KR20030001945A - 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치 - Google Patents

변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변압기내의 부분방전을 측정하기 위한 초음파 상시 감시장치에 관한 것이다. 본 발명의 초음파 상시 감시장치는 권선을 절연지로 둘러싸 권선의 층간 또는 선간의 절연이 유지되고, 절연성능과 냉각성능을 위해 절연유가 채워 밀봉되어진 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치에 있어서, 변압기에 설치된 다수개의 초음파 센서에서 감지된 초음파 신호를 입력받고, 변압기 외부에서 발생하는 각종 노이즈 신호를 제거하는 아날로그 신호처리 모듈; 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 소정 시간간격으로 발생한 초음파 펄스 수를 카운트하는 디지털 신호처리 모듈; 및 상기 카운트된 펄스 수를 이동평균값으로 환산하고 결과값을 통신라인을 이용해 예방진단시스템으로 전송하는 장치제어 모듈을 포함하여 구성된다.
상기와 같은 구성에 의하면 변압기 운전 중에 초음파 신호만을 지속적으로 측정하고, 그 결과를 예방진단시스템으로 전송하여 부분방전의 진전상태를 효과적으로 감시할 수 있게 된다.

Description

변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치{Ultrasonic On-line Detector for Partial Discharge in Transformer}
본 발명은 변압기내의 부분방전을 측정하기 위한 초음파 상시 감시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 권선을 절연지로 둘러싸 권선의 층간 또는 선간의 절연이 유지되고, 절연성능과 냉각성능을 위해 절연유가 채워 밀봉되어진 변압기내에서 부분방전이 발생하는 경우 절연유의 압축으로 인해 발생하는 초음파를 측정하기 위한 상시 감시장치를 개시한다.
전력수요의 증가와 더불어 변압기는 대용량화, 초고압화되고 있으며 변전소는 무인화되고 있는 추세이다. 이와 같이 대용량화된 변압기에서 사고가 발생하면 그 파급효과가 광범위하고, 경제적 손실과 심리적 불안이 막대하게 되어, 변압기의 사고를 예방하기 위한 절연진단의 필요성이 증가하고 있다.
최근 변압기의 신뢰성을 확보하여 안정적으로 전력을 공급하기 위해, 사고의 발단이 되는 이상징후를 변압기의 운전상태에서 상시로 측정하기 위한 상시 감시장치가 개발되고 있으며, 이러한 상시 감시장치에서의 데이터를 지속적으로 저장하여 그 증가경향으로 이상의 진전여부를 판단하고, 이상검출 데이터간의 상관관계로 이상의 유형을 판단하여, 이상징후가 진전하여 위험할 경우에는 운전을 정지하고 대책을 강구하기 위한 예방진단시스템이 개발되고 있다.
변압기 상시 감시에 적용되는 온라인 이상검출 기술로는 변압기 절연유의 가스분석 기술, 부분방전 측정기술, 온도 측정기술 등이 있다. 여기서 변압기의 중대사고 요인인 내부절연 이상은 반드시 부분방전을 수반하므로 부분방전과 변압기의 수명은 깊은 상관관계가 있다고 인정되어 왔다. 특히 부분방전은 이상징후 발생시 응답이 빠른 특성을 지니고 있으므로 부분방전을 측정하면 변압기 사고를 미연에 방지할 수 있는 유효한 방식이다. 변압기 내부에서 부분방전이 발생하면 부분방전에 의하여 절연유가 급격한 압축을 받아 펄스형태의 초음파가 발생한다.
일본국 특허청 공개특허공보 소화60-100060호에 종래의 "부분방전 검출장치"가 개시되어 있다. 상기 부분방전 검출장치는 변압기 외벽에 설치된 초음파 센서에서 초음파 신호를 전기적 신호로 변경하고, 이 신호를 검파기에서 구형파 신호로 변경한다. 음향신호가 검파기를 통과하면, 신호가 통과한 시점부터 임의로 설정된 지연시간을 가진 펄스파가 펄스 발생기에서 발생된다. 검파기를 거친 초음파 신호와 펄스 발생기에서 발생된 신호가 동시에 판단부로 입력되면, 판단부는 변압기 내부 부분방전 신호로 인식하여 메터로 표시한다. 상기 장치는 변압기 내부 부분방전에 의한 초음파 신호의 지속시간이 외부 유도 노이즈에 비해 길다는 것을 이용한 것으로, 외부 유도 노이즈에 의해 발생되는 신호는 신호의 지속시간이 짧아, 펄스 발생기에서 지연시간만큼 지연된 펄스파를 발생하게 되면 이미 소멸되어 판단부에는 동시에 입력되지 않으므로 초음파 신호로 인식되지 않게 한 것이다.
하지만 상기 특허에서는 단순한 논리회로와 메터 등을 이용하여, 특허 내용에서와 같이 시험원이 휴대하여 정기적으로 변압기의 이상진단에 사용하도록 고안된 장치로, 변압기의 운전중에 상시로 초음파 신호를 지속적으로 측정하고, 그 결과를 예방진단시스템으로 전송하여 부분방전의 진전상태를 감시하기 위한 상시 감시장치에는 적합하지 않다. 특히 이 장치는 변압기 내부 부분방전에 의한 초음파 신호보다 지속시간이 짧은 외부 유도 노이즈는 제거가 가능하나, 변압기의 정상운전 중에 발생하는 고유 진동, 변압기 냉각 팬, 냉각 펌프 및 탭절환장치의 동작시에 발생하는 기계적인 음향 등은 변압기 내부 부분방전에 의한 초음파 신호보다 지속시간이 길게 나타나므로 이러한 노이즈는 제거할 수 없고, 변압기에는 변압기 인입선로 등에서 발생하는 코로나 노이즈 등 복잡하고 다양한 초음파 신호가 많이 존재하므로, 논리회로와 같은 간단한 아날로그 회로를 이용하여서는 이러한 모든 노이즈를 제거할 수 없다.
또한 PCT 특허 공개공보 G01R 31/12, WO 96/18112(13 June 1996)호에 종래의 "Method and device for locating partial discharges in an electric high-voltage apparatus"가 개시되어 있다. 상기 특허는 절연유를 매개체로 하는 변압기에서 변압기 외함에 적어도 3개의 초음파 센서를 상호 일정한 거리만큼 이격하여 설치하고, 부분방전에 의해 발생되는 초음파 파형이 상기 초음파 센서들에 도달하는 시간차이를 이용하여 부분방전의 발생위치를 3차원으로 추정하는 것이다.
하지만 상기 특허는 초음파 파형의 도달시간을 정밀하게 측정 및 분석할 수 있도록, 수백 kHz 주파수 대역의 초음파 파형 자체를 계산하거나 화면에 표시하여야 하므로, 고속의 데이터 처리장치와 과도한 메모리가 필요하게 된다. 또한 초음파 파형의 많은 데이터 량으로 인하여 예방진단시스템으로 파형을 전송하는데 많은 시간이 소요되며, 데이터를 저장하기 위해 예방진단시스템에는 거대한 메모리가 필요로 하게 된다. 하지만 수 십년 동안 여러 가지 진단항목의 데이터를 저장해야 하는 예방진단시스템에는 개당 수백 킬로바이트(kbyte)에 해당하고, 초당 수 백개가 발생하는 부분방전에 의한 초음파 신호의 파형을 저장하는 것은 불가능하다. 특히 초음파 파형 자체를 계산 및 표시하기 위해서는 측정된 초음파 파형을 메모리에 저장하고, 저장된 파형을 화면에 표시하기 위해 일정한 시간동안 초음파 신호의 측정을 중지하여야 한다. 따라서 상기 특허는 변압기 내부에서 부분방전에 의한 초음파 신호가 확실히 존재하고, 그 상태가 상당히 위험할 경우에 부분방전의 위치를 파악하여 보수 등의 대책을 수립하기 위해 시험원이 휴대하여 임시로 사용하는 장치로 변압기 내부의 부분방전의 증가경향을 지속적으로 측정하기 위한 상시 감시장치로는 부적합하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 변압기 내부의 부분방전에 의한 초음파 신호만을 변압기의 운전 중에 지속적으로 측정하고, 변압기의 운전상태에서 초음파 신호의 중요한 데이터만을 예방진단시스템으로 전송하여 예방진단시스템이 변압기 내부에서 부분방전이 발생하는지의 여부와 그 진전상태를 상시로 감시할 수 있도록 하는 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치를 포함한 변압기 예방진단을 위한 전체 시스템도
도 2는 본 발명의 초음파 상시 감시장치의 구성도
도 3은 본 발명의 초음파 상시 감시장치를 구성하는 아날로그 신호처리 모듈의 일실시예를 구현한 블록도
도 4는 본 발명의 초음파 감시장치를 구성하는 디지털 신호처리 모듈의 일실시예를 구현한 블록도
도 5는 초음파 신호판별을 위한 부분방전 측정로직의 구현가능한 실시예를 도시한 파형도
도 6은 본 발명의 초음파 상시 감시장치를 구성하는 장치제어 모듈의 일실시예를 구현한 블록도
도 7은 부분방전에 의한 초음파 신호의 펄스 수를 카운트한 결과의 도표
도 8은 부분방전에 의한 초음파 신호의 펄스 수를 이동평균한 도표
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
100 : 변압기 200 : 초음파 센서
300 : 초음파 상시 감시장치 400 : 예방진단시스템
500 : 절연유 600 : 철심
700 : 권선 800 : 초음파 신호선
900 : 통신선 310 : 아날로그 신호처리 모듈
320 : 디지털 신호처리 모듈 330 : 장치제어 모듈
311 : 아날로그 모듈 서지 보호회로 312 : 신호 변환기
313 : 증폭기 314 : 협대역 필터
315 : 차동 신호 변환기 316 : 인터페이스 버스
321 : 디지털 모듈 서지 보호회로 322 : A/D 변환기
323 : 부분방전 측정 로직 324 : 부분방전 카운터
331 : 보조기억장치 332 : 주기억장치
333 : 중앙처리장치 334 : 통신포트
335 : 유지보수 포트 336 : ADC 337 : DAC
본 발명은 권선을 절연지로 둘러싸 권선의 층간 또는 선간의 절연이 유지되고, 절연성능과 냉각성능을 위해 절연유가 채워 밀봉되어진 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치로서,
변압기에 설치된 다수개의 초음파 센서에서 감지된 초음파 신호를 입력받고,변압기 외부에서 발생하는 각종 노이즈 신호를 제거하는 아날로그 신호처리 모듈;
상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 소정 시간간격으로 발생한 초음파 펄스 수를 카운트하는 디지털 신호처리 모듈; 및
상기 카운트된 펄스 수를 이동평균값으로 환산하고 결과값을 통신라인을 이용해 예방진단시스템으로 전송하는 장치제어 모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 초음파 감시장치는 외부노이즈를 제거하기 위해 바람직하기로는 아날로그 신호처리 모듈에 협대역 필터를 포함한다.
또한 보다 바람직하기로는 상기 아날로그 신호처리 모듈의 협대역 필터로부터 제거되지 않은 외부 노이즈를 제거하기 위해 디지털 신호처리 모듈에 소정의 부분방전 측정 로직을 포함하도록 한다.
상기 구성에 의하면 변압기 운전 중에 초음파 신호만을 지속적으로 측정하고, 그 결과를 예방진단시스템으로 전송하여 부분방전의 진전상태를 효과적으로 감시할 수 있게 된다.
이하 본 발명에 의한 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치를 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치를 포함한 변압기 예방진단을 위한 전체 시스템도이다. 상기 전체 시스템은 철심(600)을 축으로 설치된 권선(700)을 절연지로 둘러싸 권선의 층간 또는 선간의 절연을 유지하며, 절연성능과 냉각성능을 위해 내부에 절연유(500)가 채워진 변압기(100)와, 변압기 외벽에 다수 설치된 초음파 센서(200)와, 초음파 신호의 전달매체로서 초음파 신호선(800)과 본 발명에 의한 초음파 상시 감시장치(300) 및 예방진단시스템(400)을 포함하여 구성된다.
상기 구성의 변압기(100)는 운전시간이 경과함에 따라 절연지와 절연유(500)의 성능이 저하되며, 이러한 경우에 절연이 가장 약한 부분의 권선(700)에서 부분적인 방전이 발생되고, 부분방전이 지속되면 결국 절연파괴로 이어지게 된다.
이 경우 부분방전이 발생되면 절연유(500)는 급격한 압축을 받아 충격성의 초음파 신호를 발생한다. 부분방전에 의한 초음파는 변압기 외벽까지 전달되므로 변압기 외벽에 초음파 센서(200)를 설치하면 부분방전에 의하여 발생한 초음파 신호를 측정할 수 있다.
여러개의 초음파 센서(200)로부터 측정된 신호는 초음파 신호선(800)을 통해 본 발명의 초음파 상시 감시장치(300)로 입력되어, 변압기 외부에서 발생하는 각종 노이즈 신호를 제거한 뒤 디지털 신호로 변환되어 소정시간 간격동안 발생한 초음파 펄스 수를 카운트한다. 상기 카운트는 바람직하기로는 1초당 발생한 펄스 수로 한다.
상기 카운트된 초음파 펄스 수는 이동평균값으로 환산되어 보조기억장치, 바람직하기로는 플레쉬 메모리(331)에 임시저장하고, 소정시간 간격으로 통신선(900)을 이용하여 예방진단시스템(400)으로 전송되어 예방진단시스템의 하드디스크에 저장되고, 하드디스크에 저장된 초음파 신호 수는 모니터를 통해 표시된다.
이하 도 2를 통해 본 발명의 초음파 상시 감시장치를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 초음파 상시 감시장치(300)는 변압기에 설치된 다수개의 초음파 센서(200)에서 감지된 초음파 신호를 입력받고, 변압기 외부에서 발생하는 각종 노이즈 신호를 제거하는 아날로그 신호처리 모듈(310), 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 소정 시간간격으로 발생한 초음파 펄스 수를 카운트하는 디지털 신호처리 모듈(320), 상기 카운트된 펄스 수를 이동평균값으로 환산하고 결과값을 통신라인을 이용해 예방진단시스템으로 전송하는 장치제어 모듈(330)을 포함하여 구성된다.
상기 초음파 센서(200)는 변압기 내부의 부분방전에 의한 초음파 신호와 주파수 특성을 일치시켜 초음파 신호를 취득하는데 감도가 가장 좋도록 하며, 변압기 외함에 부착이 용이하도록 함이 바람직하다. 초음파 센서(200)는 초음파 신호를 전기적 신호로 변환하고, 본 발명에 의한 초음파 상시 감시장치(300)로 전송할 때 변전소의 각종 잡음에 강하고 신호처리 장치에서의 신호분석에 용이하도록, 초음파 센서 후단에 전치 증폭기(Pre-Amplifier, 도면 미도시)를 두어 신호를 증폭하고, 초음파 상시 감시장치(300)의 아날로그 신호처리 모듈(310)로 전송하도록 한다. 초음파 센서(200)에서 아날로그 신호처리 모듈(310)까지의 초음파 신호선(800)은 변전소의 각종 전기적 노이즈에 영향을 받지 않도록 이중 차폐함이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 초음파 상시 감시장치(300)를 구성하는 아날로그 신호처리 모듈(310)의 일실시예를 구현한 블록도이다.
아날로그 신호처리 모듈(310)로 입력된 초음파 신호는 신호에 유입되는 서지 노이즈로 인한 아날로그 신호처리 모듈(310)을 보호하기 위하여 아날로그 모듈 서지 보호회로(311)를 거치도록 함이 바람직하다.
상기 아날로그 모듈 서지 보호회로(311)를 거친 신호는 외부 접지와 장치의 접지를 전기적으로 절연시키기 위한 신호 변환기(312)를 거치도록 한다.
변압기에서 측정되는 초음파 신호의 크기는 아주 미약하기 때문에 신호처리를 용이하게 하기 위해 증폭기(313)에서 증폭하도록 하며, 이때 증폭도는 장치제어 모듈(330)에서 소프트웨어에 의해 채널별로 설정이 가능하도록 함이 바람직하다.
상기 증폭된 신호 중에서 변압기 외부에서 발생하는 각종 노이즈는 협대역 필터(314)를 통해 제거된다.
협대역 필터(314)를 거친 신호는 외부 노이즈 특성이 강하도록 접지에 대한 신호를 차동 신호로 변환하는 차동 신호 변환기(Single-Ended to differential Converter, 315)로 입력되고 인터페이스 버스(316)를 통하여 디지털 신호처리 모듈(320)로 전송된다.
상기 아날로그 신호처리 모듈(310)은 여러 개의 초음파 센서(200)에서 신호를 입력받을 수 있도록 다채널로도 설치할 수 있다.
도 4는 본 발명의 초음파 상시 감시장치(300)를 구성하는 디지털 신호처리 모듈(320)의 일실시예를 구현한 블록도이다.
아날로그 신호처리 모듈(310)로부터 유입된 초음파 신호는 디지털 신호처리 모듈(320)의 내부회로를 보호하기 위해서는 디지털 모듈 서지 보호회로(321)를 거쳐 A/D 변환기(322)로 전달함이 바람직하다.
A/D 변환기(322)는 수 백 kHz 대역인 변압기 내부의 부분방전에 의한 초음파 신호를 정밀하게 분석할 수 있는 해상도(Resolution)와 표본화(sampling rate)를 갖도록 함이 바람직하다.
A/D 변환기(322)에서 디지털 신호로 변환된 신호는 변압기 내부의 부분방전에 의해 발생하는 초음파 신호와 주파수 성분이 일치하여 협대역 필터(314)에서 완전하게 제거되지 못한 외부 노이즈를 부분방전 측정 로직(323)을 통해 제거하도록 하여 변압기 내부 부분방전에 의한 초음파 신호만을 출력한다.
상기 부분방전 측정 로직(323)은 아날로그 신호처리 모듈을 거친 초음파에 대하여 변압기 내부의 부분방전으로 인해 발생된 초음파 신호의 지속시간과 비교하여 노이즈인지 여부를 판단하도록 구성함이 바람직하다.
이하 상기 본 발명의 초음파 신호 판별을 위한 부분방전 측정 로직(323)의 구현가능한 실시예를 도 5에 도시한 파형도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5의 파형도에 의하면 변압기(100) 내부의 부분방전에 의해 발생한 초음파신호는 지수함수적으로 감소되는 형태를 나타내며, 일반적으로 지속시간은 수 내지수 십 밀리초(msec) 범위이다. 하지만 변압기 입인선의 금구류나 부싱 등에서 발생하는 코로나에 의한 전기적인 노이즈 신호의 지속시간은 수 백 마이크로초(μsec) 이하 범위를 나타내며, 변압기의 정상운전 중에 발생하는 고유 진동, 변압기 냉각 팬, 냉각 펌프 및 탭절환장치의 동작시에 발생하는 기계적인 음향 노이즈 및 비나 바람에 의한 환경적인 노이즈의 지속시간 등은 수 백 msec 이상의 범위를 나타낸다.
본 발명의 부분방전 측정 로직(323)은 초음파 신호가 입력되어 파형의 크기가 Vb(Threshold Level)보다 크게 되는 시점 이후의 처음 최대 피크(Max-Peak) 값에서부터 파형이 감소하여 Va(Settling Level)보다 작아지는 시점까지의 지속시간을 계산하고, 이 지속시간이 변압기 내부의 부분방전에 의해 발생하는 초음파 신호의 지속시간 범위인 Ta보다 작거나, Tb보다 크면 외부 노이즈로 판단하고, Ta보다 크고 Tb보다 작을 경우에 변압기 내부의 부분방전에 의해 발생하는 초음파 신호로 판단한다. 상기에서 Ta및 Tb는 부분방전에 의해 발생한 초음파를 대상으로 파형을 측정한 결과 실험적으로 얻어질 수 있는 값이다. 일반적으로 Ta는 최대 피크(Max-Peak) 값에서부터 Va 값 이하로 최초로 떨어지기 시작하는 시간으로 수 msec 정도에서 결정되며, Tb는 초음파가 소멸되는 시간으로 수십 msec지점에서 얻어진다.
상기와 같이 초음파 신호의 지속시간을 계산하면 변압기(100) 내부의 부분방전에 의해 발생하는 초음파 신호와 주파수 성분이 일치하여 협대역 필터(314)에서 제거되지 못한 외부 노이즈를 완전히 제거할 수 있다.
부분방전 측정 로직(323)에서 외부 노이즈를 제거한 초음파 신호는 부분방전 카운터(324)에서 실시간으로 초음파 신호의 수를 카운트한다. 이후 카운트된 초음파 신호는 인터페이스 버스(316)를 통하여 장치제어 모듈(330)로 전송된다.
도 6은 본 발명의 변압기 초음파 상시 감시장치(300)를 구성하는 장치제어 모듈(330)의 일실시예를 구현한 블록도이다.
디지털 신호처리 모듈(320)에서 카운트된 초음파 신호는 인터페이스 버스(316)를 통하여 장치제어 모듈(330)로 입력된다. 장치제어 모듈(330)의 중앙처리장치(333)에서는 소정 시간간격(바람직하기로는 1초당) 발생된 초음파 신호를 이동평균값으로 환산하여 보조기억장치(바람직하기로는 플래쉬 메모리를 포함한다)(331)에 임시 저장하고, 정해진 시간 간격으로 통신포트(334)를 통하여 예방진단시스템(400)으로 전송한다.
보조기억장치(331)는 예방진단시스템(400)과의 통신 장해가 발생할 경우에 데이터의 보존을 위하여 적어도 1일 동안의 데이터를 저장하도록 하며, 전원이 단절되어도 삭제되지 않도록 함이 바람직하다. 또한 보조기억장치(331)에는 적어도 초음파 상시 감시장치(300) 구동 소프트웨어 및 장치제어 알고리즘이 저장되어 아날로그 신호처리 모듈(310) 및 디지털 신호처리 모듈(320)을 제어하도록 하고, 예방진단시스템(400)과의 통신기능을 수행하는 소정의 프로그램을 저장한다.
장치제어 모듈(330)의 주기억장치(바람직하기로는 SRAM, DRAM을 포함한다)(332)는 운영체제가 사용할 수 있는 메모리 영역과 통신과 연산을 담당하는 임시 메모리 영역이며, 유지보수 포트(335)는 장치제어 모듈(330)의 프로그램을 관리하기 위한 통신포트(334)이다.
또한 ADC(336) 및 DAC(337)는 아날로그 신호처리 모듈(310)과 디지털 신호처리 모듈(320)을 시험 및 진단하고, 채널별 시스템 동작상태를 확인하는 진단모듈을 나타낸다.
상기 중앙처리장치(333)에서 이동평균을 환산하는 방법에 관해 보다 상세히 설명하도록 한다. 부분방전에 의하여 1초당 발생된 초음파 신호의 펄스 수는 도 7에서와 같이 시간에 따라 변동이 심하여 예방진단시스템(400)의 컴퓨터가 경향을 판별하여 요주의 및 주의 값을 초과할 경우에 경고신호를 발생하기가 매우 어려운 문제가 있다.
본 발명에서는 예방진단시스템(400)의 컴퓨터가 초음파 신호 수의 경향을 용이하게 판별하도록 하기 위한 수단으로 바람직하기로는 데이터의 진전상태를 이동평균(moving average)하는 방법을 이용하도록 한다.
상기 데이터의 진전상태에 대한 이동평균은 하기식으로부터 표현될 수 있다.
+···+ x(n)} + x(n-1) + ····+ x(n-M_2 ) right } }
상기에서 M1은 n번째의 데이터에서부터 앞으로 M1개의 데이터이며, M2는 n번째의 데이터에서부터 뒤로 M2개의 데이터를 의미한다. 이는 원 신호에서 n번째 데이터의 앞, 뒤로 M1＋M2＋1개의 데이터를 평균하여 n번째에 나타낸 것을 의미한다.
도 8은 부분방전에 의한 초음파 신호의 펄스 수를 이동평균한 도표로, 그림에서와 같이 부분방전의 진전상태를 예방진단시스템(400)의 컴퓨터가 분석하여 감시하기가 아주 용이함을 알 수 있다.
장치제어 모듈(330)에서 통신선(900)을 통하여 예방진단시스템(400)으로 전송된 이동평균값은 예방진단시스템(400)의 하드 디스크에 저장되며, 시간별 변화경향을 화면에 표시하도록 함이 바람직하다. 또한 부분방전이 진전하여 설정된 요주의 및 주의 값을 초과하여 위험할 경우에는 운영자에게 경고신호를 발생하며, 화면에는 초음파 센서(200)의 동작 여부 및 경고가 발생한 초음파 센서(200)를 표시하도록 함이 바람직하다.
또한 본 발명의 초음파 상시 감시장치를 이용하면 예방진단시스템(400)에서 축적된 데이터를 활용하여 시간별, 일별, 월별 및 특정 기간별 부분방전의 진전경향을 분석함이 가능해진다.
본 발명에 의하면 변압기 운전 중에 초음파 신호를 지속적으로 측정하고, 그 결과를 예방진단시스템으로 전송하여 부분방전의 진전상태를 효과적으로 감시할 수 있다. 또한 변압기 내부의 부분방전을 제외한 외부로부터의 각종 노이즈의 제거가 가능하므로 부분방전에 의한 신호만을 측정할 수 있으며, 초음파 신호의 펄스 수를 이동평균값으로 환산하여 예방진단시스템으로 전송함으로써 원격의 예방진단시스템에서 데이터를 지속적으로 저장하여 그 증가경향으로 이상의 진전여부를 판단하고 이상검출 데이터간의 상관관계로 이상의 유형을 판단할 수 있도록 한다.

Claims (8)

  1. 권선을 절연지로 둘러싸 권선의 층간 또는 선간의 절연이 유지되고, 절연성능과 냉각성능을 위해 절연유가 채워 밀봉되어진 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치에 있어서,
    변압기에 설치된 다수개의 초음파 센서에서 감지된 초음파 신호를 입력받고, 변압기 외부에서 발생하는 각종 노이즈 신호를 제거하는 아날로그 신호처리 모듈;
    상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 소정 시간간격으로 발생한 초음파 펄스 수를 카운트하는 디지털 신호처리 모듈; 및
    상기 카운트된 펄스 수를 이동평균값으로 환산하고 결과값을 통신라인을 이용해 예방진단시스템으로 전송하는 장치제어 모듈을 포함함을 특징으로 하는 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치.
  2. 제 1항에 있어서, 아날로그 신호처리 모듈은 각종 노이즈를 제거하기 위한 협대역 필터를 포함함을 특징으로 하는 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 디지털 신호처리 모듈은 협대역 필터에서 제거되지 않은 외부 노이즈를 제거하기 위한 부분방전 측정 로직을 포함함을 특징으로 하는 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 아날로그 신호처리 모듈은
    서지 노이즈로부터 보호하기 위한 서지 보호회로와,
    외부접지와 장치내 접지를 전기적으로 절연하기 위한 신호 변환기와,
    신호처리를 용이하게 하기 위해 소프트웨어에 의해 채널별로 설정이 가능한 증폭기와,
    변압기 외부에서 발생하는 각종 노이즈를 제거하기 위한 협대역 필터와,
    외부 노이즈 특성이 강인하도록 접지에 대한 신호를 차동신호로 변환하는 차동 신호 변환기 및,
    디지털 신호처리 모듈로 전송하기 위한 인터페이스 버스를 포함함을 특징으로 하는 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 디지털 신호처리 모듈은
    내부회로 보호를 위한 서지 보호회로와,
    아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환기와,
    협대역 필터에서 제거되지 않은 외부 노이즈를 제거하기 위한 부분방전 측정로직과,
    실시간으로 초음파 신호의 펄스 수를 카운트하기 위한 부분방전 카운터 및,
    카운트된 초음파 신호를 장치제어 모듈로 전송하기 위한 인터페이스 버스를 포함함을 특징으로 하는 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 부분방전 측정 로직은
    아날로그 신호처리 모듈을 거친 초음파에 대하여 부분방전으로 인해 발생된 초음파 신호의 지속시간과 비교 판단하여 노이즈인지 여부를 판단하도록 구성됨을 특징으로 하는 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치.
  7. 제 1항에 있어서, 장치제어 모듈은
    주기억장치;
    카운트된 펄스 수를 이동평균값으로 환산하는 중앙처리장치;
    적어도 감시장치 구동 프로그램과 각 장치를 제어하는 장치제어 알고리즘 및 예방진단시스템과의 통신기능을 제공하기 위한 프로그램을 내장한 보조기억장치; 및,
    아날로그 신호처리 모듈 및 디지털 신호처리 모듈을 시험 및 진단하고 채널별 시스템 동작상태를 확인하는 진단모듈을 포함함을 특징으로 하는 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치.
  8. 제 1항에 있어서, 이동평균값의 환산은 하기식을 이용함을 특징으로 하는 변압기내 부분방전 측정용 초음파 상시 감시장치.
    상기 식에서 M1은 n번째의 데이터에서부터 앞으로 M1개의 데이터이며, M2는 n번째의 데이터에서부터 뒤로 M2개의 데이터를 의미한다
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