KR20060037165A

KR20060037165A - 가스절연 개폐장치용 지능형 부분방전 검출센서

Info

Publication number: KR20060037165A
Application number: KR1020040086346A
Authority: KR
Inventors: 구선근; 윤진열; 박기준
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-03
Also published as: KR100662008B1

Abstract

본 발명은 가스절연 개폐장치(GIS)용 부분방전 검출센서의 한 종류로써 센서 내부에 전원부, AC 위상검출기, 신호처리부, 통신부를 내장하여 센서 외부로부터 별도의 전원공급 없이 센서 자체에서 부분방전신호를 측정하고 분석한 후 이를 변전소 운전자가 알 수 있도록 전송하는 기능을 갖는 지능형 부분방전 검출센서에 관한 것이다.

Description

가스절연 개폐장치용 지능형 부분방전 검출센서{Intelligent partial discharge sensor for gas insulated switchgear}

도 1은 본 발명의 구성을 나타낸 구성도,

도 2는 센서의 신호검출부에서 검출된 신호의 예시도,

도 3은 저역통과 필터를 거친 후의 검출신호의 예시도,

도 4는 AC 전원 위상검출기에서 출력된 신호의 예시도,

도 5는 고역통과 능동조절가능 필터에서 거친 후의 신호 예시도,

도 6은 신호증폭기에서 증폭된 검출신호의 예시도,

도 7은 영상검출기를 통과한 검출신호의 예시도,

도 8은 신호처리장치에서 디지털 신호로 변환된 검출신호의 예시도,

도 9는 신호처리부 구성의 회로도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

100 : 지능형 가스절연 개폐장치용 부분방전 검출센서,

110 : 신호검출부, 120 : 써지보호장치,

130 : 저역통과필터,

131 : 고역통과 능동조절가능(Active Tuneable) 필터,

140 : 전원부, 150 : AC전원 위상검출부,

160 : 신호증폭부, 170 : 영상검출기,

180 : 디지털 신호처리부, 181 : 디지털 신호변환기,

182 : 패턴 분류기(Pattern Classifier),

183 : 버퍼, 190 : 통신부,

200 : 가스절연 개폐장치, 210 : 가스절연 개폐장치의 중앙도체,

220 : 가스절연 개폐장치의 외함,

300 : 중앙제어실,

410 : 신호검출부에서 측정된 부분방전신호,

420 : 가스절연 개폐장치의 인가전압에 의해 신호검출부 유기된 신호.

본 발명은 변전소 및 기타 수전설비에 사용되는 가스절연 개폐장치(Gas Insulated Switchgear; 이하 GIS)의 내부에서 발생하는 부분방전을 감지할 수 있는 가스절연 개폐장치용 지능형 부분방전 검출센서에 관한 것이다.

일반적으로 GIS는 높은 안정성과 작은 설치공간으로 밀집형 수, 변전 설비에 널리 쓰이고 있으나, 내부가 밀폐되어 있어 점검이 용이치 않으며 고장 발생시 피해범위 및 파급효과가 크다. 따라서 GIS 내부의 이상을 미리 감지하여 고장을 미연에 예방할 수 있는 기술들이 필요하며 이중 대표적인 기술은 GIS 고장의 전조로 발생하는 부분방전을 방전시 유기되는 극초단파대역(300 - 3000 MHz)의 전자파를 GIS 에 장착된 센서를 이용해 감지함으로서 고장 가능성을 미연에 경고하는 UHF 부분방전검출기법이다.

이러한 부분방전 검출용 극초단파 센서에 대한 종래의 기술은 다음의 두 가지로 나눌 수 있다

첫째 기술로는 GIS 내부 또는 스페이서 등에 극초단파 대역의 부분방전신호를 감지할 수 있는 센서를 부착하고 센서로부터 측정된 신호를 전처리 과정 없이 동축선을 통해 센서로부터 떨어진 곳에 위치한 신호처리장치에 전송하는 방법으로이다.

이 경우 센서 자체의 구조가 비교적 간단한 장점이 있으나 센서의 출력신호가 동축선으로 전송될 때 신호감쇄가 커서 신호처리장치를 센서의 주위에 배치해야하는 공간적인 제약이 따른다.

두 번째 기술은 동축선의 신호감쇄로 인한 센서와 신호처리장치의 공간적 제약을 제거하기 위해 극초단파 부분방전 센서의 출력단에 증폭기 및 주파수 변환기를 장착하여 미세한 부분방전신호를 충분한 크기로 증폭시키고 신호감쇄가 작은 주파수 대역으로 변환시킨 후 센서로부터 비교적 멀리 설치된 신호처리장치로 전송하는 방법이다.

이 경우 신호처리장치의 설치위치에 대한 제약이 첫 번째 기술에 비해 많이 해소되었으나 여전히 별도의 신호처리장치가 필요하므로 공간적 제약이 존재하고 센서 후단의 증폭기 또는 주파수 변환기와 같은 능동소자에 전원을 공급해줘야 하는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 센서 내부에 방전신호를 분석할 수 있는 AC전원 위상검출기 및 신호처리부를 탑재하고, 이를 구동하기 위한 전원을 GIS 외부에서 공급받지 않고 자체적으로 GIS로부터 공급받음으로써 센서와 신호처리부의 거리제한을 근본적으로 해결함은 물론 센서에 통신부를 내장하여 센서에서 분석된 부분 방전정보를 디지털 신호로 변환 후 직접 중앙제어실 또는 원격지의 변전소 운전원에게 전송할 수 있는 가스절연 개폐장치용 지능형 부분방전 검출센서를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 극초단파 검출센서(100)에 전원부(140), AC 위상검출기(150), 신호처리부(180), 통신부(190)를 집적하여 센서 외부로부터 전원공급 없이 센서 자체에서 부분방전신호를 분석하고 이를 변전소 운전자가 판독할 수 있도록 전송해 주는 지능형 극초단파 GIS 부분방전 검출 센서에 관한 것으로, 이하 첨부된 도면에 의거해 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

즉, 본 발명은 변전소 GIS 내부에서 발생하는 부분방전신호를 검출할 수 있는 검출센서에 있어서, 상기 검출센서(100) 내 능동소자의 전원을 공급하기 위한 전원부(140)와;

GIS에 인가된 교류전압의 위상을 검출할 수 있는 AC전원 위상검출기(150)와;

부분방전신호의 측정대역을 조정할 수 있는 고역통과 능동조절 가능 필터(131), 방전신호를 증폭하기 위한 신호증폭기(160) 및 영상신호를 추출할 수 있는 영상검출기(170)와;

부분방전신호를 디지털 신호로 변환하고 가공할 수 있는 신호처리부(180)와;

센서의 외부로 측정 및 분석된 정보를 전송할 수 있는 통신부(190)로 구성되어 있다.

도 1은 지능형 극초단파 부분방전 검출센서의 기본 구성으로 센서의 감지부(110)가 도 2와 같이 GIS 내 극초단파 부분방전 신호(410) 및 GIS 중앙도체(210)에서 유기된 전원 신호(420)를 감지하여 이를 써지로부터 신호처리부를 보호하기 위한 써지보호장치(120)를 통과시킨 후 저역통과필터(130)와 고역통과 능동조절가능 필터(131)에 입력한다.

상기 저역통과필터(130)는 입력된 신호중 주파수가 높은 부분방전신호(410)를 제거한 후 도 3과 같은 GIS에 인가된 전원신호(420)만을 전원부(140) 및 AC전원 위상검출기(150)로 전송한다. 전원부(140)는 입력된 GIS AC 전원신호를 평활하여 DC로 변환한 후 센서 내부의 각종 능동소자에 전원을 공급한다. AC 전원 위상검출기(150)는 AC 전원의 위상이 0˚인 시점에서 도 4와 같이 0˚위치를 표시하는 신호를 발생시킨다.

고역통과 능동조절가능 필터(131)는 센서감지부(110)에서 입력된 신호에서 극초단파 대역중 비교적 외부 잡음이 작은 대역의 부분방전신호만을 도 5와 같이 추출하여 신호증폭부에(160)에 입력한다. 신호증폭부(160)는 작은 크기의 방전신호를 도 6과 같이 증폭시킨다. 증폭된 신호는 영상검출기(170)를 지나면서 도 7과 같 이 신호처리부(180)에서 처리할 수 있는 도 7과 같은 모양의 비교적 낮은 주파수를 가진 유니폴라(unipolar) 형식의 영상신호로 변형되어 신호처리부(180)에 전달된다. 도 9에서 신호처리부(180)의 디지털 신호 변환기(181)는 AC 전원 위상검출기(150)에서 출력된 GIS 교류전압 위상의 0˚에서 발생한 신호를 기준으로 적절한 시간간격으로 부분방전 영상신호를 도 8과 같이 디지털 신호로 변환한다.

이때 미리 디지털 신호 변환장치(181)에서 설정한 문턱치 이상의 신호가 존재할 경우 신호처리부(180) 내의 마이크로 프로세서 또는 DSP등에 탑재된 신경망 네트워크(neural network), 퍼지(fuzzy) 등의 기법으로 구성된 패턴 분류기(182)에서 측정신호로부터 GIS 결함원인 또는 잡음의 종류를 유추한 후 변환된 부분방전 영상신호와 같이 버퍼(183)에 저장한다.

그리고 상기 통신부(190)에서는 저장된 방전원인과 영상신호를 IEC61850 또는 TCP/IP 프로토콜 등을 기반으로 광섬유, 동축선, 이중 꼬임선(twist pair), 무선랜, 블루투스, 광대역 통신, 이동통신(CDMA, TDMA) 등의 방법으로 변전소 중앙제어실, 변전소 이외의 원격감시실 또는 개인용 휴대 단말기 등으로 전송하여 변전소 운전원들이 장소에 구애받지 않고 센서에서 감지된 방전신호를 확인, 저장할 수 있도록 한다.

상기와 같은 본 발명은 본 발명을 통해 전지나 외부의 전원공급 없이 센서 자체에서 GIS를 통해 직접 전원을 공급받기 때문에 전지의 교환이나 전원선을 배치할 필요가 없다.

그리고 신호처리부를 센서에 내장시킴으로써 신호처리부와 센서 사이의 거리한계를 근원적으로 제거함은 물론 측정된 신호를 센서에서 직접 가공하여 필요한 정보만을 중앙제어실 및 기타 장소에 전송함으로써 통신선로의 트래픽 양을 획기적으로 줄일 수 있다.

또한 센서에 내장된 통신부는 원거리에서 개인용 휴대 단말기로 센서의 정보를 직접 보낼 수 있으며, 특히 통신부의 통신방법을 무선랜으로 사용할 경우 센서 후단에 일체의 물리적인 전송선로를 제거할 수 있어 전송선로의 유지보수가 필요가 필요 없고, 복잡한 선로에 의해 변전소 미관을 해칠 염려가 없다.

이와 더불어 본 발명의 지능형 센서는 자체전원공급기능을 가진 디지털 화 된 신호처리부 및 통신부를 가지고 있어 디지털 변전소의 GIS에 장착시 센서 자체가 하나의 장치로서의 역할을 수행할 수 있다.

Claims

변전소 GIS 내부에서 발생하는 부분방전신호를 검출할 수 있는 검출센서에 있어서,

상기 검출센서(100) 내 능동소자의 전원을 공급하기 위한 전원부(140)와;

GIS에 인가된 교류전압의 위상을 검출할 수 있는 AC전원 위상검출기(150)와;

부분방전신호의 측정대역을 조정할 수 있는 고역통과 능동조절 가능 필터(131), 방전신호를 증폭하기 위한 신호증폭부(160) 및 영상신호를 추출할 수 있는 영상검출기(170)와;

부분방전신호를 디지털 신호로 변환하고 가공할 수 있는 신호처리부(180)와;

센서의 외부로 측정 및 분석된 정보를 전송할 수 있는 통신부(190)로 구성된 가스절연 개폐장치용 지능형 부분방전 검출센서.
제 1 항에 있어서, 상기 전원부(140)가 전지나 센서 외부의 전원공급 없이 GIS에 인가된 교류전압으로부터 유기된 전력을 이용해 센서내 능동소자에 구동전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치용 지능형 부분방전 검출센서.
제 1항에 있어서, 상기 신호처리부(180)에 패턴 분류기(182)가 내장되어 있어 센서가 부분방전 신호로부터 GIS 결함 원인 또는 잡음의 종류를 유추하는 기능을 탑재한 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치용 지능형 부분방전 검출센서.
제 1항에 있어서, 상기 통신부(190)가 측정 및 유추한 방전원인 정보 및 방전신호를 IEC61850 또는 TCP/IP 프로토콜 등과 같은 디지털 통신방법으로 광섬유, 동축선, 이중 꼬임선, 무선랜, 블루투스, 광대역 통신, 이동통신(CDMA, TDMA) 또는 기타 방법으로 변전소 중앙제어실, 변전소 이외 지역의 원격 감시실 또는 개인용 휴대 단말기에 전송할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치용 지능형 부분방전 검출센서.