KR20080099429A - 전력용 변압기의 진단시스템 - Google Patents

Abstract

이 발명은 전력 공급을 위해 변전소 내에 설치되는 전력용 변압기의 감시장치, 진단 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 상기 감시장치로부터 전력용 변압기의 부분 방전(Partial Discharge)에 의한 내부 결함에 관한 정보를 수신하고, 상기 감시장치의 각 센서들의 위치를 읽어온다. 그리고 나서, 상기 내부 결함에 관한 정보와 상기 센서위치를 참조하여 내부 결함 위치를 추정하고, 추정된 내부 결함 위치를 표시한다. 여기서, 본 발명에서는 감시장치의 센서를 변압기 내부가 아닌 외벽에 부착하여 쉽게 설치할 수 있고 실시간으로 빠른 진단이 가능하며 변압기 내부 결함의 위치를 쉽게 파악할 수 있다.

변전소, 전력용, 변압기, 내부 결함, 부분방전, 고장 진단 시스템, 노이즈 제거, 위치 추정

Description

전력용 변압기의 감시장치, 진단시스템 및 그의 제어방법 {Acoustic Emission measurement intelligent Device), Diagonos system, and a method thereof}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 감시장치의 외관도이다

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치의 구성도이다.

도 3 및 도 4는 내부 결함(부분 방전)에 의한 신호와 노이즈를 나타낸 도면이다.

도 5는 부분 방전 정보에 포함되는 용어를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 각 채널별 내부 결함(부분 방전)에 의한 신호를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 진단 시스템의 구성도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 진단 시스템의 제어방법의 흐름도이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 진단 시스템의 기본 화면을 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 진단 시스템에서 내부 결함의 위치를 추정하는 예를 나타낸 도면이다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 진단 시스템에서 실제로 2차원 및 3차원으로 위치를 추정한 예를 나타낸 도면이다.

이 발명은 전력용 변압기에 관한 것으로, 특히, 전력용 변압기에서 발생하는 부분방전에 의한 내부결함을 감시하는 장치, 진단 시스템 및 그들의 제어방법에 관한 것이다.

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 내부 결함의 징후를 변압기의 운전 상태에서 상시로 측정하기 위한 상시 감시장치가 개발되고 있으며, 이러한 상시 감시장치에서의 데이터를 지속적으로 저장하여 그 증가경향으로 내부 결함의 진전여부를 판단하고, 검출 데이터간의 상관관계로 결함의 유형을 판단하여, 결함에 의한 징후가 진전하여 위험할 경우에는 운전을 정지하고 대책을 강구하기 위한 예방진단시스템이 개발되고 있다.

변압기 상시 감시에 적용되는 온라인 결함 검출 기술로는 변압기 절연유의 가스분석 기술, 부분방전 측정기술, 온도 측정기술 등이 있다. 여기서 변압기의 중대사고 요인인 내부절연 결함은 반드시 부분방전을 수반하므로 부분방전과 변압기의 수명은 깊은 상관관계가 있다고 인정되어 왔다. 특히 부분방전은 결함 징후 발 생시 응답이 빠른 특성을 지니고 있으므로 부분 방전을 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 검출장치"는 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 결함 진단에 사용하도록 고안된 장치로, 변압기의 운전중에 상시로 초음파 신호를 지속적으로 측정하고, 그 결과를 예방진단시스템으로 전송하여 내부 결함의 진전 상태를 감시하기 위한 상시 감시장치에는 적합하지 않다. 특히 이 장치는 변압기 내부 결함에 의한 초음파 신호보다 지속시간이 짧은 외부 유도 노이즈는 제거가 가능하나, 변압기의 정상운전중에 발생하는 고유 진동, 변압 기 냉각 팬, 냉각 펌프 및 탭절환장치의 동작시에 발생하는 기계적인 음향 등은 변압기 내부 결함에 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, 내부 결함에 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 파형자체를 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 백개의 펄스가 발생하는 내부 결함에 의한 초음파 신호의 파형을 저장하는 것은 불가능하다. 특히 초음파 파형 자체를 계산 및 표시하기 위해서는 측정된 초음파 파형을 메모리에 저장하고, 저장된 파형을 화면 에 표시하기 위해 일정한 시간동안 초음파 신호의 측정을 중지하여야 한다. 따라서 상기 특허는 변압기 내부에서 결함에 의한 초음파 신호가 확실히 존재하고, 그 상태가 상당히 위험할 경우에 내부 결함의 위치를 파악하여 보수 등의 대책을 수립하기 위해 시험원이 휴대하여 임시로 사용하는 장치로 변압기 내부의 결함의 증가경향을 지속적으로 측정하기 위한 상시 감시장치로는 부적합하다.

이외에도 여러 종래기술이 존재하나 좀더 효율적으로 변압기내의 결함을 측정하는 감시장치 또는 이를 이용한 진단 시스템이 필요한 실정이다.

이 발명의 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 센서를 쉽게 설치할 수 있고, 실시간으로 빠른 진단이 가능하며 변압기 내부 결함의 위치를 파악할 수 있는 전력용 변압기의 감시장치, 진단시스템 및 그들의 제어방법을 제공하는 것이다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 전력용 변압기 감시 장치는,

전력용 변압기에서 발생하는 내부결함을 감지하여 외부의 진단 시스템으로 알려주는 전력용 변압기 감시장치로서,

상기 변압기 내부에서 발생하는 내부 결함을 감지하기 위한 센서부;

상기 센서부의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 신호 변환부;

상기 진단 시스템과 통신을 수행하는 통신부;

상기 아날로그/디지털 신호 변환부의 출력신호가 소정의 제1 기준값 이상의 시간 동안 지속되는지를 판단하여, 그 이상인 경우에만 상기 검출 신호의 정보를 상기 통신부를 통해 상기 진단시스템으로 송신하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 진단 시스템은,

적어도 하나의 감시장치로부터 전력용 변압기의 내부 결함에 관한 정보를 수신하여 진단을 하는 진단 시스템으로서,

사용자의 선택을 입력받는 입력부;

정보를 표시하는 표시부;

상기 내부 결함에 관한 정보 및 각 변압기별 부분방전 위치 정보를 저장하는 저장부;

상기 감시장치들과의 통신을 제어하는 감시장치 제어부;

상기 변압기에 장착된 센서들의 위치 정보를 저장하는 메모리;

상기 입력부의 입력신호에 대응하여 상기 저장부의 저장 정보를 참조하여 감시장치가 감시하는 변압기의 내부 결함 특성을 분석하여 상기 표시부에 표시하는 변압기 특성 분석부;

상기 감시장치로부터 입력된 내부 결함에 관한 정보에 따라 상기 메모리를 참조하여 부분 방전이 일어난 변압기 내의 위치를 추정하여 상기 표시부에 표시하는 위치 추정부를 포함한다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 진단 시스템의 제어방법은,

적어도 하나의 감시장치로부터 전력용 변압기의 내부 결함에 관한 정보를 수신하여 진단을 하는 진단 시스템의 제어방법으로서,

상기 감시장치로부터 전력용 변압기의 내부 결함에 관한 정보를 수신하는 단계;

상기 감시장치의 각 센서들의 위치를 읽어오는 단계;

상기 부분 방전에 관한 정보와 상기 센서위치를 참조하여 내부 결함 위치를 추정하는 단계;

추정된 내부 결함 위치를 표시하는 단계를 포함한다.

상기 내부 결함에 관한 정보와 상기 센서위치를 참조하여 내부 결함 위치를 추정하는 단계에서 내부 결함을 감지한 센서가 2개인 경우 2개의 센서에 해당하는 영역을 세분화 하여, 각 신호간의 도달 시간차를 계산 적용하여 계산 결과에 해당하는 영역을 내부 결함 위치로 추정하는 것을 특징으로 한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 내부결함을 감시하는 감시 장치(AMiD; Acoustic Emission measurement intelligent Device)와 진단 시스템은 전력계통의 필수 구성요소인 전력용 변압기에 대한 예방진단 장비중 하나로 변압기의 운전 상태에서 온라인으로 결함 징후를 상시 감시하여 급속히 진행되는 결함 징후에 대하여 경보를 발생함으로써, 불시정전을 방지하고 막대한 산업 손실 및 심리적 불안을 예방하는 취지의 장비들이다.

따라서 이러한 변압기 예방진단 장비를 안정적으로 적용함으로써 설비의 신뢰도를 향상시켜 전력의 안정공급에 기여할 수 있으며, 감시의 자동화로 운영 및 유지보수 인력을 감소할 수 있으므로 변전소 종합 자동화시스템의 기반기술을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 감시장치의 외관도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부 블럭 구성도이다.

도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 특징에 따른 전력용 변압기 감시 장치는, 전력용 변압기(100)에서 발생하는 내부 결함을 감지하여 외부의 진단 시스템으로 알려주는 전력용 변압기 감시장치(200)로서, 센서부(210), 증폭부(220), 필터부(230), 아날로그/디지털 변환부(240), 제어부(250), 통신부(260)를 포함한다.

센서부(210)는 복수개의 센서부를 포함하며, 필요에 따라 4개 또는 8개 또는 그 이상의 센서를 포함할 수 있고, 변압기의 외벽에 장착된다. 변압기(100) 내부에서 결함이 발생하면 그 부위에는 국부적인 발열이 동반되며 그 발생 열에 의해 주변의 매질이 급격한 압축을 받아 충격파로 변압기(100) 내부를 통해 전파되는 펄스형태의 신호가 수반된다. 이 펄스 형태의 신호는 변압기 내의 매질을 통해서 방사형으로 퍼져나가게 되며 이 신호는 변압기 외벽에 부착한 센서부(210)의 센서에 의해 검출된다. 증폭부(220)는 센서부(210)의 센서에서 출력되는 신호를 소정의 크기로 증폭한다. 필터부(230)는 증폭부(220)에서 증폭된 신호를 필터링한다. 증폭부(220) 및 필터부(230)는 필요에 따라 선별적으로 사용 또는 삭제될 수 있다. 아날로그/디지털 변환부(240)는 필터부(230)의 아날로그 출력신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 통신부(260)는 진단 시스템(300)에 상기 센서부(210)를 통해 감지된 신호에 관한 정보를 제어부(250)의 제어에 따라 송신한다. 제어부(250)는 상기 아날로그/디지털 신호 변환부(240)의 출력신호가 내부 결함을 판단하는 소정의 제1 기준값 이상의 시간 동안 지속되는지를 판단하여, 그 이상인 경우에만 상기 검출 신호의 정보를 상기 통신부를 통해 상기 진단시스템으로 송신하도록 제어한다.

본 발명의 실시예에 따른 감시장치는 초음파 측정기법을 이용한 변압기 예방진단에 관한 연구 결과를 이용한 장비로서 변압기(100)의 열화 진단을 위하여 전력용 변압기(100)의 소정 부위에 최대 8개의 초음파 센서를 부착하고 변압기 절연파괴의 전구현상인 부분방전에 의한 초음파 신호를 변압기 운전 중에 상시 측정, 내부 결함의 진전과정을 상시 감시하여 변압기의 사고를 미연에 방지하기 위한 장비 이며, 초음파 신호 계수의 정도를 높이기 위한 실시간 신호처리 기법을 적용하였다. 이 감시 장치(200)는 변압기 내부의 결함으로 인해 발생한 충격신호를 정밀 취득하여 내부 결함 진전의 트렌드(Trend)를 구하고, 취득 신호의 계산 결과를 원격의 진단시스템(300)에 전송한다. 감시 장치(200)는 변압기 고유 진동 및 전기적인 잡음 등을 차단하기 위하여 70[kHz]∼300[kHz] 대역의 초음파 신호를 집중 관찰하도록 제작되었으며, 현장에서 자체적인 진단 기능 및 운용이 가능하도록 데이터 송수신 및 내부 결함 신호의 측정, 분석, 감시 기능을 가진 소프트웨어가 탑재될 수 있다.

초음파 센서는 150kHz 공진형 압전소자를 사용하고, 60dB 증폭률을 갖는 프리앰프를 내장하고 있으며, 우천 시 변압기 외함 등으로부터 유입될 수 있는 전기 노이즈를 최소화시켜 전력용 변압기 on-line 진단에 최적화시켰다.

증폭부(220), 필터부(230), 아날로그/디지털 변환부(240), 제어부(250), 통신부(260)는 하나 또는 두개의 보드 형태로 제작될 수 있고, 서로간의 통신 방식은 Modbus 프로토콜 방식 및 RS485 직렬 통신방식을 채용할 수 있고, 통신제어 및 데이터 전송은 FPGA 통해 이루어질 수 있다.

증폭부(220)의 증폭률은 0 ~ 40dB이며, 20dB 단위로 증폭률을 설정 가능하도록 되어 있고, 필터부(230)는 통과 대역은 70 ~ 300kHz이다. 아날로그/디지털 변환부(240)는 각 센서의 채널별로 각각 12bit / 50 Ms/s의 변환기를 사용하고, 신호의 분석은 부분방전 분석 알고리즘이 내장된 고성능 FPGA를 제어부(250)에 적용하였다. 제어부(250)는 실 부분방전에 의한 신호만을 검출할 수 있도록 설계되며, 실 내부 결함에 의한 신호와 노이즈 신호를 구분하여 내부 결함에 의한 신호로 판단될 경우 내부 결함에 의한 초음파 신호의 크기, 펄스 카운트, 각 신호간의 도달시간차(??t) 등을 계산하여 진단 시스템(300)에 송신해준다.

도3은 신호 지속 시간이 30msec 이상인 경우로서, 내부 결함을 검출한 신호를 나타내며, 경우에 따라서는 1~2msec인 경우도 있다. 따라서, 노이즈를 판단하는 기준값을 설정시에 참고로 한다.

도 4는 신호 지속시간이 2micro sec인 경우로서, 내부 결함에 의한 신호가 아니라 노이즈 신호를 나타내며, 이런 경우는 무시하고, 진단 시스템(300)으로 신호를 전송하지 않는다.

도 5는 진단 시스템으로 전송되는 정보의 의미를 설명하기 위한 도면으로서, Vpk는 입력된 신호의 크기를 의미하고, Count는 신호로 인정하는 임계레벨을 넘는 신호 펄스들의 개수를 나타내고, ??t는 각 채널별 신호들 간의 시간차이를 나타낸 것으로서 도 6에 도시하였다.

변압기 내부 결함 측정 시 가장 문제가 되는 노이즈는 센서, 센서의 커넥터 등으로부터 유입되는 전자파 노이즈이다. 제어부(250)에 내장된 노이즈 판정 알고리즘에서는 이 전자파 노이즈와 내부 결함 신호의 구분을 주목적으로 한다. 일반적으로 전자파 노이즈는 높은 주파수 대역을 가지며(수 MHz 대역) 신호의 길이가 짧다. 부분 방전 신호의 경우 수십 ~ 수백 kHz의 상대적으로 낮은 주파수 대역을 가지며, 초음파 신호 전파경로에 따른 여러 신호들의 중첩으로 인해 신호의 길이가 상대적으로 긴 편이다. 따라서 신호가 소정의 임계 레벨(threshold level)을 넘기 시작한 부분부터 임계 레벨 이하로 떨어지는 부분까지의 시간(time duration)이 소정의 시간 t(변수 입력 값)를 넘을 경우 내부 결함에 의한 신호로 판단하고, t보다 짧을 경우 전자파 노이즈로 판정하여 신호를 무시한다. t값의 디폴트값(Default)은 현장 측정 경험으로 1ms로 두고 있다. 내부 결함에 의한 신호로 판단되었을 경우, 신호의 피크피크 값, 16.7ms (60Hz 전기의 한 주기) 동안 임계 레벨을 초과하는 각 펄스들의 개수를 측정하여 진단 시스템(300)으로 전송한다.

그러면, 이러한 감시장치로부터 내부 결함에 관한 정보 즉, Vpk, Count 및 ??t 정보를 입력받아 해당 변압기의 내부 결함 위치를 추정하는 과정에 대해 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 진단 시스템의 구성도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 진단 시스템은, 적어도 하나의 감시장치(200)로부터 전력용 변압기의 내부 결함에 관한 정보를 수신하여 진단을 하는 진단 시스템(300)으로서, 입력부(310), 위치 추정부(320), 감시장치 제어부(330), 특성 분석부(340), 표시부(350), 저장부(360), 메모리(370)를 포함한다.

입력부(310)는 사용자의 선택을 입력받는다. 표시부(350)는 정보를 표시한다. 저장부(360)는 부분 방전에 관한 정보 및 각 변압기별 내부 결함 위치 정보를 저장한다. 감시장치 제어부(330)는 복수개의 감시장치들과의 통신을 제어하며, 해당 변압기의 내부 결함에 관한 정보를 저장부(360)의 해당 장소에 저장될 수 있도록 한다. 메모리(370)는 각 변압기(100)에 장착된 해당 센서들의 위치 정보를 저장한다. 특성 분석부(340)는 입력부(310)의 입력신호에 대응하여 상기 저장부(360) 의 저장 정보를 참조하여 각 감시장치(200)가 감시하는 해당 변압기(100)의 내부 결함 특성을 분석하여 상기 표시부(350)에 표시한다. 특성 분석부(340)는 펄스의 피크값과 펄스들의 개수(카운트값)의 증가 경향을 사용하여 각 변압기의 상태를 진단한다. 위치 추정부(320)는 감시장치(200)로부터 입력된 내부 결함에 관한 정보에 따라 상기 메모리(370)를 참조하여 내부 결함이 일어난 변압기(100) 내의 위치를 추정하여 상기 표시부(350)에 표시한다.

진단 시스템내에는 소프트웨어를 실행하며, 한 변전소 내에 설치된 모든 감시장치(200)를 제어하고, 감시장치(200)가 설치된 모든 변압기(100)들을 감시할 수 있도록 구성되어있다.

이러한 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 진단 시스템의 동작에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 진단 시스템의 기본 화면 도 9와 같으며 필요에 따라 다양하게 변형이 가능하다.

도 9를 참조하면, 화면에서 현재 내부 결함에 의한 신호가 발생하고 있는 변압기를 확인할 수 있도록 되어있고, 변압기 정보와 발생된 결함의 정도를 수치로 확인할 수 있도록 되어있다. 화면의 변압기를 선택할 경우 각 변압기별 상세 진단 정보로 들어가게 된다.

각 변압기별 상세 진단 정보에서는 내부 결함 신호의 계수 값을 표시하여 내부 결함 진전 추이를 확인할 수 있도록 한다. 추이 분석에 사용되는 부분방전 계수 값은 신호의 크기와 신호의 펄스 카운트를 사용한다. 소프트웨어는 이러한 트렌드 를 지속적으로 저장부(360)에 축적하고, 분석하여 일정 범위를 초과할 경우 사용자에게 경보를 알리도록 되어있으며, 경보 설정 값은 변환 가능하도록 하였다. 경보는 표시 또는 음성에 의한 방법이 가능하며, 도면에는 도시하지 않았지만 당업자에게 용이하게 실시 가능하므로 상세 설명은 생략한다. 내부 결함 계수 값은 장비에서 실 내부 결함에 의한 신호로 판단된 경우에만 전송받도록 되어있으며, 분석 알고리즘에 의한 판정 결과는 문턱 레벨(Threshold Level)등 설정치에 영향을 받는다. 그러나 이러한 설정치는 현장 조건에 따라 많은 변경이 필요하므로 시스템 설정 및 재설정이 간결하도록 구성하였다. 또한, 감시장치(200)는 화이트 노이즈 레벨을 자동적으로 검출, 문턱 레벨(Threshold Level)을 자동 설정하도록 되어있으며 사용자가 이것이 적합하지 않다고 판단될 경우 수동으로 문턱 레벨(Threshold Level)을 설정할 수 있도록 되어있다.

이러한 기본적인 설정이 완료된 정상상태에서, 진단 시스템(300)의 감시장치 제어부(330)는 감시장치(200)로부터 내부 결함에 관한 각 센서의 출력 정보를 수신한다(S810).

그리고나서, 위치 추정부(320)는 메모리(370)에서 각 센서의 위치를 읽어온다(S820). 이때, 메모리(370)에는 각 감시장치별로 각 변압기에 장착된 센서들의 위치가 저장되어 있다.

그리고 나서, 위치 추정부(320)는 소정의 알고리즘으로 내부 결함에 의한 신호가 감지된 센서 위치에 따라 내부 결함 위치를 추정한다(S830).

그리고 나서 내부 결함 위치가 추정되면, 위치 추정부(320)는 추정된 위치를 표시부(350)를 통해 표시한다(S840).

상기 과정에서 위치 추정부(320)의 위치 추정 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

감시장치(300)의 2차원 위치추정은 변압기의 평면도를 사용하여 내부 결함의 위치추정을 수행한다. 2차원 위치추정의 경우 각 센서와 인근한 다른 센서들에 의해 구획이 분할되며 각 센서에 신호가 입력된 순서에 따라 결과값을 가지게 된다.

구획 분할 방법은 센서 서로 간을 직선으로 이어 그 직선의 중간점에서 수직으로 교차하는 직선을 긋는다. 각 센서와 센서가 이루는 구획은 그 수직교차직선에 의해 구분되게 된다.

도 10과 같이, 4개의 센서가 부착되어 있는 경우 4개의 구획으로 분할될 수 있다. 도 10의 상단 그림의 경우 붉은 점 표시가 있는 1번 센서에만 신호가 입력되었을 경우의 위치추정 결과로 인근 센서와의 도달시간 비교가 불가능 하므로 4개의 구획 중 1번 센서에 해당하는 위치추정 결과를 가진다. 변압기 외벽측에는 부분방전에 의한 결함이 발생할만한 구조물이 없으므로, 각각의 센서에 해당하는 영역은 사다리꼴의 형태를 이루지만, 그 안에서 결함이 발생할 수 있는 위치는 타원형의 형태로 좀 더 자세하게 표시한다. 도 10의 상단 그림의 경우 2번과 4번 센서에 신호 입력이 없으므로 1번 센서 영역의 좌측에 신호원이 존재하는지 우측 영역에 존재하는지 구분할 수 없다.

도 10의 하단 그림의 경우 1번 센서와 2번 센서(붉은 점 표시) 2개의 센서에 신호가 입력되어 구획과 결함 위치 추정 결과를 더욱 세분화한 경우이다. 1차적으 로는 상단 그림과 같은 위치추정 결과를 가지나 이 경우 1번 센서와 2번 센서간의 비교가 가능하게 되므로 구획을 더욱 세분화하여 위치추정이 가능하다. 하단 좌측은 1번 센서에 입력된 신호가 2번 센서에 입력된 신호보다 먼저 입력되었을 경우, 하단 중앙은 1번 센서와 2번 센서에 입력된 신호가 거의 동일한 시간에 입력되었을 경우, 우측은 1번 센서에 입력된 신호가 2번 센서에 입력된 신호보다 느릴 경우의 위치 추정 결과 화면이다.

이러한 위치 구획은 변압기에 부착된 센서의 개수가 더욱 많을 경우 더 복잡하게 세분화된다.

또한, 필요에 따라서는 2차원 외에도 3차원 그래픽으로 내부결함의 발생 위치를 알려주도록 하고 있다. 3차원 위치추정의 경우 3차원으로 위치한 센서 3개 이상에서 신호가 측정되어야 3D Location 알고리즘 적용이 가능하므로 기본적으로는 상기한 2차원 위치추정을 하고 있으며, 3차원 위치추정은 적용이 가능한 경우에만 행하고 있다. 내부결함의 위치추정은 각 채널별로 입력되는 신호들 간의 도달시간 차(??t)와 도달 순서를 사용하여 위치를 계산, 결과를 추정하게 된다. 도 11과 도12에 2차원 및 3차원으로 내부결함 위치추정을 한 결과의 화면을 나타내었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

이상에서와 같이, 이 발명의 실시예에서, 센서를 변압기 내부가 아닌 외벽에 부착하여 쉽게 설치할 수 있고 실시간으로 빠른 진단이 가능하며 변압기 내부 결함의 위치를 파악할 수 있다.

Claims (3)

1. 전력용 변압기에서 발생하는 내부 결함을 감지하여 외부의 진단 시스템으로 알려주는 전력용 변압기 감시장치로서,

   상기 변압기 내부에서 발생하는 내부 결함에 의한 신호를 감지하기 위한 센서부;

   상기 센서부의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 신호 변환부;

   상기 진단 시스템과 통신을 수행하는 통신부;

   상기 아날로그/디지털 신호 변환부의 출력신호가 소정의 제1 기준값 이상의 시간 동안 지속되는지를 판단하여, 그 이상인 경우에만 상기 검출 신호의 정보를 상기 통신부를 통해 상기 진단시스템으로 송신하도록 제어하는 제어부를 포함하고,

   상기 센서부는 상기 변압기의 외벽에 부착되는 복수개의 센서를 포함하고,

   상기 제1 기준값은, 1msec 이고,

   상기 검출신호의 정보는 검출신호의 신호 크기, 신호 펄스들의 수 및 각 채널별 신호들간의 시간차이 정보를 포함하고,

   상기 검출신호의 정보는 검출신호의 신호 크기가 소정의 제2 기준값 이상인 경우에 펄스로 간주하는 것을 특징으로 하는 감시장치.
2. 적어도 하나의 감시장치로부터 전력용 변압기의 내부 결함에 관한 정보를 수 신하여 진단을 하는 진단 시스템으로서,

   정보를 표시하는 표시부;

   상기 감시장치들과의 통신을 제어하는 감시장치 제어부;

   상기 변압기에 장착된 센서들의 위치 정보를 저장하는 메모리;

   상기 감시장치로부터 입력된 내부 결함에 관한 정보에 따라 상기 메모리를 참조하여 내부 결함이 일어난 변압기 내의 위치를 추정하여 상기 표시부에 표시하는 위치 추정부;

   사용자의 선택을 입력받는 입력부;

   상기 내부 결함에 관한 정보 및 각 변압기별 내부 결함의 위치 정보를 저장하는 저장부;

   상기 입력부의 입력신호에 대응하여 상기 저장부의 저장 정보를 참조하여 감시장치가 감시하는 변압기의 내부 결함 특성을 분석하여 상기 표시부에 표시하는 변압기 특성 분석부를 포함하고,

   상기 위치 추정부는 상기 변압기를 상기 감시장치의 센서 위치에 따라 소정 개수의 영역으로 나누고, 상기 감시장치로부터 입력된 부분 방전에 관한 정보가 하나의 센서로부터 내부 결함이 감지된 경우, 상기 센서가 위치한 영역을 내부 결함 위치로 추정하고,

   상기 위치 추정부는 상기 감시장치로부터 입력된 내부 결함에 관한 정보가 두 개 이상의 센서로부터 부분방전이 감지된 경우, 각각의 센서들에 해당하는 영역을 더욱 세분화 하여 각각 신호간의 도달 시간 차이를 계산, 적용시켜 결과에 해당 하는 영역을 부분 방전위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 진단 시스템.
3. 적어도 하나의 감시장치로부터 전력용 변압기의 내부 결함에 관한 정보를 수신하여 진단을 하는 진단 시스템의 제어방법으로서,

   상기 감시장치로부터 전력용 변압기의 내부 결함에 관한 정보를 수신하는 단계;

   상기 감시장치의 각 센서들의 위치를 읽어오는 단계;

   상기 내부 결함에 관한 정보와 상기 센서위치를 참조하여 내부 결함 위치를 추정하는 단계;

   추정된 내부 결함 위치를 표시하는 단계를 포함하고,

   상기 내부 결함에 관한 정보와 상기 센서위치를 참조하여 내부 결함 위치를 추정하는 단계에서, 상기 변압기를 상기 감시장치의 센서 위치에 따라 소정 개수의 영역으로 나누고, 상기 감시장치로부터 입력된 내부 결함에 관한 정보가 하나의 센서로부터 내부 결함이 감지된 경우, 상기 센서에 해당하는 영역을 내부 결함 위치로 추정하고,

   상기 위치 추정부는 상기 감시장치로부터 입력된 내부 결함에 관한 정보가 두 개 이상의 센서로부터 내부 결함이 감지된 경우, 각각의 센서들에 해당하는 영역을 더욱 세분화 하여 각각 신호간의 도달 시간 차이를 계산, 적용시켜 결과에 해당하는 영역을 내부 결함 위치로 추정하고,

   상기 복수개의 센서는 상기 변압기의 외벽에 각각 부착되고,

   상기 내부 결함에 관한 정보는 검출신호의 신호 크기, 신호 펄스들의 수 및 각 채널(센서)별 신호들 간의 시간차이 정보를 포함하는 진단 시스템의 제어 방법.

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