KR102130271B1 - 부분방전 검출 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부분방전 검출 시스템에 관한 것으로, 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부, 상기 센서부를 통해 채널별로 검출된 신호에서 각기 부분방전 신호와 노이즈 신호를 분리하고 노이즈 성분을 제거하는 VTFM(Variable Timing Filtering Method) 부, 상기 채널별 VTFM 부를 통해 노이즈 성분이 제거된 부분방전 신호에서 각기 피크 부분의 레벨을 검출하여 출력하는 피크 홀더부, 상기 채널별 피크 홀더부에서 출력된 부분방전 신호의 피크 레벨과 기 설정된 부분방전 분석 기준값을 비교하여 그 결과를 각기 증폭 출력하는 비교 증폭부, 상기 채널별 비교 증폭부에서의 레벨 비교 결과를 이용해 부분방전 신호의 레벨을 각기 연산하고, 제어부에서 상기 연산 결과값에 근거하여 부분방전 발생 유, 무를 판별하게 하는 신호 연산부, 및 상기 채널별 센서부, VTFM 부, 피크 홀더부, 및 비교 증폭부의 파라미터 설정을 제어하고, 상기 채널별 VTFM 부, 피크 홀더부, 비교 증폭부, 및 신호 연산부의 처리 결과를 바탕으로 부분방전 이벤트의 주의나 위험 상태를 판별하고, 또한 채널별 부분방전 발생의 트랜드 분석을 통해 주의나 위험 상태를 판별하여, 각 상태에 따라 미리 설정된 알람과 경보 방식에 따라 이상 발생 신호를 표시하거나 출력하는 제어부를 포함한다.

Description

부분방전 검출 시스템{APPARATUS FOR DETECTING PARTIAL DISCHARGE}
본 발명은 부분방전 검출 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방전신호와 노이즈신호를 분리 검출하여 노이즈신호만 제거함으로써 방전신호의 검출 성능과 신뢰성 및 운용의 효율성을 향상시킬 수 있도록 하는 부분방전 검출 시스템에 관한 것이다.
최근 케이블제작기술의 발전으로 설계수명은 30년을 넘고 있으나, 운영현장에 케이블이 포설된 환경과 운전 여건에 따라 설계수명 이전에 고장이 발생하는 확률이 높게 나타나고 있다. 실제로 최근에 설치된 지 15년 이상 된 전력케이블에서는 부분방전(PD : Partial Discharge)에 의한 고장이 많이 발생하고 있는 추세이다. 또한, 설치된 지 5년 이내의 전력케이블에서도 고장이 발생하고 있는데, 주요 고장원인은 대부분 국부결함(돌기, 공극 등)에 의한 것들이다.
예컨대 고압 케이블에서의 열화는 주변의 온도 및 접촉부 계면 압력변화 등 다양한 외부변수에 의하여 불특정 시간대에 발생하며, 단시간에 절연체 내부 결함이 급진전하여 절연파괴에 이르는 경우가 많으나, 기존의 진단 체계(3~5년/1회)는 조기에 고장예측 및 진단이 어려워 적기 교체 및 보수가 용이하지 않았다. 또한 케이블 PD 진단기술 축적이 미흡하여 전력계통 연계 상태의 PD 발생 시 계통사고로 진전 가능성이 높으나, 현재의 진단장비나 기술은 진단에 장시간이 소요되고 외부 노이즈에 영향을 많이 받아 현장 활용성이 떨어지고 있다.
상기와 같이 고압 케이블에서의 열화는 단시간에 열화가 진행되어, 절연파괴에 이르는 경우가 많다. 이러한 고장발생요소를 조기에 발견하여 조치를 취하는 것이 케이블진단 기술의 목적이나, 현재의 진단장비나 기술 및 진단체계(주기)는 진단에 장시간이 소요되어 효율성 및 운용성이 떨어진다.
현재 전력케이블의 PD진단 시행 기준은 가압직후(건설사업소), 3개월 후(운영 사업소) 측정을 시행하고 있다. 그러나 준공 초기의 지중케이블은 절연내력이 우수하여 초기 운전 시 PD신호가 미 검출될 가능성이 높다.
현재 사용 중인 전력 케이블의 PD 진단 시 외부에서 발생하는 노이즈를 제거하기 위하여 노이즈게이팅 기법과 노이즈 오프셋(Off-Set) 기법이 적용되고 있다. 그러나 상기 노이즈게이팅 기법과 노이즈 오프셋(Off-Set) 기법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부유입 노이즈(코로나 및 저역 상용 노이즈 등)를 제거할 때, 부분방전 신호가 노이즈보다 작을 시 검출이 되지 않으며, 또한 같은 지점에 부분방전 발생 시 노이즈게이트 신호에 의하여 부분방전 신호도 동시에 제거되는 경우가 발생하여 부분 방전 분석 및 진단 시 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2010-0090012호(2010.08.13.공개, 부분방전 센서 및 이를 이용한 부분방전 검출장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 방전신호와 노이즈신호를 분리 검출하여 노이즈신호만 제거함으로써 방전신호의 검출 성능과 신뢰성 및 운용의 효율성을 향상시킬 수 있도록 하는 부분방전 검출 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 부분방전 검출 시스템은, 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부; 상기 센서부를 통해 채널별로 검출된 신호에서 각기 부분방전 신호와 노이즈 신호를 분리하고 노이즈 성분을 제거하는 VTFM(Variable Timing Filtering Method) 부; 상기 채널별 VTFM 부를 통해 노이즈 성분이 제거된 부분방전 신호에서 각기 피크 부분의 레벨을 검출하여 출력하는 피크 홀더부; 상기 채널별 피크 홀더부에서 출력된 부분방전 신호의 피크 레벨과 기 설정된 부분방전 분석 기준값을 비교하여 그 결과를 각기 증폭 출력하는 비교 증폭부; 상기 채널별 비교 증폭부에서의 레벨 비교 결과를 이용해 부분방전 신호의 레벨을 각기 연산하고, 제어부에서 상기 연산 결과값에 근거하여 부분방전 발생 유, 무를 판별하게 하는 신호 연산부; 및 상기 채널별 센서부, VTFM 부, 피크 홀더부, 및 비교 증폭부의 파라미터 설정을 제어하고, 상기 채널별 VTFM 부, 피크 홀더부, 비교 증폭부, 및 신호 연산부의 처리 결과를 바탕으로 부분방전 이벤트의 주의나 위험 상태를 판별하고, 또한 채널별 부분방전 발생의 트랜드 분석을 통해 주의나 위험 상태를 판별하여, 각 상태에 따라 미리 설정된 알람과 경보 방식에 따라 이상 발생 신호를 표시하거나 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 채널별로 검출된 부분방전(PD) 신호에 관련된 데이터를 이용하여 부분방전 신호의 트랜드를 분석하는 다차원 PD 트랜드 분석부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 센서부는, FMC(Flexible Magnetic Coupler) 및 HFCT(High Frequency Current Transformer)를 포함하고, 외부 유입 노이즈를 차단하기 위해 차폐 고정형으로 구성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 VTFM 부는, 상기 센서부를 통해 검출된 신호를 증폭하는 신호 증폭부; 상기 증폭된 신호에서 부분방전 신호와 노이즈를 분리하는 신호 분배부; 상기 분배된 신호에서 부분방전 신호 및 노이즈 신호의 형태에 맞게 각기 필터링하여 출력하는 제1,2 VTFM 신호 처리부; 및 상기 필터링되어 출력된 신호 중에서 노이즈 신호를 제거하여 출력하는 노이즈 제거부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 분석 기준값은, 레벨(Level), 트랜드(Trend), 및 시간(Time) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 센서 타입, 기준 레벨, 분석 주기, 및 운용 환경 등을 미리 설정하고, 상기 채널별 설정이 완료되면 채널별 센서를 통해 측정되는 데이터를 수집하여 VTFM 부를 통해 처리된 측정값을 저장하고, 상기 채널별 수집된 데이터를 분석 연산하여 부분방전(PD) 신호 및 노이즈(NPD) 신호를 산출하고, 상기 산출된 채널별 부분방전 신호와 노이즈 신호를 요소별 데이터로 구분하여 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 노이즈 신호는 MRMS(middle resolution mass spectrometer) 값에서 LRMS(low resolution mass spectrometer) 값을 감산하여 산출하고, 상기 부분방전 신호는 HRMS(high resolution mass spectrometer)에서 상기 노이즈 신호를 감산하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 요소별 데이터는, 부분방전(PD) 신호, 노이즈(NPD) 신호, 트랜드(TREND) 정보, 및 이벤트(EVENT) 정보들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 방전신호와 노이즈신호를 분리 검출하여 노이즈신호만 제거함으로써 방전신호의 검출 성능과 신뢰성 및 운용의 효율성을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 종래 노이즈게이팅 기법과 노이즈 오프셋 기법의 문제점을 설명하기 위한 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, VTFM 부의 보다 구체적인 구성을 보인 예시도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템에서 노이즈 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템에서 데이터의 연동 처리 과정을 설명하기 위한 예시도.
도 7은 상기 도 6에 있어서, 부분방전과 연동된 시스템의 운용 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템에서 경보 처리 과정을 설명하기 위한 예시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템에서 연동되는 트랜드 처리 과정을 설명하기 위한 예시도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템을 이용한 부분방전 신호 추출 개요를 설명하기 위한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 부분방전 검출 시스템의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템은 지중송전선로인 고압전력케이블의 미세결함신호(즉, 부분방전신호)를 취득 및 분석하며, 상시 운영 중인 전력설비의 이상 유, 무를 진단하여 설비유지보수 및 점검의 판단 기준으로 활용할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도이다. 본 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템은, 다채널(예 : 6CH, 12CH 등)의 부분방전 검출 장치의 조합으로 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템은, 센서부(110), 주파수 필터(120), VTFM(Variable Timing Filtering Method, 가변시간필터링기법)부(130), 피크 홀더부(140), 비교 증폭부(150), 에이디 컨버터(160), 신호 연산부(170), 제어부(180), PT 동기부(191), 통신부(192), 디스플레이부(193), 알람부(194), 및 다차원 PD 트랜드 분석부(200)를 포함한다.
도 3은 상기 도 2에 있어서, VTFM부(130)의 보다 구체적인 구성을 보인 예시도이다. 상기 VTFM부(130)는 신호 증폭부(131), 신호 분배부(132), 제1,2 VTFM 신호 처리부(133, 134), 및 노이즈 제거부(135)를 포함한다.
이하 상기 도 2와 도 3을 참조하여, 본 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템의 구성과 그 동작에 대해서 설명한다.
상기 센서부(110)는 적어도 하나 이상의 센서(예 : FMC(Flexible Magnetic Coupler), HFCT(High Frequency Current Transformer))를 이용하여 다채널(즉, 부분방전 검출 센서가 설치된 종단 접속함이나 중간 접속함 등의 각 지점)의 신호를 검출한다.
상기 센서부(110)를 이용해 각 채널에서 검출된 신호에는 부분방전(PD) 신호, 및 적어도 하나 이상의 노이즈 신호가 포함된다. 상기 센서부(110)는 외부 유입 노이즈를 차단하기 위해 차폐 고정형으로 구성되며, 케이블 구간의 이상 신호를 취득한다.
상기 주파수 필터(120)는 상기 센서부(110)를 통해 각 채널에서 검출된 신호를 미리 설정된 특정 주파수 대역에서 필터링하여 출력한다.
상기 VTFM 부(130)는 상기 주파수 필터(120)를 통해 필터링된 신호에서 부분방전 신호와 노이즈 신호를 분리한다. 즉, 상기 VTFM 부(130)는 상기 주파수 필터(120)를 통해 필터링된 신호에서 부분방전 패턴(예 : Corona, Particle, Floating, Void 등)과 노이즈 신호의 유형을 구분하여 노이즈 신호 성분을 제거한다.
도 3을 참조하면, 상기 VTFM 부(130)는 상기 주파수 필터(120)를 통해 필터링된 신호를 신호 증폭부(131)에서 증폭한 후, 신호 분배부(132)를 통해 부분방전(PD) 신호와 노이즈 신호를 분리한다.
상기 증폭부(131)는 저잡음 특성이 우수한 소자를 사용하여 증폭한 후 각각의 출력이 동일레벨의 신호가 되도록 조정하여 출력한다.
이때 상기 부분방전(PD) 신호 및 노이즈 신호의 영역은 현장 상황에 따라 가변되어 적용될 수 있다. 상기 제1 VTFM 신호 처리부(133)는 상기 신호 분배부(132)에서 분배된 신호 중 부분방전 신호의 형태에 맞게 필터링하여 출력하고, 상기 제2 VTFM 신호 처리부(134)는 상기 신호 분배부(132)에서 분배된 신호 중 노이즈 신호의 형태에 맞게 필터링하여 출력한다. 상기 노이즈 제거부(135)는 상기 필터링된 신호에서 노이즈 신호를 제거하여 출력한다.
즉, 상기 부분방전센서(200)를 이용해 검출된 신호에 포함된 부분방전(PD) 신호, 및 적어도 하나 이상의 노이즈 신호를 시간적인 요소 분석법에 의해 분석하면 시간적 특성이 상이함을 알 수 있다. 상기 VTFM 부(130)는 상기 각 신호(예 : 부분방전 신호, 노이즈 신호)의 특성 차이를 이용하여 각 신호를 분리 및 추출한다.
상기 피크 홀더부(140)는 상기 VTFM 부(130)를 통해 노이즈 성분이 제거된 부분방전 신호에서 피크 부분의 레벨을 검출하여 출력한다.
상기 비교 증폭부(150)는 상기 제어부(180)로부터 부분방전(PD) 분석 기준값 (예 : Level)을 입력받아 비교한 후 그 비교 결과를 증폭하여 출력한다.
상기 비교 증폭부(150)에서 출력된 부분방전 신호의 비교 결과는 에이디 컨버터(160)를 통해 에이디 변환되어 신호 연산부(170) 및 제어부(180)로 출력된다.
상기 신호 연산부(170)는 상기 에이디 변환된 부분방전 신호의 레벨을 PT동기신호에 동기화시켜 연산한다. 즉, 방전 유, 무를 판별한다.
상기 제어부(180)는 상기 각 구성 수단(110 ~ 170)의 파라미터 설정을 제어한다. 또한 상기 제어부(180)는 상기 각 구성 수단(110 ~ 170)의 동작상태 및 결과를 디스플레이부(193)를 통해 표시하며, 통신부(192)를 통하여 사용자 단말기(미도시)에 측정 데이터 및 운용상태, 운용 제어기능에 관련된 정보를 제공한다. 상기 제어부(180)는 PD 분석 기준값(예 : Level, Trend, Time) 등의 동작조건 및 동작상태, 자가진단의 이력정보를 내부적으로 저장한다.
상기 제어부(180)는 현장 상황에 맞게 필터링 대역의 설정(부분방전 및 노이즈 신호의 영역)을 가변할 수 있다.
상기 PT 동기부(191)는 교류신호를 변환하여 각 신호발생부로부터 동기신호를 전달하는 기능을 제공한다. PT 동기신호(실제 전압을 비율에 따라 낮춰서 검출하는 값)는 외부 PT(Potential Transformer) 전용신호에서 추출한다. 만약 상기 외부 PT 전용신호를 상실할 경우에는 미리 설정된 조건에 따라 상용전원으로 자동 절체되거나 자체 동기모드로 전환된다.
상기 통신부(192)는 본 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템과 다른 외부 장치(예 : 사용자 단말기) 간에 통신하여 부분방전 검출과 관련된 정보(또는 제어에 관련된 정보)를 원격으로 제공한다.
상기 디스플레이부(193)는 사용자에게 측정 데이터 및 부분방전 검출 시스템의 제어에 관련된 정보를 표시한다.
상기 알람부(194)는 상기 부분방전(PD) 분석 기준값(예 : Level 및 Trend)을 초과하는 부분방전 신호가 검출될 경우 경보를 발생하며, 상위 운영체계(미도시)에 경보신호를 송출하거나, 단문 메시지 서비스(SMS) 기능을 통해 메시지 형태로 관리자(또는 사용자)에게 경보를 송출할 수 있다.
한편 채널별로 각기 추출된 신호(즉, 부분방전 신호 및 노이즈 신호)는 동일 시점에 적분되어 각각의 최고치를 추출하여 PD 분석 기준값과 비교분석 및 연산하여 방전 유, 무를 판별하고, 상기 판별된 데이터는 트랜드(TREND) 및 이벤트(EVENT) 정보로 저장된다.
상기 다차원 PD 트랜드 분석부(200)는 각 채널별로 검출된 부분방전(PD) 신호를 이용하여 부분방전 신호의 트랜드를 분석한다. 즉, 신호의 트랜드(지속적으로 신호가 증가하거나 감소하는 경향)분석을 통해 방전신호의 진성 여부를 판단할 수 있도록 한다.
이하 본 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템의 동작에 대해서 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템에서 노이즈 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템은 RF(즉, 부분방전 시 발생되는 전자파 신호) 채널별 기본 설정(예 : 횟수 설정, 스피드 게이트 설정, 가변 증폭도 설정)을 수행한다(S101). 즉, 현장 상황에 따라 부분방전을 검출하기 위한 설정을 다르게 할 수 있다.
상기 채널별 설정값은 적어도 5가지 번호(N = 1~5)으로 설정할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, N=1~4는 채널별 고속입력 측정값(RFHN), 채널별 중속입력 측정값(RFMN), 및 채널별 저속입력 측정값(RFLN) 중 하나이고, N=5는 외부 노이즈 측정값(RFEND)을 의미한다.
따라서 상기 번호 중 마지막 값(N=5)이 설정되면(S102의 예), 상기 설정된 번호에 대응하여 채널별 RF를 측정한다(S103).
상기 설정된 번호(N=1~5)에 대응하여 채널별 RF 측정이 완료될 때 까지 상기 S103 과정을 반복 수행한다(S104). 즉, 상기 번호가 N=6 이 되지 않으면(S104 단계의 아니오), 상기 S103 단계로 돌아가 채널별 RF 측정을 반복 수행한다(S103, S104).
상기 설정된 번호(N=1~5)에 대응하여 채널별 RF 측정이 완료되면(S104 단계의 예), 부분방전 연산값(RFPDN) 및 노이즈 유입위치(내부,외부)(RFWDN)를 연산한다(S105).
상기 부분방전 연산값(RFPDN)은 채널별 고속입력 측정값(RFHN)에서 채널별 중속입력 측정값(RFMN)과 채널별 저속입력 측정값(RFLN)의 합을 감산하여 산출할 수 있고, 노이즈 유입위치(RFWDN)는 외부 노이즈 측정값(RFEND)에서 채널별 중속입력 측정값(RFMN)과 채널별 저속입력 측정값(RFLN)의 합을 감산하여 산출할 수 있다. 상기 부분방전 연산값(RFPDN) 및 노이즈 유입위치(RFWDN)의 연산은 상기 신호 연산부(170)에서 수행할 수 있다.
그리고 상기 연산 결과로 산출된 상기 노이즈 유입위치(RFWDN) 값이 0보다 큰 값인지 비교한다(S106).
상기 비교 결과에 따라 상기 노이즈 유입위치(RFWDN) 값이 0보다 크면(S106의 예) 상기 부분방전 연산값(RFPDN)은 EXIT(탈출) 값이 되고(S108), 상기 노이즈 유입위치(RFWDN) 값이 0보다 작으면(S106의 아니오) 상기 부분방전 연산값(RFPDN)은 INT(정수) 값이 되고(S107), 상기 노이즈 유입위치(RFWDN) 값이 0과 같으면 상기 부분방전 연산값(RFPDN)은 실제 값(VALUE)이 된다(S109).
상술한 바와 같이 부분방전 연산값(RFPDN)을 각 채널별로 산출한다.
즉, 상기 각 채널별(본 실시예에서는 4개 채널인 것으로 가정한다)로 산출된 부분방전 연산값(RFPDN)을 각각 RFPD1, RFPD2, RFPD3, 및 RFPD4 값으로 설정한다(S110).
그리고 상기 채널1의 PD 연산값(RFPD1)과 채널2의 PD 연산값(RFPD2)을 비교하여 상기 채널1의 PD 연산값(RFPD1)이 채널2의 PD 연산값(RFPD2)보다 크면 채널번호는 1이 되고(N=1), 상기 채널1의 PD 연산값(RFPD1)이 비교채널1 PD 레벨값(RFPDT1)이 된다. 그런데 반대로 상기 채널1의 PD 연산값(RFPD1)이 채널2의 PD 연산값(RFPD2)보다 작거나 같으면 채널번호는 2가 되고(N=2), 상기 채널2의 PD 연산값(RFPD2)이 비교채널1 PD 레벨값(RFPDT1)이 된다(S111).
마찬가지로, 상기 채널3의 PD 연산값(RFPD3)과 채널4의 PD 연산값(RFPD4)을 비교하여 상기 채널3의 PD 연산값(RFPD3)이 채널4의 PD 연산값(RFPD4)보다 크면 채널번호는 3이 되고(N=3), 상기 채널3의 PD 연산값(RFPD3)이 비교채널2 PD 레벨값(RFPDT2)이 된다. 그런데 반대로 상기 채널3의 PD 연산값(RFPD3)이 채널4의 PD 연산값(RFPD4)보다 작거나 같으면 채널번호는 4가 되고(N=4), 상기 채널4의 PD 연산값(RFPD4)이 비교채널2 PD 레벨값(RFPDT2)이 된다(S112).
상기 연산 결과에 따라 상기 산출된 채널 번호가 무엇인지 판단한다.
상기 S111의 연산 결과에 따른 채널 번호가 1이고(N=1)(S113의 예) 상기 S112의 연산 결과에 따른 채널 번호가 3이면(N=3)(S114의 예) 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)과 비교채널3의 PD 레벨값(RFPDT3)을 비교하여 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)이 비교채널3의 PD 레벨값(RFPDT3)보다 크면 PD MAX 레벨값(RFPDI)은 채널1의 PD 연산값(RFPD1)이 되고 PD Second 레벨값(RFPDII)은 채널3의 PD 연산값(RFPD3)이 되며, 반대로 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)이 비교채널3의 PD 레벨값(RFPDT3)보다 작거나 같으면 PD MAX 레벨값(RFPDI)은 채널3의 PD 연산값(RFPD3)이 되고 PD Second 레벨값(RFPDII)은 채널1의 PD 연산값(RFPD1)이 된다(S115).
또한 상기 S111의 연산 결과에 따른 채널 번호가 1이고(N=1)(S113의 예) 상기 S112의 연산 결과에 따른 채널 번호가 3이 아니면(N≠3)(S114의 아니오) 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)과 비교채널3의 PD 레벨값(RFPDT3)을 비교하여 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)이 비교채널3의 PD 레벨값(RFPDT3)보다 크면 PD MAX 레벨값(RFPDI)은 채널1의 PD 연산값(RFPD1)이 되고 PD Second 레벨값(RFPDII)은 채널3의 PD 연산값(RFPD3)이 되며, 반대로 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)이 비교채널3의 PD 레벨값(RFPDT3)보다 작거나 같으면 PD MAX 레벨값(RFPDI)은 채널3의 PD 연산값(RFPD3)이 되고 PD Second 레벨값(RFPDII)은 채널1의 PD 연산값(RFPD1)이 된다(S116).
또한 상기 S111의 연산 결과에 따른 채널 번호가 1이 아니고(N≠1)(S113의 아니오) 상기 S112의 연산 결과에 따른 채널 번호가 3이면(N=3)(S117의 예) 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)과 비교채널2의 PD 레벨값(RFPDT2)을 비교하여 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)이 비교채널2의 PD 레벨값(RFPDT2)보다 크면 PD MAX 레벨값(RFPDI)은 채널2의 PD 연산값(RFPD2)이 되고 PD Second 레벨값(RFPDII)은 채널3의 PD 연산값(RFPD3)이 되며, 반대로 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)이 비교채널2의 PD 레벨값(RFPDT2)보다 작거나 같으면 PD MAX 레벨값(RFPDI)은 채널3의 PD 연산값(RFPD3)이 되고 PD Second 레벨값(RFPDII)은 채널2의 PD 연산값(RFPD2)이 된다(S118).
또한 상기 S111의 연산 결과에 따른 채널 번호가 1이 아니고(N≠1)(S113의 아니오) 상기 S112의 연산 결과에 따른 채널 번호가 3이 아니면(N≠3)(S117의 아니오) 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)과 비교채널3의 PD 레벨값(RFPDT3)을 비교하여 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)이 비교채널3의 PD 레벨값(RFPDT3)보다 크면 PD MAX 레벨값(RFPDI)은 채널2의 PD 연산값(RFPD2)이 되고 PD Second 레벨값(RFPDII)은 채널4의 PD 연산값(RFPD3)이 되며, 반대로 상기 비교채널1의 PD 레벨값(RFPDT1)이 비교채널3의 PD 레벨값(RFPDT3)보다 작거나 같으면 PD MAX 레벨값(RFPDI)은 채널4의 PD 연산값(RFPD4)이 되고 PD Second 레벨값(RFPDII)도 채널4의 PD 연산값(RFPD4)이 된다(S119).
상기와 같이 각 조건에 대하여 PD MAX 레벨값(RFPDI)과 PD Second 레벨값(RFPDII)이 연산되면 각각 그 값(VALUE)과 채널 번호를 인쇄한다(S120). 상기 각 단계(S101 ~ S120)에서의 연산은 상기 신호 연산부(170)에서 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템에서 데이터의 연동 처리 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 채널별 설정 단계에서는 센서 타입, 기준 레벨, 분석 주기, 및 운용 환경 등을 설정한다. 상기와 같이 채널별 설정이 완료되면 채널별 데이터를 수집하여 VTFM 처리를 하여 측정값(예 : HRMS(high resolution mass spectrometer), MRMS(middle resolution mass spectrometer), LRMS(low resolution mass spectrometer) 등)을 저장한다. 다음 상기 채널별 수집된 데이터를 분석하고 연산하여 부분방전(PD) 신호 및 노이즈(NPD) 신호를 산출한다. 예컨대 상기 노이즈 신호는 MRMS 값에서 LRMS 값을 감산하여 산출할 수 있고, 상기 부분방전 신호는 HRMS에서 노이즈 신호를 감산하여 산출할 수 있다. 다음 상기와 같이 채널별 부분방전 신호와 노이즈 신호가 산출되면 상기 각 채널의 신호들을 요소별로 구분하여 저장한다. 예컨대 부분방전(PD) 신호, 노이즈(NPD) 신호, 트랜드(TREND) 정보, 및 이벤트(EVENT) 정보들로 구분하여 요소별로 저장한다.
도 7은 상기 도 6에 있어서, 부분방전과 연동된 시스템의 운용 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시스템의 제어부(180)는 센서부(110)를 통해 검출되는 신호를 실시간 모니터링 한다(S201).
이때 상기 제어부(180)는 채널별 부분방전 신호를 검출하기 위한 센서들을 자동으로 절체하며 신호를 검출한다(S202).
그리고 상기 제어부(180)는 상기 채널별 선서들에서 검출된 신호를 분석에 용이한 포맷으로 처리하여 부분방전을 분석한다(S203). 이때 상기 부분방전 분석을 위해서 수신(전기 또는 수트리에 의한) 신호 기준레벨을 가변하거나(예 : EBG(전압, OF/XLPE, 옥내, 옥외)), 노이즈 기준레벨을 가변하거나, VTFM 응답기준을 가변할 수 있다(노이즈 유형 및 센서별 가변, 수신신호 유형별 가변).
상기 부분방전 분석을 통해 부분방전 신호가 발생되면(S204의 예), 다차원 PD 트랜드 분석부(200)를 통해 부분방전 신호의 트랜드를 분석한다(S205).
예컨대 부분방전 신호의 발생 경향(트랜드)을 분석하기 위해서, 기간별(월, 주, 일), 시간별(24시간), 이벤트별 등으로 PD 트랜드를 관리 및 저장하고, 상기 저장된 정보들을 바탕으로 과거 대비 증가율(0~500%)을 산출하여 트랜드 변화 추이를 분석할 수 있다. 이를 통해 부분방전 신호의 발생이 증가될 경우에는 그만큼 사고발생 위험이 높아지고 있음을 의미한다.
따라서 상기 다차원 PD 트랜드 분석 결과를 바탕으로 트랜드가 기존 대비 미리 설정된 기준(예 :200%) 이상 증가하였을 경우(S206의 예), 상기 제어부(180)는 이상 감지 알람 및 경보를 미리 설정된 방식으로 출력(또는 SMS 발송)한다(S207).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템에서 경보 처리 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 시스템의 제어부(180)는, 상기 부분방전 신호의 발생 이벤트를 기준조건(예 : 레벨, 횟수)과 비교하여 주의 수준인지 아니면 위험 수준인지를 판단하여 상위 운용체계(미도시)에 경보를 발생하고 또한 미리 설정된 방식으로 출력(또는 SMS 발송)한다.
또한 상기 제어부(180)는 상기 부분방전 신호의 트랜드를 기준조건(예 : 증가율)과 비교하여 주의 수준인지 아니면 위험 수준인지를 판단하여 상위 운용체계(미도시)에 경보를 발생하고 또한 미리 설정된 방식으로 출력(또는 SMS 발송)한다.
또한 상기 제어부(180)는 본 실시예에 따른 시스템(예 : 센서부, 장치)의 이상을 감지하여 상위 운용체계(미도시)에 경보를 발생하고 또한 미리 설정된 방식으로 출력(또는 SMS 발송)한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템에서 연동되는 트랜드 처리 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 트랜드 분석을 위해서 미리 설정된 발생기준(예 : 증가율, SET VALUE)과 상기 제어부(180)에서 산출된 현재의 트랜드 증가율을 비교하여 상기 현재의 트랜드 증가율이 발생기준보다 큰 경우(S301의 예), 상기 제어부(180)는 미리 설정된 방식으로 경보나 알람을 출력한다(S302).
만약 현재의 트랜드 증가율이 발생기준 이하이면(S301의 아니오), 데이터 수집(S308)과 트랜드 분석(S307)을 반복해서 수행한다.
한편 상기 제어부(180)는 상기와 같이 경보나 알람을 출력하기 위해서 사용자의 지시에 따라 트랜드 분석 주기를 미리 선택한다(S303).
그리고 상기 제어부(180)는 상기 선택된 트랜드 분석 주기에 따라 저장소(예 : 메모리)에 저장되어 있는 데이터(또는 신호)를 분석에 용이한 포맷으로 처리한다(S304).
그리고 상기 제어부(180)는 상기 처리된 데이터를 VTFM 방식으로 처리하여 부분방전 발생 여부를 분석한다. 상기 분석 결과에 따라 부분방전이 발생되었으면(S305의 예) 상기 VTRM 분석 결과 데이터를 요소별로 저장한다(S306).
이때 상기 VTFM 분석 처리를 위해서 VTFM 처리를 위한 설정치(예 : MRMS, LRMS 등)를 변경할 수 있고 트랜드 증가율을 설정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템을 이용한 부분방전 신호 추출 개요를 설명하기 위한 예시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 부분방전 검출 시스템은, 부분방전 신호가 노이즈 신호와 같은 지점에서 발생하더라도 노이즈 제거를 통해 부분방전 신호를 검출할 수 있다.
예컨대 판별 예"1"의 경우, PD VTFM 실효치(PRMS)가 1.7V 이고 NOISE VTFM 실효치(NRMS)가 1.0V 라고 가정할 때 비교 연산(PD = PRMS - NRMS)을 통해 0.7V의 부분방전(PD) 신호가 포함되어 있음을 알 수 있다.
또한 다른 실시예로서, 부분방전 신호만 검출된 경우인 판별 예"2"의 경우, PD VTFM 실효치(PRMS)가 2.5V 이고 NOISE VTFM 실효치(NRMS)가 0V 라고 가정할 때 비교 연산(PD = PRMS - NRMS)을 통해 2.5V의 부분방전(PD) 신호만 포함되어 있음을 알 수 있다.
상기와 같이 본 실시예는 VTFM(Variable Timing Filtering Method, 가변시간필터링기법)을 현장 상황에 맞게 가변적으로 제어함으로써 신호의 취득 및 노이즈 제거 시 수동 및 프로그램 설정에 의한 부분방전 신호의 검출이 가능하다. 이는 현장별 가변되는 부분방전(PD) 및 노이즈 신호의 형태에 따라 유연성이 우수하며, 방전신호 검출 시 정밀 신호 취득이 가능하여 진단의 신뢰성을 높일 수 있도록 한다.
또한, 트랜드(TREND) 변화에 대한 분석법을 적용하여 일정비율 이상의 지속적 증가가 발생 시 방전신호의 진성여부를 판단할 수 있도록 하였으며, VTFM 기법의 가변성과 연동되어 상세 진단을 위한 가변적 필터링 제어를 수행함으로써 정밀신호 취득이 가능하여 진단의 신뢰성을 높일 수 있도록 한다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 센서부 120 : 주파수 필터
130 : VTFM 부 131 : 신호 증폭부
132 : 신호 분배부 133 : 제1 VTFM 신호 처리부
134 : 제2 VTFM 신호 처리부 135 : 노이즈 제거부
140 : 피크 홀더부 150 : 비교 증폭부
160 : A/D 컨버터 170 : 신호 연산부
180 : 제어부 191 : PT 동기부
192 : 통신부 193 : 디스플레이부
194 : 알람부 200 : 다차원 PD 트랜드 분석부

Claims (8)

  1. 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부;
    상기 센서부를 통해 채널별로 검출된 신호에서 각기 부분방전 신호와 노이즈 신호를 분리하고 노이즈 성분을 제거하는 VTFM(Variable Timing Filtering Method) 부;
    상기 채널별 VTFM 부를 통해 노이즈 성분이 제거된 부분방전 신호에서 각기 피크 부분의 레벨을 검출하여 출력하는 피크 홀더부;
    상기 채널별 피크 홀더부에서 출력된 부분방전 신호의 피크 레벨과 기 설정된 부분방전 분석 기준값을 비교하여 그 결과를 각기 증폭 출력하는 비교 증폭부;
    상기 채널별 비교 증폭부에서의 레벨 비교 결과를 이용해 부분방전 신호의 레벨을 각기 연산하는 신호 연산부; 및
    상기 채널별 센서부, VTFM 부, 피크 홀더부, 및 비교 증폭부의 파라미터 설정을 제어하고, 상기 신호 연산부의 처리 결과를 바탕으로 부분방전 발생의 유,무 판별 및 부분방전 이벤트의 주의나 위험 상태를 판별하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    센서부를 통해 검출되는 신호를 실시간 모니터링하되, 채널별 부분방전 신호를 검출하기 위한 센서들을 자동으로 절체하며 신호를 검출하며,
    채널별 선서들에서 검출된 신호를 분석에 용이한 포맷으로 처리하여 부분방전을 분석하되, 상기 부분방전을 분석하기 위해서 수신 신호 기준레벨을 가변하거나, 노이즈 기준레벨을 가변하거나, VTFM 응답기준을 가변하며,
    상기 부분방전 분석을 통해 부분방전 신호가 발생되면, 다차원 PD 트랜드 분석부를 통해 부분방전 신호의 트랜드를 분석하되, 부분방전 신호의 발생 트랜드를 분석하기 위해서, 기간별, 시간별, 및 이벤트별로 PD 트랜드를 관리 및 저장하고, 상기 저장된 정보들을 바탕으로 과거 대비 증가율을 산출하여 트랜드 변화 추이를 분석하며,
    상기 다차원 PD 트랜드를 분석한 결과를 바탕으로 트랜드가 기존 대비 미리 설정된 기준 이상 증가하였을 경우, 이상 감지 알람 및 경보를 미리 설정된 방식으로 출력하고 단문 메시지를 발송하며, 또한
    부분방전 신호가 노이즈 신호와 같은 지점에서 발생할 경우, PD VTFM 실효치에서 NOISE VTFM 실효치의 차이를 산출하여, 노이즈에 포함된 부분방전(PD) 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    채널별로 검출된 부분방전(PD) 신호에 관련된 데이터를 이용하여 부분방전 신호의 트랜드를 분석하는 다차원 PD 트랜드 분석부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 채널별 부분방전 발생의 트랜드 분석을 통해 주의나 위험 상태를 판별하여, 각 상태에 따라 미리 설정된 알람과 경보 방식에 따라 이상 발생 신호를 표시하거나 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 센서부는,
    FMC(Flexible Magnetic Coupler) 및 HFCT(High Frequency Current Transformer)를 포함하고, 외부 유입 노이즈를 차단하기 위해 차폐 고정형으로 구성된 것임을 특징으로 하는 부분방전 검출 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 VTFM 부는,
    상기 센서부를 통해 검출된 신호를 증폭하는 신호 증폭부;
    상기 증폭된 신호에서 부분방전 신호와 노이즈를 분리하는 신호 분배부;
    상기 부분방전 신호와 노이즈로 분배된 각 신호를 부분방전 신호 및 노이즈 신호의 형태에 맞게 각기 필터링하여 출력하는 제1,2 VTFM 신호 처리부; 및
    상기 필터링되어 출력된 신호 중에서 노이즈 신호를 제거하여 출력하는 노이즈 제거부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 부분방전 분석 기준값은,
    레벨(Level), 트랜드(Trend), 및 시간(Time) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    센서 타입, 기준 레벨, 분석 주기, 및 운용 환경 등을 미리 설정하고,
    상기 채널별 설정이 완료되면 채널별 센서를 통해 측정되는 데이터를 수집하여 VTFM 부를 통해 처리된 측정값을 저장하고,
    상기 채널별 수집된 데이터를 분석 연산하여 부분방전(PD) 신호 및 노이즈(NPD) 신호를 산출하고,
    상기 산출된 채널별 부분방전 신호와 노이즈 신호를 요소별 데이터로 구분하여 저장하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 노이즈 신호는 MRMS(middle resolution mass spectrometer) 값에서 LRMS(low resolution mass spectrometer) 값을 감산하여 산출하고, 상기 부분방전 신호는 HRMS(high resolution mass spectrometer)에서 상기 노이즈 신호를 감산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출 시스템.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 요소별 데이터는,
    부분방전(PD) 신호, 노이즈(NPD) 신호, 트랜드(TREND) 정보, 및 이벤트(EVENT) 정보들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 검출 시스템.

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