KR102597249B1 - 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템 및 그 방법 - Google Patents

원격소장치의 전원 접지 감시 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 원격소장치에 전원감시장치를 연결하여, 전력설비와 원격소장치의 전원의 연결 상태를 판단하고, 접지로 인한 이상을 구분하여 전력설비와 원격소장치를 용이하게 감시함으로써, 이상 발생 시, 이상이 발생된 위치를 정확하게 판단하고, 전원 접지 이상으로 인한 오동작을 구분하고 측정 오류를 최소화하며, 전력설비 고장을 예방할 수 있고, 절연저항 측정을 통한 전원 이상 여부를 검증하여 전력설비에 대한 상태 판단의 정확도가 향상되며 안정적으로 전력설비를 감시할 수 있어 관리 및 유지보수의 효율성이 향상되는 효과가 있다.

Description

원격소장치의 전원 접지 감시 시스템 및 그 방법{MONITORING SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING CONNECTION ERROR OF REMOTE TERMINAL UNIT}
본 발명은 전력설비를 감시 및 제어하기 위한 원격소장치(RTU, Remote Terminal Unit)의 전원 연결 및 접지상태를 감시하는 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
SCADA시스템은 전력설비를 감지하고 제어하기 위하여 구성된다. SCADA시스템은 전력설비를 감시하고 제어하기 위한 급전분소 시스템과, 변전소에 설치되어 전력설비와 연결되는 원격소장치(RTU, Remote Terminal Unit)를 포함한다.
SCADA시스템은 전력설비에 이상이 발생하는 겨우, 원격소장치(RTU)에서 이벤트를 발생하여 급전분소에 전송하고, 급전분소는 원격소장치에서 전송한 이벤트를 확인하여 전력설비 이상여부를 감시한다.
그러나 전력설비에서의 전원모듈의 상태, 또는 전원접지의 이상 여부에 대해서는 현장에 인력이 투입되어 직접 육안 확인을 통해 점검하고 있어서, 불필요하게 많은 인력이 투입되고, 원격에서 전력설비를 감시하는데 한계가 있다.
특히 전력설비와 연결되는 원격소장치(RTU)의 전원이 접지되는 경우, 원격소장치에서 잘못된 이벤트를 대량으로 발생하여 전송하므로, 급전부가 전력설비에 이상이 발생한 것으로 인식하는 문제가 있다.
급전분소는 전력설비의 이상인지 원격소장치의 이상인지 구분할 수 없으므로, 혼란이 발생하게 된다.
대한민국 등록특허 제10-1644013호는 전력설비의 운용상태를 원격으로 제어하고 감시하는 원격소장치(RTU)의 각 기능부에 동작전원을 공급하는 파워서플라이의 프레임 그라운드 레벨을 감시하여 허용된 범위를 벗어난 레벨이 검출되는 경우 해당 송배전 전력설비에 장애가 발생한 것으로 판단하도록 구성된다.
그러나 이러한 종래기술은 기준전압 값이 5% 이하로 하락 시 알람이 발생하지 않는 문제가 있고, 기준전압 값이 5%를 초과 하락 시 알람을 발생하고 있으나, 알람 이벤트를 급전분소에 전송하지 않아 이를 원격에서 확인할 수 없는 문제가 있다.
또한, 전력설비 원격 조작시간과 전압 측정시간이 중첩되는 경우, 서지 유입으로 인해 고장 발생 우려가 있고, 정확한 접지에 대한 감시가 어려워 실시간 감시에 한계가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1644013호
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 원격소장치에 별도의 전원감시장치를 설치하여 전력설비와 원격소장치의 전원의 연결 상태를 판단하고, 접지로 인한 이상을 구분하여 오인식하는 문제를 해소하며, 전력설비와 원격소장치를 용이하게 감시하는 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 이상 발생 시, 이상이 발생된 위치를 정확하게 판단하는 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템은, 전력설비에 연결되어, 전력설비의 신호를 감지하여 이상을 검출하는 원격소장치(RTU, Remote Terminal Unit); 상기 원격소장치에 연결되어, 설정된 모드에 따라 상기 원격소장치의 전원부 노드의 전압과 저항을 측정하여 이상을 검출하는 전원감시장치; 및 상기 전원감시장치로부터 전압데이터와 저항데이터를 수신하여 전원 이상 여부를 판단하고, 전원 이상에 따른 데이터를 분석하여 고장유형과 고장위치를 판단하여 출력하고, 이벤트 알람을 생성하는 감시서버;를 포함한다.
상기 전원감시장치는, 상기 원격소장치의 전원부 노드에 연결되는 전압을 측정하는 전압측정부; 상기 원격소장치의 전원부 노드의 절연저항을 측정하는 저항측정부; 상기 원격소장치를 감시하는 모드를 상시모드 및 점검모드 중 어느 하나로 설정하는 모드설정부; 상기 원격소장치와 연결되고, 상기 감시서버와 통신하는 통신부; 및 상기 모드에 따라 상기 전압측정부와 상기 저항측정부를 제어하고, 상기 전압데이터와 상기 저항데이터를 상기 통신부를 통해 상기 감시서버로 전송하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 상기 상시모드에서 상기 전압측정부가 동작하도록 제어하고, 상기 점검모드에서 상기 저항측정부가 동작하도록 제어하며, 기 전압측정부를 통해 측정되는 상기 원격소장치의 전원부 노드의 전압에 따라 전원 이상을 판단하여 전원 이상 시 상기 모드설정부를 제어하여 상기 모드를 상기 점검모드로 전환하는 것을 특징으로 한다.
상기 감시서버는, 상기 전원감시장치와 통신하는 서버통신부; 상기 전원감시장치로부터 상기 전압데이터와 상기 저항데이터를 수집하는 데이터 수집부; 상기 전압데이터와 상기 저항데이터를 분석하여 상기 원격소장치의 전원 이상을 판단하고 고장을 분석하는 분석부; 상기 분석부의 분석결과와 이벤트 알람을 출력하는 출력부; 및 상기 분석부의 전원 이상에 대한 분석결과와 이벤트에 대한 정보가 상기 출력부를 통해 출력되도록 하고, 상기 원격소장치와 연결되는 시스템으로 이벤트 알람이 전송되도록 하는 서버 제어부;를 포함한다.
상기 분석부는 수집되는 데이터를 기반으로 고장유형에 따른 파형을 분석하여 정상 데이터를 기반으로 학습데이터를 생성하고, 상기 전압데이터와 상기 저항데이터의 분석을 통해 상기 학습데이터와 비교하여 전원 이상을 판단하고, 전원 이상 시 고장위치와 고장유형을 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석부는 TDR(Time Domain Reflectometry) 신호처리 기술을 적용하여 임펄스 신호 기준으로 선로에 존재하는 다양한 임피던스 형태에 대한 반사파의 형상과 딜레이 시간차를 분석하여 고장위치 및 고장유형을 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석부는 전원 이상 알람이벤트, 전압데이터, 고장유형, 고장위치 데이터를 분석결과로 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 원격소장치 전원 접지 감시 시스템의 동작방법은, 전원감시장치가, 전력설비의 신호를 감지하여 이상을 검출하는 원격소장치(RTU, Remote Terminal Unit)와 연결되어 상기 원격소장치의 전원부 노드의 전압과 저항을 측정하는 단계; 감시서버가 상기 전원감시장치로부터 전압데이터와 저항데이터를 수신하여 분석하고, 상기 원격소장치의 전원 이상 여부를 판단하는 단계; 고장유형과 고장위치를 판단하고 분석결과를 생성하는 단계; 및 상기 분석결과와 이벤트 알람을 출력하는 단계; 를 포함한다.
상기 전압과 저항을 측정하는 단계는, 상시모드에서 상기 원격소장치의 전압을 측정하는 단계; 상기 전압에 대응하여 전원 이상을 판단하는 단계; 전원 이상인 경우, 모드를 상기 상시모드에서 점검모드로 전환하는 단계; 상기 점검모드에서 상기 원격소장치의 절연저항을 측정하는 단계; 및 상기 점검모드에서 상기 절연저항 측정 시, 상기 모드를 상기 상시모드로 전환하는 단계;를 더 포함한다.
상기 전원 이상 여부를 판단하는 단계는, 프레임 그라운드(Frame Ground)와 전원부의 노드 간의 절연저항값이 0옴(Ω)에 수렴하거나 또는 소정값 범위 내에서 유사한 경우, 전원 이상으로 판단하는 단계; 및 상기 절연저항값이 일정값 이상으로 무한대에 가까우면 허전압으로 판단하는 단계;를 더 포함한다.
상기 전원 이상 여부를 판단하는 단계는, 전원부의 노드 간 절연저항값이 0옴(Ω)에 수렵하거나 소정값 범위 내에서 유사한 경우 전원 이상으로 판단하는 단계; 및 상기 절연저항값이 무한대에 가까우면 정상으로 판단하는 단계;를 더 포함한다.
상기 이벤트 알람을 생성하는 경우, 기준전압의 5%를 초과하여 하락하는 경우 메이저(Major) 등급으로 이벤트 등급을 설정하고, 기준전압의 4 내지 5% 범위에서 하락하는 경우 마이너(Minor) 등급으로 이벤트 등급을 설정하며, 기준전압의 3 내지 4% 범위에서 하락하는 경우 노말(Normal) 등급으로 이벤트 등급을 설정하는 단계를 더 포함한다.
일측면에 따르면, 본 발명에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템은, 전력설비 및 원격소장치에 대하여 상시로 그 상태를 감시하여 전원 접지 이상으로 인한 오동작을 구분하고 측정 오류를 최소화하며, 전력설비에 대한 상태 판단의 정확도가 향상되고 안정적인 전력설비 감시가 가능하다.
본 발명은 전원 이상 감시를 위해 전기적으로 절연된 상태에서 전압을 측정하므로, 서지 유입으로 인한 전력설비 고장을 예방할 수 있고, 절연저항 측정을 통한 전원 이상 여부를 검증하므로, 전압 이상의 오검출을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 전원 접지 이상으로 인하여 전력설비에 대한 잘못된 이벤트의 발생을 방지하고, 이상 발생 시 알람이벤트 뿐만 아니라 고장위치 및 고장유형에 대한 정보를 전송하여, 이상에 신속하게 대응하여 처리할 수 있고 이벤트 발생이력을 관리할 수 있어 관리 및 유지보수의 효율성이 향상되는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템의 구성이 간략하게 도시된 도이다.
도 2 는 도 1의 전원감시장치 및 감시서버의 구성이 간략하게 도시된 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템의 전원감시장치의 구성이 도시된 도이다.
도 4 는 도 3의 전원감시장치에서 감지되는 전압이 도시된 도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템의 이상신호를 설명하는데 참조되는 도이다.
도 6 은 도 5의 이상신호를 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템의 연결단자의 구성을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템의 동작방법이 도시된 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 설명하도록 한다. 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 용어들로써 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 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템의 구성이 간략하게 도시된 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 감시 시스템은, 복수의 전력설비(11, 12, n)(10), 원격소장치(RTU, Remote Terminal Unit)(20), SCADA시스템(30), 전원감시장치(40), 감시서버(50), 단말(60)을 포함한다.
전력설비(10)는 복수로 구비된다. 전력설비(10)는 변전소에 설치되는 송전설비 또는 변전설비, 전신주, 변압기, 차단기 등이 포함된다.
제 1 전력설비(11), 제 2 전력설비(12), 제 n 전력설비(n)는 종류에 관계없이 전력의 송변전을 위한 설비가 적용될 수 있다. 또한, 복수의 전력설비(11, 12, n)는 동일한 장소, 예를 들어 변전소 등에 설치될 수 있고 또한, 복수의 위치에 각각 배치되어 개별 동작할 수 있다.
원격소장치(RTU)(20)는 전력설비(10)에 연결되어 전력설비의 데이터를 SCADA시스템(30)으로 전송한다. 원격소장치(RTU)(20)는 전력설비(10)의 신호를 감지하여 전력설비에 이상이 발생하는 경우, 그에 대응하는 이벤트 알림을 생성한다.
원격소장치(RTU)(20)는 이벤트 알림을 급전분소시스템(미도시)으로 전송하고, 급전분소를 이벤트 알림을 SCADA시스템(30)으로 전송한다.
원격소장치(RTU)(20)는 복수의 전력설비가 구비되는 변전소에 설치될 수 있다. 원격소장치(RTU)(20)는 도면에 하나만 도시되었으나, 복수로 구비될 수 있다. 원격소장치(RTU)(20)는 제 1 전력설비(11)에 연결되는 제 1 RTU, 제 2 전력설비(12)에 연결되는 제 2 RTU가 각각 구비되고 또한, 제 1 전력설비(11)와 제 2 전력설비(12)가 하나의 변전소에 위치하는 경우, 제 1 전력설비(11)와 제 2 전력설비(12)가 하나의 RTU에 연결될 수 있다.
SCADA시스템(30)은 원격소장치 등의 장치들을 통해 복수의 전력설비(11, 12, n)(10)의 데이터를 수신하여 그 동작을 모니터링하고, 원격으로 제어한다.
전원감시장치(40)는 원격소장치(RTU)(20)와 연결되어, 원격소장치(RTU)(20)의 전원모듈의 전원부의 이상을 감지하여 감시서버(50)로 전송한다.
전원감시장치(40)는 원격소장치(RTU)(20)의 전원 접지, 전원단의 고장 여부를 감지한다. 전원감시장치(40)는 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드의 전압을 측정하고, 절연저항을 측정하여, 측정되는 전압데이터와 저항데이터를 감시서버(50)로 전송한다.
전원감시장치(40)는 원격소장치(RTU)(20)가 설치되는 변전소 등에 설치된다.
감시서버(50)는 전원감시장치(40)와 연결되어, 전원감시장치(40)로부터 수신되는 원격소장치(RTU)의 데이터, 즉 전원부 노드의 전압데이터와 저항데이터를 바탕으로 원격소장치(RTU)의 이상 여부를 판단하고, 그에 대한 데이터를 SCADA시스템(30)으로 전송한다.
감시서버(50)는 SCADA시스템(30)과 별도로 원격소장치(RTU)의 상태를 모니터링하고 그 데이터를 출력할 수 있다.
단말(60)은 감시서버(50) 또는 SCADA시스템(30)에 접속하여 원격으로 전력설비에 대한 데이터를 수신하여 표시하고, 경우에 따라 제어명령을 입력하여 감시서버(50) 또는 SCADA시스템(30)을 통해 전력설비를 제어할 수 있다. 단말(60)은 원격 제어기로써 동작한다.
도 2 는 도 1의 전원감시장치 및 감시서버의 구성이 간략하게 도시된 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전원감시장치(40)는 원격소장치(RTU)(20)와 연결되어, 전압측정부(130), 저항측정부(140), 모드설정부(120), 통신부(150), 제어부(110)를 포함한다.
감시서버(50)는 서버 통신부(250), 분석부(240), 데이터 수집부(230), 출력부(220), 서버 제어부(210)를 포함한다.
전원감시장치(40)는 원격소장치(RTU)(20)와 연결되어 전원부 이상을 검출하기 위한 데이터를 측정한다.
전압측정부(130)는 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드에 연결되어 전압을 측정한다.
전압측정부(130)는 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드와 프레임 그라운드(Frame Ground) 간의 전압을 측정한다. 전압측정부(130)는 상시모드에서, 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드와 프레임 그라운드(Frame Ground) 간의 전압을 상시 측정한다.
전압측정부(130)는 절연증폭기를 사용하여 절연상태에서 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드의 전압을 측정한다. 전압측정부(130)는 전압 측정 시, 하이(High) 임피던스 상태를 유지함으로써 원격소장치(RTU)(20)의 동작에 영향을 주지 않는다.
저항측정부(140)는 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드에 연결되어 절연저항을 측정한다.
저항측정부(140)는 전압 이상 발생 시, 전압 이상 여부를 확인하고 점검하기 위해 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드와 프레임 그라운드(Frame Ground) 간 절연저항을 측정한다. 또한, 저항측정부(140)는 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드 간의 절연저항을 측정한다.
모드설정부(120)는 전원감시장치(40)가 상시모드 및 점검모드 중 어느 하나로 동작하도록 모드를 설정한다. 모드설정부(120)는 스위치, 버튼 등으로 구성되어 스위치 또는 버튼의 조작에 따라 모드를 변경할 수 있다. 또한 모드설정부(120)는 제어부(110)의 제어명령에 따라 모드를 변경할 수 있다. 또한, 모드설정부(120)는 지정된 스케줄에 따라, 자동으로 상시모드와 점검모드를 변경할 수 있다.
통신부(150)는 유선 또는 무선의 통신방식을 통해 데이터를 감시서버(50)로 전송하고, 감시서버의 데이터를 수신하여 제어부(110)로 인가한다.
제어부(110)는 모드설정부(120)에 의해 설정되는 모드를 확인하고, 통신부(150)를 통한 데이터 송수신을 제어한다.
제어부(110)는 모드설정부(120)에 의해 설정되는 모드에 대응하여, 전압측정부(130)와 저항측정부(140)의 동작을 제어한다.
또한, 제어부(110)는 전압측정부(130)를 통해 측정되는 전압에 기초하여, 전압 이상의 발생 여부 또는 절연저항의 측정 여부에 따라 모드설정부(120)로 제어명령을 인가하여 상시모드에서 점검모드로 또는 점검모드에서 상시모드로 모드가 전환되도록 한다.
제어부(110)는 모드설정부(120)에 의해 상시모드가 설정되면, 전압측정부(130)를 통해 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드의 전원을 상시 측정하도록 한다. 전압측정부(130)는 연결된 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드에 인가되는 전압을 측정하여 제어부(110)로 인가한다.
제어부(110)는 점검모드가 설정되면, 저항측정부(140)를 제어하여, 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드에 대한 절연저항을 측정하도록 한다. 그에 따라 저항측정부(140)는 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드에 대한 절연저항값을 측정하여 제어부(110)로 인가한다.
제어부(110)는 전압측정부(130)를 통해 측정되는 전압에 기초하여, 전압 이상이 발생하면, 모드설정부(120)로 제어명령을 인가하여 상시모드에서 점검모드로 전환한다.
제어부(110)는 전압 이상으로 점검모드가 설정되면, 저항측정부(140)를 통해 절연저항이 측정되고, 전압 이상에 대한 점검이 완료되면 모드설정부(120)로 제어명령을 인가하여 점검모드에서 상시모드로 전환한다.
제어부(110)는 전압측정부(130)에 의해 측정되는 전압이, 전원 이상에 해당하는 값으로 측정되면, 통신부(150)를 통해 전압데이터를 감시서버(50)로 전송한다.
또한, 제어부(110)는 점검모드에서 저항측정부(140)를 통해 측정되는 저항데이터를 통신부(150)를 통해 전압데이터를 감시서버(50)로 전송한다.
제어부(110)는 전압측정부(130)와 저항측정부(140)로부터 각각 측정된 전압데이터와 저항데이터를 통신부(150)를 통해 감시서버(50)로 전송한다.
감시서버(50)는 전원감시장치(40)로부터 수신되는 데이터를 분석하여 전원 접지 이상을 검출하여 전력설비(10) 및 원격소장치(20)의 상태를 모니터링한다. 감시서버(50)는 이상 감지 시, 그에 따른 데이터를 출력하거나 또는 SCADA시스템(30)으로 전송한다.
서버 통신부(250)는 유선 또는 무선의 통신방식을 통해 전원감시장치(40), SCADA시스템(30), 및 단말(6)과 통신한다.
서버 통신부(250)는 전원감시장치(40)로부터 데이터를 수신한다. 또한, 서버 통신부(250)는 단말(60)이 연결되면 단말(60)과의 데이터 송수신을 수행하고, 서버 제어부(210)의 제어명령에 따라 데이터를 SCADA시스템(30)으로 전송한다.
출력부(220)는 수신되는 데이터와 분석부(240)에 의한 분석결과, 이상 발생 여부, 이벤트 알림에 대한 데이터를 표시한다.
출력부(220)는 데이터는 문자, 숫자, 특수문자, 이미지, 이모티콘 중 적어도 하나의 조합으로 표시하는 디스플레이, 상태를 출력하는 램프, 경고음 또는 효과음을 출력하는 스피커를 포함한다.
데이터 수집부(230)는 서버 통신부(250)를 통해 전원감시장치(40)의 전압데이터와 저항데이터를 수집한다. 데이터 수집부(230)는 경우에 따라 전원감시장치(40)가 연결되는 원격소장치(20) 또는 전력설비(11)에 대한 데이터를 SCADA시스템(30)으로 요청할 수 있다.
데이터 수집부(230)는 전원감시장치(40)로부터 전압데이터 및 저항데이터를 수신하고, 정상데이터와 비정상데이터로 분류한다.
분석부(240)는 데이터 수집부(230)를 통해 수집되는 데이터를 학습데이터와 비교 및 분석하여 전력설비(10) 또는 원격소장치(20)의 이상을 검출한다. 분석부(240)는 데이터 수집부(230)에 의해 분류된 정상데이터에 대하여 학습데이터를 생성한다.
분석부(240)는 데이터 분석을 통해 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드의 전압 이상 여부를 판단하고, 그에 대응하여 발생된 이벤트에 대하여 학습한다.
분석부(240)는 데이터 수집부(230)를 통해 수집되는 데이터를 머신러닝 기반으로 학습하여 학습데이터를 생성하고, 수신되는 데이터를 기생성된 학습데이터와 비교 분석한다.
분석부(240)는 전압데이터와 저항데이터의 절연저항 값을 비교하여 전원 이상 여부를 판단한다.
분석부(240)는 프레임 그라운드(Frame Ground)와 전원부의 노드간의 절연저항값이 0옴(Ω) 에 수렴하거나 또는 0옴과 소정값 범위 내에서 유사한 경우, 즉 0옴에 가까우면 전원 이상으로 판단하고, 일정값 이상으로 무한대에 가까우면 허전압으로 판단한다.
분석부(240)는 전원노드 간 절연저항 값이 0옴(Ω)에 가까우면 전원 이상으로 판단하고, 무한대에 가까우면 정상으로 판단한다.
또한, 분석부(240)는 전원 이상 시, 고장위치와 고장유형을 검출한다.
분석부(240)는 전원 이상 여부, 고장위치와 고장유형에 대한 정보가 포함된 분석결과를 생성하여 서버 제어부(210)로 인가한다.
분석부(240)는 TDR(Time Domain Reflectometry) 신호처리 기술을 적용하여 임펄스 신호 기준으로 선로에 존재하는 다양한 임피던스 형태에 대한 반사파의 형상과 딜레이 시간차를 분석하여 고장위치 및 고장유형을 판단한다.
분석부(240)는 고장위치는 랙, 터미널 모드 단위로 판단하고, 고장유형은 허전압, 전원단락, 전원단선 등으로 판단한다.
분석부(240)는 전원 이상 알람이벤트, 전압데이터(전압레벨, 최소값, 최대값, 평균값 등), 고장유형(허전압, 전원단락, 전원단선 등), 고장위치 데이터(랙, 터미널 보드 등)를 분석결과로 출력한다.
분석부(240)는 전압레벨에 따라 이벤트 등급을 분류한다.
분석부(240)는 기준전압의 5%를 초과하여 하락하는 경우, 메이저(Major) 등급, 기준전압의 4 내지 5% 범위에서 하락하는 경우 마이너(Minor) 등급, 기준전압의 3 내지 4% 범위에서 하락하는 경우 노말(Normal) 등급으로 설정할 수 있다.
서버 제어부(210)는 분석결과를 출력부(220)의 화면에 표시한다.
서버 제어부(21)는 서버 통신부(250)를 통해, SCADA시스템(30)으로 전원 이상에 대한 알람이벤트를 전송한다.
서버 제어부(210)는 이벤트 등급에 따른 정보를 출력부(220)의 화면에 표시한다. 서버 제어부(210)는 분석부의 분석결과와 수신되는 데이터를 출력부(220)를 통해 출력한다.
또한, 서버 제어부(210)는 이벤트 발생에 대한 데이터를 분석결과와 함께 보고서로 저장할 수 있다.
서버 제어부(210)는 분석부(240)에 의해 전원 이상으로 판단되면, 알람이벤트를 생성하여 저장하고, 출력부(220)를 통해 화면에 표시한다. 또한, 서버 제어부(210)는 고장위치와 고장유형에 대한 정보를 출력부(220)를 통해 표시한다.
서버 제어부(210)는 서버 통신부(250)에 의한 데이터의 송수신을 제어하고, 수신되는 데이터가 데이터 수집부(230)에 의해 수집되도록 하고, 분석부(240)의 동작을 제어한다.
서버 제어부(210)는 단말(60)이 연결되면 연결된 단말을 인식하여 서버 통신부(250)를 통해 단말(60)로 데이터를 전송하고, 단말(60)로부터 수신되는 데이터를 SCADA시스템(30)으로 전송한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템의 전원감시장치의 구성이 도시된 도이고, 도 4 는 도 3의 전원감시장치에서 감지되는 전압이 도시된 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전원감시장치(40)는 원격소장치(RTU)(20)와 연결되어 전압과 저항을 측정한다.
전원감시장치(40)는 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 단자에 연결되어, 입출력단자(102)를 통해 아날로그 신호(101)를 입력받는다. 전원감시장치(40)는 Gain AMP(103)를 통해 입력된 증폭하고, 절연체를 통과하여 ISO AMP(104)에서 출력되는 신호는 ADC(105)를 통해 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환된다. 변환된 디지털신호는 AI FIFO(First In First Out(106)를 통해 시계열 순서에 따라 디지털신호(107)를 출력한다.
도 4의 (a)는 전원감시장치(40)로 입력되는 아날로그 신호이고, 도 4의 (b)는 전원감시장치(40)에서 출력되는 디지털신호이다. 디지털신호로 변환되어 출력됨에 따라, 출력전압이 단계적으로 상승 및 하강하는 형태가 된다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템의 이상신호를 설명하는데 참조되는 도이고, 도 6 은 도 5의 이상신호를 설명하는데 참조되는 예시도이다.
감시서버(50)의 분석부(240)는 TDR(Time Domain Reflectometry) 신호처리 기술을 적용하여 임펄스 신호 기준으로 선로에 존재하는 다양한 임피던스 형태에 대한 반사파의 형상과 딜레이 시간차를 분석하여 고장위치 및 고장유형을 판단한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 분석부(240)는 임펄스 신호 기준으로 시공간상, 또는 선로상 존재하는 다양한 임피던스의 형태에 대하여 반사파의 형성과, 딜레이 시간차를 분석하여, 고장점의 위치와 그 유형을 판단한다.
분석부(240)는 전류 그래프(L1)의 변화를 바탕으로, 전원의 쇼트 이상이 발생하면(A), 전류의 파형을 분석하여 학습데이터와 비교하여 그 고장유형을 판단할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 분석부(240)는 고장 유형별 학습데이터와 비교하여 전력설비(10) 또는 원격소장치(20)의 전원 이상에 대하여 고장유형을 판단한다.
분석부(240)는 TED(111)을 통해, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 코어와 코어 사이에 쇼트되는 경우, 이상으로 인하여 제 1 파형(L11)과 같은 파형이 발생하므로, 현재 입력된 데이터를 비교하여 코어 간의 쇼트인지 판단한다.
분석부(240)는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 코어 간의 병렬저항에 이상이 있는 경우, 제 2 파형(L12)과 같은 파형이 발생하므로, 입력되는 데이터를 비교하여 코어간의 병렬저항 이상인지 판단한다.
분석부(240)는 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 선로 단선으로 인터럽트 발생 사, 제 3 파형(L13)과 같은 파형이 발생하므로, 입력되는 데이터를 비교하여 인터럽트 발생 여부를 판단한다.
분석부(240)는 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 직렬저항에 의한 이상인 경우, 제 4 파형(L14)과 같은 파형이 발생하므로, 입력되는 데이터를 비교하여 직렬저항의 이상인지 판단한다.
분석부(240)는 고장유형을 판단한 후, 전원라인별 케이블의 길이를 기준으로 고장위치를 검출한다. 분석부(240)는 DIM과 DOM의 메인 터미널보드 단위까지 고장을 검출할 수 있다.
감시서버(50)는 전압 이상에 대응하여, 딥러닝 학습을 수행한다.
분석부(240)는 생성된 학습데이터를 바탕으로, 전압데이터와 저항데이터 간의 상관관계를 분석한다. 또한 분석부(240)는 이벤트 분석을 통해 전압 이상에 대한 이벤트 학습을 수행한다.
분석부(240)는 전압데이터에 따라 이벤트 등급을 설정할 수 있다.
분석부(240)는 이벤트를 확인한 후 전압레벨, 고장유형, 고장위치에 따라 이벤트를 태깅(Tagging)함으로써 이벤트 등급을 설정할 수 있다.
또한, 분석부(240)는 전압데이터 값 분석을 통해 RTU 전원부의 불량을 예측할 수 있다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템의 연결단자의 구성을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드는 전원감시장치(40)와 연결된다.
전원감시장치(40)의 연결단자(전원감시장치)는 상시모드와 점검모드로 각각 연결된다. 상시모드에서는 절연 커플링(Isolation Coupling) 방식을 통해 연결되고, 점검모드에서는 직접연결(Direct connection)방식으로 연결된다.
상시모드에서는 전압측정부(130)가 전원부 노드의 전압을 측정하고, 점검모드에서는 저항측정부(140)가 절연저항을 측정한다.
전원감시장치(40)의 점검라인(42)은 내부적으로 라인 결로 상호 연결된다. 점검라인(42)은 DIM(48VP)이 프레임 그라운드(FG)와 연결되고, DIM(48VP)이 IAPD(54VP)와 연결되며, DOM(28VP)는 IAPD(54VN)과 연결된다.
감시서버(50)는 계측정보 인터페이스(53)를 통해 전원감시장치(40)와 연결되어 데이터를 수신한다.
감시서버(50)의 분석부(240)는 전원감시장치(40)로부터 수집된 데이터를 바탕으로 고장점을 분석하고(51), 고장 유형을 분석(52)한다.
감시서버(50)는 출력부(220)를 통해 전원감시장치(40)로부터 수신되는 전압데이터와 저항데이터를 화면에 표시한다. 출력부(220)는 분석부(240)의 알람이벤트에 대응하여 이벤트에 대한 정보, 예를 들어 이벤트 등급과 분석결과를 출력한다.
감시서버(50)는 SCADA시스템(30)으로 이벤트에 대한 데이터를 전송하고 또한 단말(60)로 데이터를 전송할 수 있다. 감시서버(50)는 SCADA시스템(30)과 네트워크를 통해 연결되거나, 또는 릴레이 접점으로 연결될 수 있다.
단말(60)이 USB인터페이스를 통해 연결된 경우 서버 제어부(210)는 단말(60)로 데이터를 전송하고, 유선 또는 무선으로 연결되는 경우 그에 대응하는 통신방식으로 데이터를 전송할 수 있다.
단말(60) 중, 제 1 단말(61)은 감시서버(50)와 USB인터페이스를 통해 연결될 수 있고, 제 2 단말(62)은 네트워크를 통해 연결될 수 있다.
단말(60)은 각각 감시서버의 데이터를 수신하여 표시한다. 단말(60)은 감시서버(50)의 표시장치 또는 원격제어기로써 동작할 수 있다.
그에 따라 감시 시스템은 상황별 알람이벤트, 이벤트 등급, 고장위치, 고장유형에 대응하여 전력설비의 전원 이상에 대한 장애원인을 판단하여 수리 또는 복구 하도록 한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격소장치의 전원 접지 감시 시스템의 동작방법이 도시된 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 감시 시스템은, 전원감시장치(40)가 원격소장치(RTU)(20)에 연결되고, 모드설정에 따라(S310) 상시모드로 동작한다(S320).
전원감시장치(40)는 상시모드 동작 시, 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드를 통해 전압을 측정한다.
전원감시장치(40)는 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드에서 측정된 전압에 이상이 있는 경우, 전원 이상으로 판단한다(S330).
전원감시장치(40)는 정상인 경우 상시모드를 유지한다.
한편, 전원감시장치(40)는 전원 이상 시, 노드 간 측정된 전압 데이터를 감시서버로 전송한다(S340).
또한, 전원감시장치(40)는 전원 이상 시, 점검모드로 전환한다(S350).
전원감시장치(40)는 저항측정부(140)를 통해 원격소장치(RTU)(20)의 전원부 노드의 절연저항을 측정한다(S360).
감시서버(50)는 전압데이터와 저항데이터를 전원감시장치(40)로부터 수신하여 데이터를 분석하고, 전원 소스별 고장점을 검출한다(S370).
또한, 감시서버(50)는 데이터를 취합하고, 딥러닝 기반으로 데이터를 분석한다(S380, S390). 감시서버(50)는 이상에 대하여 고장유형, 고장위치, 전원이상에 따른 이벤트의 등급 등을 분석결과로 생성한다.
감시서버(50)는 분석결과에 대한 데이터와 이벤트 알람을 저장하고, SCADA시스템(30) 또는 단말(60)로 전송한다(S400).
감시서버(50)는 출력부(220)를 통해 분석결과에 대하여 이벤트 등급, 고장위치, 고장유형에 대한 정보를 출력한다(S410).
그에 따라 본 발명의 감시 시스템은 네트워크 기반의 상시 전원상태 모니터링으로 전원접지 불량으로 인한 원격소장치(RTU)(20)의 오동작을 사전에 예방할 수 있어 전력설비 운영신뢰도를 향상시킬 수 있다. 또한, 원격소장치(RTU)(20)의 접지로 인한 잘못된 이벤트의 발생을 방지할 수 있어, 안정적 전력설비 감시환경 구축이 가능하고, 차단기 등 전력설비 오조작으로 인한 에러를 예방할 수 있으며, 알람이벤트뿐만 아니라 고장위치, 고장유형을 담당자에게 전송함으로써 신속한 장애처리가 가능하여 효율적 유지보수가 가능하다.
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 정해져야할 것이다.
10, 11, 12, n: 전력설비
20: 원격소장치(RTU) 30: SCADA시스템
40: 전원감시장치 50: 감시서버
60: 단말
110: 제어부 120: 모드설정부
130: 전압측정부 140: 저항측정부
150: 통신부
210: 서버 제어부 220: 출력부
230: 데이터 수집부 240: 분석부
250: 서버 통신부

Claims (17)

  1. 전력설비에 연결되어, 전력설비의 신호를 감지하여 이상을 검출하는 원격소장치(RTU, Remote Terminal Unit);
    상기 원격소장치에 연결되어, 설정된 모드에 따라 상기 원격소장치의 전원부 노드의 전압과 저항을 측정하여 이상을 검출하는 전원감시장치; 및
    상기 전원감시장치로부터 전압데이터와 저항데이터를 수신하여 전원 이상 여부를 판단하고, 전원 이상에 따른 데이터를 분석하여 고장유형과 고장위치를 판단하여 출력하고, 이벤트 알람을 생성하는 감시서버;를 포함하고,
    상기 전원감시장치는,
    상기 원격소장치를 감시하는 모드를 상시모드 및 점검모드 중 어느 하나로 설정하는 모드설정부; 및
    상기 모드설정부에 의해 설정되는 상기 모드에 따라 상기 상시모드에서 상기 원격소장치의 전원부 노드의 전압에 따라 전원 이상을 판단하고, 전원 이상으로 판단되면 상기 모드를 상기 점검모드로 전환하도록 상기 모드설정부를 제어하는 제어부;를 포함하는 감시 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원감시장치는, 상기 원격소장치의 전원부 노드에 연결되어 전압을 측정하는 전압측정부;
    상기 원격소장치의 상기 전원부 노드의 절연저항을 측정하는 저항측정부; 및
    상기 원격소장치와 연결되고, 상기 감시서버와 통신하는 통신부; 를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 모드에 따라 상기 전압측정부와 상기 저항측정부를 제어하고, 상기 전압데이터와 상기 저항데이터를 상기 통신부를 통해 상기 감시서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 상시모드에서 상기 전압측정부가 동작하도록 제어하고, 상기 점검모드에서 상기 저항측정부가 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 점검모드에서 상시 저항측정부에 의해 절연저항이 측정되면, 상기 점검모드에서 상기 상시모드로 전환되도록 상기 모드설정부를 제어하는 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시서버는, 상기 전원감시장치와 통신하는 서버통신부;
    상기 전원감시장치로부터 상기 전압데이터와 상기 저항데이터를 수집하는 데이터 수집부;
    상기 전압데이터와 상기 저항데이터를 분석하여 상기 원격소장치의 전원 이상을 판단하고 고장을 분석하는 분석부;
    상기 분석부의 분석결과와 이벤트 알람을 출력하는 출력부; 및
    상기 분석부의 전원 이상에 대한 분석결과와 이벤트에 대한 정보가 상기 출력부를 통해 출력되도록 하고, 상기 원격소장치와 연결되는 시스템으로 이벤트 알람이 전송되도록 하는 서버 제어부;를 포함하는 감시 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분석부는 수집되는 데이터를 기반으로 고장유형에 따른 파형을 분석하여 정상 데이터를 기반으로 학습데이터를 생성하고,
    상기 전압데이터와 상기 저항데이터의 분석을 통해 상기 학습데이터와 비교하여 전원 이상을 판단하고, 전원 이상 시 고장위치와 고장유형을 검출하는 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 분석부는 프레임 그라운드(Frame Ground)와 전원부의 노드간의 절연저항값이 0옴(Ω)에 수렴하거나 또는 소정값 범위 내에서 유사한 경우, 전원 이상으로 판단하고, 상기 절연저항값이 일정값 이상으로 무한대에 가까우면 허전압으로 판단하는 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 분석부는 전원부의 노드 간 절연저항 값이 0옴(Ω)에 수렵하거나 소정값 범위 내에서 유사한 경우 전원 이상으로 판단하고, 무한대에 가까우면 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 분석부는 TDR(Time Domain Reflectometry) 신호처리 기술을 적용하여 임펄스 신호 기준으로 선로에 존재하는 다양한 임피던스 형태에 대한 반사파의 형상과 딜레이 시간차를 분석하여 고장위치 및 고장유형을 판단하는 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 분석부는 전원 이상 알람이벤트, 전압데이터, 고장유형, 고장위치 데이터를 분석결과로 생성하는 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 분석부는 전원 이상에 대한 이벤트 알람 생성 시, 기준전압의 5%를 초과하여 하락하는 경우 메이저(Major) 등급으로 이벤트 등급을 설정하고, 기준전압의 4 내지 5% 범위에서 하락하는 경우 마이너(Minor) 등급으로 이벤트 등급을 설정하며, 기준전압의 3 내지 4% 범위에서 하락하는 경우 노말(Normal) 등급으로 이벤트 등급을 설정하는 것을 특징으로 하는 감시 시스템.
  12. 전원감시장치가, 전력설비의 신호를 감지하여 이상을 검출하는 원격소장치(RTU, Remote Terminal Unit)와 연결되어 상기 원격소장치의 전원부 노드의 전압과 저항을 측정하는 단계;
    감시서버가 상기 전원감시장치로부터 전압데이터와 저항데이터를 수신하여 분석하고, 상기 원격소장치의 전원 이상 여부를 판단하는 단계;
    고장유형과 고장위치를 판단하고 분석결과를 생성하는 단계; 및
    상기 분석결과와 이벤트 알람을 출력하는 단계; 를 포함하고,
    상기 전압과 저항을 측정하는 단계는,
    상시모드에서 제어부가, 상기 원격소장치의 전압에 대응하여 전원 이상을 판단하는 단계;
    전원 이상인 경우, 상기 제어부가 모드설정부를 제어하여, 상기 상시모드에서 점검모드로 전환하는 단계; 및
    상기 점검모드에서 상기 원격소장치의 절연저항을 측정하는 단계; 를 포함하는 감시 시스템의 동작방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전압과 저항을 측정하는 단계는,
    상기 점검모드에서 상기 절연저항이 측정되면, 상기 제어부가 상기 모드설정부를 제어하여 상기 상시모드로 전환하는 단계; 를 더 포함하고,
    전압측정부가 상기 원격소장치의 전원부 노드에 연결되어 상기 전원부 노드의 전압을 측정하고,
    저항측정부가 상기 원격소장치의 상기 전원부 노드의 절연저항을 측정하는 것을 특징으로 하는 감시 시스템의 동작방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전원 이상 여부를 판단하는 단계는,
    프레임 그라운드(Frame Ground)와 전원부의 노드간의 절연저항값이 0옴(Ω)에 수렴하거나 또는 소정값 범위 내에서 유사한 경우, 전원 이상으로 판단하는 단계; 및
    상기 절연저항값이 일정값 이상으로 무한대에 가까우면 허전압으로 판단하는 단계;를 더 포함하는 감시 시스템의 동작방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 전원 이상 여부를 판단하는 단계는,
    전원부의 노드 간 절연저항값이 0옴(Ω)에 수렵하거나 소정값 범위 내에서 유사한 경우 전원 이상으로 판단하는 단계; 및
    상기 절연저항값이 무한대에 가까우면 정상으로 판단하는 단계;를 더 포함하는 상기 감시 시스템의 동작방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 분석결과를 생성하는 단계는,
    TDR(Time Domain Reflectometry) 신호처리 기술을 적용하여 임펄스 신호 기준으로 선로에 존재하는 다양한 임피던스 형태에 대한 반사파의 형상과 딜레이 시간차를 분석하여 고장위치 및 고장유형을 판단하는 것을 특징으로 하는 상기 감시 시스템의 동작방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 이벤트 알람을 생성하는 경우, 기준전압의 5%를 초과하여 하락하는 경우 메이저(Major) 등급으로 이벤트 등급을 설정하고, 기준전압의 4 내지 5% 범위에서 하락하는 경우 마이너(Minor) 등급으로 이벤트 등급을 설정하며, 기준전압의 3 내지 4% 범위에서 하락하는 경우 노말(Normal) 등급으로 이벤트 등급을 설정하는 단계를 더 포함하는 상기 감시 시스템의 동작방법.
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