KR102393663B1 - 다중 포트를 이용한 유입 변압기 부분방전 진단 시스템 - Google Patents

다중 포트를 이용한 유입 변압기 부분방전 진단 시스템 Download PDF

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Abstract

유입 변압기 부분방전 진단 시스템이 개시된다. 유입 변압기 부분방전 진단 시스템은 절연유 배출용 드레인 밸브를 갖는 유입 변압기에서의 부분방전을 진단하기 위한 시스템으로서, 안테나부, 신호선부, 포트부, 신호 변경부, 및 진단부를 포함한다. 안테나부는 드레인 밸브 내부에 위치하며 유입 변압기에서의 부분 방전 신호를 검출하고, 신호선부는 안테나부와 각각 연결되는 제 1 신호선 및 제 2 신호선을 포함하고, 포트부는 신호선부의 제 1 신호선 및 제 2 신호선과 각각 연결되는 제 1 포트 및 제 2 포트를 포함하고, 신호 변경부는 제 2 신호선에 연결되어 제 1 포트로 출력되는 출력 신호를 미리 설정된 형태로 변경하며, 진단부는 제 1 포트로 출력되는 출력 신호를 이용하여 유입 변압기의 부분 방전 상태를 진단한다.

Description

다중 포트를 이용한 유입 변압기 부분방전 진단 시스템 {PARTIAL DISCHARGE DIAGNOSIS SYSTEM OF OIL TRANSFORMER USING MULIPLE PORT}
본 발명은 전력기기 진단 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변압기의 절연열화 상태 분석을 위해 부분방전을 진단하기 위한 시스템에 관한 것이다.
초고압 변압기는 초고압 전력계통 즉, 발전소 또는 변전소 등 발전과 송전 및 변전 구간의 전력시스템에 설치되어 전압을 강압하는 전력기기이고, 그 중 초고전압 유입 변압기는 전기적 절연을 위한 절연 매질로서 절연유(oil)를 사용하는 초고압 변압기이다.
이러한 초고압 변압기에는, 전력계통에 전기적으로 접속되게 설치되어 장기간 운전되는 경우, 여러 가지 원인에 의해 다양한 유형의 고장이 발생할 수 있으며, 이러한 고장사고에 따른 피해규모도 증가하는 추세이다.
이에 따라, 고장사고가 발생하기 전에 초고압 변압기 내부에서 절연 상태의 이상에 의해 발생하는 신호를 검출하기 위한 각종 진단 및 감시 기법과 첨단 장비들이 적용되고 있으며, 현재 부분방전(Partial Discharge) 측정이 초고압 변압기의 이상 여부를 진단하는 데 있어 우수한 방법으로 평가되고 있다.
최근 효과적인 부분방전 측정을 위해 다양한 검출방식이 개발되어 적용되고 있으며, 특히 운전중인 기설치된 유입 변압기에도 적용 가능하도록 하기 위해, 부분방전의 검출감도가 우수한 초고주파(Ultra High Frequency, 이하 UHF로 약칭함) 부분방전 센서를 유입 변압기의 드레인 밸브를 통해 유입 변압기의 외함 내로 주입하여 부분방전 신호를 측정하는 방식이 사용되고 있다.
도 1은 종래 유입 변압기 드레인 밸브에 삽입된 부분방전 진단 센서의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 유입 변압기용 드레인 밸브 부분방전 진단 센서는, 변압기 오일 유입을 목적으로 설치되어 있는 드레인 밸브에 신호선이 연결된 부분방전 센서를 삽입하여, 변압기 내부에서 발생하는 부분방전을 측정하기 위한 구조를 가지고 있다.
그런데, 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 센서 장치의 일부 부분이 변압기 외함 내부로 삽입되면 센서 감도는 좋아지나 돌출된 센서부로 인해 변압기 내부의 절연적이 취약해지는 문제가 발생한다. 그런데, 이러한 문제를 해결하기 위해 센서를 변압기 외함 벽면과 동일선상에 위치하거나 또는 드레인 밸브 쪽으로 좀 더 안으로 밀어넣으면 센서 성능이 급격히 감소되어 부분 방전 신호의 효과적인 검출이 어려워지기 때문에 정확한 부분방전 진단이 수행되지 못하는 문제가 발생한다.
KR 1020130011176 A
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 드레인 밸브를 통해 삽입되는 유입 변압기 부분방전 진단 센서가 변압기 외함 벽면과 동일선상에 위치하거나 또는 드레인 밸브 쪽으로 좀 더 안으로 들어가 있는 경우에도 보다 효과적으로 변압기의 부분방전을 진단할 수 있도록 해 주는 부분방전 진단 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유입 변압기 부분방전 진단 시스템은 절연유 배출용 드레인 밸브를 갖는 유입 변압기에서의 부분방전을 진단하기 위한 시스템으로서, 안테나부, 신호선부, 포트부, 신호 변경부, 및 진단부를 포함한다.
안테나부는 드레인 밸브 내부에 위치하며 유입 변압기에서의 부분 방전 신호를 검출하고, 신호선부는 안테나부와 각각 연결되는 제 1 신호선 및 제 2 신호선을 포함하고, 포트부는 신호선부의 제 1 신호선 및 제 2 신호선과 각각 연결되는 제 1 포트 및 제 2 포트를 포함하고, 신호 변경부는 제 2 신호선에 연결되어 제 1 포트로 출력되는 출력 신호를 미리 설정된 형태로 변경하며, 진단부는 제 1 포트로 출력되는 출력 신호를 이용하여 유입 변압기의 부분 방전 상태를 진단한다.
이와 같은 구성에 의하면, 센서 설치 이후에도 제 2 포트를 통해 센서 특성에 변동을 줄 수 있기 때문에, 드레인 밸브를 통해 삽입되는 유입 변압기 부분방전 진단 센서가 변압기 외함 벽면과 동일선상에 위치하거나 또는 드레인 밸브 쪽으로 좀 더 안으로 들어가 있는 경우에도 보다 효과적으로 변압기의 부분방전을 진단할 수 있게 된다.
이때, 신호 변경부는 출력 신호로부터 미리 설정된 반사파를 제거하기 위한 저항 소자를 포함할 수 있으며, 저항 소자는 출력 신호로부터 미리 설정된 주파수 이하의 신호를 제거하기 위해 미리 설정될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 신호선을 통해 받아들이는 부분방전 신호의 원 파형에 대한 반사되어 들어오는 파형들에 의한 왜곡을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 미리 설정된 주파수는 부분방전 신호가 발생하는 주파수 영역의 하한 주파수 이하의 주파수일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 저항 소자 연결을 통해 유입 변압기 내의 부분방전 신호가 시작되는 주파수 이하의 신호들은 소멸되므로 노이즈에 의한 착오없이 부분방전을 명확하게 인지할 수 있게 된다.
또한, 신호 변경부는 출력 신호의 주파수 영역을 제한하기 위한 회로 소자를 포함할 수 있으며, 포함된 회로 소자를 이용하여 제한되는 주파수 영역의 범위를 제어하는 주파수 제어부를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 2 포트에서의 소자값을 변경하면서 제 1 포트로 들어오는 안테나 신호가 감지할 수 있는 주파수 영역대를 자유롭게 조절할 수 있게 된다.
이때, 진단부는 주파수 제어부를 통해 변동되는 주파수 영역 범위를 감시하고, 부분방전의 신호가 감지되는 경우 감지 신호를 출력할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 외부에서 자동 L, C 성분 조정장치를 이용하여 각 영역 주파수대를 감도 높게 스캔하면서 결함을 감지할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 제 2 포트를 통해 센서 설치 이후에도 센서 특성에 변동을 줄 수 있기 때문에, 드레인 밸브를 통해 삽입되는 유입 변압기 부분방전 진단 센서가 변압기 외함 벽면과 동일선상에 위치하거나 또는 드레인 밸브 쪽으로 좀 더 안으로 들어가 있는 경우에도 보다 효과적으로 변압기의 부분방전을 진단할 수 있게 된다.
또한, 제 1 신호선을 통해 받아들이는 부분방전 신호의 원 파형에 대한 반사되어 들어오는 파형들에 의한 왜곡을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 저항 소자 연결을 통해 유입 변압기 내의 부분방전 신호가 시작되는 주파수 이하의 신호들은 소멸되므로 노이즈에 의한 착오 없이 부분방전을 명확하게 인지할 수 있게 된다.
또한, 제 2 포트에서의 소자값을 변경하면서 제 1 포트로 들어오는 안테나 신호가 감지할 수 있는 주파수 영역대를 자유롭게 조절할 수 있게 된다.
또한, 외부에서 자동 L, C 성분 조정장치를 이용하여 각 영역 주파수대를 감도 높게 스캔하면서 결함을 감지할 수 있게 된다.
도 1은 종래 유입변압기 드레인밸브에 삽입된 부분방전 진단 센서의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유입 변압기 부분방전 진단 시스템의 개략적인 블록도.
도 3은 도 2의 센서 부분의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 부분방전 신호의 겹침으로 원 부분방전 신호의 훼손이 발생하는 예를 도시한 도면.
도 5는 저항에서 반사파 소멸을 통해 원 부분방전 신호를 획득하는 예를 도시한 도면.
도 6은 L, C 소자값 변경을 통한 부분방전 신호검출 가능 주파수대 변화를 설명하기 위한 도면.
도 7은 L, C 소자값 변경을 통한 부분방전 신호검출의 예를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유입 변압기 부분방전 진단 시스템의 개략적인 블록도이고, 도 3은 도 2의 센서 부분의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에서, 유입 변압기 부분방전 진단 시스템(100)은 절연유 배출용 드레인 밸브를 갖는 유입 변압기에서의 부분방전을 진단하기 위한 시스템으로서, 안테나부(110), 신호선부(120), 포트부(130), 신호 변경부(140), 진단부(150), 및 주파수 제어부(160)를 포함한다.
안테나부(110)는 드레인 밸브 내부에 위치하며 유입 변압기에서의 부분 방전 신호를 검출한다. 도 1에서와는 달리 도 3에서 안테나부(110)가 변압기 외함 벽면과 동일선상에 위치하는 것을 확인할 수 있다.
신호선부(120)는 안테나부(110)와 각각 연결되는 제 1 신호선(122) 및 제 2 신호선(124)을 포함하고, 포트부(130)는 신호선부(120)의 제 1 신호선(122) 및 제 2 신호선(124)과 각각 연결되는 제 1 포트(132) 및 제 2포트(134)를 포함한다.
유입용 변압기 절연 열화시 발생하는 부분방전 신호의 정밀한 분석을 위하여 두 개 이상의 신호선이 센서부에 연결되는 것으로서, 이와 같은 구성에 의하면, 제 2 포트를 통해 센서 설치 이후에도 센서 특성에 변동을 줄 수 있다.
이에 따라, 드레인 밸브를 통해 삽입되는 유입 변압기 부분방전 진단 센서가 변압기 외함 벽면과 동일선상에 위치하거나 또는 드레인 밸브 쪽으로 좀 더 안으로 들어가 있는 경우에도 보다 효과적으로 변압기의 부분방전을 진단할 수 있게 된다.
신호 변경부(140)는 제 2 신호선에 연결되어, 제 1 포트로 출력되는 출력 신호를 미리 설정된 형태로 변경한다. 신호 변경부(140)는 출력 신호로부터 미리 설정된 반사파를 제거하기 위한 저항 소자(142)를 포함할 수 있으며, 저항 소자(142)는 출력 신호로부터 미리 설정된 주파수 이하의 신호를 제거하기 위해 미리 설정될 수 있다.
부분방전 결함의 종류를 판별하기 위해서 신호선을 통해 받아들이는 신호에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 원래 파형이 반사되어 들어오는 파형들에 의한 왜곡이 발생한다. 도 4는 부분방전 신호의 겹침으로 원 부분방전 신호의 훼손이 발생하는 예를 도시한 도면이다.
보다 정확한 부분방전 결함의 파악을 위해서는 이러한 반사 파형이 최소화되어야 하며, 본 발명에 의하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 센서를 통해 받아들여진 부분방전 신호의 일부는 포트 1로 이동하고 일부는 포트 2로 끝까지 이동했다가 반사되어 다시 포트 1로 들어오게 된다. 도 5는 저항에서 반사파 소멸을 통해 원 부분방전 신호를 획득하는 예를 도시한 도면이다.
즉, 신호 측정용 포트(포트 1) 이외의 다른 포트(포트 2)에 저항소자를 연결함으로써, 불필요한 반사신호의 영향을 현저히 저감시켜 본래의 부분방전 신호를 검출가능하게 하고 이의 분석을 통해 부분방전 결함의 종류를 파악하기가 용이해지는 것이다.
이때, 미리 설정된 주파수는 부분 방전 신호가 발생하는 주파수 영역의 하한 주파수 이하의 주파수일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 저항 소자 연결을 통해 유입 변압기 내의 부분방전 신호가 시작되는 주파수 이하의 신호들은 소멸되므로 노이즈에 의한 착오없이 부분방전을 명확하게 인지할 수 있게 된다.
예를 들어, 저항 소자 연결을 통해 유입 변압기 내의 부분방전 신호가 시작되는 300MHz 주파수 이하의 신호들은 소멸시킬 수 있으므로 사용자는 노이즈에 의한 착오 없이 부분방전을 명확하게 인지할 수 있게 된다.
저항을 사용함으로써 얻는 효과는 반사파를 소멸시키는 효과 이외에도, 일반적인 안테나 형상설계만으로 얻을 수 없는 우수한　센서 성능을　가능하게 하는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 포트 2에 저항을 상당히 큰 값을 달면 포트 1에서 시작된 전류가 포트 2에서 전류통로가 끊어지는　효과와 동일하게 된다. 또한, 저항을 아주 작은 값을 달면 포트 1에서 시작된 전류가 포트 2를 통해서 접지쪽으로 단락된 효과가 나타나기 때문에, 포트 1에서 나온 전류가 포트 2 쪽으로 흐르기가 용이하여 안테나부의 신호강도가 높아진다. 이에 비해, 종래의 안테나는 포트 2가 없으므로 단지 무한대의 저항이 달려있는 것과 같다.
이에 따라, 본 발명에서는 포트 2에 연결되는 저항에 대해 아주 작은 값에서 부터 아주 큰 값 사이에서　해당 센서부 구조에 최적의　저항값을　찾으면 원하는 주파수대에서의 측정감도를　높일 수 있게 된다.
또한, 신호 변경부(140)는 출력 신호의 주파수 영역을 제한하기 위한 회로 소자(144, 146)를 포함할 수 있으며, 주파수 제어부(160)는 회로 소자(144, 146)를 이용하여 제한되는 주파수 영역의 범위를 제어할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 2 포트에서의 소자값을 변경하면서 제 1 포트로 들어오는 안테나 신호가 감지할 수 있는 주파수 영역대를 자유롭게 조절할 수 있게 된다.
도 6에서 회로 소자로 인덕턴스 소자(144)와 커패시턴스 소자(146)가 채용된 예를 확인할 수 있으며, 도 7에서 L, C 회로 소자의 조정에 따라 변화하는 센서의 측정 주파수 대역이 변동되는 예를 확인할 수 있다. 도 6은 L, C 소자값 변경을 통한 부분방전 신호검출 가능 주파수대 변화를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 L, C 소자값 변경을 통한 부분방전 신호검출의 예를 도시한 도면이다.
진단부(150)는 제 1 포트로 출력되는 출력 신호를 이용하여 유입 변압기의 부분 방전 상태를 진단한다. 이때, 진단부(150)는 주파수 제어부(160)를 통해 변동되는 주파수 영역 범위를 감시하고, 부분방전의 신호가 감지되는 경우 감지 신호를 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, 부분방전 발생시 초고주파의 특성은 광대역의 특성을 보이고 결함 및 상황에 따라 다양한 패턴을 보인다. 따라서, 종래와 같이 정해진 안테나 구조와 하나의 신호선으로 고정된 진단 장치에서는 특정 부분방전 신호를 감지하는 능력이 현저히 떨어지거나 감지 자체가 불가능 할 수 있다.
본 발명에서는 포트 2의 L 성분(인덕터)과 C 성분(커패시터)의 소자값을 변경하면서, 포트 1로 들어오는 안테나 신호가 감지할 수 있는 주파수 영역대를 자유롭게 조절 가능하다. 이에 따라, 외부에서 자동 L, C 성분 조정장치를 이용하여 각 영역 주파수대를 감도 높게 스캔하면서 결함을 감지가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 두 개 이상의 신호선을 센서와 연결시키고 측정용 신호선 이외의 다른 신호선에 R, L, C 소자를 연결하여, 측정용 신호의 파형을 선명하게 하기도 하고 부분방전 결함을 감지하는 안테나의 감도 높은 주파수 영역대를 자유롭게 조정할 수 있게도 할 수 있다.
또한, 부분방전 결함 종류를 분석하기 위해 센서 측정 신호의 불필요한 신호들로부터의 왜곡을 최소화할 수 있으며, 기설치된 안테나 특성이 자유롭게 조정 가능하여 부분방전 검출능력이 향상된다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야할 것이다.
100: 유입 변압기 부분방전 진단 시스템
110: 안테나부
120: 신호선부
122: 제 1 신호선
124: 제 2 신호선
130: 포트부
132: 제 1 포트
134: 제 2 포트
140: 신호 변경부
142: 저항(R) 소자
144: 인덕턴스(L) 소자
146: 커패시턴스(C) 소자
150: 진단부
160: 주파수 제어부

Claims (7)

  1. 절연유 배출용 드레인 밸브를 갖는 유입 변압기에서의 부분방전을 진단하기 위한 시스템으로서,
    상기 드레인 밸브 내부에 위치하며 상기 유입 변압기에서의 부분 방전 신호를 검출하는 안테나부;
    상기 안테나부와 각각 연결되는 제 1 신호선 및 제 2 신호선을 포함하는 신호선부;
    상기 신호선부의 제 1 신호선 및 제 2 신호선과 각각 연결되는 제 1 포트 및 제 2 포트를 포함하는 포트부;
    상기 제 2 신호선에 연결되어 상기 제 1 포트로 출력되는 출력 신호를 미리 설정된 형태로 변경하는 신호 변경부; 및
    상기 출력 신호를 이용하여 상기 유입 변압기의 부분 방전 상태를 진단하는 진단부를 포함하는 유입 변압기 부분방전 진단 시스템으로서,
    상기 신호 변경부는,
    상기 출력 신호로부터 미리 설정된 반사파를 제거하기 위한 저항 소자를 포함하고,
    상기 제 2 포트로 출력되어 반사된 신호를 이용하여 상기 제 1 포트로 출력되는 출력 신호에서 상기 반사파를 제거하는 것을 특징으로 하는 유입 변압기 부분방전 진단 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항 소자는 상기 출력 신호로부터 미리 설정된 주파수 이하의 신호를 제거하기 위해 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 유입 변압기 부분방전 진단 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 미리 설정된 주파수는 상기 부분 방전 신호가 발생하는 주파수 영역의 하한 주파수 이하의 주파수인 것을 특징으로 하는 유입 변압기 부분방전 진단 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 변경부는 상기 출력 신호의 주파수 영역을 제한하기 위한 회로 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유입 변압기 부분방전 진단 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 회로 소자를 이용하여 제한되는 상기 주파수 영역의 범위를 제어하는 주파수 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유입 변압기 부분방전 진단 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 진단부는 상기 주파수 제어부를 통해 변동되는 주파수 영역 범위를 감시하고, 상기 부분방전의 신호가 감지되는 경우 감지 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 유입 변압기 부분방전 진단 시스템.
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