제2 주파수 스펙트럼(부분방전 신호 검출시)이 동일 패턴이 아니라는 것은, 도 7b와 같이 제1 주파스 스펙트럼과 제2 주파수 스펙트럼의 그래프값에 어느 수준 이상으로 차이가 발생하는 경우로 볼 수 있다. 즉, 도 7b에서 제2 주파수 선택대역은 제1 주파수 스펙트럼과 제2 주파수 스펙트럼이 동일 패턴이 아닌 경우, 노이즈 신호 검출시 대비 부분방전 신호 검출시에 최대 SNR을 가지는 경우에 해당된다.
구체적으로, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 도 9를 참조하면, 제1 주파수 스펙트럼(xi)과 제2 주파수 스펙트럼(yi)을 확인하여 서로 간의 차이를 구한다(S271, S272).
이때, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 제2 주파수 스펙트럼(yi)이 제1 주파수 스펙트럼(xi) 보다 큰 경우에(S272), 제2 주파수 스펙트럼(yi)의 최대값을 검출한 다음(S274), 해당 최대값의 주파수 대역을 추출한다(S275). 해당 최대값의 주파수 대역이 제2 주파수 선택대역이 된다. 이는 주파수 대역폭 이내에서 이루어진다(S273).
이와 같이, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 주파수 대역을 제1 주파수 선택대역에서 제2 주파수 선택대역으로 변경하여 PRPD 패턴을 다시 감시한다(S280).
도 10은 상기 도 5의 부분방전 트렌드 분석 과정을 설명하는 도면이고, 도 11은 상기 도 5의 부분방전 패턴 분류 과정을 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 메모리(60)에 저장되어 있는 연속 측정된 PRPD 패턴에 대해 트렌드 분석을 실시할 수 있다. 즉, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 부분방전 신호가 간헐적으로 발생하는 특징을 고려하여 부분방전 신호가 발생하는 경향성을 추출하여 어느 시점에 부분방전 신호가 발생하는지를 분석 가능하다.
도 11을 참조하면, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 메모리(60)에 저장되어 있는 연속 측정된 PRPD 패턴이 대용량 데이터(즉, big data)이므로 분석이 어려울 수 있다. 이에 따라, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 인공지능 기반의 자동패턴 분류 방식에 따라 사전에 설정된 부분방전 신호 유사도(%)를 분석하여 부분방전 패턴을 분류할 수 있다.
구체적으로, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 빅데이터를 분류하여 인공지능 기반의 부분방전 패턴을 분석한다(S310, S320). 이때, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 부분방전 패턴을 분류하여 분류된 부분방전 패턴의 트렌드 분석을 실시한다(S330, S340). 그리고, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 분류된 부분방전 패턴에 대한 트렌드 분석 결과를 관리 및 저장한다(S350).
한편, 부분방전 신호 측정 장치(100)는 도 10의 트렌드 분석에 대해 원본 데이터에 대한 트렌드 분석을 실시하거나(S360), 부분방전 패턴이 분류된 데이터에 대한 트렌드 분석을 실시할 수 있다(S340).
일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.
10 : PD 센서 20 : 증폭기 및 필터
30 : ADC 40 : 신호처리부
50 : 프로세서 60 : 메모리

Claims (15)

  1. 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 준비하기 위해 최초 설정값을 전달받아 저장한 다음 외부 통신을 종료하는 단계;
    타이머 세팅에 따른 배터리 전원 공급으로 동작함에 따라, 상기 최초 설정값을 호출하여 상기 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 통해 검출된 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 패턴을 감시하는 단계; 및
    상기 감시된 PRPD 패턴에 대한 분류 및 분석을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 감시하는 단계는,
    상기 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 시작함에 따라 주파수 튜닝을 통해 제1 주파수 스펙트럼을 확인하는 단계; 및 상기 제1 주파수 스펙트럼에서 추출된 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하는 단계 이후에, 기 설정된 이벤트 레벨을 초과하는 신호가 발생함에 따라 주파수 튜닝의 재수행을 통해 제2 주파수 스펙트럼을 확인하는 단계; 상기 제1 주파수 스펙트럼과 상기 제2 주파수 스펙트럼이 동일 패턴인지를 확인하는 단계; 및 상기 확인 결과에 따라, 상기 제2 주파수 스펙트럼에서 추출된 제2 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하는 단계;를 더 포함하는 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수 선택대역은,
    노이즈 신호 검출시에 노이즈 신호가 최저 레벨을 갖는 주파수 대역인 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 동일 패턴인지를 확인하는 단계는,
    상기 제1 주파수 스펙트럼과 상기 제2 주파수 스펙트럼의 상호 상관값(cross correlation)에 대한 계산 결과에 따라 확인되는 것인 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 동일 패턴인지를 확인하는 단계 이후에, 상기 확인 결과에 따라, 상기 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하는 단계;
    를 더 포함하는 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 동일 패턴인지를 확인하는 단계 이후에, 상기 제2 주파수 스펙트럼에서 상기 제2 주파수 선택대역을 추출하는 단계;를 더 포함하되,
    상기 제2 주파수 선택대역을 추출하는 단계는,
    상기 제1 주파수 스펙트럼과 상기 제2 주파수 스펙트럼의 차이를 구하는 단계;
    상기 제2 주파수 스펙트럼이 상기 제1 주파수 스펙트럼 보다 큰 경우에, 상기 제2 주파수 스펙트럼의 최대값을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 최대값의 주파수 대역을 상기 제2 주파수 선택대역으로 선택하는 단계;
    를 포함하는 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 분류 및 분석을 수행하는 단계는,
    상기 감시된 PRPD 패턴에 대해 사전에 설정된 부분방전 신호 유사도를 분석하여 부분방전 패턴을 분류하는 것인 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 분류 및 분석을 수행하는 단계는,
    상기 감시된 PRPD 패턴에 대해 분류 전 또는 후에 트렌드 분석을 실시하는 것인 독립형 지중케이블 부분방전 신호 측정 방법.
  10. 부분방전 신호 측정 장치로서,
    적어도 하나 이상의 프로세서; 및
    컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 부분방전 신호 측정 장치로 하여금,
    지중케이블의 부분방전 신호 측정을 준비하기 위해 최초 설정값을 전달받아 저장한 다음 외부 통신을 종료하게 하고,
    타이머 세팅에 따른 배터리 전원 공급으로 동작함에 따라, 상기 최초 설정값을 호출하여 상기 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 통해 검출된 PRPD 패턴을 감시하게 하며,
    상기 감시된 PRPD 패턴에 대한 분류 및 분석을 수행하게 하되,
    상기 PRPD 패턴을 감시함에 있어서, 상기 지중케이블의 부분방전 신호 측정을 시작함에 따라 주파수 튜닝을 통해 제1 주파수 스펙트럼을 확인하게 하고, 상기 제1 주파수 스펙트럼에서 추출된 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하게 하며,
    상기 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시한 이후에, 기 설정된 이벤트 레벨을 초과하는 신호가 발생함에 따라 주파수 튜닝의 재수행을 통해 제2 주파수 스펙트럼을 확인하게 하고, 상기 제1 주파수 스펙트럼과 상기 제2 주파수 스펙트럼이 동일 패턴인지를 확인하게 하며, 상기 확인 결과에 따라, 상기 제2 주파수 스펙트럼에서 추출된 제2 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하게 하는 것인 부분방전 신호 측정 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 부분방전 신호 측정 장치로 하여금,
    상기 동일 패턴인지를 확인함에 있어서, 상기 제1 주파수 스펙트럼과 상기 제2 주파수 스펙트럼의 상호 상관값에 대한 계산 결과에 따라 확인되게 하는 것인 부분방전 신호 측정 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 부분방전 신호 측정 장치로 하여금,
    상기 동일 패턴인지를 확인한 이후에, 상기 확인 결과에 따라, 상기 제1 주파수 선택대역을 기반으로 PRPD 패턴을 감시하게 하는 것인 부분방전 신호 측정 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 부분방전 신호 측정 장치로 하여금,
    상기 동일 패턴인지를 확인한 이후에, 상기 제2 주파수 스펙트럼에서 상기 제2 주파수 선택대역을 추출하게 하되,
    상기 제2 주파수 선택대역을 추출하게 하는 것은,
    상기 제1 주파수 스펙트럼과 상기 제2 주파수 스펙트럼의 차이를 구하게 하고,
    상기 제2 주파수 스펙트럼이 상기 제1 주파수 스펙트럼 보다 큰 경우에, 상기 제2 주파수 스펙트럼의 최대값을 검출하게 하며,
    상기 검출된 최대값의 주파수 대역을 상기 제2 주파수 선택대역으로 선택하게 하는 것인 부분방전 신호 측정 장치.
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