KR102520723B1 - 유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정 방법 및 이러한 방법을 사용하는 장치 - Google Patents

유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정 방법 및 이러한 방법을 사용하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정 방법 및 이러한 방법을 사용하는 장치에 관한 것이다. 유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정 방법은 변압기 상태 판단 장치가 유중 가스 데이터를 수신하는 단계, 변압기 상태 판단 장치가 유중 가스 데이터 상에서 보정 대상인 측정 오류값을 결정하는 단계, 변압기 상태 판단 장치가 측정 오류값을 보정하는 단계와 변압기 상태 판단 장치가 보정된 측정 오류값을 포함하는 유중 가스 데이터를 기반으로 변압기 상태를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정 방법 및 이러한 방법을 사용하는 장치{Method for determination of status of oil immersed type transformer and apparatus for using the method}
본 발명은 유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정 방법 및 이러한 방법을 사용하는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유중 가스 데이터 중 측정 오류값에 대한 보정을 수행하여 변압기 상태를 보다 정확하게 판단하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
급속한 산업 발달로 인한 전기 에너지 수요의 급증으로 전력용 변압기 사용이 증가하였다. 이에 따라 현재 설치된 변압기의 상당수가 노후화되면서 예측하지 못한 설비 사고가 자주 발생하고 있다. 전력용 변압기가 대용량화되고 전력 계통이 복잡해짐에 따라 설비 고장에 의한 사고가 발생되면 광범위한 정전이 수반되고, 복구와 공급 지장으로 인한 경제적 손실이 커지게 된다.
이러한 손실을 최소화하기 위해서는 변압기가 현재 어떤 상태에 있는지를 가능한 한 정확히 진단해야 한다. 필요한 운용 유지 보수를 시행하여 변압기의 예상치 못한 사고를 최소화할 필요가 있다.
변압기 사고의 가장 많은 비중을 차지하고 있는 사례는 절연 내력의 열화이다. 변압기 절연 파괴는 특성상 폭발을 동반할 수 있다. 절연 열화 특성을 분석하기 위한 가장 효과적인 방법으로 유중 가스 분석법 (Dissolved Gas Analysis, DGA)을 주로 사용되고 있다. 변압기에 사용하는 절연유, 절연지 등 유기 절연 재료는 운전에 의한 온도 상승과 국부 과열을 발생한다.
그리고 방전 등에 의한 열분해로 각종 가스를 포함한 열화 생성물을 형성한다. 열화 생성물 중 가스는 절연유(오일)에 용해된다. 이에 운전 중 변압기 절연유를 정기적으로 채취하여 용해된 가스 농도를 분석한다면 변압기 내부의 이상 여부를 추정할 수 있다. 하지만 단순히 특정 가스에 대한 기준치 초과 여부나 패턴 등으로 변압기 상태를 단정 짓는다면 변압기 운영 유지 보수 또는 교체를 결정하는데 정확히 진단하기 어렵다.
따라서 변압기의 이상 발생 원인과 더불어 현재보다 확실한 상태를 진단할 방안이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 유중 가스 데이터를 보정하여 변압기의 상태를 보다 정확하게 진단하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 변압기의 오일 여과 여부를 판단하여 변압기의 상태를 보다 정확하게 진단하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정 방법은 변압기 상태 판단 장치가 유중 가스 데이터를 수신하는 단계, 상기 변압기 상태 판단 장치가 상기 유중 가스 데이터 상에서 보정 대상인 측정 오류값을 결정하는 단계, 상기 변압기 상태 판단 장치가 상기 측정 오류값을 보정하는 단계와 상기 변압기 상태 판단 장치가 보정된 측정 오류값을 포함하는 유중 가스 데이터를 기반으로 상기 변압기 상태를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 측정 오류값을 결정하는 단계는 상기 변압기 상태 판단 장치가 상기 유중 가스 데이터를 기반으로 오일 여과 여부를 고려하여 상기 측정 오류값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정 오류값을 보정하는 단계는 상기 변압기 상태 판단 장치가 상기 측정 오류값을 포함하는 데이터 세트와 유사한 유사 데이터 세트를 기반으로 상기 측정 오류값을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정하는 변압기 상태 판단 장치는 유중 가스 데이터를 수신하기 위해 구현된 유중 가스 데이터 입력부와 상기 유중 가스 데이터 입력부와 동작 가능하게(operatively) 연결된 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 유중 가스 데이터를 수신하고, 상기 유중 가스 데이터 상에서 보정 대상인 측정 오류값을 결정하고, 상기 측정 오류값을 보정하고, 보정된 측정 오류값을 포함하는 유중 가스 데이터를 기반으로 상기 변압기 상태를 결정할 수 있다.
한편, 상기 프로세서는 상기 유중 가스 데이터를 기반으로 오일 여과 여부를 고려하여 상기 측정 오류값을 결정하도록 구현될 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 측정 오류값을 포함하는 데이터 세트와 유사한 유사 데이터 세트를 기반으로 상기 측정 오류값을 보정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 유중 가스 데이터를 보정하여 변압기의 상태가 보다 정확하게 진단될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 변압기의 오일 여과 여부에 대한 판단을 기반으로 변압기의 상태가 보다 정확하게 진단될 수 있다.
도 1은 기존의 유중 가스에 대한 분석시 측정 오류를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유중 가스 데이터에 대한 보정을 기반으로 변압기 상태를 판단하기 위한 변압기 상태 판단 장치를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오일 여과 여부 판단 방법을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유중 가스 측정 데이터에 대한 보정을 수행하기 위한 방법을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오일 여과 여부를 기반으로 측정 오류값(보정타겟)을 결정하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유중 가스 보정 방법을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 통계 기반 측정 오류값 보정을 수행하는 제2 보정 절차를 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 측정 오류값(보정타겟)에 대한 보정을 수행하기 위한 방법을 나타낸 개념도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여 지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
기존의 변압기 상태는 주기적인 오일(또는 절연유) 채취 및 오일(또는 절연유) 내 유중 가스 분석(Dissovled Gas Analysis, DGA) 분석을 통해 결정된다. 구체적으로 변압기에서 채취되어 분석된 유중 가스 데이터를 룰 기반 국제 기준인 IEEE/IEC/JAPAN ETRA/CIGRE과 비교하여 현재 변압기의 상태가 진단된다.
구체적으로 변압기는 유도성 전기 전도체를 통해 두 개 이상의 회로 사이에서 전기 에너지를 전달하는 정적 유형 장치로써 활용 목적에 맞게 교류의 전압을 바꿔주는 역할을 한다. 특히 변압기는 지속적인 특정 전력을 필요로 하는 생산 및 개발 설비에 필수적으로 요구된다. 변압기의 고장은 막대한 금전적 손해와 인명 피해를 발생시킨다. 이에 따라 변압기의 신뢰성 확보 및 예방 보수를 위한 진단 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다.
변전기기에 주로 사용되는 변압기는 절연 매체인 오일(또는 절연유)로 내부를 채워 우수한 절연 및 냉각 성능, 저렴한 제조 비용 등의 장점을 가진다. 변압기는 전기적 이상 및/또는 기계적 이상에 의한 과열, 오일이나 고체 절연물의 열화 등의 원인으로 이상 가스와 열화 생성물이 발생한다. 발생된 이상 가스와 열화 생성물은 오일에 용해되어 오일 내의 유중 가스 성분과 가스량이 변화될 수 있다. 가스 크로마토그래피를 이용하여 오일 내의 유중 가스 성분과 가스량이 분석될 수 있다.
예를 들어, IEEE Std C57.104-2008의 유중 가스량를 이용한 변압기 상태 진단 기준, IEEE Std C57.104-2008의 유중 가스 조성비를 이용한 변압기 고장 진단 기준 등을 기반으로 변압기에 대한 상태 진단(또는 고장 진단)이 이루어질 수 있다.
하지만, 상황에 따라 유중 가스에 대한 데이터가 정확하게 측정되지 않을 수 있고, 이러한 경우, 변압기의 상태 진단이 정확하게 이루어지기가 어렵다.
도 1은 기존의 유중 가스에 대한 분석시 측정 오류를 나타낸 개념도이다.
도 1에서는 주기적으로 측정한 오일의 유중 가스량 및 H2 가스 계측 오류가 개시된다.
도 1을 참조하면, 변압기 구조 특성상 오일이 밀폐된 공간에 채워져 있고, 발생하는 유중 가스는 시간의 흐름에 따라 오일 내에서 점차 증가하게 된다. 하지만, 변압기의 절연유를 채취하는 과정에서 절연유가 공기에 노출되거나 가스 크로마토그래피가 제대로 이루어지지 않을 경우 도 1과 같이 측정 오류가 발행될 수 있다.
즉, 절연유는 밀폐된 공간 안에 존재하기에 시간에 따라 여과되지 않은 절연유에서 특정 가스만 급격히 하락할 수 없다. 도 1의 측정 결과를 참조하면, 주기적으로 계측된 유중 가스 데이터 중 H2 가스가 특정 시점에 갑자기 감소하는 값으로 측정되었다. 기존 측정값 대비로 급격하게 절연유 내의 가스의 양이 감소되는 경우, 측정 오류라로 판단될 수 있다.
측정 오류는 변압기의 상태에 대한 판단의 오류를 발생시킨다. 따라서, 측정 오류를 보정할 수 있는 기술이 요구되지만 현재 이러한 기술이 개발되지 않았다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 유중 가스 데이터의 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정 방법에서는 주기적으로 계측된 유중 가스 데이터에서 특정 가스에 대한 측정 오류값을 결정하고, 통계 기반 결측값 보정 모델을 기반으로 측정 오류값을 보정하여 변압기의 상태에 대한 오진단을 감소시키기 위한 방법이 개시된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유중 가스 데이터에 대한 보정을 기반으로 변압기 상태를 판단하기 위한 변압기 상태 판단 장치를 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하면, 변압기 상태 판단 장치는 유중 가스 데이터 입력부(200), 오일 여과 결정부(210), 측정 오류값 결정부(220), 유중 가스 데이터 보정부(230), 변압기 상태 판단부(240) 및 프로세서(250)를 포함할 수 있다.
유중 가스 데이터 입력부(200)는 유중 가스 데이터를 수신하기 위해 구현될 수 있다. 유중 가스 데이터는 변압기에서 측정된 유중 가스 6종 정보 및/또는 유중 가스 6종 조성비 정보를 포함할 수 있다.
유중 가스 6종 정보는 수소 H2, 메탄 CH4, 에칠렌 C2H4, 에탄 C2H6, 아세칠렌 C2H2, 일산화탄소 CO에 대한 정보를 포함하고, 유중 가스 6종 조성비 정보는 특정 유중 가스값 대 6종 유중 가스합에 대한 정보를 포함할 수 있다.
본 발명에서 보정되는 유중 가스 데이터는 절연유(또는 오일)에 포함된 유중 가스 6종의 양에 대한 정보일 수 있다.
오일 여과 결정부(210)는 유중 가스 데이터를 기반으로 변압기의 오일에 대한 여과가 수행되었는지 여부를 판단하기 위해 구현될 수 있다. 오일 여과 결정부(210)는 유중 가스 측정 데이터에 대한 보정 여부를 결정하기 위해 오일 여과 여부에 대한 판단이 수행될 수 있다.
특정 유중 가스가 정상 범주에서 벗어나는 경우(예를 들어, 급격한 상승) 또는 주기적인 관리로서 전체 변압기 내부 오일의 이물질, 수분, 가스 등을 제거하는 오일 여과 작업이 수행될 수 있다. 오일 여과 작업은 절연 성능을 개선하고, 변압기의 상태를 일정 부분 개선할 수 있다.
구체적으로 변압기에서 내부 고장이 발생하면 열 발생이 수반되며 열에 접촉된 절연유는 열 분해되고 수소(H2), 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 에탄(C2H6) 등의 가스가 발생된다. 그리고 셀룰로스계 절연지에서는 메탄(CH4), 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 등이 발생된다. 따라서, 변압기 내부 고장 형태에 따라 특정한 가스가 발생되는 패턴을 보이며 이러한 주요 가스의 크로마토그래피 분석을 통하여 변압기의 고장 형태에 대한 판단이 수행될 수 있다.
오일 여과 작업이 수행되는 경우, 변압기의 상태 예측 측면에서 변압기의 지속적인 상태 열화 패턴이 중단된다. 즉, 변압기에서 오일 여과 여부 판단에 따른 상태 예측 결과가 달라지게 된다. 오일 여과 여부 판단하지 않는 경우, 변압기의 상태에 대한 정확한 판단에 치명적인 문제점이 된다. 따라서, 변압기에서 오일 여과 작업이 수행되었는지 여부를 판단하여 변압기의 상태 판단이 수행되어야 한다.
이러한 오일 여과 작업 수행 여부를 판단하기 위한 유중 가스는 오일 여과 판단 가스라는 용어로 정의될 수 있다. 예를 들어, 오일 여과 판단 가스는 3종 유중 가스(메탄 CH4, 에칠렌 C2H4, 에탄 C2H6)일 수 있다. 오일 여과 결정부는 오일 여과 판단 가스의 변화를 고려하여 오일 여과 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4), 에탄(C2H6) 3종 가스와 같은 오일 여과 판단 가스가 여과 이후 임계 퍼센트(60% 이하)로 감소하는 경우, 오일 여과를 수행한 것으로 판단할 수 있다.
측정 오류값 결정부(220)는 유중 가스 데이터 중 측정 오류값을 결정하기 위해 구현될 수 있다. 측정 오류값은 결측값과 같이 측정되지 않은 값을 포함할 수 있고, 기존의 가스별 측정값을 대비하여 정상 범위를 벋어난 값과 같은 비정상 범위값을 포함할 수 있다. 설명의 편의상 결측값을 측정 오류값의 하나의 예시로서 설명하나 결측값뿐만 아니라 가스별 학습 모델을 기반으로 결정된 정상 범위를 벋어난 값일 수 있다. 예를 들어, 오일 여과가 없었던 경우,변압기 구조 특성상으로 인해 절연유 속 유중 가스는 시간이 흐름에 따라 점차 증가하게 되는데 특정 가스의 측정값이 임계 범위 이하로 감소한 경우 정상 범위를 벋어난 값으로 판단될수 있다.
유중 가스 데이터 보정부(230)는 유중 가스 데이터에 대한 보정을 위해 구현될 수 있다. 유중 가스 데이터 보정부(230)는 측정 오류값 결정부에 의해 결정된 측정 오류값에 대한 보정을 수행할 수 있다.
유중 가스 데이터 보정부(230)는 오일 여과 여부, 측정 오류값의 주변 측정값의 존재 여부 등을 고려하여 측정 오류값에 대한 보정 가능 여부를 결정하고, 측정 오류값을 보정할 수 있다. 측정 오류값 중 보정 가능한 측정 오류값은 측정 오류값(보정타겟)이라는 용어로 표현될 수 있다.
우선 오일 여과 여부를 기준으로 오일 여과가 수행된 오일 여과 시점에 대응되는 측정 오류값에 대한 보정은 수행되지 않고, 오일 여과 시점을 제외한 시점에 대응되는 측정 오류값은 보정될 수 있다. 다음으로 유중 가스 데이터 보정부(230)는 측정 오류값을 기준으로 이전 측정값 및 이후 측정값(또는 이후 측정값)이 존재하는지 여부를 고려하여 측정 오류값을 보정할 수 있다.
유중 가스 데이터 보정부(230)는 보정 가능한 측정 오류값(보정타겟)에 대하여 주변 측정값을 기반으로 한 보정 절차를 수행할 수 있다. 유중 가스 데이터 보정부(230)는 제1 보정 절차 및/또는 제2 보정 절차를 수행할 수 있고, 이에 대해서는 구체적으로 후술한다.
변압기 상태 판단부(240)는 유중 가스 데이터 보정부(230)에 의해 보정된 유중 가스 데이터를 기반으로 변압기 상태에 대한 판단을 수행할 수 있다. 예를 들어, 변압기 상태는 노말(Normal), 워닝(Warning), 크리티컬(Critical), 폴트(Fault) 중 하나로 판단될 수 있다.
프로세서(250)는 유중 가스 데이터 입력부(200), 오일 여과 결정부(210), 측정 오류값 결정부(220), 유중 가스 데이터 보정부(230) 및/또는 변압기 상태 판단부(240)의 동작을 제어하기 위해 구현될 수 있다.
프로세서(250)는 유중 가스 데이터 입력부(200), 오일 여과 결정부(210), 측정 오류값 결정부(220), 유중 가스 데이터 보정부(230) 및/또는 변압기 상태 판단부(240)와 동작 가능하게(operatively) 연결될 수 있다.
본 발명에서 유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정 방법은 변압기 상태 판단 장치가 유중 가스 데이터를 수신하는 단계, 변압기 상태 판단 장치가 유중 가스 데이터 상에서 보정 대상인 측정 오류값을 결정하는 단계, 변압기 상태 판단 장치가 측정 오류값을 보정하는 단계와 변압기 상태 판단 장치가 보정된 측정 오류값을 포함하는 유중 가스 데이터를 기반으로 변압기 상태를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
측정 오류값을 결정하는 단계는 변압기 상태 판단 장치가 유중 가스 데이터를 기반으로 오일 여과 여부를 고려하여 측정 오류값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 측정 오류값을 보정하는 단계는 변압기 상태 판단 장치가 측정 오류값을 포함하는 데이터 세트와 유사한 유사 데이터 세트를 기반으로 측정 오류값을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 구체적인 유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정 방법이 개시된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오일 여과 여부 판단 방법을 나타낸 개념도이다.
도 3에서는 오일 여과 결정부에서 오일 여과 여부를 판단하기 위한 오일 여과 판단 가스를 결정하기 위한 방법이 개시된다.
도 3을 참조하면, 오일 여과 여부에 대한 판단은 6종의 유중 가스(300) 중 오일 여과 여부에 대한 판단의 정확도를 높일 수 있는 오일 여과 판단 가스(350)를 기반으로 수행될 수 있다.
구체적으로 오일 여과 판단 가스(350)는 오일 여과 작업이 수행시 계측 결과 임계 퍼센트 이상 감소하는 가스일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 6종 유중 가스(300) 중 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4), 에탄(C2H6) 3종 가스가 다음 계측 시점에서 동시에 임계 퍼센트(예를 들어, 60% 하강시) 오일 여과를 진행하였다고 결정할 수 있다.
오일 여과 판단 가스(350)로 선택될 수 없는 유중 가스는 오일 채취시 공기 중으로 손실이 임계 퍼센트 이상 발생하는 가스, 데이터의 산포가 임계값 이상인 가스, 데이터의 변화폭/발생이 임계값 이하인 가스일 수 있다.
예를 들어, 본 발명에서는 6종 가스 중 H2는 오일 채취시 공기 중으로 손실되는 경우가 많아 데이터 정확도가 낮은 가스에 해당하고, CO는 데이터 산포가 너무 큰 가스에 해당하고, C2H2는 아크 고장 이외 대부분 경우에 발생하지 않는 가스로서 오일 여과 판단 가스(350)로 선택되지 않을 수 있다.
아래의 표1은 오일 여과를 진행한 실제 변압기 유중 가스에 대한 데이터이고, 2015년도가 오일 여과 여과시점인 6종 유중 가스(300)에 대한 데이터이다. 단위는 ppm(part per million)일 수 있다.
<표 1>
Figure 112020100428449-pat00001
메탄(CH4), 에틸렌(C2H4), 에탄(C2H6) 3종 가스가 오일 여과 이후 60% 이하로 감소하는 것을 확인할 수 있고, 해당 3종 가스(또는 3종 가스 중 적어도 하나의 가스)가 오일 여과 판단 가스(350)로 활용되어 오일 여과 여부에 대한 판단을 위해 사용될 수 있다.5
이러한 오일 여과 판단 가스(300)는 하나의 예시로서 다른 오일 여과 판단 가스가 오일 여과 여부를 판단하기 위해 활용될 수도 있고 이러한 실시예 또한 본 발명의 권리 범위에 포함될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유중 가스 측정 데이터에 대한 보정을 수행하기 위한 방법을 나타낸 개념도이다.
도 4에서는 유중 가스 측정 데이터에 대한 보정을 위한 통계를 기반으로 한 측정 오류값 보정 모델이 개시된다.
도 4를 참조하면, 통계 기반 측정 오류값 보정은 측정 오류값(보정타겟)(400)을 포함하는 타겟 데이터 세트(420)와 유사한 유사 데이터 세트을 기반으로 측정 오류값을 보정할 수 있다. 전술한 바와 같이 유중 가스 데이터 보정부는 오일 여과 여부, 측정 오류값을 기준으로 이후 측정값이 존재하는지 여부 등을 고려하여 측정 오류값 중 보정의 대상이 되는 측정 오류값(보정타겟)에 대한 보정을 수행할 수 있다.
이하, 측정 오류값(보정타겟)(400)과 측정 오류값(보정타겟)(400)의 주변 측정값을 기준으로 가까운 k 개 이웃 데이터를 기반으로 측정 오류값(보정타겟)(400)을 예측하여 측정 오류값(보정타겟)(400)에 대한 보정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 측정 오류값(보정타겟)(400)과 측정 오류값(보정타겟)(400)의 주변 데이터를 포함하는 타겟 데이터 세트(420)와 기존에 측정된 측정값을 포함하는 데이터 세트(측정)(440) 간의 비교가 수행될 수 있다. 데이터 세트(측정)(440) 중 타겟 데이터 세트(420)와 높은 유사도를 가지는 데이터 세트(측정)(440)을 유사 데이터 세트(460)로 결정할 수 있다. 다른 표현으로 유사 데이터 세트(460)는 타겟 데이터 세트(420)와 인접한 데이터 세트일 수 있다. 임계 개수의 유사 데이터 세트가 결정되고, 임계 개수의 유사 데이터 세트에 포함된 값을 기반으로 측정 오류값(보정타겟)이 보정될 수 있다.
구체적으로 측정 오류값(보정타겟)을 포함하는 타겟 데이터 세트(420)와 유사한 유사 데이터 세트(460)를 찾기 위해 타겟 데이터 세트(420)에 포함되는 다른 측정값을 기반으로 한 유사도 분석이 수행될 수 있다.
유사도 분석을 위한 윈도우의 크기(또는 데이터 세트의 크기)가 결정되고 타겟 데이터 세트(420)에 포함될 데이터의 개수가 결정되고, 타겟 데이터 세트(420)에 포함된 측정값1 내지 측정값n을 기반으로 유사한 유사 데이터 세트(460)가 탐색될 수 있다.
유사 데이터 세트(460)는 타겟 데이터 세트(420)에 포함되는 측정값1 내지 측정값n 각각과 데이터 세트(측정)(440)에 위치한 대응되는 측정값 1' 내지 측정값n' 각각의 차분값(또는 거리값)을 기반으로 차분값(또는 거리값)이 작을수록 높은 순위의 유사 데이터 세트(460)로 결정될 수 있다.
유사 데이터 세트(460)를 결정하기 위해 측정값 간의 거리를 산정하는 거리 계산 기법에는 Euclidean Distance, Manhattan Distance, Mahalanobis Distance 등이 있으며 데이터의 경우에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.
유사 데이터 세트(460)는 유중 가스 각각에 대한 n 년치 데이터 각각을 고려하여 결정될 수 있다. 유사 데이터 세트(460)를 결정하기 위한 윈도우의 크기는 유중 가스 각각에 대해 서로 다르게 설정될 수 있고, 누적된 데이터의 분포(또는 데이터의 양)에 따라서도 서로 다르게 설정될 수 있다.
또는 본 발명의 실시예에 따르면, 각 가스 별로 오일 여과를 수행한 경우와 오일 여과를 수행하지 않은 경우 각각에 대해 별도의 데이터 세트를 정의하여 유사 데이터 세트(460)가 결정될 수도 있다. 구체적으로 제1 데이터 세트(측정)은 임계 시간 내에 오일 여과를 수행하지 않은 경우의 측정 데이터만을 포함하고, 제2 데이터 세트(측정)은 임계 시간 내에 오일 여과를 수행한 경우에 대한 측정 데이터를 포함할 수 있다
이러한 별도의 제1 데이터 세트(측정), 제2 데이터 세트(측정)을 사용하여 오일 여과 시점 이후의 측정 오류값(보정타겟)을 보정함에 있어서 오일 여과가 임계 시점 이내에 수행되었는지 여부를 고려하여 서로 다른 데이터 세트를 기반으로 한 유사 데이터 세트의 결정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 측정 오류값(보정타겟)을 보정하기 위한 주변 측정값이 오일 여과 시점 이후 임계 기간 내의 측정 시점을 포함하는 경우, 제2 데이터 세트(측정) 상에서 유사 데이터 세트를 결정하여 측정 오류값(보정타겟)이 보정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오일 여과 여부를 기반으로 측정 오류값(보정타겟)을 결정하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 5에서는 오일 여과 판단 가스(500)를 기반으로 오일 여과 여부를 판단하고, 측정 오류값 보정 모델을 기반으로 측정 오류값(보정타겟)을 수행할지 여부를 결정하기 위한 방법이 개시된다.
도 5를 참조하면, 6종 유중 가스 중 3종 가스(CH4, C2H4, C2H6)가 오일 여과 판단 가스(500)일 수 있다. 오일 여과 판단 가스(500)가 다음 계측 시점에서 동시에 임계 퍼센트(예를 들어, 60%) 감소되는 경우 오일 여과가 진행되었다고 판단될 수 있다.
전술한 바와 같이 오일 여과 여부를 판단하기 위해 일정한 변화 폭 내에서 산포되는 CH4, C2H4, C2H6 가스가 동시에 임계 퍼센트 이상으로 감소되는 현상이 발생하는지 여부가 판단될 수 있다.
도 5와 같이 오일 여과 판단 가스(500)의 값이 급격하게 줄어들거나 0으로 계측되는 시점이 오일 여과가 수행된 시점으로 결정될 수 있다. 오일 여과 시점(520)을 포함하는 구간의 측정 오류값에 대해서는 측정 오류값에 대한 보정 절차가 수행되지 않을 수 있다. 반대로 오일 여과 시점(520)을 포함하지 않는 구간의 측정 오류값에 대해서는 측정 오류값에 대한 보정 절차가 수행되지 않을 수 있다. 즉, 오일 여과 시점(520)을 포함하는 구간의 측정 오류값은 측정 오류값(보정타겟)으로 설정되지 않고, 보정 절차의 대상이 아니다.
예를 들어, 오일 여과 시점(520)에 대응되는 1997년 7월에 측정된 H2의 값은 26ppm에서 0ppm으로 감소된 값을 가지므로 측정 오류값으로 판단될 수 있으나, 1997년 7월은 오일 여과가 수행된 시점으로서 보정 알고리즘이 수행되지 않을 수 있다. 반대로, 오일 여과 시점(520)에 대응되지 않는 1997년 11월 이후 시점의 측정값 중 측정 오류값은 보정 알고리즘이 적용되는 측정 오류값(보정타겟)일 수 있다. 예를 들어, 오일 여과 시점 이후 시점인 1997.11, 1998.3, 1998.8, 1998.12에 측정된 값 중 측정 오류값은 측정 오류값(보정타겟)으로 결정되고 보정 알고리즘이 적용될 수 있다. 구체적으로 1998년 8월에 측정된 H2, 1998년 3월에 측정된 C2H6가 측정 오류값(보정타겟)인 경우, 이러한 측정 오류값(보정타겟)에 대한 보정 알고리즘을 기반으로 한 보정 절차가 진행될 수 있다. 측정 오류값(보정타겟)에 대한 보정 알고리즘은 후술된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유중 가스 보정 방법을 나타낸 개념도이다.
도 6에서 유중 가스 보정을 위한 제1 보정 절차 및 제2 보정 절차가 개시된다.
도 6을 참조하면, 유중 가스 측정 데이터에서 측정 오류값이 결정될 수 있다(단계 S600).
전술한 바와 같이 측정 오류값은 결측값과 같이 측정이 수행되지 않은 값을 포함할 수 있고, 기존의 가스별 측정값을 대비하여 정상 범위를 벋어난 값인 비정상 범위값을 포함할 수 있다.
측정 오류값 중 보정이 가능한 측정 오류값(보정타겟)이 결정될 수 있다(단계 S610).
측정 오류값 중 오일 여과 시점에 대응되는 측정 오류값은 보정 대상에서 제외될 수 있다. 또한, 측정 오류값 중 측정 오류값을 기준으로 이전 측정값 및/또는 이후 측정값이 존재하지 않는 경우, 보정 대상에서 제외될 수 있다. 측정 오류값의 결정 이후 측정 오류값을 기준으로 이전 측정값 및 이후 측정값이 존재하는지 않는 경우, 보정의 정확도가 낮기 때문에 추가적인 보정 절차를 진행하지 않을 수 있다.
측정 오류값(보정타겟)에 대한 보정이 수행된다(단계 S620).
측정 오류값(보정타겟)에 대한 보정은 오일 여과가 수행되지 않은 구간의 데이터로서 이후 측정값이 존재하는 경우에 수행될 수 있다.
제1 보정 절차 또는 제2 보정 절차를 수행할지 여부를 판단하고(단계 S630), 이러한 판단을 기반으로 제1 보정 절차(단계 S640) 또는 제2 보정 절차(단계 S650)가 수행될 수 있다. 타겟 데이터 세트에 포함되는 복수의 측정 오류값에 대해서 제1 보정 절차(단계 S640) 또는 제2 보정 절차(단계 S650)가 선택적으로 수행될 수 있다.
제1 보정 절차(단계 S640)는 타겟 데이터 세트 내의 이전 측정값을 기반으로 측정 오류값(보정타겟)을 결정하는 보정 절차일 수 있다.
제2 보정 절차(단계 S650)는 도 4에서 전술한 통계 기반 측정 오류값 보정을 기반으로 한 보정 절차일 수 있다.
측정 오류값(보정타겟)을 포함하는 가능한 모든 윈도우(이하, 가용 윈도우)를 기반으로 설정된 어떠한 타겟 데이터 세트도 통계 기반 측정 오류값 보정을 수행하여 정확도를 가질 정도의 임계 개수 이상의 데이터를 포함하지 않는 경우 제1 보정 절차(단계 S640)이 수행될 수 있다.
구체적으로 제1 보정 절차(단계 S640)는 아래의 조건을 만족시 수행될 수 있다.
조건(제1 보정 절차): 측정 오류값(보정타겟)을 포함하는 가용 윈도우를 기반으로 설정된 어떠한 타겟 데이터 세트도 첫번째 값과 마지막 값으로 측정값을 포함하지 않는 경우
반대로 제2 보정 절차는 제1 보정 절차가 만족되지 않는 경우 수행될 수 있다. 구체적으로 아래의 조건(제2 보정 절차)을 만족하는 경우 수행될 수 있다.
조건(제2 보정 절차): 측정 오류값(보정타겟)을 포함하는 가용 윈도우를 기반으로 설정된 타겟 데이터 세트가 첫번째 값과 마지막 값으로 측정값을 포함하는 경우
조건(제1 보정 절차) 및 조건(제2 보정 절차)의 만족 여부를 판단하기 위한 측정값은 이미 보정된 측정 오류값(보정타겟)을 포함할 수 있다. 즉, 측정 오류값(보정타겟)도 제1 보정 절차 또는 제2 보정 절차에 의해 보정된 이후에는 측정값으로 판단되어 조건(제1 보정 절차) 및 조건(제2 보정 절차)의 만족 여부에 대한 판단이 수행될 수 있다.
위의 조건을 기반으로 제1 보정 절차 및 제2 보정 절차가 수행될 수 있다.
위와 같은 제1 보정 절차 및 제2 보정 절차를 구분하여 수행하는 이유는 특정 측정값(예를 들어, 데이터 세트 내의 첫번째 값 및/또는 마지막 값)이 존재하지 않을 경우, 통계 기반 측정 오류값 보정 절차인 제2 보정 절차의 수행시 보정의 정확도가 떨어지기 때문이다.
제1 보정 절차 및 제2 보정 절차를 위하 데이터 세트를 결정하기 위해 사용되는 윈도우의 크기는 유중 가스 각각에 대해 서로 다르게 설정될 수 있고, 누적된 데이터의 분포(또는 데이터의 양)에 따라서도 서로 다르게 설정될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 통계 기반 측정 오류값 보정을 수행하는 제2 보정 절차를 나타낸 개념도이다.
도 7에서는 타겟 데이터 세트와 데이터 세트(측정)을 기반으로 타겟 데이터 세트 내의 측정 오류값(보정타겟)을 보정하는 통계 기반 측정 오류값 보정 절차인 제2 보정 절차가 개시된다.
도 7을 참조하면, 데이터 세트(측정)(720)과 측정 오류값(보정타겟)을 포함하는 타겟 데이터 세트(700) 간의 KNN((k-nearest neighbor) 기반의 랭킹이 결정될 수 있다. 타겟 데이터 세트(700)와 유사도가 높은 데이터 세트(측정)일수록 높은 랭킹을 가질 수 있다.
타겟 데이터 세트(700) 중 상대적으로 높은 랭킹을 가지는 임계 개수의 데이터 세트(측정)(720)가 유사 데이터 세트(740)로 결정되는 경우, 유사 데이터 세트(740)에 포함되는 측정값(755, 765)을 기반으로 타겟 데이터 세트(700) 내의 대응되는 측정값을 결정할 수 있다.
예를 들어, 제1 측정 오류값(보정타겟)(750)의 경우, 타겟 데이터 세트(700) 내의 2번째 포함되어 있고, 제1 측정 오류값(보정타겟)(750)은 유사 데이터 세트(740)에 포함되는 2번째 측정값(755)의 평균값으로 결정될 수 있다. 제2 측정 오류값(보정타겟)(760)의 경우, 타겟 데이터 세트(700) 내의 3번째 포함되어 있고, 제2 측정 오류값(보정타겟)(760)은 유사 데이터 세트(740)에 포함되는 3번째 측정값(765)의 평균값으로 결정될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 측정 오류값(보정타겟)에 대한 보정을 수행하기 위한 방법을 나타낸 개념도이다.
도 8에서는 측정 오류값 중 보정이 가능한 측정 오류값(보정타겟)을 결정하고, 측정 오류값(보정타겟)에 대한 보정을 수행하는 방법이 개시된다.
도 8을 참조하면, 데이터 세트A(800)와 같이 측정 오류값 이후에 측정된 측정값이 존재하지 않는 경우, 측정 오류값에 대한 보정이 수행되지 않고, 보정 불가한 값으로 결정될 수 있다.
반대로 데이터 세트B(820)와 같이 측정 오류값 이후에 측정된 측정값이 존재하는 경우, 측정 오류값은 측정 오류값(보정타겟)으로 결정되어 보정이 수행될 수 있다.
윈도우의 크기를 4로 설정하여 타겟 데이터 세트에 4개의 데이터가 포함되는 경우로 가정되는 경우 아래와 같은 보정 절차가 수행될 수 있다.
1) 제1 측정 오류값(보정타겟)(801)에 대해서는 전술한 조건(제1 보정 절차)가 만족되므로 제1 보정 절차(850)가 수행될 수 있다. 즉, 제1 측정 오류값(보정타겟)(801)은 이전 측정값인 7.8로 보정될 수 있다.
2) 제2 측정 오류값(보정타겟)(802)에 대해서는 전술한 조건(제1 보정 절차)가 만족되므로 제1 보정 절차(850)가 수행될 수 있다. 즉, 제2 측정 오류값(보정타겟)(802)은 이전 측정값인 7.8로 보정될 수 있다.
3) 제3 측정 오류값(보정타겟)(803)에 대해서는 전술한 조건(제1 보정 절차)가 만족되므로 제1 보정 절차(850)가 수행될 수 있다. 즉, 제3 측정 오류값(보정타겟)(803)은 이전 측정값인 7.8로 보정될 수 있다.
4) 제4 측정 오류값(보정타겟)(804) 및 제5 측정 오류값(보정타겟)(805)에 대해서는 전술한 조건(제2 보정 절차)가 만족되므로 제2 보정 절차(860)가 수행될 수 있다.
이러한 방식으로 데이터 세트B(820)에 포함되는 측정 오류값(보정타겟)은 제1 보정 절차(850) 및 제2 보정 절차(860)를 통해 결정될 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정과 변경을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정 방법은,
    변압기 상태 판단 장치가 유중 가스 데이터를 수신하는 단계;
    상기 변압기 상태 판단 장치가 상기 유중 가스 데이터를 기반으로 오일 여과 여부를 고려하여 측정 오류값을 결정하는 단계;
    상기 변압기 상태 판단 장치가 상기 측정 오류값을 포함하는 타겟 데이터 세트를 기반으로 상기 측정 오류값을 보정하는 단계; 및
    상기 변압기 상태 판단 장치가 보정된 측정 오류값을 포함하는 유중 가스 데이터를 기반으로 상기 변압기 상태를 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 측정 오류값의 보정은 제1 보정 절차 또는 제2 보정 절차를 기반으로 수행되고,
    상기 제1 보정 절차는 상기 측정 오류값을 포함하는 상기 타겟 데이터 세트 내의 이전 측정값을 기반으로 상기 측정 오류값을 결정하는 보정 절차이고,
    상기 제2 보정 절차는 상기 측정 오류값을 포함하는 상기 타겟 데이터 세트와 유사한 유사 데이터 세트를 기반으로 상기 측정 오류값을 결정하는 보정 절차이고,
    상기 오일 여과 여부는 오일 여과 판단 가스를 기반으로 결정되고,
    상기 제1 보정 절차 및 상기 제2 보정 절차를 위한 가용 윈도우의 크기는 유중 가스 각각에 대해 서로 다르게 설정되거나 누적된 데이터의 분포를 고려하여 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보정 절차는 조건(제1 보정 절차)를 만족할 경우 수행되고,
    상기 제2 보정 절차는 조건(제2 보정 절차)를 만족할 경우 수행되고,
    상기 조건(제1 보정 절차)는 측정 오류값을 포함하는 가용 윈도우를 기반으로 설정된 어떠한 타겟 데이터 세트도 첫번째 값과 마지막 값으로 측정값을 포함하지 않는 경우이고,
    상기 조건(제2 보정 절차)는 상기 측정 오류값을 포함하는 가용 윈도우를 기반으로 설정된 타겟 데이터 세트가 첫번째 값과 마지막 값으로 측정값을 포함하는 경우인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변압기 상태 판단 장치는 상기 측정 오류값이 상기 제1 보정 절차 또는 상기 제2 보정 절차에 의해 보정된 이후, 측정값으로 판단되어 상기 조건(제1 보정 절차) 및 상기 조건(제2 보정 절차)의 만족 여부에 대한 판단을 재수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 유중 가스 데이터 보정을 기반으로 한 변압기 상태 결정하는 변압기 상태 판단 장치는,
    유중 가스 데이터를 수신하기 위해 구현된 유중 가스 데이터 입력부; 및
    상기 유중 가스 데이터 입력부와 동작 가능하게(operatively) 연결된 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 유중 가스 데이터를 수신하고,
    상기 유중 가스 데이터를 기반으로 오일 여과 여부를 고려하여 측정 오류값을 결정하고,
    상기 측정 오류값을 포함하는 타겟 데이터 세트를 기반으로 상기 측정 오류값을 보정하고,
    보정된 측정 오류값을 포함하는 유중 가스 데이터를 기반으로 상기 변압기 상태를 결정하되,
    상기 측정 오류값의 보정은 제1 보정 절차 또는 제2 보정 절차를 기반으로 수행되고,
    상기 제1 보정 절차는 상기 측정 오류값을 포함하는 상기 타겟 데이터 세트 내의 이전 측정값을 기반으로 상기 측정 오류값을 결정하는 보정 절차이고,
    상기 제2 보정 절차는 상기 측정 오류값을 포함하는 상기 타겟 데이터 세트와 유사한 유사 데이터 세트를 기반으로 상기 측정 오류값을 결정하는 보정 절차이고,
    상기 오일 여과 여부는 오일 여과 판단 가스를 기반으로 결정되고,
    상기 제1 보정 절차 및 상기 제2 보정 절차를 위한 가용 윈도우의 크기는 유중 가스 각각에 대해 서로 다르게 설정되거나 누적된 데이터의 분포를 고려하여 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 판단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 보정 절차는 조건(제1 보정 절차)를 만족할 경우 수행되고,
    상기 제2 보정 절차는 조건(제2 보정 절차)를 만족할 경우 수행되고,
    상기 조건(제1 보정 절차)는 측정 오류값을 포함하는 가용 윈도우를 기반으로 설정된 어떠한 타겟 데이터 세트도 첫번째 값과 마지막 값으로 측정값을 포함하지 않는 경우이고,
    상기 조건(제2 보정 절차)는 상기 측정 오류값을 포함하는 가용 윈도우를 기반으로 설정된 타겟 데이터 세트가 첫번째 값과 마지막 값으로 측정값을 포함하는 경우인 것을 특징으로 하는 변압기 상태 판단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 측정 오류값이 상기 제1 보정 절차 또는 상기 제2 보정 절차에 의해 보정된 이후, 측정값으로 판단되어 상기 조건(제1 보정 절차) 및 상기 조건(제2 보정 절차)의 만족 여부에 대한 판단을 재수행하는 것을 특징으로 하는 변압기 상태 판단 장치.
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