KR102529327B1 - 변압기 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 각 상별로 측정하는 센서 모듈, 및 센서 모듈과 연결된 프로세서를 포함하고, 프로세서는, 센서 모듈을 통해 측정된 변압기의 2차측 전류의 크기를 보상하고, 크기가 보상된 2차측 전류에 기반하여 변압기의 2차측 역상분 전류를 산출하고, 센서 모듈을 통해 측정된 변압기의 1차측 전류에 기반하여 변압기의 1차측 역상분 전류를 산출하고, 산출된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 변압기의 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 한다.

Description

변압기 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING TRANSFORMER}
본 발명은 변압기 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있는 변압기 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
계통에 연계된 변압기에서 고장이 발생할 경우 정전 사고로 이어질 수 있으며, 변압기의 고장이 정전 사고로 이어지는 경우 막대한 경제적 손실이 발생할 수 있다. 전력공급업자는 변압기의 고장에 의한 정전 등의 사고를 방지하기 위해 주기적으로 변압기의 상태를 진단하여 변압기의 이상 여부를 판단하고 있다.
일반적으로, 변압기 내부의 절연유 내에서 발생하는 유증가스를 검출하고, 검출된 유증가스를 분석하는 방법, 및 변압기에서 발생하는 부분 방전을 측정하고, 측정된 부분 방전을 검출하는 방법 등을 통해 변압기의 이상을 검출할 수 있다.
전술한 방법의 경우, 현장에서 실시간으로 변압기의 진단이 불가능할 뿐만 아니라, 부분방전 진단 장비, 절연유 채취 장비 등과 같이 별도의 장비를 필요하여 비효율적이고 경제성이 낮은 문제점이 존재한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2206797호(2021.01.19.)의 '변압기 유중가스 분석 장치'에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있는 변압기 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 변압기 진단 장치는 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 각 상별로 측정하는 센서 모듈; 및 상기 센서 모듈과 연결된 프로세서;를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 센서 모듈을 통해 측정된 상기 변압기의 2차측 전류의 크기를 보상하고, 상기 크기가 보상된 2차측 전류에 기반하여 상기 변압기의 2차측 역상분 전류를 산출하고, 상기 센서 모듈을 통해 측정된 상기 변압기의 1차측 전류에 기반하여 상기 변압기의 1차측 역상분 전류를 산출하고, 상기 산출된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 변압기의 변압비에 기반하여 상기 변압기의 2차측 전류의 크기를 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 대칭좌표법을 이용하여 상기 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 원형 파형으로 변환하고, 상기 원형 파형으로 변환된 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 원형 파형으로 변환된 1차측 및 2차측 역상분 전류 간의 크기 비율을 산출하고, 상기 원형 파형으로 변환된 1차측 및 상기 2차측 역상분 전류에 대응하는 면적 간의 면적 비율을 산출하고, 상기 산출된 크기 비율 및 면적 비율에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 크기 비율이 기 설정된 제1 기준 크기 비율 이상이고, 상기 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 이상인 경우, 상기 변압기에 제1 수준의 고장이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 크기 비율이 제1 기준 크기 미만 제2 기준 크기 이상이고, 상기 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 미만 제2 면적 비율 이상인 경우, 상기 변압기에 제1 수준보다 경미한 수준인 제2 수준의 고장이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 변압기에 고장이 발생한 것으로 진단되는 경우, 상기 변압기의 1차측 및 2차측 영상분 전류 및 정상분 전류를 각각 산출하고, 상기 산출된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류, 영상분 전류 및 정상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 위치를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 변압기의 1차측 역상분 전류 및 1차측 영상분 전류의 합과, 상기 변압기의 1차측 정상분 전류를 비교하여 상기 변압기의 1차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하고, 상기 변압기의 2차측 역상분 전류 및 2차측 영상분 전류의 합과, 상기 변압기의 2차측 정상분 전류를 비교하여 상기 변압기의 2차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단함으로써 상기 변압기의 고장 위치를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 변압기의 정상분 전류가 상기 변압기의 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값 이상인 것으로 판단되는 경우 해당 측에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 기준값은 하기의 수식에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
[수식]
Figure 112021060242809-pat00001
(여기서, x는 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이고, y는 기준값이고, a, b, k2는 양수로서 기 설정된 값이고, c, k1는 음수로서 기 설정된 값이다).
본 발명에 있어 상기 프로세서는, 상기 측정된 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 필터링하여 고조파 성분을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 변압기 진단 방법은 프로세서가, 센서 모듈을 통해 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 각 상별로 측정하는 단계; 상기 프로세서가, 상기 변압기의 2차측 전류의 크기를 보상하는 단계; 상기 프로세서가, 상기 크기가 보상된 2차측 전류에 기반하여 상기 변압기의 2차측 역상분 전류를 산출하는 단계; 상기 프로세서가, 상기 변압기의 1차측 전류에 기반하여 상기 변압기의 1차측 역상분 전류를 산출하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 보상하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 변압기의 변압비에 기반하여 상기 변압기의 2차측 전류의 크기를 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 1차측 및 2차측 역상분 전류를 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는, 대칭좌표법을 이용하여 상기 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 진단하는 단계는, 상기 프로세서가, 상기 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 원형 파형으로 변환하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 원형 파형으로 변환된 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 원형 파형으로 변환된 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 상태를 진단하는 단계는, 상기 프로세서가, 상기 원형 파형으로 변환된 상기 1차측 및 상기 2차측 역상분 전류 간의 크기 비율을 산출하는 단계; 상기 프로세서가, 상기 원형 파형으로 변환된 상기 1차측 및 상기 2차측 역상분 전류에 대응하는 면적 간의 면적 비율을 산출하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 산출된 크기 비율 및 면적 비율에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 산출된 크기 비율이 기 설정 및 면적비에 따라 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 크기 비율이 기 설정된 제1 기준 크기 비율 이상이고, 상기 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 이상인 경우, 상기 변압기에 제1 수준의 고장이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 산출된 크기 비율이 기 설정 및 면적비에 따라 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 크기 비율이 제1 기준 크기 미만 제2 기준 크기 이상이고, 상기 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 미만 제2 면적 비율 이상인 경우, 상기 변압기에 제1 수준보다 경미한 수준인 제2 수준의 고장이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 프로세서가, 상기 변압기에 고장이 발생한 것으로 진단되는 경우, 상기 변압기의 1차측 및 2차측 영상분 전류 및 정상분 전류를 각각 산출하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 산출된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류, 영상분 전류 및 정상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 위치를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 변압기의 고장 위치를 판단하는 단계는, 상기 변압기의 1차측 역상분 전류 및 1차측 영상분 전류의 합과, 상기 변압기의 1차측 정상분 전류를 비교하여 상기 변압기의 1차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 변압기의 2차측 역상분 전류 및 2차측 영상분 전류의 합과, 상기 변압기의 2차측 정상분 전류를 비교하여 상기 변압기의 2차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 변압기의 1차측 및 2차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 변압기의 정상분 전류가 상기 변압기의 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값 이상인 것으로 판단되는 경우 해당 측에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 기준값은 하기의 수식에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
[수식]
Figure 112021060242809-pat00002
(여기서, x는 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이고, y는 기준값이고, a, b, k2는 양수로서 기 설정된 값이고, c, k1는 음수로서 기 설정된 값이다).
본 발명에 있어 상기 프로세서가, 상기 측정된 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 필터링하여 고조파 성분을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 실시간으로 측정되는 변압기의 양단 전류를 이용하여 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 변압기에 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우 변압기의 고장 위치를 검출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 부분방전 등을 감지하는 추가 진단 장비 없이 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있어, 변압기의 진단에 소요되는 비용을 감축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 장치를 설명하기 위한 제1 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 장치를 설명하기 위한 제2 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 장치를 설명하기 위한 제3 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 방법을 통해 변압기의 고장 위치를 판단하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 진단 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 장치를 설명하기 위한 제1 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 장치를 설명하기 위한 제2 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 장치를 설명하기 위한 제3 예시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 장치는 센서 모듈(100), 메모리(200) 및 프로세서(300)를 포함할 수 있다.
센서 모듈(100)은 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 각 상별로 측정할 수 있다. 센서 모듈(100)은 변압기의 1차측 및 2차측에 연결되어 있을 수 있으며, 센서 모듈(100)은 후술하는 프로세서(300)의 제어에 따라 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 각 상별로 측정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서 모듈(100)은 변류기(CT: Current Transformer)일 수 있다.
메모리(200)에는 프로세서(300)가 변압기를 진단하기 위해 필요한 각종 데이터가 미리 저장되어 있을 수 있다. 또한, 메모리(200)에는 프로세서(300)를 통해 변압기를 진단하는 과정에서 산출되는 각종 데이터가 저장될 수 있다.
프로세서(300)는 센서 모듈(100)을 통해 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 각 상별로 측정하고, 각 상별로 측정된 변압기의 1차측 및 2차측 전류에 기반하여 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 산출하고, 산출된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있다.
이하에서는 프로세서(300)가 변압기의 고장 여부를 진단하는 과정을 살펴보도록 한다.
먼저, 프로세서(300)는 센서 모듈(100)을 통해 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 각 상별(A상, B상 및 C상)로 측정할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 고조파 성분을 제거하기 위해 각 상별로 측정된 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 필터링할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 하기의 수학식 1을 통해 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 필터링할 수 있다.
Figure 112021060242809-pat00003
여기서, sampling수는 주기당 샘플링 수이고, 변환sampling수는 필터링을 위해 변환하고자 하는 주기당 샘플링 수이고, Irow는 센서 모듈(100)을 통해 측정된 전류 값이고, I는 필터링된 전류 값일 수 있다. 즉, 프로세서(300)는 센서 모듈(100)을 통해 측정된 전류 값의 분해능(Sampling Rate)을 변환하는 방식으로 필터링을 수행할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 필터링된 변압기의 2차측 전류의 크기를 보상할 수 있다. 변압기가 고장 여부를 판단하기 위해 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 비교할 필요가 있으나, 센서 모듈(100)을 통해 측정된 변압기의 2차측 전류는 변압기의 1차측 전류가 변압기의 변압비에 따라 변화된 값이므로, 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 비교하기에 앞서 변압기의 변압비에 따라 발생된 변압기의 1차측 및 2차측 간 전류의 크기 차이를 보상할 필요가 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 변압기의 변압비에 기반하여 센서 모듈(100)을 통해 측정된 변압기의 2차측 전류를 보상할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 센서 모듈(100)을 통해 측정된 변압기의 1차측 전류에 기반하여 변압기의 1차측 역상분 전류를 산출하고, 크기가 보상된 2차측 전류에 기반하여 변압기의 2차측 역상분 전류를 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 대칭좌표법을 이용하여 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 각각 산출할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(300)는 하기의 수학식 2를 통해 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 각각 산출할 수 있다.
Figure 112021060242809-pat00004
여기서, a는 회전 연산자로,
Figure 112021060242809-pat00005
이고,
Figure 112021060242809-pat00006
일 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 각각 산출된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 원형 파형으로 변환할 수 있다. 본 발명은 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 원형 파형으로 변환함으로써 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 보다 확연히 구분할 수 있다. 또한, 본 발명은 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 원형 파형으로 변환함으로써 변압기의 전류의 크기 변형 여부, 전류의 이상 여부, 상전류간 이상여부(Vector 차이)를 보다 직관적으로 확인할 수 있다.
프로세서(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 원형 파형으로 변환하고, 이를 사용자가 확인할 수 있도록 출력할 수도 있다. 도 2a의 상측 그래프는 변압기의 1차측 전류의 일 예시이고, 도 2a의 하측 그래프는 변압기의 2차측 전류의 일 예시이다. 이때, 그래프의 x축은 전류의 실수부를 도시하고 있고, y축은 전류의 허수부를 도시하고 있다. 도 2b는 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 원형 파형으로 변환한 그래프이다. 여기서, 빨간색 실선은 원형 파형으로 변환된 변압기의 1차측 역상분 전류의 일 예시이고, 파란색 점선은 원형 파형으로 변환된 변압기의 2차측 역상분 전류의 일 예시이다.
이어서, 프로세서(300)는 원형 파형으로 변환된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류 간의 크기 비율을 산출할 수 있다. 프로세서(300)는 원형 파형으로 변환된 변압기의 1차측 역상분 전류에 대응하는 지름과 원형 파형으로 변환된 변압기의 2차측 역상분 전류에 대응하는 지름을 비교함으로써 크기 비율을 산출할 수 있다. 정상적인 변압기의 경우 변압기의 1차측 및 2차측의 역상분 전류 간의 크기(즉, 지름)가 일치하지만, 고장이 발생한 변압기의 경우 1차측 및 2차측의 역상분 전류 간의 크기(즉, 지름)가 일치하지 않는다. 본 발명은 전술한 사실로부터 착안된 것으로서, 변압기의 고장 여부를 판단하기 위해 원형 파형으로 변환된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류 간의 크기를 비교할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 원형 파형으로 변환된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류에 대응하는 면적 간의 면적 비율을 산출할 수 있다. 프로세서(300)는 원형 파형으로 변환된 변압기의 1차측 역상분 전류에 대응하는 면적(즉, 원형 파형에 의한 원의 면적)과 원형 파형으로 변환된 변압기의 2차측 역상분 전류에 대응하는 면적을 비교함으로써 면적 비율을 산출할 수 있다. 정상적인 변압기의 경우 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류에 대응하는 면적이 일치하지만, 고장이 발생한 변압기의 경우 1차측 및 2차측의 역상분 전류에 대응하는 면적이 일치하지 않는다. 본 발명은 전술한 사실로부터 착안된 것으로서, 변압기의 고장 여부를 판단하기 위해 원형 파형으로 변환된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류 간의 면적을 비교할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 산출된 크기 비율 및 면적 비율에 기반하여 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 산출된 크기 비율이 기 설정된 제1 기준 크기 비율 이상이고, 산출된 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 이상인 경우, 변압기에 제1 수준의 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 변압기의 1차측 역상분 전류와 2차측 역상분 전류 간의 크기 및 면적 차이가 소정의 값 이상일 경우, 프로세서(300)는 변압기에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 산출된 크기 비율이 제1 기준 크기 미만인 동시에 제2 기준 크기 이상이거나, 산출된 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 미만인 동시에 제2 면적 비율 이상인 경우, 변압기에 제2 수준의 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 제2 수준의 고장은 제1 수준의 고장보다 경미한 고장을 의미할 수 있다. 즉, 변압기의 1차측 역상분 전류와 2차측 역상분 전류 간의 크기 및 면적 차이가 소정의 값 이상일 경우, 프로세서(300)는 변압기에 경미한 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
한편, 프로세서(300)는 산출된 크기 비율이 제2 기준 크기 비율 미만이고, 면적 비율이 제2 기준 면적 비율 미만인 경우, 변압기가 정상인 것으로 판단할 수 있다. 즉, 변압기의 1차측 역상분 전류와 2차측 역상분 전류 간의 크기 및 면적 차이가 기준 범위 이내일 경우, 프로세서(300)는 변압기가 정상(즉, 고장이 발생하지 않은 상태)인 것으로 판단할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 실시간으로 측정되는 변압기의 양단 전류를 이용하여 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있다.
한편, 변압기에 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 프로세서(300)는 변압기의 1차측 영상분 전류 및 정상분 전류와, 변압기의 2차측 영상분 전류 및 정상분 전류를 추가적으로 산출하고, 산출된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류, 영상분 전류 및 정상분 전류에 기반하여 변압기의 고장 위치를 판단할 수 있다.
이하에서는 프로세서(300)가 변압기의 고장 위치를 판단하는 과정을 살펴보도록 한다.
먼저, 프로세서(300)는 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류, 영상분 전류 및 정상분 전류를 각각 산출할 수 있다.
프로세서(300)는 상술한 변압기의 역상분 전류를 산출하는 방법과 동일한 방법으로 변압기의 영상분 전류 및 정상분 전류를 각각 산출할 수 있다. 즉, 프로세서(300)는 대칭좌표법을 이용하여 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류, 영상분 전류 및 정상분 전류를 각각 산출할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류를 합산할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합과 변압기의 1차측 정상분 전류를 비교하여 변압기의 1차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 변압기에 고장이 발생하는 경우 변압기의 역상분 전류와 영상분 전류의 합은 변류기의 정상분 전류에 비해 증가한다. 본 발명은 전술한 사실로부터 착안된 것으로서, 변압기의 1차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하기 위해 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합과 변압기의 1차측 정상분 전류를 비교할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 변압기의 1차측 정상분 전류가 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값 이상인 경우 변압기의 1차측에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값은 하기 수학식 3에 의해 결정될 수 있다. 기준값은 미리 실험 또는 시뮬레이션을 통해 산출되어 메모리(200)에 저장되어 있을 수 있다.
Figure 112021060242809-pat00007
여기서, a, b, c는 상수이고, k1은 음수이고, k2는 양수이고, x는 역상분 전류 및 영상분 전류의 합일 수 있다. 도 3은 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값을 도시한 그래프이다. 여기서, slope 1은 기울기가 0이고, slope 2는 기울기가 음수이며, slope 3은 기울기가 양수일 수 있다. 즉, 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이 제1 임계값 이하인 구간(즉, 1구간)에서 기준값은 상수일 수 있고, 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이 제1 임계값을 초과하고 제2 임계값 이하인 구인 구간(즉, 2구간)에서 기준값은 (변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합)*(slope 2의 기울기)일 수 있고, 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이 제2 임계값을 초과하는 구간(즉, 3구간)에서 기준값은 (변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합)*(slope 3의 기울기)일 수 있다. 다시 말해, 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이 제1 임계값 이하인 경우 기준값은 소정의 상수값이고, 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이 제1 임계값을 초과하고 제2 임계값 이하인 경우 기준값은 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 비례하여 감소하고, 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이 제2 임계값을 초과하는 경우 기준값은 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 비례하여 증가할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 변압기에 흐르는 소전류에 의한 고장 오판단이 발생하지 않도록 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이 소정의 임계값(제1 임계값) 이하인 경우 기준값을 소정 값 이상의 상수값으로 설정할 수 있다. 또한, 본 발명은 고장 검출의 감도를 높이도록 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이 소정의 임계 범위(제1 임계값을 초과하고, 제2 임계값 이하인 경우) 내인 경우 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 비례하여 기준값을 감소시킬 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 전술한 변압기의 1차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하는 방법과 동일한 방법으로 변압기의 2차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(300)는 변압기의 2차측 정상분 전류가 변압기의 2차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값 이상인 경우 변압기의 2차측에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 4는 2018년도 인천-송원 #2M.Tr의 상부댐퍼 추락시 산출된 변압기의 역상분 전류, 영상분 전류 및 정상분 전류를 이용하여 변압기의 고장 위치를 판단한 예시이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 변압기의 1차측에서는 정상분 전류가 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값 이상인 것으로 판단되는 반면, 변압기의 2차측에서는 정상분 전류가 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값 미만인 것으로 판단되고 있음을 확인할 수 있으며, 이를 통해 변압기의 1차측에 고장이 발생한 것을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 변압기의 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 변압기의 1차측 및 2차측 중 고장이 발생한 위치가 어디인지를 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 도 5를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 방법을 설명하도록 한다.
먼저, 프로세서(300)는 센서 모듈(100)을 통해 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 각 상별로 측정할 수 있다.(S100 단계)
이어서, 프로세서(300)는 고조파 성분을 제거하기 위해 각 상별로 측정된 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 필터링할 수 있다(S200 단계). 프로세서(300)는 전술한 수학식 1을 통해 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 필터링할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 필터링된 변압기의 2차측 전류의 크기를 보상할 수 있다(S300 단계).
이어서, 프로세서(300)는 센서 모듈(100)을 통해 측정된 변압기의 1차측 전류에 기반하여 변압기의 1차측 역상분 전류를 산출할 수 있고, 크기가 보상된 2차측 전류에 기반하여 변압기의 2차측 역상분 전류를 산출할 수 있다(S400 단계). 프로세서(300)는 대칭좌표법을 이용하여 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 각각 산출할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 원형 파형으로 변환할 수 있다.(S500 단계)
이어서, 프로세서(300)는 원형 파형으로 변환된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류 간의 크기 비율을 산출할 수 있다.(S600 단계)
이어서, 프로세서(300)는 원형 파형으로 변환된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류에 대응하는 면적 간의 면적 비율을 산출할 수 있다.(S700 단계)
이어서, 프로세서(300)는 산출된 크기 비율 및 면적 비율에 기반하여 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있다(S800 단계). 프로세서(300)는 산출된 크기 비율이 기 설정된 제1 기준 크기 비율 이상이고, 산출된 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 이상인 경우, 변압기에 제1 수준의 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 한편, 프로세서(300)는 산출된 크기 비율이 제1 기준 크기 미만인 동시에 제2 기준 크기 이상이거나, 산출된 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 미만인 동시에 제2 면적 비율 이상인 경우, 변압기에 제2 수준의 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 한편, 프로세서(300)는 산출된 크기 비율이 제2 기준 크기 비율 미만이고, 면적 비율이 제2 기준 면적 비율 미만인 경우, 변압기가 정상인 것으로 판단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 방법을 통해 변압기의 고장 위치를 판단하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 도 6을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 방법를 통해 변압기의 고장 위치를 판단하는 과정을 설명하도록 한다.
변압기에 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 프로세서(300)는 변압기의 1차측 영상분 전류 및 정상분 전류와 변압기의 2차측 영상분 전류 및 정상분 전류를 추가적으로 산출할 수 있다(S900 단계). 프로세서(300)는 변압기의 역상분 전류를 산출하는 방법과 동일한 방법으로 변압기의 영상분 전류 및 정상분 전류를 각각 산출할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류를 합산할 수 있다.(S1000 단계)
이어서, 프로세서(300)는 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합과 변압기의 1차측 정상분 전류를 비교하여 변압기의 1차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다(S1100 단계). 프로세서(300)는 변압기의 1차측 정상분 전류가 변압기의 1차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값 이상인 경우 변압기의 1차측에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 변압기의 2차측 역상분 전류 및 영상분 전류를 합산할 수 있다.(S1200 단계)
이어서, 프로세서(300)는 변압기의 2차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합과 변압기의 2차측 정상분 전류를 비교하여 변압기의 2차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다(S1300 단계). 프로세서(300)는 변압기의 2차측 정상분 전류가 변압기의 2차측 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값 이상인 경우 변압기의 2차측에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이때, S1200 단계 내지 S1300 단계는 S1000 단계 내지 S1100 단계와 동시에 또는 병렬적으로 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 진단 장치 및 방법은 실시간으로 측정되는 변압기의 양단 전류를 이용하여 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있다. 또한, 본 발명은 변압기에 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우 변압기의 고장 위치를 검출할 수 있다. 또한, 본 발명은 부분방전 등을 감지하는 추가 진단 장비 없이 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있어, 변압기의 진단에 소용되는 비용을 감축시킬 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 센서 모듈
200: 메모리
300: 프로세서

Claims (24)

  1. 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 각 상별로 측정하는 센서 모듈; 및
    상기 센서 모듈과 연결된 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 센서 모듈을 통해 측정된 상기 변압기의 2차측 전류의 크기를 보상하고, 상기 크기가 보상된 2차측 전류에 기반하여 상기 변압기의 2차측 역상분 전류를 산출하고, 상기 센서 모듈을 통해 측정된 상기 변압기의 1차측 전류에 기반하여 상기 변압기의 1차측 역상분 전류를 산출하고, 상기 산출된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하고,
    상기 프로세서는, 상기 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 복소평면 상에 표시함으로써 원형 파형으로 변환하고, 상기 원형 파형으로 변환된 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하고,
    상기 프로세서는, 상기 원형 파형으로 변환된 1차측 및 2차측 역상분 전류 간의 크기 비율을 산출하고, 상기 원형 파형으로 변환된 1차측 및 상기 2차측 역상분 전류에 대응하는 면적 간의 면적 비율을 산출하고, 상기 산출된 크기 비율 및 면적 비율에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 변압기의 변압비에 기반하여 상기 변압기의 2차측 전류의 크기를 보상하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 대칭좌표법을 이용하여 상기 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 크기 비율이 기 설정된 제1 기준 크기 비율 이상이고, 상기 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 이상인 경우, 상기 변압기에 제1 수준의 고장이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 크기 비율이 제1 기준 크기 미만 제2 기준 크기 이상이고, 상기 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 미만 제2 면적 비율 이상인 경우, 상기 변압기에 제1 수준보다 경미한 수준인 제2 수준의 고장이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 변압기에 고장이 발생한 것으로 진단되는 경우, 상기 변압기의 1차측 및 2차측 영상분 전류 및 정상분 전류를 각각 산출하고, 상기 산출된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류, 영상분 전류 및 정상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 변압기의 1차측 역상분 전류 및 1차측 영상분 전류의 합과, 상기 변압기의 1차측 정상분 전류를 비교하여 상기 변압기의 1차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하고, 상기 변압기의 2차측 역상분 전류 및 2차측 영상분 전류의 합과, 상기 변압기의 2차측 정상분 전류를 비교하여 상기 변압기의 2차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단함으로써 상기 변압기의 고장 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 변압기의 정상분 전류가 상기 변압기의 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값 이상인 것으로 판단되는 경우 해당 측에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 기준값은 하기의 수식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 장치
    [수식]
    Figure 112021060242809-pat00008

    (여기서, x는 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이고, y는 기준값이고, a, b, k2는 양수로서 기 설정된 값이고, c, k1는 음수로서 기 설정된 값이다).
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 측정된 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 필터링하여 고조파 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 장치.
  13. 프로세서가, 센서 모듈을 통해 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 각 상별로 측정하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 변압기의 2차측 전류의 크기를 보상하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 크기가 보상된 2차측 전류에 기반하여 상기 변압기의 2차측 역상분 전류를 산출하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 변압기의 1차측 전류에 기반하여 상기 변압기의 1차측 역상분 전류를 산출하는 단계; 및
    상기 프로세서가, 상기 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계;를 포함하고,
    상기 진단하는 단계는,
    상기 프로세서가, 상기 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 복소평면 상에 표시함으로써 원형 파형으로 변환하는 단계; 및
    상기 프로세서가, 상기 원형 파형으로 변환된 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계;를 포함하고,
    상기 원형 파형으로 변환된 1차측 및 2차측 역상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 상태를 진단하는 단계는,
    상기 프로세서가, 상기 원형 파형으로 변환된 상기 1차측 및 상기 2차측 역상분 전류 간의 크기 비율을 산출하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 원형 파형으로 변환된 상기 1차측 및 상기 2차측 역상분 전류에 대응하는 면적 간의 면적 비율을 산출하는 단계; 및
    상기 프로세서가, 상기 산출된 크기 비율 및 면적 비율에 기반하여 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 보상하는 단계에서, 상기 프로세서는,
    상기 변압기의 변압비에 기반하여 상기 변압기의 2차측 전류의 크기를 보상하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 1차측 및 2차측 역상분 전류를 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는,
    대칭좌표법을 이용하여 상기 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 산출된 크기 비율이 기 설정 및 면적비에 따라 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계에서, 상기 프로세서는,
    상기 프로세서는, 상기 크기 비율이 기 설정된 제1 기준 크기 비율 이상이고, 상기 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 이상인 경우, 상기 변압기에 제1 수준의 고장이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 방법.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 산출된 크기 비율이 기 설정 및 면적비에 따라 상기 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계에서, 상기 프로세서는,
    상기 크기 비율이 제1 기준 크기 미만 제2 기준 크기 이상이고, 상기 면적 비율이 제1 기준 면적 비율 미만 제2 면적 비율 이상인 경우, 상기 변압기에 제1 수준보다 경미한 수준인 제2 수준의 고장이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 방법.
  20. 제 13항에 있어서,
    상기 프로세서가, 상기 변압기에 고장이 발생한 것으로 진단되는 경우, 상기 변압기의 1차측 및 2차측 영상분 전류 및 정상분 전류를 각각 산출하는 단계; 및
    상기 프로세서가, 상기 산출된 변압기의 1차측 및 2차측 역상분 전류, 영상분 전류 및 정상분 전류에 기반하여 상기 변압기의 고장 위치를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 변압기의 고장 위치를 판단하는 단계는,
    상기 변압기의 1차측 역상분 전류 및 1차측 영상분 전류의 합과, 상기 변압기의 1차측 정상분 전류를 비교하여 상기 변압기의 1차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 변압기의 2차측 역상분 전류 및 2차측 영상분 전류의 합과, 상기 변압기의 2차측 정상분 전류를 비교하여 상기 변압기의 2차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 변압기의 1차측 및 2차측에 고장이 발생하였는지 여부를 판단하는 단계에서, 상기 프로세서는,
    상기 변압기의 정상분 전류가 상기 변압기의 역상분 전류 및 영상분 전류의 합에 대응하는 기준값 이상인 것으로 판단되는 경우 해당 측에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 기준값은 하기의 수식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 방법
    [수식]
    Figure 112021060242809-pat00009

    (여기서, x는 역상분 전류 및 영상분 전류의 합이고, y는 기준값이고, a, b, k2는 양수로서 기 설정된 값이고, c, k1는 음수로서 기 설정된 값이다).
  24. 제 13항에 있어서,
    상기 프로세서가, 상기 측정된 변압기의 1차측 및 2차측 전류를 필터링하여 고조파 성분을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 진단 방법.
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