KR20020096348A - 가스절연 개폐장치의 감시 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스절연 개폐장치의 감시 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차단기의 개폐동작 횟수, 가스밀폐부의 가스밀도, 피뢰기의 동작횟수 및 누설전류를 원격지에서 감시할 수 있는 감시 방법이다.

가스절연 개폐장치를 구성하는 차단기, 단로기, 접지개폐기, 피뢰기 등의 운전상태를 나타내는 파라메터 중, 중요하게 판단되는 차단기의 개폐동작 횟수, 가스밀폐부(차단기/단로기/접지개폐기)의 가스밀도, 피뢰기의 동작상태 및 전누설전류를 원격지에서도 감시할 수 있도록 각 부위별로 적합한 센서를 부착하여 얻어진 값들로부터 가스절연개폐장치의 운전 상태를 원격지에서 판단하는 감시 방법으로 이루어진 것이다.

Description

가스절연 개폐장치의 감시 방법{WATCHING METHOD OF SWITCHGEAR FOR GAS INSULATION}

본 발명은 가스절연 개폐장치의 감시 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는가스절연 개폐장치를 구성하는 차단기,단로기,접지개폐기,피뢰기의 운전상태를 나타내는 파라메터중 중요하게 판단되는 차단기의 개폐동작 횟수, 가스밀폐부(차단기/단로기/접지개폐기)의 가스밀도, 피뢰기의 동작상태 및 전누설전류를 원격지에서 감시할 수 있도록 각 부위별로 적합한 센서를 부착하여 그 각각의 센서로부터 얻어지는 값들로부터 가스절연개폐장치의 운전상태를 판단할 수 있음은 물론 가스절연개폐장치의 주요 부위를 온 라인(On-line)으로 원격지에서 감시하여 주요 부위의 이상을 조기에 파악하여 사고를 미연에 방지하고 보수 점검 계획을 수립할 수 있도록 하는 가스절연개폐장치의 운전상태 감시방법에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연개폐장치에는 차단부, 단로기, 접지개폐기, 피뢰기 등 각각의 목적에 부합되는 기능을 갖는 장치로 구성되어 있으나, 이들의 운전상태 및 이력은 GIS에 부착되어 있는 계기로 표시되어 있어, 각 변전소 내에 상주하는 검침원이 주기적으로 현장을 순시하면서 기록하고 있는 것이 현 실정이다.

예를 들어 설명하면 차단부의 동작횟수는 차단기의 조작기에 부착되어 있는 기계적동작 카운터에 의해 차단기의 개폐동작이 기록되고 있으며, GIS의 각 부위(차단기, 단로기, 접지개폐기, 피뢰기 등)의 가스충진상태는 GIS 1Bay당 설치되는 컨트롤 패널(Control panel) 내부에 부착된 GD(Gas Density) 모니터(Monitor)라고 칭하는 온도보상 기능이 첨가된 압력게이지로 표시된다.

종래의 GD는 1차/2차 경보용 접점을 구비하고 있어 만의 하나 발생되는 가스 누기를 원격지에 알리는 기능을 갖고 있지만, 점진적으로 진행되는 가스누기 초기시점에서는 확인하는데 곤란함이 있었다.

이와같이 압력누기가 발생되는 초기시점과 검침원의 순시시점이 일치하지 않으면, GIS 내부사고로 이어지는 원인을 초기에 막을 수 없으며, 또한 내부사고에 의한 순시적인 압력상승이 기록되지 않아 고장점 확인에 도움을 주지 못하였다.

피뢰기의 운전상태에 대해서는 동작카운터 및 누설전류 표시판이 피뢰기 외함에 설치되어 있어, 피뢰기 누적동작 횟수 및 피뢰기의 열화에 따라 흐르는 누설전류 확인을 검침원 순시에 의존하고 있으며, 일부 GIS의 운전상태를 외부에 설치된 장치에 의해 일부 확인이 가능했으나, 이것은 전적으로 검침원의 순시에 의존하고 있기 때문에, 변전소 무인화가 이루어진 곳에서는 주기적인 검침원을 파견하여 기록해야 하는 수고가 반드시 필요하여 문제점으로 대두되었다.

상기와 같은 이유로 인해 검침원의 정기적인 순시가 이루어지지 않거나, 순시 주기가 긴 경우에 있어서는, GIS의 운전상태가 제대로 파악되지 않아 GIS가 소정의 책무를 수행하지 못하는 경우가 발생하게 되며 이러한 GIS의 운전상태의 감시뿐만 아니라, 진단기능까지 겸비한 GIS 감시/진단 시스템이 선진 GIS 메이커에서 선보이고 있으며 실제로 시험 운전중에 있으나, 아직까지는 신뢰성이 확인되지 않아 상용화되지 않고 있으며, 국내에서는 아직 도입되고 있지 않는 것이 현 실정이다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 가스절연 개폐장치를 구성하는 차단기,단로기,접지개폐기,피뢰기의 운전상태를 나타내는 파라메터중 중요하게 판단되는 차단기의 개폐동작 횟수, 가스밀폐부(차단기/단로기/접지개폐기)의 가스밀도, 피뢰기의 동작상태 및 전누설전류를 원격지에서 감시할 수 있도록 각 부위별로 적합한 센서를 부착하여 그 각각의 센서로부터 얻어지는 값들로부터 가스절연개폐장치의 운전상태를 판단할 수 있음은 물론 가스절연개폐장치의 주요 부위를 온 라인(On-line)으로 원격지에서 감시하여 주요 부위의 이상을 조기에 파악하여 사고를 미연에 방지하고 보수 점검 계획을 수립할 수 있도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 GIS의 운전상태를 원격지에서 감시 할 수 있는 감시시스템은 GIS에 부착되고 데이터 취득 장치가 연결된 감시 센서 유니트, 각 변전소에 설치되는 디지털 판넬의 신호 전송부, 주 변전소내 SCADA 시스템의 GIS 감시부로 구성되어진 것을 특징으로 하며, GIS의 감시시스템 가스절연 개폐장치의 차단기 동작횟수, 각 가스구획별 가스 충진상태, 피뢰기의 동작횟수 및 열화상태감시용 누설전류측정에 대해 센서를 부착시켜 On-line 상시 감시가 가능토록 하는 것을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명 가스절연 개폐 장치 감시 시스템의 주요부 구성도

도 2는 본 발명 센서 유니트의 주요부를 나타낸 구성도

도 3은 본 발명 센서 유니트의 데이터 취득장치를 나타낸 구성 개략 블록도

도 4는 본 발명 피뢰기 누설전류 측정장치의 주요 구성 블록도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 미소 전류 측정용 변성기 CT(Current Transformer)

(2) : 신호처리부

(3) : 피뢰기 동작카운터

(4) : 피뢰기 접지선

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

도 1은 본 발명 가스절연 개폐 장치 감시 시스템의 주요부 구성도,

도 2는 본 발명 센서 유니트의 주요부를 나타낸 구성도,

도 3은 본 발명 센서 유니트의 데이터 취득장치를 나타낸 구성 개략 블록도,

도 4는 본 발명 피뢰기 누설전류 측정장치의 주요 구성 블록도를 도시한 것이다.

GIS의 운전상태를 원격지에서 감시 할 수 있는 감시시스템은 GIS에 부착되고 데이터 취득 장치가 연결된 감시 센서 유니트, 각 변전소에 설치되는 디지털 판넬의 신호 전송부, 주 변전소내 SCADA 시스템의 GIS 감시부로 구성되어진 것과,

각 센서의 전원부 및 센서로부터 얻은 신호처리와, 원격지로 신호를 전송하며, GIS 1Bay당 설치되는 컨트롤 패널에 하나씩 설치되며 센서입력부, 신호출력부, 가스밀도 변환기용 전원부 및 CT 신호처리부용 전원부로 구성된 데이터 취득 장치에 차단기 동작 횟수를 감지하여 신호 변동을 데이터 취득 장치로 송부하는 보조 접점 "b"와,

구획별 설치된 가스 밀도 센서로 가스 충진 상태를 감지하여 데이터 취득 장치로 송부하는 가스 밀도 센서인 GDT(Gas Density Transmitter)와,

피뢰기 동작 횟수를 감지하여 신호 변동을 데이터 취득 장치로 송부하는 동작 카운터 접점과,

피뢰기 접지선에 장착되어 피뢰기 누설 전류를 전압으로 계측하여 데이터 취득 장치로 송부하는 미소전류 측정용 변성기 CT 1(Current Transformer)가 연결 결합되어 이루어진 센서 유니트를 감시 데이터 수집 장치와 감시 장치로 이루어진 네트 워킹 모니터에 연결하는 것으로 구성되어진 것이다.

본 발명의 작용은 다음과 같다.

센서 유니트를 구성하는 차단기 동작 횟수와, 구간별 가스 압력, 피뢰기의 동작 횟수, 피뢰기 누설 전류등에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

차단기 동작 횟수에 대해서는 기존차단기 조작부에 설치되어 있는 보조접점(Auxiliary Contact) "b"를 이용하여 차단기 동작시 기계적으로 구동되는 보조접점에 전원을 인가하여 연결/단선에 따른 신호변동을 원격지에 보내도록 구성되어 있는 것이다.

즉, Cable을 이용하여 보조접점 "b"의 신호를 데이터 취득장치 입력 단자부 Ch. 1에 연결한 후, 보조접점 "b"의 연결/단선에 따라 데이터 취득장치의 소정의 신호처리과정을 거쳐 출력단자부 Ch. A에 임의의 신호가 발생, 원격지에 있는 디지털 패널부로 전송되어지게 되는 것이다.

상기 이 신호를 이용하여 원격지에 있는 SCADA 시스템에는 동작횟수가 기록되어지는 것이다.

가스 구획별 가스 충진상태에 대해서는 GDT(Gas Density Transmitter)라고 칭하는 가스밀도 센서를 가스구획별로 설치하여 상시 On-line으로 가스 충진상태를 원격지로 보내도록 되어있는 것이다.

상기 GDT에는 온도보상 기능이 내장되어 있으며, 가스충진상태에 따라 입력 DC 전원을 인가하면 출력으로 DC 4-20mA를 원격지로 송부한다. 따라서 센서는 각 가스구획별로 설치되는데 대략적으로 1Bay당 5∼10 개 정도로 설치되며, 전원부 및 신호송신부는 도 3의 데이터 취득장치에 내장되어 있는 것이다.

GDT에는 두 개의 Cable이 각각 데이터 취득장치 DC 24V 출력 Port 1 ~ 8과입력 Port Ch. 2 ~ Ch. 9와 연결되어 가스압이 전류 DC 4 ~ 20mA로 출력되어지는 것이다.

상기 이 출력값으로부터 20℃ 기준 가스압(단위 ㎏/㎠.G)으로 환산되는 식이 SCADA 시스템에 내장되어 출력으로 압력값이 보여지게 되는 것이다.

피뢰기의 동작횟수는 피뢰기의 기존 동작 카운터 3의 장치 내부에 보조접점을 내장시켜 동작 발생시 접점이 On/Off 되어지는 것이다.

따라서 데이터 취득장치 내부 회로를 구성한 후 상기 접점과 연결하여 동작에 따른 신호변동을 원격지에 보내도록 되어 있다. 이 방식은 차단기 동작 횟수에 대한 감시시스템과 유사하다.

또한 피뢰기 누설전류에 대해서는, 도 4와 같이 피뢰기 접지선 4에 별도의 미소전류 측정용 변성기 CT(1)(Current Transformer)을 장착시켜 누설전류를 전압으로 계측한다. 미소전류 측정용 변성기 CT(1)에 의해 측정된 신호를 CT에 설치되는 CT 신호처리부(2)에서 신호처리 되어 실누설전류값(0.1∼10mA)에 비례하여 DC 4∼20mA로 환산되어 출력되는 것이다.

상기 CT 신호처리부(2)의 회로에 필요한 전원장치 및 원격지 신호 송신부는 데이터 취득장치에 내장되어 있다.

즉, 두 개의 Cable을 각각 CT 신호처리부 Ch. 1과 데이터 취득장치 Ch. 12에 연결하고, 또 다른 Cable은 CT 신호처리부 Ch. 3과 데이터 취득장치 DC 24V 출력 Port 9에 연결하면, 출력신호로 Ch. L에서 DC 4 ~ 20mA가 출력되어진다. 이 출력값으로부터 실제의 누설전류값이 환산되는 식이 SCADA 시스템에 내장되어 원격지에서출력으로 보여지게 되는 것이다.

데이터 취득장치는 각 센서의 전원부 및 센서로부터 얻은 신호처리, 그리고 원격지로 신호를 전송하는 기능을 갖고 있다. GIS 1Bay 당 설치되는 컨트롤 패널에 하나씩 설치되는 데이터 취득장치는 도 3에 나타낸 바와 같이 센서입력부, 신호출력부, 가스밀도 변환기용 전원부 및 CT 신호처리부용 전원부로 구성되는데, 센서입력부의 Ch. 1은 차단기의 동작횟수용 차단기 보조접점, Ch. 2 ∼ Ch. 9는 가스밀도변환기 센서, Ch. 10 ∼ Ch. 11은 피뢰기 동작횟수용 카운터 보조접점, Ch. 12 ∼ Ch. 13은 피뢰기 누설전류 측정용 CT 1로부터 신호를 받아서 내부의 회로를 거쳐 Ch. A ∼ Ch. M의 신호출력부로 보내어지게 되는 것이다.

상기 신호출력부의 신호는 1개소 변전소에 설치되는 디지털 패널부로 전송되어 진다. 또한 데이터 취득장치는 가스밀도 변환기 및 피뢰기 누설전류 측정용 CT 신호처리부(2)에 전원 DC 24V를 제공하기 위해 입력전원 DC 110V를 DC 24V로 변환하여 각각 센서로 송부하는 전원부로 구성되어진 것이다.

상기 센서 유니트의 신호를 받는 감시 데이터 수집 장치와 감시장치로 이루어진 네트워킹 모니터에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

감시데이터 수집장치는 변전소별로 1대씩 설치되어, 변전소내 모든 GIS에 부착되어있는 센서로부터 측정하고자 하는 다양한 형태의 데이터를 취득하여 통신제어장치(CCU: Communication Control Unit)가 인지할 수 있는 신호로 변환하고, 통신제어장치를 통해 감시장치로 전송하는 장치로서, 다양한 출력 형태를 가지는 다수의 센서로부터 데이터를 직접 취득하게 되는 것이다.

여기에는 고속의 데이터처리능력을 가지고 있는 통신제어장치(CCU)와, 광통신(Optical LAN; Ethernet, 10Mbps급)을 이용하여 고속 데이터 통신을 가능케 하는 Main CPU Board(MCB)와, 여기에 연결되어 각종 센서로부터의 아날로그 입력을 모니터링 장치에 표시하기 위해 디지털 신호로 변환하는 Analog Input Module(AIM), 접점의 On/Off 등의 신호를 처리하는 Digital Input Module(DIM)과, 각종 물리량 분석장치로부터 직렬통신으로 입력되는 분석 데이터 처리를 위한 Serial Input Module(SIM)과, 그 외 데이터 저장장치인 Memory Board 및 전원을 공급하는 전원부 등이 포함되어 이루어져 있는 것이다.

상기 AIM, DIM, SIM을 거친 신호는 MCB에서 종합되어 통신제어장치(CCU)를 통하여 감시장치로 전송되는 것이다.

감시장치는 감시데이터 수집장치의 통신제어장치를 통하여 전송되어지는 각종 센서 데이터를 컴퓨터상에서 운영자가 실시간으로 감시할 수 있는 시스템을 의미하는 것이다.

운영자가 정의한 데이터의 기준치를 고려하여 데이터의 이상발생시 가청, 가시적인 형태로 운영자에게 인식시키며, 향후 사고를 대비하여 변전기기의 효과적인 유지보수를 위하여 측정데이터를 데이터베이스에 저장하게 되는 것이다.

감시장치는 크게 다음과 같은 3가지의 주 요소로 구성되어 있다.

첫 번째로 I/O Server인데, 상기 I/O Server는 통신제어장치로부터 전송되는 측정데이터를 감시장치에서 운영자가 모니터링 할 수 있도록 하며 데이터 베이스(Database)에 저장하는 기능을 담당한다.

두 번째로는 데이터 베이스 서버(Database Server)인데 데이터 베이스 서버(Database Server)는 변전기기의 상태 및 Trend를 분석하기 위하여 운영자가 정의한 변전기기의 측정데이터에 대하여 데이터 베이스(Database)에 저장하며 이벤트 및 사고에 대한 정보를 저장한다. 또한 변전설비에 대한 전반적인 데이터를 저장하는 것이다.

세 번째로는 HMI(Human Machine Interface)인데 HMI(Human Machine Interface)는 I/O Server를 통하여 올라온 측정데이터를 변전기기별로 분리하여 운영자가 쉽고 편리하게 온라인상에서 모니터링 할 수 있게 하는 것이다.

미설명 부호(3)은 피뢰기 동작 카운터이고, (4)는 피뢰기 접지선이다.

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 GIS의 운전상태 점검/순시 작업에 소요되는 수고가 필요없이 On-line으로 원격지에서 상시 감시가 가능하며, 이러한 상시 감시를 통해 만의 하나 발생되는 GIS의 운전 이상 즉, GIS 각 가스구획 별 누기 및 피뢰기의 열화 정도를 조기에 확인·경보가 가능하며, 신뢰성 높은GIS 운전이 가능하며, 또한 검침원의 순시에만 의존되었던 차단기 동작 횟수 및 피뢰기 동작횟수를 원격지에서 자동적으로 기록·보존이 가능하여 보수 계획 수립도 가능하며, 상기 감시유니트는 디지털 기술을 적용 데이터 취득장치 및 CT 신호처리부 2를 PCB화하여 경제성을 향상시켰으며, SMB 및 BNC 연결 케이블로 간단히 회로구성을 시킴으로써 조립의 용이성을 추가시킨 발명인 것이다.

Claims (3)

1. GIS의 운전상태를 원격지에서 감시 할 수 있는 감시시스템은 GIS에 부착되고 데이터 취득 장치가 연결된 감시 센서 유니트, 각 변전소에 설치되는 디지털 판넬의 신호 전송부, 주 변전소내 SCADA 시스템의 GIS 감시부로 구성되어진 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 감시 방법.
2. 제 1항에 있어서;

   데이터 취득 장치는 각 센서의 전원부 및 센서로부터 얻은 신호처리와, 원격지로 신호를 전송하며, GIS 1Bay당 설치되는 컨트롤 패널에 하나씩 설치되며 센서입력부, 신호출력부, 가스밀도 변환기용 전원부 및 CT 신호처리부용 전원부로 구성되어진 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 감시 방법.
3. 제 1항에 있어서;

   데이터 취득 장치에 차단기 동작 횟수를 감지하여 신호 변동을 데이터 취득 장치로 송부하는 보조 접점 "b"와,

   구획별 설치된 가스 밀도 센서로 가스 충진 상태를 감지하여 데이터 취득 장치로 송부하는 가스 밀도 센서인 GDT(Gas Density Transmitter)와,

   피뢰기 동작 횟수를 감지하여 신호 변동을 데이터 취득 장치로 송부하는 동작 카운터 접점과,

   피뢰기 접지선에 장착되어 피뢰기 누설 전류를 전압으로 계측하여 데이터 취득 장치로 송부하는 미소전류 측정용 변성기 CT 1(Current Transformer)가 연결 결합되어 이루어진 센서 유니트를 감시 데이터 수집 장치와 감시 장치로 이루어진 네트 워킹 모니터에 연결하는 것으로 구성되어진 것을 특징으로 하는

   센서용 전원부, 원격지 디지털 판넬용 신호전송부로 이루어져 있고, 내부는 PCB로 구성되며 연결단자는 SMB 및 BNC 컨넥터로 연결되어 있는 것으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 감시 방법.