KR20020057560A - 가스절연개폐장치의 동작상태 감시진단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스절연개폐장치의 동작상태 감시진단방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 개폐기의 조작 기구부 상태를 감시하여 이상을 조기에 진단하는 동작상태 감시진단방법에 관한 것이다.

개폐기의 조작장치를 구성하는 트립 및 클로징 코일(16)(17)의 전류인가 시간 및 전류 피크치, 보조접점 a, b의 동작시간을 진단 파라미터로 규정한 후, 정기적인 동작특성시험의 경우나 실 계통운전 중 동작시 얻어진 이들 파라미터의 값들을 책정된 기준값들과 비교하여 동작상태의 이상유무를 판단하는 것과,

상기 동작 상태의 이상유무를 판단하는 이들 파라미터의 기준값들은 운전경력이 전혀 없는 신 개폐기에 대해 얻은 결과와, 가능성 있는 여러 운전 조건시 얻은 결과와 수년간의 운전으로 인한 열화상태에서 얻어진 결과를 기준으로 강제로 열화시켜 임계 고장시에 얻어진 결과값들로 최종 확정되어지는 것과,

상기 동작상태 감시진단방법은 조작기 패널에 설치된 트립 및 클로징 코일 여자용 전류를 측정하는 변성기(CT)(18)(19)와 이 CT의 출력 신호 및 보조접점 a, b의 전기적 출력 단자 신호를 받아 이상 유무를 판단하는 진단 알고리즘이 내장된 진단 유니트(8)와

개폐기의 기계적 동작상태를 개폐기와 떨어진 상태에서 온 라인(on-line) 혹은 오프 라인(off-line)으로 동작특성을 감시 진단하는 것으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치의 동작상태 감시진단 방법이다.

Description

가스절연개폐장치의 동작상태 감시진단 방법{method for diagnosing operation status of gas insulation open and close apparatus}

본 발명은 가스절연개폐장치의 동작상태 감시진단방법에 관한 것으로서, 더상세하게는 개폐기의 조작 기구부 상태를 감시하여 이상을 조기에 진단하는 동작상태 감시진단방법에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연개폐장치에는 차단부, 단로기, 접지 개폐기등 일견의 구동부를 포함하고 있으며, 각각 고유의 설치 목적과 기능을 갖고 있다.

예를 들어 설명하면 차단부는 선로나 계통에 고장 전류가 발생할 경우 단시간 내에 개폐동작을 성공시켜 고장전류를 제거하여야 한다. 이러한 경우, 만의 하나 구동부에 이상이 있어 설치 초기의 특성과는 구별되는 이상으로 인하여 개폐 동작이 실패되는 경우가 있다.

일반적으로는 제작 완료 후 공장시험이나 현장 설치 후 시험시에는 구동부에 개폐 특성 장치를 장착시켜 시험한 속도 및 스트로크라고 하는 행정거리를 측정함으로서 구동부의 이상 여부를 검사한다. 이 결과를 기준으로 실변전소에 설치된 가스절연개폐장치에 대해 주기적으로 계통과 분리시킨 상태에서 즉, 오프 라인(off-line) 상태에서 동일 특성 장치를 장착시켜 속도 및 스트로크를 측정함으로서 구동부의 이상여부를 확인하고 있다. 그러나 상기와 같은 구동부의 이상 여부 방법은 가스절연개폐장치를 계통에서 분리시킨 후 특성 시험을 해야 한다는 단점과 특성 시험시 개폐 특성장치를 장착해야하는 수고를 필요로 하고 있다.

상기와 같은 이유로 인해 정기 점검 기간 외에 발생되는 구동부 이상은 검출하기가 곤란하므로, 구동부가 소정의 목적을 달성하지 못하는 경우가 발생하고 있다.

또한, 개폐 특성시험 또한 특별한 기술을 요하는 시험으로 변전소의 운전원들이 손쉽게 동작특성시험을 실시하여 구동부의 이상 여부를 확인하기는 곤란하다는 단점을 가지고 있는 등 문제점이 있었다.

또한, 종래의 가스절연개폐장치의 구동부 특성 파악을 위해서는 전술과 같이 가스절연개폐장치를 계통과 분리시킨 후 각 구동부에 개폐 특성장치를 장착하고 특별한 기술을 이용하여 시험하는 불필요한 경제적/시간적 낭비를 겪어야 했다.

일부에서는 기존의 특성장치를 모의하여 온 라인(on-line)으로 감시 가능한 광슬리트식 동작특성 진단장치를 선보이고 있지만 지속적인 광원 전력 소비, 광시스템의 고가, 기계적 진동에 대한 대책 등 경제적, 신뢰성의 문제로 많은 연구가 진행되고 있는 것이 현 실정이다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 가스절연개폐장치의 구동부에 대한 기계적 특성을 코일 여자 전류의 크기 및 인가 시간, 보조 접점 a, b의 동작 시간을 측정함으로서, 개폐 특성 파악이 가능해 개폐기의 오동작을 미연에 방지하여 가스절연개폐장치의 고유의 목적에 부합되는 역할을 수행하도록, 개폐기 동작특성 진단 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 절연가스를 충진한 양전극의 도체가 설치되고, 이 중 한 전극을 기계적 힘으로 구동시키는 가스절연개폐장치(GIS)의 구동부에 있어서, 트립 /클로징 코일의 제어 전류를 CT(Current Trans former:변성기) 의해 그 인가 시간과 인가치를 측정하고, 보조 접점 a, b로부터 동작시간을 측정하여 이들값들로부터 구동부의 동작 특성을 감시하는 방법으로 구성되어진 것을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명 가스절연 개폐장치의 동작상태 감시진단 장치의 주요부를 나타낸 구성도

도 2는 본 발명 구동부 메커니즘 박스의 주요부 및 CT 설치를 나타낸 구성 개략 블록도

도 3은 본 발명 차단부 및 기타 개폐의 동작특성을 진단하기 위한 측정 파라미터의 주요부를 나타낸 그래프

도 4는 본 발명 진단 유니트 내부의 주요 구성 블록도

도 5는 본 발명 진단 알고리즘의 전체 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 차단기(GCB) (2) : 고속접지개폐기(HSGS)

(3) : 동작특성진단장치 (4) : 단로기(DS)

(5) : 차단기메커니즘박스 (6) : 고속접지개폐기메커니즘박스

(7) : 단로기 메커니즘박스 (8) : 진단 유니트

(9) : 타항목진단 유니트 (10) : 다스(DAS)

(11) : 연결케이블 (12) : 동축케이블

(13) : 중앙제어장치 (14) : 메커니즘박스

(15) : 조작기 (16) : 트립코일

(17) : 클로징 코일 (18) : 트립코일 여자용 전류측정 CT

(19) : 클로징코일 여자용 전류측정 CT

(20) : 제어전류치(C1, C1')

(21) : 제어전류 인가시간(T1, T1')

(22) : a접점 동작시간(T2, T2')

(23) : a접점 삼상 계리차(T3, T3')

(24) : b접점 동작시간(T4, T4')

(25) : b접점 삼상 계리차(T5, T5')

(26) : 신호입력부 (27): 입력신호 디지털화 회로

(28) : CPU (29) : ROM

(30) : 신호출력부

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 가스절연 개폐장치의 동작상태 감시진단 장치의 주요부를 나타낸 구성도,

도 2는 본 발명 구동부 메커니즘 박스의 주요부 및 CT 설치를 나타낸 구성 개략 블록도,

도 3은 본 발명 차단부 및 기타 개폐의 동작특성을 진단하기 위한 측정 파라미터의 주요부를 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명 진단 유니트 내부의 주요 구성 블록도,

도 5는 본 발명 진단 알고리즘의 전체 구성도를 도시한 것이다.

개폐기의 조작장치를 구성하는 트립 및 클로징 코일(16)(17)의 전류인가 시간 및 전류 피크치, 보조접점 a, b의 동작시간을 진단 파라미터로 규정한 후, 정기적인 동작특성시험의 경우나 실 계통운전 중 동작시 얻어진 이들 파라미터의 값들을 책정된 기준값들과 비교하여 동작상태의 이상유무를 판단하는 동작특성 진단장치(3)와,

상기 동작 상태의 이상유무를 판단하는 이들 파라미터의 기준값들은 운전경력이 전혀 없는 신 개폐기에 대해 얻은 결과, 가능성 있는 여러 운전 조건시 얻은 결과와 수년간의 운전으로 인한 열화상태에서 얻어진 결과를 기준으로 강제로 열화시켜 임계 고장시에 얻어진 결과값들로 최종 확정되어지며, 조작기(15) 패널에 설치된 트립 및 클로징 코일 여자용 전류를 측정하는 변성기CT(Current Trans former)(18)(19)와 상기 CT(Current Trans former)의 출력 신호 및 보조접점 a, b의 전기적 출력 단자 신호를 받아 이상 유무를 판단하는 진단 알고리즘이 내장된 진단 유니트(8)와

상기 개폐기의 기계적 동작상태를 개폐기와 떨어진 상태에서 온 라인(on-line) 혹은 오프 라인(off-line)으로 동작특성을 감시진단하는 방법과,

절연가스를 충진한 양전극의 도체가 설치되고, 이 중 한 전극을 기계적 힘으로 구동시키는 가스절연개폐장치(GIS)의 구동부에 있어서, 트립/클로징 코일(16)(17)의 제어 전류를 CT(Current Trans former)에 의해 그 인가 시간과 인가치를 측정하고, 보조 접점 a, b로부터 동작시간을 측정하여 이들 값들로부터 구동부의 동작 특성을 감시하는 단계와,

상기 측정된 값들을 기 결정된 진단 기준치가 내장된 진단 유니트로 보내 구동부 개폐동작특성의 이상유무를 진단하는 단계와,

상기 진단 기준치를 신제품에 대한 동작특성 시험결과, 또는 모의된 극한 운전 상태에서 실시한 동작특성 시험결과와, 또는 이상 상태에서 실시한 동작특성 시험결과와, 또는 실운전 상태에서 입수된 동작특성 시험결과를 통해 얻은 단계와,

상기 진단 기준치에 벗어나는 경우에 대해, 이상 가능성이 있는 부위를 제시해주는 진단 알고리즘이 내장되고, 상기 진단 알고리즘이 내장된 진단 유니트(8)를 디지털 회로, CPU(28), ROM(29) 등이 배치되어 있는 PCB 형태로 제작하고, 상기 개폐동작특성의 감시진단 장치를 온 라인(on-line) 혹은 오프 라인(off-line)에서 사용하는 것으로 구성되어진 것이다,

본 발명의 작용은 다음과 같다.

동작 특성 진단 장치(3)는 차단기 메카니즘 박스(5)가 결합된 차단기(1)와, 고속접지개폐기 메커니즘 박스(6)이 결합된 고속접지개폐기(2)와, 단로기 메커니즘 박스(7)가 결합된 단로기(4) 등 구동부에 트립/클로징 코일 전류 측정용 CT(18),(19)를 취부 연결하고, 상기 트립/클로징 코일 전류 측정용 CT(18),(19)로부터 보조 접점 a, b로의 출력 신호를 연결 케이블(11)을 이용하여 진단 유니트(8)로 보내어지는 것이다.

상기 진단 유니트(8)는 고속 접지 개폐 장치용 메커니즘 박스(6)와 연결된 고속 접지 개폐기용 진단 유니트(8a)와, 차단기용 메커니즘 박스(5)와 연결된 차단기용 진단 유니트(8b), 단로기용 메커니즘 박스(7)와 연결된 단로기용 진단 유니트(8c)로 구성되어 있으며, 차단기(1)와 고속 접지 개폐기(2), 그리고 단로기(4)에 각각 연결되어 있어 신호를 연결 케이블(1)을 통해 받아 동축케이블(12)으로 다스(DAS)(10)로 신호를 전달하게 되는 것이다.

즉, 각 상마다 트립 동작시 4개 신호(C1, T1, T2, T4)와 클로징 동작시 4개 신호(C1', T1', T2', T4')가 진단 유니트(8)로 보내진 후 신호는 동축케이블(12)을 통과하여 다스(DAS)(10)로 보내어지고, 상기 다스(DAS)(10)에 보내어진 신호는 중앙 제어 장치(13)로 전달되어 디지털 신호로 처리가 되는 것이다.

상기 다스(DAS)(10)는 타항목 진단 유니트(9)와 연결되어 있어 타항목 진단 유니트(9)로부터 계산된 측정값(예를 들어 가스 압력 감시 진단 장치, 피뢰기 열화 감시 진단장치, 고장점 표시 장치)들이 전달되며 진단 유니트(8)에 보내어진 신호와 같이 중앙 제어 장치(13)로 전달되게 되는 것이다.

도 4에 도시한 바와 같이 진단 유니트(8) 내부에 장착된 신호 입력부(26)는 입력신호 디지털회로(27)을 통해 신호 출력부(30)에 디지털 신호가 처리가 되며, 입력신호 디지털 회로(27)와 연결되며 알고리즘이 들어가 있는 CPU(28) 및 롬(ROM)(29)에서 판단을 실시하되 우선 삼상간 계리차(T3, T5, T3',T5')가 계산 프로그램에 의해 얻어진 후, A, B, C상의 각 12개 신호에 대해 진단 알고리즘을 거쳐 이상 유무를 판단하게 되는 것이다.

상기 진단 유니트(8)내에 진단 알고리즘이 내장되어 있어, 진단 유니트(8)에서 거리가 떨어진 다스(DAS)(10) 및 중앙처리장치(13) 사이의 신호는 범용 동축케이블(12) 혹은 통신용 광케이블을 사용하면 언제나 가능할 수 있게 되는 것이다.

그 결과는 다스(DAS)(10)을 거쳐 콘트롤 룸의 중앙제어장치(13)로 보내져 모니터 화면에서 보여지게 된다.

본 발명에 의한 가스절연개폐장치의 개폐부 동작특성 진단장치는 위에서 설명한 바와 같이 구성되고 있기 때문에 기존의 구동부 특성을 확인하는 방법처럼 계통에서 분리시키지 않고, 실 운전 상태에서 구동부 개폐 동작이 발생하면 구동부의 개폐 동작특성을 온 라인(on-line)으로 감시하는 것이 가능하고, 측정 데이터를 진단 알고리즘으로 자동으로 보내져 구동부의 이상유무를 자동적으로 확인 가능하며, 이상 부위까지도 어느 정도 범위내에서 지시할 수 있게 되는 것이다.

즉 구성 및 동작 상태를 살펴보면 구동부 메커니즘 박스(14)내에 간단한 트립코일 여자용 전류 측정CT(Current Transformer:변성기)(18), 클로징코일 여자용 전류측정CT(19)만을 장착시켜 조작기(15)에 의해 구동부의 이상 유무를 계통과 분리시키지 않은 채, 온 라인(on-line)으로 상시 동작상태를 감시할 수 있게 되는 것이다.

측정 항목은 다음과 같다.

구동부 메커니즘 박스내에 설치된 트립코일 여자용 전류 측정CT(Current Transformer:변성기)(18), 클로징코일 여자용 전류측정 CT(19)를 통해 트립/클로징 코일(16)(17)의 제어전류 인가 시간(T1, T1')(21) 및 제어 전류치(C1, C1')(20)를 측정 파라미터로 하였다. 또한, 기존 구동부의 메커니즘 박스(14)내에 설치되어 있는 보조 접점 a, b의 동작 시간(T2, T4, T2',T4')(22)(24) 및 삼상간의 계리차(T3, T5, T3',T5')(23)(25)를 측정 파라미터로 한다.

즉, 측정 항목은 8항목으로 구동부의 동작시 측정되어 구동부와는 별도로 설치된 진단 유니트(8)로 보내어진다.

상기 측정된 전류치는 진단 유니트(8)에 내장된 프로그램에 의해 삼상간의 계리차가 계산되어진다. 핵심 기술은 이들 12 항목에 대한 측정값들에 대해 이상 여부를 판단해주는 진단 알고리즘이다.

상기 알고리즘은 다음과 같다.

12개 측정 항목에 대한 진단 기준치는 다음과 같은 과정을 거쳐서 얻어진다.

즉, 진단 기준치 결정은 1차 ~ 4차에 걸쳐 이루어지며 각 차의 진단 기준치자체도 의미가 있는 기준치이며, 회수가 거듭되면서 진단 감도가 높은 것으로 판단된다.

상기 과정을 통해 얻어진 진단 기준치를 판단 근거로 가스절연개폐장치에서 측정된 12개 측정 결과와 비교하여 기준치 이외의 값을 획득하였을 때에는 도 4의 진단 알고리즘에 따라 이상 유무 및 이상 가능성 부위에 대한 자료를 중앙제어장치(13)로 송부되는 것이다.

상기 본 장치의 핵심인 진단 유니트는 PCB(Printed Circuit Board)로 되어 있으며, 진단 알고리즘은 CPU(28) 및 ROM(29)에 의해 저장/수정이 가능할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

그러므로 본 발명은 기존에 정기적으로 수행했던 동작개폐 특성시험처럼 해당 구동부가 있는 가스절연개폐장치의 운전을 정지시키고 계통에서 분리시키는 작업이 필요없다. 또한 예고없이 발생되는 개폐 동작시 구동부의 개폐특성을 감시, 진단하는 것이 가능하다는 장점을 가지고 있으며, 이와 동시에 정기적인 동작 특성시험시에도 기존처럼 특별한 동작특성시험 장치를 장착시켜, 전문 요원에 의한 시험을 수행할 필요없이, 기 설치된 장치에 의해 단순 개폐동작 지령만으로 구동부의 동작특성을 진단할 수 있으며, 진단 유니트도 디지털 기술을 적용, PCB로 제작되어 경제성을 향상시켰으며, 중앙처리장치와는 범용 통신케이블을 사용하는 것이 가능하게 되어 코스트 절감을 지향할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (6)

1. 개폐기의 조작장치를 구성하는 트립 및 클로징 코일(16)(17)의 전류인가 시간 및 전류 피크치, 보조접점 a, b의 동작시간을 진단 파라미터로 규정한 후, 정기적인 동작특성시험의 경우나 실 계통운전 중 동작시 얻어진 이들 파라미터의 값들을 책정된 기준값들과 비교하여 동작상태의 이상유무를 판단하는 단계와,

   상기 동작 상태의 이상유무를 판단하는 이들 파라미터의 기준값들은 운전경력이 전혀 없는 신 개폐기에 대해 얻은 결과와, 가능성 있는 여러 운전 조건시 얻은 결과와 수년간의 운전으로 인한 열화상태에서 얻어진 결과를 기준으로 강제로 열화시켜 임계 고장시에 얻어진 결과값들로 최종 확정되어지는 단계와,

   상기 동작상태 감시진단방법은 조작기 패널에 설치된 트립 및 클로징 코일 여자용 전류를 측정하는 변성기(CT)(18)(19)와 이 CT의 출력 신호 및 보조접점 a, b의 전기적 출력 단자 신호를 받아 이상 유무를 판단하는 진단 알고리즘이 내장된 진단 유니트(8) 측정 단계와,

   개폐기의 기계적 동작상태를 개폐기와 떨어진 상태에서 온 라인(on-line) 혹은 오프 라인(off-line)으로 동작특성을 감시 진단하는 단계로 구성되어진 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치의 동작상태 감시진단 방법.
2. 제 1항에 있어서;

   트립/클로징 코일(16)(17)의 제어 전류를 트립 및 클로징 코일 여자용 전류를 측정하는 변성기(Current Trans former)(18)(19)에 의해 그 인가 시간과 인가치를 측정하고, 보조 접점 a, b로부터 동작시간을 측정하여 이들 값들로부터 구동부의 동작 특성을 감시하는 단계로 구성되어진 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치의 동작상태 감시진단 방법.
3. 제 1항에 있어서;

   측정된 값들을 기 결정된 진단 기준치가 내장된 진단 유니트(8)로 보내 구동부 개폐동작특성의 이상유무를 진단하는 단계로 구성되어진 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치의 동작상태 감시진단 방법.
4. 제 1항에 있어서;

   진단 유니트(8)에 내장된 진단 기준치는 신제품에 대한 동작특성 시험결과와, 모의된 극한 운전 상태에서 실시한 동작특성 시험결과와, 이상 상태에서 실시한 동작특성 시험결과와, 실운전 상태에서 입수된 동작특성 시험결과를 통해 얻은 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치의 동작상태 감시진단 방법.
5. 제 1항에 있어서;

   진단 유니트(8)에 내장된 진단 기준치를 벗어나는 경우에 대해, 이상 가능성이 있는 부위를 제시해주는 진단 알고리즘이 진단 유니트(8)에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치의 동작상태 감시진단 방법.
6. 제 1항에 있어서;

   진단 알고리즘이 내장된 진단 유니트(8)는 디지털 회로, CPU(28), ROM(29) 등이 배치되어 있는 PCB 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치의 동작상태 감시진단 방법.