KR20110017573A - 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템 - Google Patents

전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템에 관한 것으로; 변압기 및 정류기를 거친 DC전기를 공급하는 인커밍판넬(Incoming Panel)과; 상기 인커밍판넬을 거친 DC전기를 전차선과 선로에 공급하는 라인피더판넬(Line Feeder Panel) 및 네거티브판넬(Negative Panel)과; 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)과 라인피더판넬(Line Feeder Panel) 및 네거티브판넬(Negative Panel)의 계측데이터를 수집하고 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)과 라인피더판넬(Line Feeder Panel) 및 네거티브판넬(Negative Panel)의 차단기를 고장상태에 따라 트립 및 절환시키도록 제어하는 통합계전기반;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 전기철도의 급전을 위한 DC 변전 설비를 구성하는 다수의 판넬의 계측데이터를 하나의 통합계전기반에서 수집하고 이를 통해 각각의 판넬에 구비되는 차단기 및 단로기를 제어함으로써 DC 변전 설비 계통의 설비 비용을 절감할 수 있고, 하나의 통합계전기반에서 바로 상위시스템으로 변전설비의 계측 및 제어데이터를 신속하게 전달할 수 있는 장점이 있다.
전기철도, 계전기

Description

전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템 { Integrated DC protective relaying system of electricrailway}
본 발명은 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 설명하면 전기철도의 직류 변전설비를 구성하는 다수의 감시용 판넬에 구비되어 DC전력 계통의 상태를 독립적으로 감시하는 계전기를 하나로 통합 관리함으로써 효율적인 전력 감시 및 제어가 가능한 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기 철도 시스템은 전력공급 시스템, 차량, 전차선과 귀환 선로(주행레일)로 구성되어 있으며 직류 전철구간에는 복수의 변전소가 병렬로 접속되는 병렬급전방식이 표준이며 변전설비의 구성에는 변전소(SS : Sub-station), 구분소(SP : Sectioning Post), 급전타이포스트(TP : Tie-Post), 정류포스트(RP : Rectifying Post) 등으로 구성된다.
이때, 변전소내에서 전차선과 선로에 DC전기를 공급하는 직류 변전 설비는 도 1에 도시된 바와 같이 교류 22.9kV를 수전하여 변압기(1)를 거쳐 직류로 전환하는 정류기(2)와, 수전에 필요한 계기, 제어 개폐기, 보호 계전기 등을 설치한 인커밍판넬(Incoming Panel)(3)과, 전차선(4)에 DC전기를 공급하는 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(6)과, 전차선(4)과 열차(7)를 거친 DC전기가 선로(5)를 통해 귀환하는 DC열차네거티브판넬(Negative Panel)(8)로 구성된다.
이와 같이 전차선(3)에 DC전기를 공급함에 따라 열차(7)가 팬토그라프를 통해 급전하여 운행할 수 있게 된다.
이때, 직류 급전방식에 있어 사고가 발생되는 경우에는 고속차단기(HSCB)에 의해 사고 구간을 구분하여 차단할 수 있도록 전차선이 구분되는 부분에 에어섹션(AS; air section)을 두고 급전구분소를 설치하여 계통이 서로 다른 급전선로를 연결하여 전압차를 없애고 전압강하를 보상하게 된다. 직류 급전 시스템은 비접지 방식으로 운용되고 있으며 판넬과 대지간, 선로와 대지간 각각 직류지락 계전기를 사용하여 지락사고를 예방하고 있다.
한편, 판넬별 계전요소 및 상태 입출력 상태는 도 2와 같은 구성으로 이루어져 보호협조를 이루고 있다.
이때, 네거티브판넬(Negative Panel)(8)은 정류기(2)의 부극성을 받아서 단로기(8a)를 통하여 선로(5)로 전압을 공급하며 네거티브판넬(8)과 접지(Ground), 선로(5)와 접지(Ground)간 지락계전기가 설치되어 있으며 전압과 전류 및 전력을 측정하는 회로가 구성되어 있다.
상기 단로기(8a)의 제어는 원격단말장치(RTU)를 통한 제어나 로컬제어가 가 능하다. 그외에도 Arc 모니터링 장비가 설치되어 각 고속차단기(HSCB)의 아크소호가 않될 경우 이를 감지하여 트립시켜주는 Heavy Fault Relay가 설치되어있는 경우도 있다.
다음으로 인커밍판넬(Incoming Panel)(3)에는 고속차단기(HSCB)(3a)와 역전류 계전기(32), DC 과전류 계전기(76)가 설치되어있으며 정류기(2)의 이상상태나 인커밍판넬(Incoming Panel)(3)의 Heavy Fault Relay, 역전류 계전기(32)의 이상상태를 받아 고속차단기(HSCB)(3a)를 트립시킨다.
또한, 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(6) 및 스페어판넬(Spear Panel)(9)은 고속차단기(HSCB)(6a,9a)와 DC 과전류 계전기(76), 연락차단계전기(85), 선택차단 계전기(50), 단로기(DS)(6b)가 설치되어있으며, DC 과전류 계전기(76)의 순시와 한시동작에 고속차단기(HSCB)(6a,9a)를 트립시키거나 선택차단계전기(50)의 di/dt, Delta I등의 알고리즘에 따라 고속차단기(HSCB)(6a,9a)를 트립시킨다.
이때, 상기 연락차단계전기(85)는 어떤 고장요소로 인하여 고속차단기(HSCB)(6a,9a)를 트립시킬 경우에 인근 변전소의 같은 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(6)의 고속차단기(HSCB)(6a)와 동시에 차단시켜 줌으로써 고장의 확산을 방지하는 역할을 한다.
또한 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(6)에는 전압측정회로가 설치되어서 전압을 판넬에 보여주거나 상위감시시스템으로 전송하는 역할도 한다. 단로기(6b)의 제어는 판넬의 스위치 상태에 따라 로컬(Local) 또는 원격(Remote)으로 제어가 가능하다.
따라서, 이와 같은 일반적인 전기철도의 급전방식의 경우 도 3에 도시된 바와 같이 인커밍판넬(Incoming Panel)(3)과, 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(6)과, 스패어판넬(Negative Panel)(9), 네거티브판넬(Negative Panel)(8)에 각각의 상태를 감시하여 이상상황이 발생되는 경우 차단기(3a,6a,8a,9a)를 트립시키기 위한 신호를 감지 및 제어하는 계전기(3c,6c,8c,9c)가 개별적으로 독립설치된다.
따라서, 각각의 판넬(3,6,8,9)에 구비되어 고장발생시 고장을 차단하기 위해 설치되는 차단기(3a,6a,8a,9a)에 하나 혹은 그 이상의 계전기(3c,6c,8c,9c)가 존재한다.
이때, 상기 계전기(3c,6c,8c,9c)는 영상변류기(CT) 또는 계기용변성기(PT)로부터 전류 또는 전압 등의 계측데이터를 제공받아 고장을 판단하고, 고장으로 판단되는 경우 상기 차단기(3a,6a,8a,9a)를 트립시키게 된다.
이때, 각각의 판넬(3,6,8,9)에 구비되는 계전기(3c,6c,8c,9c)는 고장지점에서 가장 가까운 계전기(주보호 계전기)가 먼저 동작하고, 주보호계전기 다음으로 고장지점에서 가까운 계전기(후비보호 계전기)는 주보호 계전기가 동작하지 않았을 경우 동작하도록 동작값을 조정(동작협조)한다.
이와 같이 판넬(3,6,8,9)마다 계전기(3c,6c,8c,9c)를 각각 구비함에 따라 설비 비용의 증가를 유발하는 문제점을 갖고 있다.
한편, 후비보호 계전기는 동작협조를 위하여 주보호 계전기가 동작 후 몇 초의 시간 뒤에도 고장이 지속되면 주보호 계전기가 부동작했다고 가정하고 동작하도록 동작시간을 주보호 계전기보다 늦도록 세팅한다. 이로 인해 주보호 계전기가 부 동작하였을 경우 주보호 계전기의 동작시간과 차단기 동작시간 등으로 인해 후비보호 계전기가 동작하는데 많은 시간이 지연되는 문제점도 갖고 있다.
또한, 각 계전기의 전압, 전류, 상태 등과 같은 감시정보가 원격단말장치(RTU)(10)로 수집되고 바로 상단시스템(12) 또는 인근 변전소으로 전달되는 구조로 인해 이 역시 복잡하고 설비 비용의 증가를 유발하는 문제점을 갖고 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기철도의 급전을 위한 직류(DC) 변전 설비를 구성하는 다수의 판넬에 구비되어 DC전력 계통의 상태를 독립적으로 감시하는 계전기를 각 위치에 종류별로 여러대를 설치하지 않고 하나의 통합계전기반을 설치함으로써 비용을 절감할 수 있고, 하나의 통합계전기반에서 바로 상위시스템으로 변전설비의 감시데이터를 신속하게 전달할 수 있는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 각 계전기들이 각각 동작함에 따라 발생하는 시간 딜레이를 하나의 계전기반으로 구현함으로써 차단기 부동작 등의 문제가 발생시 빠른 동작협조가 가능한 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템을 제공함에도 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은;
변압기 및 정류기를 거친 DC전기를 공급하는 인커밍판넬(Incoming Panel)과; 상기 인커밍판넬을 거친 DC전기를 전차선과 선로에 공급하는 라인피더판넬(Line Feeder Panel) 및 네거티브판넬(Negative Panel)과; 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)과 라인피더판넬(Line Feeder Panel) 및 네거티브판넬(Negative Panel)의 계측데이터를 수집하고 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)과 라인피더판넬(Line Feeder Panel) 및 네거티브판넬(Negative Panel)의 차단기를 고장상태에 따라 트립 및 절환시키도록 제어하는 통합계전기반;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템을 제공한다.
이때, 상기 차단기는 고속차단기(HSCB)인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)은; 상기 통합계전기반으로 전송하기 위해 주회로 전류, 역전류 센싱을 위한 전류방향, ARC 센서 출력, 차단기 상태, 온도측정 등의 인커밍계측데이터를 측정하는 인커밍데이터 계측부와; 고장상황 발생시에 상기 통합계전기반에 의해 제어되어 주회로로의 DC전기의 투입을 차단하기 위한 제1차단기;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)은 무부하상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 개폐하는 제1단로기가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)은; 전류, Line test용 전압, ARC 센서 출력, 차단기 및 단로기의 상태 등과 같은 라인피더계측데이터를 측정하는 라인피더데이터 계측부와; 고장상황 발생시에 상기 통합계전기반에 의해 제어되어 주회로로의 DC전기의 투입을 차단하기 위한 제2차단기;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)은 무부하상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 개폐하는 제2단로기가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 네거티브판넬(Negative Panel)은; 부극모선과 접지사이 전압, 외함과 접지사이의 전류, 정극과 부극사이의 전압, 부극선 전류 및 전력량, 단로기의 상태 등과 같은 네거티브데이터를 측정하는 네거티브데이터 계측부와; 고장상황 발생시에 상기 통합계전기반에 의해 제어되어 주회로로의 DC전기의 투입을 차단하기 위한 제3차단기;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)은 무부하상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 개폐하는 제3단로기가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)의 차단기 트립시에 절환되어 DC전기를 전차선(4)에 공급하는 스페어판넬(Spear Panel)이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통합계전기반은; 상기 인커밍판넬(Incoming Panel), 라인피더판넬(Line Feeder Panel), 네거티브판넬(Negative Panel), 스페어판넬(Spear Panel)의 계측데이터에 따라 작동되는 계전기부와; 상기 계전기부의 작동에 따라 차단기를 제어하는 제어데이터를 출력하는 제어부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 계측데이터 및 제어데이터를 상단시스템으로 전송하는 데이터전송부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 계전기부는; 직류과전류계전기, 역전류계전기, 직류지락계전기, 연락차단기, 고장선택계전기, 아크 계전기 및 저전압계전기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 전기철도의 급전을 위한 DC 변전 설비를 구성하는 다수의 판넬의 계측데이터를 하나의 통합계전기반에서 수집하고 이를 통해 각각의 판넬에 구비되는 차단기 및 단로기를 제어함으로써 DC 변전 설비 계통의 설비 비용을 절감할 수 있고, 하나의 통합계전기반에서 바로 상위시스템으로 변전설비의 계측 및 제어데이터를 신속하게 전달할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 각 계전기들이 각각 동작함에 따라 발생하는 시간 딜레이를 최소화하여 차단기 부동작 등의 문제가 발생하더라도 신속한 동작협조가 이루어지는 장점도 있다.
이하, 본 발명에 따른 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템에 대해 도면을 참고로 상세히 설명한다.
이때, 도 4는 본 발명에 따른 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템이 구비된 직류 변전설비의 계통도이고, 도 5는 본 발명에 따른 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템의 상세 구성도이다.
도 4 및 도 5에 의하면 본 발명에 따른 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템은 전기철도의 직류 변전 설비에 설치 운영된다.
상기 직류 변전 설비는 변전소내에서 전차선과 선로에 DC전기를 공급하는 설비로서, 도시된 바와 같이 교류 22.9kV를 수전하여 변압기(1)를 거쳐 직류로 전환하는 정류기(2)와, 상기 정류기(2)를 거친 DC전기를 공급하는 인커밍판넬(Incoming Panel)(100)과, 상기 인커밍판넬(100)을 거친 DC전기를 전차선(4)과 선로(5)에 공급하는 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)과 네거티브판넬(Negative Panel)(300)로 구성된다.
물론, 상기 직류 변전 설비는 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)의 고장 등으로 인해 주회로를 분리시에 사용할 수 있는 스페어판넬(Spear Panel)(400)이 더 구비된다.
이때, 상기 스페어판넬(Spear Panel)(400)은 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)과 동일한 기능을 수행하는 것으로, 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)의 단로기(210)를 작동시키는 경우 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)이 분리되고, 스페어판넬(Spear Panel)(400)이 전차선(4)과 연결되도록 절환된다.
이와 같은 다수의 판넬(100,200,300,400)은 영상변류기(CT) 또는 계기용변성기(PT)가 구비되어 전류 또는 전압 등의 계측데이터를 제공받아 고장을 판단하고, 고장으로 판단되는 경우 각각의 판넬(100,200,300,400)에 구비되는 차단기(120,220,320,420)를 트립시킬 수 있는 계측데이터를 측정한다.
한편, 본 발명에 따른 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템을 구성하기 위해 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)(100), 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200), 네거티브판넬(Negative Panel)(300), 스페어판넬(Spear Panel)(400)의 계측데이터를 수집하여 상태를 감시하여, 인커밍판넬(Incoming Panel)(100), 라 인피더판넬(Line Feeder Panel)(200), 네거티브판넬(Negative Panel)(300), 스페어판넬(Spear Panel)(400)을 구성하는 각각의 차단기(120,220,320,420) 및 단로기(110,210,310)를 고장상태에 따라 트립 및 절환시키도록 제어하는 통합계전기반(500)이 더 구비된다.
이때, 상기 차단기(120,220,320,420)는 고장상황이 발생되는 경우 신속하게 반응할 수 있도록 고속으로 동작하는 고속차단기(HSCB)를 이용한다.
한편, 상기 통합계전기반(500)은 각각의 판넬(100,200,300,400)에서 측정 및 감시된 계측데이터를 상단시스템(600)으로 데이터를 전송하여 관리한다.
이하, 본 발명의 구성을 좀 더 구체적으로 설명한다.
먼저, 정류기(2)를 거친 DC전기가 투입되는 인커밍판넬(Incoming Panel)(100)은 고장상황 발생시에 주회로로의 DC전기의 투입을 차단하기 위한 제1차단기(120)와, 무부하상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 개폐하는 제1단로기(110)가 구비된다.
이때, 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)(100)은 주회로 전류, 역전류 센싱을 위한 전류방향, ARC 센서 출력, 차단기 상태, 온도측정 등과 같은 인커밍계측데이터를 측정하는 공지(公知)의 인커밍데이터 계측부(130)가 구비된다.
그리고, 상기 인커밍데이터 계측부(130)에서 계측된 인커밍계측테이터는 통합계전기반(500)으로 전송되며, 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)(100)은 역전류에 의한 트립신호, 정류기 이상상태에 의한 트립신호 등의 인커밍제어데이터를 통합계 전기반(500)으로부터 전송받는다.
다음으로, 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)(100)을 거친 DC전기가 투입되는 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)은 고장상황 발생시에 주회로로의 DC전기의 투입을 차단하기 위한 제2차단기(220)와, 무부하상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 개폐하는 제2단로기(210)가 구비된다.
이때, 상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)은 주회로의 전류, Line test용 전압, ARC 센서 출력, 차단기 및 단로기의 상태 등과 같은 라인피더계측데이터를 측정하는 공지(公知)의 라인피더데이터 계측부(230)가 구비된다.
그리고, 상기 라인피더데이터 계측부(230)에서 측정된 라인피더계측테이터는 통합계전기반(500)으로 전송되며, 상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)은 역 전류에 의한 트립신호, 정류기 이상상태에 의한 트립신호 및 단로기 제어신호 등의 라인피더제어데이터를 통합계전기반(500)으로 부터 전송받는다.
이 경우 상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)은 다수가 병렬로 연결되는 구조이며 전차선(4)에 DC전기를 공급하게 된다.
한편, 상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)과 동일한 구조의 스페어판넬(Spear Panel)(400)이 더 병렬연결되며, 상기 통합계전기반(500)과 데이터를 송수신한다.
좀 더 상세하게 살펴보면 상기 스페어판넬(Spear Panel)(400) 역시 주회로의 전류, Line test용 전압, ARC 센서 출력, 차단기 및 단로기의 상태 등과 같은 스페어계측데이터를 측정하는 공지(公知)의 스페어데이터 계측부(430)가 구비된다.
그리고, 상기 스페어데이터 계측부(430)에서 측정된 스페어계측테이터는 상기 통합계전기반(500)으로 전송되며, 상기 스페어판넬(Spear Panel)(400)은 역 전류에 의한 트립신호, 정류기 이상상태에 의한 트립신호 등의 스페어제어데이터를 통합계전기반(500)으로부터 전송받는다.
이 경우 특정 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)이 고장 등으로 인해 상기 통합계전기반(500)으로 부터 역 전류에 의한 트립신호와 단로기 제어신호를 포함하는 라인피더제어데이터를 통합계전기반(500)으로 부터 전송받으면 제2차단기(220)의 트립 및 제2단로기(210)의 절환으로 인해 상기 스페어판넬(Spear Panel)(400)을 통해 DC전기가 전차선(4)으로 공급된다.
다음으로 상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)을 거쳐 전차선으로 공급되는 DC전기는 열차(7)와 선로(5)를 통해 네거티브판넬(Negative Panel)(300)로 귀환하게 된다. 이와 같은 네거티브판넬(Negative Panel)(300)은 고장상황 발생시에 주회로로의 DC전기의 투입을 차단하기 위한 제3차단기(320)와, 무부하상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 개폐하는 제3단로기(310)가 구비된다.
또한, 상기 네거티브판넬(Negative Panel)(300)은 부극모선과 접지사이 전압, 외함과 접지사이의 전류, 정극과 부극사이의 전압, 부극선 전류 및 전력량, 단로기의 상태 등과 같은 네거티브데이터를 측정하는 공지(公知)의 네거티브데이터 계측부(330)가 구비된다.
그리고, 상기 네거티브데이터 계측부(330)에서 계측된 네거티브테이터는 상기 통합계전기반(500)으로 전송되며, 상기 네거티브판넬(Negative Panel)(300)은 상기 제3차단기(320) 및 제3단로기(310)의 제어신호를 통합계전기반(500)으로 부터 전송받는다.
한편, 상기 통합계전기반(500)은 인커밍판넬(Incoming Panel)(100), 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200), 네거티브판넬(Negative Panel)(300), 스페어판넬(Spear Panel)(400)의 각각의 계측데이터를 수집하고 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)(100), 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200), 네거티브판넬(Negative Panel)(300), 스페어판넬(Spear Panel)(400)을 구성하는 각각의 차단기(120,220,320,420) 및 단로기(110,21,310)를 고장상태에 따라 트립 및 절환시키도록 제어하기 위해 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)(100), 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200), 네거티브판넬(Negative Panel)(300), 스페어판넬(Spear Panel)(400)의 계측데이터에 따라 제1 내지 제3차단기(120,220,320)와 제1 내지 제3단로기(110,210,310)를 동작시키기 위해 작동하는 계전기부(510)와, 상기 계전기부(510)의 작동에 따라 제1 내지 제3차단기(120,220,320)와 제1 내지 제3단로기(110,210,310)를 제어하는 제어데이터를 출력하는 제어부(520)와, 상기 계측데이터 및 제어데이터를 상단시스템(600)으로 전송하는 데이터전송부(530)로 구성된다.
이때, 상기 계전기부(510)는 각각의 판넬(100,200,300,400)로 부터 전송되는 모든 계측데이터를 수집하고 감시함에 따라 고장구간을 통합적으로 관리함으로 인해 정확하고도 신속한 고장대응이 가능해진다.
이와 같은 계전기부(510)는 다수의 직류과전류계전기(511), 역전류계전기(512), 직류지락계전기(513), 연락차단계전기(514), 고장선택계전기(515), 아크계전기(516), 저전압계전기(517) 등으로 이루어진다.
상기 직류과전류계전기(511)는 제1차단기(120)가 설치되는 인커밍판넬(Incoming Panel)(100)과 제2차단기(220)가 설치되는 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)로 부터 인커밍계측데이터 및 라인피더데이터를 전송받아 순시 과전류 요소를 판단한다.
상기 역전류계전기(512)는 정류기(2)에서 유입되는 전류의 방향을 감지하기 위해 인커밍판넬(Incoming Panel)(100)로 부터 인커밍계측데이터를 전송받아 역전류가 감지되는 경우 인커밍판넬(Incoming Panel)(100)의 제1차단기(120)를 차단함으로서 기기 및 계통을 보호한다.
상기 직류지락계전기(513)는 네거티브판넬(Negative Panel)(300)의 네거티브계측데이터를 전송받아 전차선(4) 및 전차 선로(5)의 지락을 검출하는 계전기로서, 전차 선로와 접지사이에서 전압을 측정하는 64P와, 외함과 접지사이의 전류를 측정하는 64HR로 구분된다. 접지와 절연된 차단기반을 64HR을 통해서 접지함으로서 외함과 정극과의 접촉시에 64HR을 통해 흐르는 전류를 측정하여 제3차단기(320)를 차단한다. 64P는 선로와 변전소 접지사이에 설치하여 선로의 지락시에 선로 전압을 측정하여 제3차단기(320)를 차단한다.
상기 연락차단계전기(514)는 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)의 라인피더계측데이터를 전송받아 병렬 급전하는 직류급전계통은 제2차단기(220)가 어떤 장애로 인하여 차단될 때 인근의 제2차단기(220)가 차단되지 않으면 사고가 계속 진행될 우려가 있기 때문에 서로 대향하는 차단기로 차단신호를 송출하여 급전차단기를 개방시키는 기능을 한다.
상기 고장선택 계전기(515)는 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)의 라인피더계측데이터를 전송받아 정상적인 기동전류와 고장전류를 판단하기 위하여 전류 상승시의 초기 기울기, 전류 변화량, 기울기 지속시간 등을 고려하여 고장을 판단하여 차단한다.
상기 아크계전기(516)는 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)의 라인피더계측데이터를 전송받아 고속차단기인 제2차단기(220)의 차단 동작시 아크가 소멸되지 않고 확산되어 경미한 사고라도 큰 사고로 확대되어 화재사고로 이어지는 등의 위험을 방지하기 위한 것이다.
상기 저전압계전기(517)는 네거티브판넬(Negative Panel)(300)의 네거티브계측데이터를 전송받아 사고로 가선전압이 저전압이 발생하여 차량 또는 전력설비에 장애가 발생하는 것을 보호하기 위해 동작한다.
이와 같은 계전기부(510)로 수집되는 계측데이터 및 제어데이터는 제어부(520)의 로직에 따라 데이터전송부(530)를 통해 상단시스템(600)으로 전송되어 통합감시된다.
이때, 상기 제어부(520)는 PLC로 구성하여, 각각의 판넬(100,200,300,400)로 부터 입력받은 전압, 전류 신호 등과 같은 아날로그 형태의 계측데이터에 의해 트립신호를 발생했을 경우에 PLC의 로직상태에 따라 DO출력을 하거나 입력받은 DI를 PLC의 로직상태에 따라 DO출력을 발생한다.
이하, 본 발명에 따른 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템의 동작 과정의 일 예를 설명한다.
변압기(1) 및 정류기(2)를 거쳐 판넬(100,200,300,400)을 거치면서 DC전기를 공급하는 정상적인 과정에서는 모든 판넬(100,200,300,400)의 계측데이터가 통합계전기반(500)의 계전기부(510)로 수집되고 그 계측데이터를 이용해 상태를 감시하며, 그 측정된 계측데이터를 상단시스템(600)으로 전송한다.
이와 같은 상태에서 예를 들어 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)에 고장상황이 발생하는 경우 통합계전기반(500)의 계전기부(510)의 특정 계전기가 작동하게 되고, 그로 인해 해당 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)의 제2차단기(220)를 트립시키고 제2단로기(210)를 절환하는 과정을 신속하게 거치면서, 라인피더판넬(Line Feeder Panel)(200)이 분리되고, 스페어판넬(Spear Panel)(400)이 전차선(4)과 연결되도록 절환되며, 이와 같은 제어데이터 역시 상단시스템(600)으로 전송되어 통합적으로 감시할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
도 1은 일반적인 전기철도의 직류 변전 설비를 도시한 계통도.
도 2는 도 1의 직류 변전 설비의 상세 구성도.
도 3은 도 2의 직류 변전 설비의 계전기 제어 블럭도.
도 4는 본 발명에 따른 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템이 구비된 직류 변전설비의 계통도.
도 5는 본 발명에 따른 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템의 상세 구성도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
100: 인커밍판넬(Incoming Panel)
200: 라인피더판넬(Line Feeder Panel)
300: 네거티브판넬(Negative Panel)
400: 스페어판넬(Spear Panel)
500: 통합계전기반
600: 상단시스템

Claims (12)

  1. 변압기 및 정류기를 거친 DC전기를 공급하는 인커밍판넬(Incoming Panel)과;
    상기 인커밍판넬을 거친 DC전기를 전차선과 선로에 공급하는 라인피더판넬(Line Feeder Panel) 및 네거티브판넬(Negative Panel)과;
    상기 인커밍판넬(Incoming Panel)과 라인피더판넬(Line Feeder Panel) 및 네거티브판넬(Negative Panel)의 계측데이터를 수집하고 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)과 라인피더판넬(Line Feeder Panel) 및 네거티브판넬(Negative Panel)의 차단기를 고장상태에 따라 트립 및 절환시키도록 제어하는 통합계전기반;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 차단기는 고속차단기(HSCB)인 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 인커밍판넬(Incoming Panel)은;
    상기 통합계전기반으로 전송하기 위해 주회로 전류, 역전류 센싱을 위한 전류방향, ARC 센서 출력, 차단기 상태, 온도측정 등의 인커밍계측데이터를 측정하는 인커밍데이터 계측부와;
    고장상황 발생시에 상기 통합계전기반에 의해 제어되어 주회로로의 DC전기의 투입을 차단하기 위한 제1차단기;로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 인커밍판넬(Incoming Panel)은 무부하상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 개폐하는 제1단로기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)은;
    전류, Line test용 전압, ARC 센서 출력, 차단기 및 단로기의 상태 등과 같은 라인피더계측데이터를 측정하는 라인피더데이터 계측부와;
    고장상황 발생시에 상기 통합계전기반에 의해 제어되어 주회로로의 DC전기의 투입을 차단하기 위한 제2차단기;로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)은 무부하상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 개폐하는 제2단로기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 네거티브판넬(Negative Panel)은;
    부극모선과 접지사이 전압, 외함과 접지사이의 전류, 정극과 부극사이의 전압, 부극선 전류 및 전력량, 단로기의 상태 등과 같은 네거티브데이터를 측정하는 네거티브데이터 계측부와;
    고장상황 발생시에 상기 통합계전기반에 의해 제어되어 주회로로의 DC전기의 투입을 차단하기 위한 제3차단기;로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)은 무부하상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 개폐하는 제3단로기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 라인피더판넬(Line Feeder Panel)의 차단기 트립시에 절환되어 DC전기를 전차선에 공급하는 스페어판넬(Spear Panel)이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 통합계전기반은;
    상기 인커밍판넬(Incoming Panel), 라인피더판넬(Line Feeder Panel), 네거티브판넬(Negative Panel), 스페어판넬(Spear Panel)의 계측데이터에 따라 작동되는 계전기부와; 상기 계전기부의 작동에 따라 차단기를 제어하는 제어데이터를 출력하는 제어부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 계측데이터 및 제어데이터를 상단시스템으로 전송하는 데이터전송부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 계전기부는;
    직류과전류계전기, 역전류계전기, 직류지락계전기, 연락차단기, 고장선택계전기, 아크 계전기 및 저전압계전기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기철도의 통합형 직류 보호 계전 시스템.
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