KR102053174B1 - 몰드변압기의 이상 검출 장치 - Google Patents

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현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
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Abstract

본 발명은 몰드변압기의 실시간 상태 감시, 열화 검출 및 부분방전 발생 위치 추정을 수행할 수 있는 몰드변압기의 이상 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 몰드변압기 이상 상태 검출 장치는 변압기 몸체가 수납된 외함의 내부에 설치되어 상기 변압기 몸체의 외부 온도를 상시 측정하는 열화상 센서 및 상기 외함의 내부에 설치되어 상기 변압기 몸체에서 발생한 부분방전에 의한 전파신호를 감지하는 복수의 부분방전 검출센서를 포함한다.

Description

몰드변압기의 이상 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING ABNORMALITY OF MOLD TRANSFORMER}
본 발명은 몰드변압기의 이상 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 몰드변압기에 발생하는 부분방전 검출 및 열화 진단을 수행할 수 있는 몰드변압기의 이상 검출 장치에 관한 것이다.
몰드변압기는 유입식 변압기가 지니는 주요 단점인 사고시 화재 및 폭발의 위험성을 제거하기 위해 내열성 에폭시 레진을 몰딩하여 제작하는 기법으로 제작되는 변압기이다.
일반적으로, 몰드변압기는 크게 전류가 흐르는 도체권선과 절연물(epoxy) 그리고, 철심(core)과 각종 지지물로 구성된다.
그러나, 이러한 몰드변압기는 절연물의 제조 불량 혹은 경년 열화로 인하여 절연내력 약화로 초기 부분방전이 발생할 수 있으며, 사용 시간에 따라 이러한 부분방전은 절연 내력을 더욱 약화시켜 예측하지 못하는 대형 사고로 진행될 수 있다.
특히, 몰드변압기는 절연물 몰딩 제조공정에서 보이드(void) 또는 이물질 부위 등의 결함부위가 발생할 수 있고, 장기간 사용시 이러한 결함부위에서 전기적 열화인 부분방전이 발생하여 진행되면 절연파괴 사고로 진전되게 된다.
그러나, 몰드변압기는 권선이 절연물로 둘러싸인 구조적 특성상 내부에서 발생한 열화 및 부분방전을 정확하게 측정 및 감시하기 용이하지 않다는 단점이 있다. 따라서, 기존에는 몰드변압기의 상태를 진단하기 위해 접속식 부분방전 센서 및 열 측정 장비를 이용하여 검사자가 정비기간 또는 열화문제 발생 징후가 있을 경우에 몰드변압기의 상태를 진단하였으므로, 실시간 측정이 이루어지지 않아 적절한 대응이 되지 않는 문제가 있으며, 몰드변압기의 정확한 수명 예측이 불가능하다는 문제가 있었다.
또한, 기존의 접속식 부분방전 센서는 부분방전의 측정은 가능하나 부분방전이 발생한 위치를 추정하지 못한다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 몰드변압기의 실시간 상태 감시, 열화 검출 및 부분방전 발생 위치 추정을 수행할 수 있는 몰드변압기의 이상 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 변압기 몸체가 수납된 외함의 내부에 설치되어 상기 변압기 몸체의 외부 온도를 상시 측정하는 열화상 센서 및 상기 외함의 내부에 설치되어 상기 변압기 몸체에서 발생한 부분방전에 의한 전파신호를 감지하는 복수의 부분방전 검출센서를 포함하고, 상기 열화상 센서는 상기 변압기 몸체의 미리 설정된 영역을 복수의 단위영역으로 분할하여 상기 단위영역별 온도를 측정하고, 상기 복수의 부분방전 검출센서는 서로 다른 위치에 배치되고, 상기 열화상 센서는 상기 복수의 단위영역을 단위영역 별로 측정할 수 있도록 틸팅동작 가능하고, 상기 부분방전 검출센서는 전파신호를 수신하는 수신부의 방향전환이 가능하도록 틸팅동작 가능하게 구성되며, 상기 복수의 부분방전 검출센서는 제1 부분방전 검출센서 및 제2 부분방전 검출센서로 구성되고, 상기 열화상 센서는 제1 열화상 센서, 제2 열화상 센서 및 제3 열화상 센서를 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 열화상 센서 각각은 상기 변압기 몸체에 구비되는 각 상의 권선에 일대일로 대응하도록 배치되고, 상기 제1, 제2 및 제3 열화상 센서 각각은 대응하는 권선 및 권선 주변 구조물을 상기 미리 설정된 영역으로 할당받게 되고, 할당받은 영역을 복수의 단위영역으로 분할하여 단위영역별 온도를 측정하는 몰드변압기 이상 검출 장치를 제공한다.
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또한, 일 실시예에서, 상기 부분방전 검출센서는 상기 수신부가 대향하는 방향을 제외한 나머지 방향에서 유입되는 전파의 감지량이 최소화되도록 초지향성을 가질 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 부분방전 검출센서는 상기 수신부의 측방과 후방을 둘러싸는 전파차폐부재를 구비할 수 있다.
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또한, 일 실시예에서, 상기 열화상 센서는 상기 외함 내부의 상부 또는 하부에 구비되어 상기 변압기 몸체의 표면 온도 변화를 감지하는 제4 열화상 센서를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는, 상기 부분방전 검출센서에서 감지한 부분방전 데이터 및 상기 열화상 센서에서 측정한 상기 변압기 몸체의 온도분포 데이터를 수신하여 처리하는 데이터 처리부를 포함하고, 상기 데이터 처리부는, 상기 부분방전 데이터 및 상기 온도분포 데이터를 기초로 상기 변압기 몸체의 부분방전 분포맵 및 온도 분포맵을 생성할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 데이터 처리부는 상기 제1 부분방전 검출센서와 제2 부분방전 검출센서에서 감지한 부분방전의 최대 신호 크기 위치값을 기초로 삼각측량법을 사용하여 부분방전의 발생 위치를 계산할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 데이터 처리부는, 상기 부분방전 분포맵과 온도 분포맵을 비교하여 상기 변압기 몸체에 발생한 결함의 발생시간, 발생위치 및 종류를 판단할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 데이터 처리부는 상기 복수의 부분방전 검출센서에서 감지한 부분방전의 크기 및 방전 횟수를 기초로 부분방전 발생 경향 데이터를 생성하고, 상기 부분방전 발생 경향 데이터를 미리 설정된 부분방전 패턴 데이터와 비교하여 부분방전의 종류를 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는, 변압기에 공급되는 운전전류의 크기를 측정하는 전류센서를 더 포함하고, 상기 데이터 처리부는, 상기 전류센서에서 측정한 운전전류의 크기 및 주파수를 기초로 상기 변압기 몸체에 발생한 온도변화와 부분방전 변화가 결함에 의한 변화인지 여부를 판단할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 데이터 처리부는, 상기 온도분포 데이터와 상기 전류센서에서 측정한 운전전류의 크기를 통해 운전전류 변화에 의한 정상적인 변압기 온도 데이터와 상기 온도분포 데이터를 비교하여 상기 변압기 몸체의 열화 발생 여부를 검출할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 데이터 처리부는, 상기 부분방전 검출센서에서 측정한 부분방전 신호의 변이와 운전전류 변화에 의한 노이즈 신호의 변이를 비교하여 결함에 의한 부분방전인지 여부를 판단할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 데이터 처리부는, 상기 변압기 몸체에 발생한 온도변화와 부분방전 변화가 결함에 의한 변화라고 판단한 경우, 변압기 감시 시스템 또는 단말기에 이상 상태 발생 알람을 표시할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는, 상기 변압기 몸체의 내부 온도를 측정하는 측온저항 온도센서를 더 포함하고, 상기 데이터 처리부는, 상기 측온저항 온도센서에서 측정한 상기 변압기 몸체의 내부 온도 데이터와 상기 온도 분포맵을 비교하여 상기 변압기 몸체의 열화 발생 여부를 검출할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 데이터 처리부는 IEEE Std C57.12.56-1986의 아레니우스 이론에 상기 열화상 센서가 측정한 상기 변압기 몸체의 온도분포 데이터를 대입하여 변압기의 수명 예측 계산을 수행하고 계산된 변압기의 예상 수명을 변압기 감시 시스템 또는 단말기에 표시할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 몰드변압기의 온도 및 부분방전을 실시간으로 측정할 수 있고, 측정한 값을 종합적으로 비교 분석함으로써 몰드변압기의 이상 상태를 정확하게 검출할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치가 몰드변압기에 적용된 일 예를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 몰드변압기 이상 검출 장치가 몰드변압기에 적용된 일 예를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 몰드변압기 이상 검출 장치에 포함되는 부분방전 검출센서의 지향성을 구현하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치를 통해 결함위치를 추정하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 다양한 일 실시예들에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치에 대해서 설명한다.
<제1 실시예>
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는 복수의 열화상 센서(111~114), 전류센서(미도시), 측온저항 온도센서(미도시) 및 데이터 처리부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 열화상 센서(111~114)는 변압기 몸체(10)가 수납된 외함(20)의 내부에 설치되어 변압기 몸체(10)의 외부 온도를 상시 측정할 수 있다. 여기서, 상기 변압기 몸체(10)는 철심, 저압권선, 고압권선, 클램프, 몰딩층 및 권선단자 등을 포함하는 변압기의 중신에 해당한다.
일 실시예에서, 열화상 센서(111~114)는 변압기 몸체(10)의 외관의 일부분을 촬영하여 촬영부위의 온도분포를 이미지화 할 수 있는 적외선 어레이 센서로 구성될 수 있다. 여기서, 적외선 어레이 센서는 측정 대상물에서 방출되는 적외선을 수강하여 온도분포 데이터를 출력할 수 있다.
일 예로, 열화상 센서(111~114)는 0℃ 내지 200℃ 범위 내의 온도를 측정할 수 있도록 구성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 열화상 센서(111~114)는 측정한 온도분포 데이터를 후술할 데이터 처리부로 전송할 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 복수의 열화상 센서(111~114) 각각은 변압기 몸체(10)의 미리 설정된 영역을 복수의 단위영역으로 분할하여 단위영역별 온도를 측정할 수 있다.
즉, 하나의 열화상 센서(111~114)가 고정된 상태에서 측정할 수 있는 범위가 한정되어 있기 때문에, 하나의 열화상 센서(111~114)는 자신에게 할당된 넓은 감시 영역을 복수의 단위영역으로 분할하고 시간제어를 통해 단위영역별 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 일 실시예에서, 열화상 센서(111~114)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 단위영역을 단위영역 별로 측정할 수 있도록 상하방향 및 좌우방향으로 틸팅동작 가능하게 구성될 수 있다.
이와 같이 틸팅동작이 가능한 열화상 센서(111~114)는 촬영각도 조절이 가능하므로 미리 설정된 넓은 영역을 복수의 단위영역으로 분할하여 측정할 수 있게 된다.
여기서, 열화상 센서(111~114)의 틸팅동작을 구현하기 위한 기구적 구성은 특별히 한정되지 않으며 공지된 다양한 형태의 자동 회전구조가 적용될 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 열화상 센서(111~114)는 제1 열화상 센서(111), 제2 열화상 센서(112), 제3 열화상 센서(113) 및 제4 열화상 센서(114)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 열화상 센서(111), 제2 열화상 센서(112) 및 제3 열화상 센서(113) 각각은 변압기 몸체(10)에 구비되는 각 상의 권선에 일대일로 대응하도록 배치될 수 있다.
이러한 제1 열화상 센서(111), 제2 열화상 센서(112) 및 제3 열화상 센서(113) 각각은 대응하는 상의 권선 및 권선 주변 구조물을 상기 미리 설정된 영역으로 할당받게 되고, 할당받은 영역을 전술한 바와 같이 복수의 단위영역으로 분할하여 단위영역 별 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 제4 열화상 센서(114)는 외함(20) 내부의 상부 또는 하부에 구비되어 변압기 몸체(10)의 표면 온도 및 변압기 몸체(10) 주변의 온도를 측정할 수 있다.
이러한 제4 열화상 센서(114)는 외함(20)의 내부로 침입할 수 있는 설치류 및 이물질 그리고, 외부 환경요소로 인해 외함(20) 내부에 발생하는 온도변화를 감지하도록 마련될 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 열화상 센서(111~114)는 복수의 단위영역 각각의 온도를 미리 설정된 정상주기에 따라 순차적으로 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정상주기는 변압기의 부하변동주기의 배수로 설정될 수도 있다. 예를 들어, 변압기의 부하변동이 15분 주기로 감지되는 경우, 부하변동이 심하지 않으면 하나의 열화상 센서(111~114)가 15분의 2배 이상 주기로 미리 설정된 영역 전체의 온도를 측정하도록 구성될 수 있고, 부하변동이 심한 경우에는 하나의 열화상 센서(111~114)가 부하변동주기에 따라 15분 주기로 미리 설정된 영역 전체의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.
또한, 복수의 단위영역 중에서 온도변화량이 미리 설정된 정상수치 이상인 열화영역이 발생하는 경우, 열화상 센서(111~114)는 열화영역 및 열화영역 주변의 단위영역을 미리 설정된 이상주기에 따라 측정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 이상주기는 상기 정상주기보다 짧게 설정되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 정상주기가 부하변동주기인 15분의 2배로 설정된 경우에 열화영역이 발생하면, 열화영역과 열화영역 주변의 단위영역들은 부하변동주기인 15분 주기로 온도가 측정될 수 있다. 이와 같이 복수의 단위영역 중에서 일부의 단위영역을 더 짧은 주기로 측정하는 동작은 열화상 센서(111~114)의 측정 우선순위를 조절하여 구현될 수 있다. 즉, 열화가 발생하지 않은 영역이 1번 측정될 동안 열화영역과 열화영역 주변의 단위영역들은 2번 측정되도록 동작할 수 있다.
참고로, 상기 온도변화량의 정상수치는 몰드변압기 온도상승 규정에 따라 설정될 수 있다.
상기 전류센서(미도시)는 변압기의 1차측 또는 2차측에 설치되는 전류 측정용 CT(Current Transformer)의 2차 전류 측에 클램프 형태로 설치가 되며, 변압기에 공급되는 운전전류의 크기를 측정할 수 있다. 이러한 전류센서는 측정한 운전전류의 크기를 후술할 데이터 처리부에 전송할 수 있다.
상기 측온저항 온도센서(미도시)는 변압기 몸체(10)의 내부 온도를 측정할 수 있다. 일 예로, 측온저항 온도센서는 변압기 몸체(10)에 구비된 각 상의 저압 권선의 내부에 구비되는 접촉식 온도센서로 구성되되, 2차측 권선전압이 1,000V 이상인 경우에는 각 상 권선부의 상부의 공기흐름이 원활한 위치에 구성될 수 있다. 이러한 측온저항 온도센서는 운전전류의 크기 변화에 따른 변압기 몸체(10) 내부의 온도변화량을 측정할 수 있고, 측정한 변압기 몸체(10) 내부의 온도변화량을 후술할 데이터 처리부에 전송할 수 있다.
상기 데이터 처리부(미도시)는 열화상 센서(111~114)에서 측정한 변압기 몸체(10)의 표면 온도분포 데이터를 수신하여 분석할 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 처리부는 복수의 단위영역 중에서 온도변화량이 미리 설정된 정상수치 이상인 열화영역이 발생하는 경우, 변압기 감시 시스템 또는 단말기에 이상 상태 발생 알람을 표시할 수 있다.
또한, 데이터 처리부는 온도분포 데이터를 기초로 도 4에 도시된 바와 같은 변압기 몸체(10)의 온도 분포맵을 생성할 수 있다. 여기서, 온도 분포맵에는 단위영역별 온도 변화량이 표시된다.
또한, 일 실시예에서, 데이터 처리부는 열화상 센서(111~114)가 측정한 변압기 몸체(10)의 온도분포 데이터를 IEEE Std C57.12.56-1986의 아레니우스 이론에 대입하여 변압기의 수명 예측 계산을 수행하고 계산에 의해 도출된 변압기의 예상 수명을 변압기 감시 시스템 또는 단말기에 표시할 수 있다.
예를 들어, 변압기 운전온도의 최고온도가 55℃로 설정된 경우, IEEE Std C57.12.56-1986의 아레니우스 이론을 통한 변압기의 예상 수명은 다음의 [수학식 1]로 계산될 수 있다.
Figure 112016051313071-pat00001
여기서, life(h)는 예상 수명, T는 핫스팟 절대온도(변압기 주변온도+ 변압기 권선온도+핫스팟 보정온도+273℃)이다.
또한, 일 실시예에서, 데이터 처리부는 열화상 센서(111~114)에서 측정한 온도분포 데이터와 전류센서에서 측정한 운전전류의 크기를 기초로 운전전류 변화에 의한 정상적인 변압기 온도 데이터와 측정된 온도분포 데이터를 비교하여 변압기 몸체(10)의 열화 발생 여부를 검출할 수 있다.
예를 들어, 데이터 처리부는 열화상 센서(111~114)에서 측정한 변압기 몸체(10) 외부의 온도와 전류센서에서 측정한 운전전류의 크기를 조합하여, 변압기 몸체(10)의 온도상승이 운전전류 상승에 의한 정상적인 온도상승인지 아니면, 열화에 의한 비정상적인 온도상승인지 판단할 수 있다.
이때, 데이터 처리부는 열화가 발생한 것으로 판단되면 전술한 바와 같이 변압기 감시 시스템 또는 단말기에 이상 상태 발생 알람을 표시할 수 있으며, 사용자는 변압기 감시 시스템의 화면 또는 단말기 화면으로 출력된 온도 분포맵의 이미지를 통해 열화영역의 위치를 파악할 수 있게 된다.
또한, 일 실시예에서, 데이터 처리부는 측온저항 온도센서에서 측정한 변압기 몸체(10) 내부의 온도 데이터와 열화상 센서(111~114)에서 측정한 변압기 몸체(10) 외부의 온도분포 데이터를 비교하여 변압기 몸체(10)의 열화 발생 여부를 검출할 수 있다.
예를 들어, 데이터 처리부는, 운전전류가 커지고 변압기 몸체(10) 내부의 온도가 상승하지만 변압기 몸체(10) 외부의 온도 변화가 없는 경우를 운전전류 상승에 따른 정상적인 온도변화로 판단할 수 있고, 운전전류의 크기변화 및 변압기 몸체(10) 내부의 온도 변화가 없으나 변압기 몸체(10) 외부의 상, 하부에 위치한 고압 인출부와 중간에 위치한 전압조정용 탭 전환 볼트부위의 온도변화와 변압기 몸체(10) 외부 표면의 온도가 상승하는 경우를 이상 상태에 의한 열화 발생으로 판단할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는 변압기에 설치된 열화상 센서(111~114), 전류센서 및 측온저항 온도센서를 이용하여 실시간으로 변압기 몸체(10)의 이상 상태를 감시할 수 있고, 각각의 센서에서 측정한 측정값을 종합하여 변압기의 열화를 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는 하나의 열화상 센서(111~114)가 틸팅동작하면서 변압기 몸체(10)의 여러 부위를 촬영할 수 있도록 구성되므로, 설치 공간에 대한 제약이 적고, 장치의 비용이 감소한다는 장점을 가진다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는 제1 내지 제4 열화상 센서(114) 총 4채널로 구성된 온도 감지 센서를 통해 열화 발생 영역을 정확하게 검출할 수 있다는 장점을 가진다.
<제2 실시예>
본 발명의 제2 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는 복수의 부분방전 검출센서(121, 122), 전류센서(미도시) 및 데이터 처리부(미도시)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 부분방전 검출센서(121, 122)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 외함(20)의 내부에 설치되어 변압기 몸체(10)에서 발생한 부분방전에 의한 전파신호를 감지할 수 있다.
또한, 상기 전류센서는 본 발명의 제1 실시예에 관한 설명에서 전술한 바와 같이 변압기에 공급되는 운전전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 데이터 처리부는 복수의 부분방전 검출센서(121, 122)에서 감지한 부분방전 데이터 및 전류센서에서 측정한 운전전류를 기초로 부분방전 발생여부를 판단할 수 있다.
한편, 일 실시예에서, 상기 부분방전 검출센서(121, 122)는 UHF(Ultra High Frequency) 안테나(120a)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 부분방전 검출센서(121, 122)는 부분방전에 의해 발생하는 전파신호의 주파수 대역인 0.3GHz 내지 1.8GHz의 주파수 범위를 측정할 수 있도록 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 부분방전 검출센서(121, 122)는 도 1에 도시된 바와 같이 서로 다른 위치에 배치될 수 있다.
이와 같이 서로 다른 위치에 배치된 부분방전 검출센서(121, 122)는 변압기 몸체(10)에 발생한 부분방전을 서로 다른 위치에서 감지하여 부분방전의 위치 추적을 가능하게 할 수 있다.
즉, 데이터 처리부는 복수의 부분방전 검출센서(121, 122) 각각에서 감지한 부분방전 데이터를 기초로 변압기 몸체(10)에서 발생한 부분방전의 위치를 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 부분방전 검출센서(121, 122)는 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)로 구성될 수 있다.
여기서, 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)는 각각이 서로 독립적으로 변압기 몸체(10)의 3상 권선 전체를 감지할 수 있는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 일 예로, 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)는 도 1에 도시된 바와 같이 외함(20) 내부의 상단 또는 하단에 전후 방향 또는 좌우 방향으로 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 구성에서, 데이터 처리부는 제1 부분방전 검출센서(121)와 제2 부분방전 검출센서(122)에서 감지한 부분방전의 최대 신호 크기 위치값을 기초로 삼각측량법을 사용하여 부분방전의 발생 위치를 정확하게 계산할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 데이터 처리부는 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)에서 감지한 부분방전 데이터를 기초로 변압기 몸체(10)의 부분방전 분포맵을 생성할 수 있다. 여기서, 생성된 부분방전 분포맵은 이미지화되어 변압기 감시 시스템의 화면 또는 단말기 화면에 출력될 수 있다.
한편, 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)는 전파신호를 수신하는 수신부(125b)의 방향전환이 가능하도록 틸팅동작이 가능하게 구성될 수 있다. 이를 통해, 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122) 각각이 변압기 몸체(10)의 여러 부위에서 나오는 전파신호를 감지할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)는 전단의 수신부(125b)가 대향하는 방향을 제외한 나머지 방향 즉, 수신부(125b)의 측방이나 후방에서 유입되는 전파의 감지량이 최소화되도록 초지향성(Direction compatibility)을 가지게 구성될 수 있다.
이러한 초지향성을 구현하기 위해, 일 실시예에서, 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)는 도 3에 도시된 바와 같이 UHF 안테나(125A)의 수신부(125b)의 측방과 후방을 둘러싸는 전파차폐부재(127)를 구비할 수 있다.
상기 전파차폐부재(127)는 UHF 안테나(125A)의 수신부(125b)를 제외한 측방 및 후방을 둘러싸고 전파 차폐 성능을 가지는 재질로 구성되어 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)에 지향성을 부여할 수 있다.
여기서, 상기 전파차폐부재(127)에 난반사가 발생하는 경우, 난반사된 전파가 다른 부분방전 검출센서(121, 122)에서 수신되는 문제가 발생할 수 있으며, 이와 같이 부분방전 검출센서(121, 122)에 노이즈 신호가 수신되면 부분방전 검출 정확도가 저하되게 된다.
따라서, 일 실시예에서, 전파차폐부재(127)는 난반사가 최소화되도록 다면체 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 일 예로, 전파차폐부재(127)는 도 3에 도시된 바와 같이 UHF 안테나(125A)의 수신부(125b)를 노출시키는 직육면체 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 초지향성을 가지는 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)는 외부에서 발생하는 노이즈 신호(현장 노이즈 및 다른 전력기기에 의한 전파신호 등)를 구분하는 성능이 뛰어나다는 장점을 가진다.
한편, 데이터 처리부는 변압기 몸체(10)의 부위별 전파의 신호 크기 및 패턴을 조합하여 상기 부분방전 분포맵을 생성할 수 있고, 시간별 부분방전 분포맵을 조합하여 부분방전의 크기 및 방전 횟수를 산출함으로써 부분방전의 발생 경향을 분석할 수 있다.
또한, 데이터 처리부는 부분방전의 발생 경향 데이터를 이용하여 변압기 몸체(10)에 발생한 사고의 진행 여부를 판단할 수 있다.
또한, 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)는 전술한 바와 같이 지향성을 가지므로, 전파의 신호 크기가 상대적으로 큰 부위를 검출해낼 수 있다.
즉, 전파의 도달거리가 짧을수록 신호의 크기가 크므로, 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122) 각각은 전파의 신호가 가장 크게 감지되는 위치를 검출할 수 있다.
이때, 데이터 처리부는 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122) 각각에서 감지한 최대 신호 크기 위치값을 기초로 삼각측량법을 사용하여 변압기 몸체(10)에서 부분방전이 발생한 위치를 정확하게 추적할 수 있다.
한편, 데이터 처리부는 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)에서 감지한 부분방전의 크기 및 방전 횟수를 기초로 부분방전 발생 경향 데이터를 생성하고, 부분방전 발생 경향 데이터를 미리 설정된 부분방전 패턴 데이터와 비교하여 부분방전의 종류(파티클, 코로나, 보이드 및 플로팅 등)를 판단할 수 있다.
또한, 데이터 처리부는 복수의 부분방전 검출센서(121, 122)에서 부분방전을 감지하는 경우, 변압기 감시 시스템 또는 단말기에 이상 상태 발생 알람을 표시할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 데이터 처리부는 부분방전 검출센서(121, 122)에서 측정한 부분방전 신호의 변이와 운전전류 변화에 의한 노이즈 신호의 변이를 비교하여 부분방전의 판정 정확도를 높일 수 있다. 즉, 데이터 처리부는 노이즈 신호의 변이를 기초로 부분방전 신호의 변이가 결함에 의한 부분방전인지 여부를 판단할 수 있다.
일반적으로, 운전전류의 크기는 부분방전 신호의 변화에 상관도가 낮고 운전전류의 주파수는 부분방전 신호의 변화에 상관도가 높게 나타난다. 따라서, 데이터 처리부는 운전전류 변화에 의한 노이즈 신호의 변이와 부분방전 신호의 변이를 비교하여 정확하게 결함에 의한 부분방전 발생 여부를 판단할 수 있다.
또한, 데이터 처리부는 판단한 부분방전의 크기 및 위치를 중앙 감시 시스템의 화면 또는 단말기의 화면에 표시할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는 초지향성을 가지고 틸팅동작하는 복수의 부분방전 검출센서(121, 122)를 통해 부분방전이 발생한 위치를 정확하게 판정할 수 있다는 장점을 가진다.
<제3 실시예>
본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는 상기 복수의 열화상 센서(111~114) 및 상기 복수의 부분방전 검출센서(121, 122)를 포함하고, 상기 전류센서, 측온저항 온도센서 및 데이터 처리부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전류센서 및 측온저항 온도센서는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예의 설명에서 전술한 전류센서 및 측온저항 온도센서와 실질적으로 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.
또한, 상기 복수의 열화상 센서(111~114) 및 복수의 부분방전 검출센서(121, 122)의 구성 및 동작은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예의 설명에서 전술한 내용과 실질적으로 동일하므로 그 구성 및 동작에 대한 상세한 설명을 생략하고, 이하에서는 복수의 열화상 센서(111~114) 및 복수의 부분방전 검출센서(121, 122)에서 측정한 값을 조합하여 부분방전을 검출하는 동작에 대해서 설명한다.
본 발명의 제3 실시에에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는 복수의 열화상 센서(111~114)와 복수의 부분방전 검출센서(121, 122)를 통해 변압기 몸체(10)의 외부 온도 및 부분방전을 동시에 실시간으로 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 열화상 센서(111~114)는 변압기 몸체(10)에 구비되는 각 상의 권선에 일대일로 대응하는 제1 열화상 센서(111), 제2 열화상 센서(112) 및 제3 열화상 센서(113) 그리고, 외함(20) 내부의 상부 또는 하부에 구비되는 제4 열화상 센서(114)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 부분방전 검출센서(121, 122)는 서로 다른 위치에 배치되는 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 구성에서, 상기 데이터 처리부는 열화상 센서(111~114)에서 측정한 변압기 몸체(10)의 부위별 온도 데이터를 조합하여 변압기 몸체(10)의 온도 분포맵을 생성할 수 있고, 온도 분포맵을 분석하여 변압기 몸체(10)에 국부과열이 발생하였는지 여부 및 국부과열의 위치를 판단할 수 있다.
또한, 데이터 처리부는 부분방전 검출센서(121, 122)에서 측정한 변압기 몸체(10)의 부위별 부분방전 신호크기를 조합하여 부분방전 분포맵을 생성할 수 있다.
그리고, 데이터 처리부는 도 3에 도시된 바와 같이 온도 분포맵과 부분방전 분포맵을 비교하여 변압기 몸체(10)에 발생한 결함의 발생시간, 위치 및 종류를 검출할 수 있다.
여기서, 부분방전의 발생 위치는 제2 실시예에서 전술한 바와 같이 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)의 상하 및 좌우방향 틸팅 위치와 측정한 부분방전 값을 기초로 삼각측량법을 통해 얻어질 수 있다.
또한, 부분방전의 종류는 제1 부분방전 검출센서(121) 및 제2 부분방전 검출센서(122)에서 감지한 부분방전의 크기 및 방전 횟수를 기초로 생성한 부분방전 발생 경향 데이터를 미리 설정된 부분방전 패턴 데이터와 비교하여 검출될 수 있다.
또한, 데이터 처리부는 전류센서에서 측정한 운전전류의 크기 및 주파수를 기초로 변압기 몸체(10)에 발생한 온도변화와 부분방전의 변화가 변압기의 운전상태 변화에 따른 변화인지 결함의 진행에 따른 변화인지 판단할 수 있다.
참고로, 변압기 몸체(10)의 온도변화는 운전전류의 크기와 상관도가 높은데 비해 부분방전의 크기변화는 운전전류의 주파수 변화와 상관도가 높고 운전전류의 크기와는 상관도가 낮다.
따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는 운전전류의 변화를 기초로 변압기 몸체(10)에 발생한 결함 및 변압기 몸체(10)의 수명을 정확하게 산출할 수 있다.
또한, 데이터 처리부는 변압기 몸체(10)에 발생한 온도변화와 부분방전의 변화가 결함에 의한 변화라고 판정된 경우, 변압기 감시 시스템 또는 단말기에 이상 상태 발생 알람을 표시할 수 있다.
또한, 데이터 처리부는 측온저항 온도센서에서 측정한 변압기 몸체(10)의 내부 온도 데이터, 전류센서에서 측정한 운전전류 변화량, 제1 내지 제4 열화상 센서(111~114)의 측정값을 통해 얻어진 온도 분포맵 및 제1 및 제2 부분방전 검출센서(121, 122)의 측정값을 통해 얻어진 부분방전 분포맵을 비교하여 변압기 몸체(10)의 열화 발생 여부를 검출할 수 있다.
일 예로, 데이터 처리부는, 운전전류의 변화가 없고 변압기 몸체(10) 내부의 온도가 변하지 않았으나 부분방전이 발생하고 변압기 몸체(10)의 일부 영역의 온도가 상승하는 경우 결함에 의한 열화 발생으로 판단할 수 있고, 운전전류 변화량 및 변압기 몸체(10) 내부의 온도 변화량에 비해 부분방전의 변화량과 변압기 몸체(10) 외부의 온도 변화량이 기준치를 넘는 경우도 결함에 의한 열화 발생으로 판단할 수 있으며, 이와 달리, 변압기 몸체(10) 내부의 온도가 상승하더라도 부분방전 변화량과 변압기 몸체(10) 내부의 온도 변화량이 없으면 운전전류 변화에 따른 정상상태로 판단할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 데이터 처리부는 상기 제1 실시예의 설명에서 전술한 바와 같이 제1 내지 제4 열화상 센서(111~114)가 측정한 변압기 몸체(10)의 온도분포 데이터를 IEEE Std C57.12.56-1986의 아레니우스 이론에 대입하여 변압기의 수명 예측 계산을 수행하고 계산에 의해 도출된 변압기의 예상 수명을 변압기 감시 시스템 또는 단말기에 표시할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드변압기 이상 검출 장치는 복수의 열화상 센서(111~114) 및 복수의 부분방전 검출센서(121, 122)를 통해 실시간으로 변압기 몸체(10)의 열화감시 및 수명예측을 할 수 있으며, 여기에 전류센서에서 측정한 운전전류와 측온저항 온도센서에서 측정한 변압기 몸체(10) 내부의 온도 변화량을 조합하여 다양한 변수를 종합적으로 판단함으로써 변압기의 온도변화가 정상운전 상태의 과열인지 결함에 의한 비정상적인 열화인지를 정확하게 판정할 수 있다는 장점을 가진다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
10: 변압기 몸체
20: 외함
111: 제1 열화상 센서
112: 제2 열화상 센서
113: 제3 열화상 센서
114: 제4 열화상 센서
121: 제1 부분방전 검출센서
122: 제2 부분방전 검출센서
125a: UHF 안테나
125b: 수신부
127: 전파차폐부재

Claims (17)

  1. 변압기 몸체가 수납된 외함의 내부에 설치되어 상기 변압기 몸체의 외부 온도를 상시 측정하는 열화상 센서 및
    상기 외함의 내부에 설치되어 상기 변압기 몸체에서 발생한 부분방전에 의한 전파신호를 감지하는 복수의 부분방전 검출센서
    를 포함하고,
    상기 열화상 센서는 상기 변압기 몸체의 미리 설정된 영역을 복수의 단위영역으로 분할하여 상기 단위영역별 온도를 측정하고,
    상기 복수의 부분방전 검출센서는 서로 다른 위치에 배치되고,
    상기 열화상 센서는 상기 복수의 단위영역을 단위영역 별로 측정할 수 있도록 틸팅동작 가능하고,
    상기 부분방전 검출센서는 전파신호를 수신하는 수신부의 방향전환이 가능하도록 틸팅동작 가능하게 구성되며,
    상기 복수의 부분방전 검출센서는 제1 부분방전 검출센서 및 제2 부분방전 검출센서로 구성되고,
    상기 열화상 센서는 제1 열화상 센서, 제2 열화상 센서 및 제3 열화상 센서를 포함하며,
    상기 제1, 제2 및 제3 열화상 센서 각각은 상기 변압기 몸체에 구비되는 각 상의 권선에 일대일로 대응하도록 배치되고,
    상기 제1, 제2 및 제3 열화상 센서 각각은 대응하는 권선 및 권선 주변 구조물을 상기 미리 설정된 영역으로 할당받게 되고, 할당받은 영역을 복수의 단위영역으로 분할하여 단위영역별 온도를 측정하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부분방전 검출센서는 상기 수신부가 대향하는 방향을 제외한 나머지 방향에서 유입되는 전파의 감지량이 최소화되도록 초지향성을 가지는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 부분방전 검출센서는 상기 수신부의 측방과 후방을 둘러싸는 전파차폐부재를 구비하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열화상 센서는 상기 외함 내부의 상부 또는 하부에 구비되어 상기 변압기 몸체의 표면 온도 변화를 감지하는 제4 열화상 센서를 추가로 포함하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 부분방전 검출센서에서 감지한 부분방전 데이터 및 상기 열화상 센서에서 측정한 상기 변압기 몸체의 온도분포 데이터를 수신하여 처리하는 데이터 처리부를 포함하고,
    상기 데이터 처리부는, 상기 부분방전 데이터 및 상기 온도분포 데이터를 기초로 상기 변압기 몸체의 부분방전 분포맵 및 온도 분포맵을 생성하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는 상기 제1 부분방전 검출센서와 제2 부분방전 검출센서에서 감지한 부분방전의 최대 신호 크기 위치값을 기초로 삼각측량법을 사용하여 부분방전의 발생 위치를 계산하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는, 상기 부분방전 분포맵과 온도 분포맵을 비교하여 상기 변압기 몸체에 발생한 결함의 발생시간, 발생위치 및 종류를 판단하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는 상기 복수의 부분방전 검출센서에서 감지한 부분방전의 크기 및 방전 횟수를 기초로 부분방전 발생 경향 데이터를 생성하고, 상기 부분방전 발생 경향 데이터를 미리 설정된 부분방전 패턴 데이터와 비교하여 부분방전의 종류를 판단하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    변압기에 공급되는 운전전류의 크기를 측정하는 전류센서를 더 포함하고,
    상기 데이터 처리부는, 상기 전류센서에서 측정한 운전전류의 크기 및 주파수를 기초로 상기 변압기 몸체에 발생한 온도변화와 부분방전 변화가 결함에 의한 변화인지 여부를 판단하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는, 상기 온도분포 데이터와 상기 전류센서에서 측정한 운전전류의 크기를 통해 운전전류 변화에 의한 정상적인 변압기 온도 데이터와 상기 온도분포 데이터를 비교하여 상기 변압기 몸체의 열화 발생 여부를 검출하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는, 상기 부분방전 검출센서에서 측정한 부분방전 신호의 변이와 운전전류 변화에 의한 노이즈 신호의 변이를 비교하여 결함에 의한 부분방전인지 여부를 판단하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는, 상기 변압기 몸체에 발생한 온도변화와 부분방전 변화가 결함에 의한 변화라고 판단한 경우, 변압기 감시 시스템 또는 단말기에 이상 상태 발생 알람을 표시하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 변압기 몸체의 내부 온도를 측정하는 측온저항 온도센서를 더 포함하고,
    상기 데이터 처리부는, 상기 측온저항 온도센서에서 측정한 상기 변압기 몸체의 내부 온도 데이터와 상기 온도 분포맵을 비교하여 상기 변압기 몸체의 열화 발생 여부를 검출하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는 IEEE Std C57.12.56-1986의 아레니우스 이론에 상기 열화상 센서가 측정한 상기 변압기 몸체의 온도분포 데이터를 대입하여 변압기의 수명 예측 계산을 수행하고 계산된 변압기의 예상 수명을 변압기 감시 시스템 또는 단말기에 표시하는 몰드변압기 이상 검출 장치.
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