KR102178377B1 - 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치 - Google Patents

발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 신호처리 프로세서, 통신부 및 메모리를 구비하고, 발전 시스템의 전력계통의 상태 및 설비계통의 상태를 상시 검출하여, 전력계통 또는 설비계통의 고장 또는 이상을 검출하면, 일정기간의 상기 전력계통의 상태 및 상기 설비계통의 상태를 상기 메모리에 동시에 기록하는 장치는 상기 설비계통의 상태를 검출하여, 고장 또는 이상을 검출하는 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부를 포함할 수 있다.

Description

발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치{APPARATUS FOR SIMULTANEOUSLY RECORDING ELECTRICAL SYSTEM ERROR AND EQUIPMENT SYSTEM ERROR OF POWER SYSTEM}
본 발명은 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치에 관한 것이다.
전력 공급을 담당하는 유틸리티의 변전소에는 전력 계통의 이상이 발생할 때 당시 전압, 전류, 장치의 입출력 IO를 동시에 기록하여 이를 재생하여 사고의 원인이 무엇인 분석하는 고장기록장치가 설치되어 있다.
고장기록장치는 매우 유용하게 사용하는 장비로 발전소도 이를 설치하여 사고 원인을 찾고자 설치하고 있다. 현재, 개발되어 있는 고장기록장치는 아날로그 입력 요소를 전압, 전류 신호를 사용하고 계전기나 차단기의 동작 상태를 확인하기 위한 디지털 입력 신호를 갖고 있다.
한편, 발전소에서 전기를 생산하기 위한 설비로 보일러, 터빈, 여자기, 펌프 등의 기기류가 다수 있으며 이런 기기류의 이상 발생은 전력 생산의 지장을 초래하게 된다. 그리고, 전기 생산 중 이상으로 인한 갑작스러운 시스템 정지는 관련 기기(터빈, 보일러, 펌프) 등에 기기적 스트레스를 발생시켜 기기 수명을 단축하게 된다.
기존 고장기록장치는 전력계통의 이상 분석에는 적합하지만 설비계통의 신호(진동, 압력, 온도, 뒤틀림)를 수용하지 못하므로 말미암아 기계 스트레스 분석에는 부적합하였다. 특히, 전기 생산의 갑작스러운 사고에 전기 고장과 연계된 기기계통의 스트레스를 동시에 분석할 수 있는 장비는 적용된 적이 없고, 수력, 화력 발전소에는 고장에 의한 기기 스트레스를 해석하여 기기의 수명과 유지보수를 위한 시스템이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 발전기를 중심으로 전력계통과 설비계통의 신호를 고장 발생시 함께 수집하여 전력계통의 고장원인 분석과 더불어 설비계통의 스트레스와 고장 원인을 종합적으로 분석하는 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 설비계통의 스트레스 데이터를 지속적으로 데이터베이스화하여 기계나 설비의 스트레스에 따른 수명을 판단 또는 예측하는 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호처리 프로세서, 통신부 및 메모리를 구비하고, 발전 시스템의 전력계통의 상태 및 설비계통의 상태를 상시 검출하여, 전력계통 또는 설비계통의 고장 또는 이상을 검출하면, 일정기간의 상기 전력계통의 상태 및 상기 설비계통의 상태를 상기 메모리에 동시에 기록하는 장치는 상기 설비계통의 상태를 검출하여, 고장 또는 이상을 검출하는 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부는 상기 설비계통의 진동, 압력, 온도, 속도 및 뒤틀림 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 센싱할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부는 상기 온도 또는 상기 압력에 관한 정보를 센싱하는 RTD(resistance temperature detector) 센서, 상기 진동 또는 상기 속도에 관한 정보를 센싱하는 가속도 센서, 및 상기 압력, 상기 속도 또는 상기 온도에 관한 정보를 센싱하는 센서를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 메모리에 기록된 데이터를 재생 또는 분석하며, 상기 메모리에 기록된 데이터를 지속적으로 데이터베이스화하여 상기 설비계통의 스트레스에 따른 수명을 판단 또는 예측할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 통신부를 통하여, 상기 메모리에 기록된 데이터를 원격의 호스트시스템과 통신하고, 상기 전력계통의 상태 및 상기 설비계통의 상태에 대한 감시결과를 텍스트 또는 그래픽 모드로 출력할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부를 슬롯(slot)에 대응하는 카드 형태로 구현하기 위해서, 수동 소자를 위한 전압 바이어스(BIAS) 회로와 분리하는 절연 DC/DC, 및 상기 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부에서 취득된 신호를 절연 신호의 형태로 전달하는 절연증폭기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 발전기를 중심으로 전력계통과 설비계통의 신호를 고장 발생시 함께 수집하여 전력계통의 고장원인 분석과 더불어 설비계통의 스트레스와 고장 원인을 종합적으로 분석할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 설비계통의 스트레스 데이터를 지속적으로 데이터베이스화하여 기계나 설비의 스트레스에 따른 수명을 판단 또는 예측할 수 있다.
도 1은 종래의 전력계통 고장기록장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치에서 다채널 입력을 수용할 수 있는 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치에서 다채널의 신호처리 및 기록을 위한 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치에서 설비계통 센서부가 시스템에 연결되는 예를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치에서 전력계통 및 설비계통에 대한 센서의 기록을 위한 기록 시간 및 저장 주기를 구체적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 종래의 전력계통 고장기록장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전력계통 고장기록장치(120)는 전력계통(110)에서 전압, 전류 및 장치의 입력 IO 등에 관한 데이터를 센싱하고, 이를 기록할 수 있다. 특히, 발전시스템의 전력계통에 이상이 발생한 때의 전압, 전류 등을 기록하고, 이를 재생하여 사고의 원인이 무엇인지 여부를 분석할 수 있다.
한편, 발전 시스템은 전기를 생산하기 위한 설비들(보일러, 터빈, 여자기, 펌프 등)도 다수 포함하고 있는데, 해당 설비들에 이상이 발생한 경우에도 전력 생산에 이상이 발생할 수 있다. 하지만, 기존의 고장기록장치는 전력계통의 이상에 대한 정보는 획득할 수 있지만, 설비계통의 신호(130, 진동, 압력, 온도, 속도, 뒤틀림 등)에 관한 정보를 수용하지 못하는 한계점이 있었다.
이에, 본 발명은 발전 시스템의 이상 발생 시 전력계통의 신호와 설비계통의 신호를 동시에 기록하여, 종합적으로 발전 시스템의 고장 원인과 영향을 평가할 수 있는 고장기록장치를 제안한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치에서 다채널 입력을 수용할 수 있는 구조를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치는 아날로그 신호 및 디지털 신호 모두를 수용할 수 있는 다채널 입력이 구현될 수 있는데, 그 예로 백그라운드 보드 및 해당 백그라운드 보드에 형성되는 버스 통신 및 복수의 슬롯 등을 확인할 수 있다.
이를 통하여, 전력계통의 중요한 전기신호(전압, 전류)와 차단기, 계전기 등의 동작에 관한 신호(디지털 IO)를 다수의 채널로 입력받을 수 있고, 해당 신호의 변화가 발생할 때를 트리거 요인으로 삼아, 입력되는 신호를 일정시간 동안 기록할 수 있다. 그리고, 슬롯 및 그에 대응되는 카드 형태로 구현되는 센서부를 통하여, 필요에 따라 입력되는 신호를 용이하게 추가하거나 또는 제거할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치에서 다채널의 신호처리 및 기록을 위한 구조를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치는 CPU, 메모리, 통신 IO, 복수의 ADC(310, analog digital converter) 및 복수의 광절연 버퍼(320)를 구비할 수 있다.
여기서, 복수의 ADC(310)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 CPU에 전달하는 구성이고, 광절연 버퍼(320)는 디지털로 입력되는 신호를 CPU에 전달하는 구성이다.
전력계통의 신호는 교류 110V, 5A를 정격으로 하는 입력으로 구성되어 범용 PT(potential transformer)와 CT(current transform)을 이용하여 신호의 조정이 가능하다.
그에 반해서, 설비계통의 신호는 가변저항, 4-20mA, -1 ~ 1V, -10 ~ 10V 등의 출력 특성을 갖는 센서들(도 4의 401, 402, 403)로 구성되는데, 이러한 신호들은 PT, CT로 취득이 불가능하고, 센서 중에는 신호 취득을 위한 BIAS 전압을 센서에 인가해야 하는 것들도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치는 설비계통의 신호를 취득하여 CPU 등에 전달하기 위해서는 별도의 구성(도 4의 400)이 필요한데, 구체적으로, 전압 BIAS 회로와 분리하기 위한 절연 DC/DC(도 4의 410) 및 취득된 신호를 절연 신호 형태로 전달하기 위한 절연증폭기(도 4의 420)가 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치에서 설비계통 센서부가 시스템에 연결되는 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 설비계통 센서부는 3개가 구비되어 있는데, 이는 본 발명을 설명하기 위한 하나의 예에 불과하며, 3개보다 더 많은 설비계통 센서부를 포함하거나 또는 3개보다 더 적은 설비계통 센서부를 포함하는 것 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것은 자명하다.
본 발명에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치는 설비계통의 상태를 검출하여, 고장 또는 이상을 검출하는 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부(401, 402, 403)를 포함할 수 있다.
여기서, 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부(401, 402, 403)는 발전 시스템에 포함되는 설비계통의 진동, 압력, 온도, 속도 및 뒤틀림 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 센싱하고, 이를 터미널, 분리 그라운드, 장치 그라운드를 통하여 BUS통신으로 연결되는 백그라운드 보드에 전달할 수 있다.
구체적으로, 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부(401, 402, 403)는, 설비계통에 포함되는 구성의 온도 또는 압력에 관한 정보를 센싱하는 RTD(401, resistance temperature detector) 센서를 포함할 수 있고, 설비계통에 포함되는 구성의 진동 또는 속도에 관한 정보를 센싱하는 가속도 센서(402)를 포함할 수도 있으며, 설비계통에 포함되는 구성의 압력, 속도 또는 온도에 관한 정보를 센싱하는 센서(403)를 더 포함할 수도 있다. 그리고, 위와 같은 3개의 센서(401, 402, 403)는 예시적인 것이고, 다른 센서를 추가적으로 더 포함할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
한편, 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부(401, 402, 403)에서 취득되는 신호는 가변저항, 4-20mA, -1 ~ 1V, -10 ~ 10V 등의 출력 특성을 가지고, 전력계통의 신호와 달리 PT, CT를 통하여 취득이 불가능하고, 신호 취득을 위한 BIAS 전압을 인가해야 하는 경우도 있다. 그리고, 앞서 설명한 도 2의 슬롯에 대응되는 카드 형태로 구현하기 위해서, 본 발명에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치는 설비계통의 신호를 취득하여 CPU 등에 전달하기 위해서는 별도의 구성(400)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 별도의 구성(400)은 전압 BIAS 회로와 분리하기 위한 절연 DC/DC(410) 및 취득된 신호를 절연 신호 형태로 전달하기 위한 절연증폭기(420)를 포함할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
결국, 위와 같은 별도의 구성(400) 및 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부(401, 402, 403)를 통하여, 본 발명에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치는 전력계통뿐만 아니라, 설비계통의 상태를 상시 검출할 수 있고, 전력계통 또는 설비계통의 고장 또는 이상을 검출하면, 일정기간의 전력계통의 상태 및 설비계통의 상태를 메모리에 동시에 기록할 수 있게 된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치에서 전력계통 및 설비계통에 대한 센서의 기록을 위한 기록 시간 및 저장 주기를 구체적으로 나타내는 도면이다.
설비계통에서 센싱되는 신호는 전력계통에서 센싱되는 신호에 비하여, 변화가 저속이지만, 상대적으로 매우 장시간 동안 과도현상을 보이는 것이 특징이다. 따라서, 설비계통에서의 샘플링 및 기록은 전력계통에서의 시간(10초)보다 저속으로 장시간(예를 들어, 180초) 수행될 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.
이를 위해서, 본 발명에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치는 전력계통 및 설비계통의 신호를 모두 동시에 기록하기 위해서, 도 5의 트리거 시점(510)을 기준으로 고속 저장 구간 및 저속 저장 구간을 구분하여 데이터를 기록하는 것이 바람직하다.
한편, 도 5 및 도 6을 통해서 저장 기간 및 샘플링에 관한 수치들은 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 일 실시 예이고, 다른 수치에 해당하는 저장 기간 및 샘플링으로 본 발명에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치가 구현될 수 있음은 자명하다.
결국, 본 발명에 따른 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치는, 발전기를 중심으로 전력계통과 설비계통의 신호를 고장 발생시 함께 수집하여 전력계통의 고장원인 분석과 더불어 설비계통의 스트레스와 고장 원인을 종합적으로 분석할 수 있고, 설비계통의 스트레스 데이터를 지속적으로 데이터베이스화 하여 기계나 설비의 스트레스에 따른 수명을 판단 또는 예측할 수 있다.
따라서, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (6)

  1. 신호처리 프로세서 및 메모리를 구비하는 장치에 있어서,
    설비계통의 상태를 검출하여, 고장 또는 이상을 검출하는 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부; 및
    전력계통의 상태를 검출하여, 고장 또는 이상을 검출하는 적어도 하나 이상의 전력계통 센서부를 포함하고,
    상기 설비계통 센서부 및 상기 전력계통 센서부는,
    발전 시스템의 전력계통의 상태 및 상기 설비계통의 상태를 상시 검출하여, 전력계통 또는 설비계통의 고장 또는 이상을 검출하고,
    상기 신호처리 프로세서는,
    일정기간의 상기 전력계통의 상태 및 상기 설비계통의 상태를 상기 메모리에 동시에 기록하고, 상기 메모리에 기록된 데이터를 재생 또는 분석하며, 상기 메모리에 기록된 데이터를 지속적으로 데이터베이스화하여 상기 설비계통의 스트레스에 따른 수명을 판단 또는 예측하고,
    상기 설비계통의 상태를 기록하는 일정기간은 상기 전력계통의 상태를 기록하는 일정기간보다 길고,
    상기 설비계통의 상태를 기록하는 일정기간의 샘플링 주파수는 상기 전력계통의 상태를 기록하는 일정기간의 샘플링 주파수보다 작고,
    상기 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부는,
    온도 또는 압력에 관한 정보를 센싱하는 RTD(resistance temperature detector) 센서; 및
    진동 또는 속도에 관한 정보를 센싱하는 가속도 센서를 포함하는 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부는,
    상기 설비계통의 진동, 압력, 온도, 속도 및 뒤틀림 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 센싱하는 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메모리에 기록된 데이터를 원격의 호스트시스템과 통신하는 통신부를 더 포함하는 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부에서 신호 취득을 위해 BIAS 전압을 인가하는 전압 바이어스(BIAS) 회로를 더 포함하는 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 신호처리 프로세서와 상기 전압 바이어스(BIAS) 회로를 분리하는 절연 DC/DC; 및
    상기 적어도 하나 이상의 설비계통 센서부에서 취득한 신호를 절연 신호의 형태로 전달하는 절연증폭기를 더 포함하는 발전 시스템의 전력계통과 설비계통의 이상을 동시에 기록하는 장치.
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