KR20120004823A - 고압활선 감시 기능을 구비한 중전기기 제어용 ｉｏ－ｂｏｘ - Google Patents

고압활선 감시 기능을 구비한 중전기기 제어용 ｉｏ－ｂｏｘ Download PDF

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Abstract

본 발명은 IEC 61850 통신 프로토콜로 통신하기 위한 통신 케이블을 통해, 예정된 데이터를 수신받는 IEC 61850 서버를 포함하는 통신부; 적어도 하나 이상의 제1 중전기기에서 입력을 수신받는 디지털 입력 모듈; 상기 제1 중전기기 또는 적어도 하나 이상의 제2 중전기기로부 출력을 제공하는 디지털 출력 모듈; 고압 검침 애자의 값을 계측하기 위한 PT 입력 모듈; 및 상기 통신부에서 제공되는 로직제어 데이터를 컴파일하고 구동을 위한 로직에 반영하고, 상기 디지털 입력 모듈, 상기 디지털 출력 모듈, 상기 PT 입력 모듈을 제어하기 위한 로직 제어 엔진부를 포함하는 중전기기 제어용 IO-BOX를 제공한다.

Description

고압활선 감시 기능을 구비한 중전기기 제어용 ＩＯ－ＢＯＸ{IO-BOX for detecting live wire state of high voltage cable}
본 발명은 중전기기 제어용 IO-BOX에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고압활선 감시기능을 구비한 중전기기 제어용 IO-BOX에 관한 것이다.
통상 중전기기산업은 발전기, 전동기 등의 회전기기와 변압기, 차단기 등의 정지기기, 전선 및 기타 전기기기와 관련 부품·소재산업을 포함하는 개념을 통칭한다고 볼 수 있다.
최근 중전기기산업의 기술동향은 산업형태가 복잡화, 시스템화되면서 전력전자 및 메커트로닉스 기술을 응용한 기기로 확대되는 추세이며, 또한 신소재, 초전도기술, 디지털기술 등 첨단기술이 개발되어 각종 중전기기에 적용되면서 의료용, 환경산업용, 전기교통용 기기로 범위가 확대되고 있다.
중전기기산업과 일반제조업과의 특징을 비교해 보면, 제품 선정 요건에 있어서 일반제조업의 경우 성능, 디자인, 가격 등이 중요한 반면 중전기기산업은 안전성, 신뢰성, 성능 등이 더 중요하다. 사고시 영향 범위를 보면 일반제조업은 개별 제품에 국한되며 사고 복구에 단시간이 소요되는 반면 중전기기산업은 계통에 관계되는 전체 또는 광범위한 지역 전체에 영향을 미치게 되며 사고 복구에도 많은 시간이 소요된다. 제품 설계 기준에 있어서는 일반제조업의 경우 정상 스트레스에 견딜 수 있는 기준을 충족시키면 되지만 중전기기산업은 정상 및 이상 스트레스에도 견딜 수 있는 기준을 충족시켜야 한다.
최근 국내외 전력기술동향은 발전소부터 말단 기기까지 전력의 모든 정보를 네트워크를 통해 공유하면서 시스템의 분산화와 중앙제어를 모두 꾀하는 방향으로 진화하고 있다. 변전소 역시 운영과 관련된 감시.보호.제어시스템 및 전력설비에 대한 유지보수, 진단 등 다양한 정보가 소통되며 아날로그 시스템이 지능형 전자장치 IED(Intelligent Electronic Device) 기반의 디지탈 변전시스템으로 대체되고 있다. 디지탈 변전시스템에서는 분산제어를 위하여 RTU(Remote Terminal Unit)가 사용되고 있다.
종래의 RTU가 적용된 디지탈 변전시스템은 RTU가 필드버스(Field Bus)를 통해 현장기기의 작동상태정보 및 사고정보 등을 수집하고, 수집된 정보를 토대로 사고현장이 신속히 처리되도록 현장기기를 원격제어하게 된다. 현장기기로는 차단기, 변압기 등 변전소에 설치되는 각종 전력기기이다. 현재, 전력자동화의 IT 기술이 가미된 IEC-61850 통신기반의 시스템에서는 RTU 또한 하나의 IED 장비로서의 역할을 수행하게 된다.
IEC-61850은 변전소 자동화 시스템용 프로토콜로서 다양한 제작사에서 개발된 전력기기, IED 및 응용소프트웨어 등의 장치들이 원활하게 통신할 수 있도록 개발된 국제표준이다. 이 표준에서는 객체지향적 모델링 기법(OMT: Object Modeling Technique)을 이용하여 변전소 내의 각종 정보를 계층적으로 정의하고 있다. 유럽에서 개발된 IEC-61850은 미국 EPRI에서 개발된 UCA 2.0과의 성공적인 통합을 통하여 변전소 내에서 사용될 단일한 국제표준으로 인정받았으며, 향후 변전소 자동화는 IEC-61850을 기반으로 구축될 것이므로 모든 변전소용 IED는 이에 맞추어 개발되어야 할 것으로 판단된다.
도1은 종래기술에 의한 기존 변전소의 현장 제어반의 구성도이다.
도1을 참조하여 살펴보면, 기존 변전소 현장 제어반은 입출력 제어기(11)가 변전소의 감시실에 있고, 변전소의 현장 기기실에는 인터락 제어 동작 케이블 결선(12)와, MC(Magnetic Contact)을 이용한 각종 각종 제어 동작 케이블 결선(13), 전압 검출기(14), 단로기(DS: Disconnecting Switch,15), 접지개폐기(ES: Earting Switch, 16), 차단기(CB: Circuit Breaker, 17), 고압 검침 애자(18)를 포함한다. 여기서 도1에 도시된 각 블럭은 편의를 위해 변전소의 현장 기기실에 사용되는 설비들을 블럭화하여 표기한 것으로, 다양한 형태의 기기가 블럭으로 표기될 수 있다.
현재는 변전소의 중전기기를 제어하기 위하여 170kV GIS(Gas Insultaion Switchear)를 제어하기 위한 현장 제어반, 154kV M.tr을 제어하기 위한 현장 제어반, 25.8kV GIS를 제어하기 위한 현장 제어반에는 도1과 같이 각종 스위치와 마그네틱 콘텍트를 이용하여 전기 시이퀀스를 구성하여 제어한다.
또한, 전기 시이퀀스 구성시 활선 상태를 시이퀀스에 반영하기 위하여 고압 라인에 절연 애자를 설치하고 LPS(LINE POTENTIAL SENSOR)를 별도 설치하여 인터락(INTER-LOCK) 시이퀀스를 구성하여 사용하고 있다. 또한, 전기 시이퀀스 제어를 위하여 RTU(Remote Terminal Unit)를 설치하여 운전하고 있으며 다양한 설치 위치 때문에 현장에서 다량의 제어케이블을 이용하여 연결하고 있다.
따라서, 변전소의 현장 기기실에 너무 많은 설비와 다량의 제어케이블이 이용되기 때문에, 유지 보수의 어려움과, 고장의 가능성이 증가하고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 변전소의 현장 기기실에 설치할 수 있는 FBD(Function Block Diagram) 기반의 로직엔진을 적용한 IO-BOX를 제공한다.
본 발명은 IEC 61850 통신 프로토콜로 통신하기 위한 통신 케이블을 통해, 예정된 데이터를 수신받는 IEC 61850 서버를 포함하는 통신부; 적어도 하나 이상의 제1 중전기기에서 입력을 수신받는 디지털 입력 모듈; 상기 제1 중전기기 또는 적어도 하나 이상의 제2 중전기기로부 출력을 제공하는 디지털 출력 모듈; 고압 검침 애자의 값을 계측하기 위한 PT 입력 모듈; 및 상기 통신부에서 제공되는 로직제어 데이터를 컴파일하고 구동을 위한 로직에 반영하고, 상기 디지털 입력 모듈, 상기 디지털 출력 모듈, 상기 PT 입력 모듈을 제어하기 위한 로직 제어 엔진부를 포함하는 중전기기 제어용 IO-BOX를 제공한다.
또한, 상기 통신부는 상기 통신 케이블을 통해 제공되는 FBD 도면 정보를 다운로딩 받기 위한 TCP/IP 통신부; 구스 메시지를 상기 TCP/IP 통신부를 통해 제공하기 위한 구스 모듈; 상기 TCP/IP 통신부에 다운로딩된 상기 FBD 도면 정보를 파일명과 함께 저장하기 위한 로직 제어 데이터 베이스부; 및 IEC 61850 통신 프로토콜에 따라 상기 구스 모듈과, 상기 TCP/IP 통신부가 통신을 수행하도록 제어하는 상기 IEC 61850 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PT 입력모듈에서 계측된 값을 디지털 값으로 변환하여 상기 로직 제어 엔지부로 제공하기 위한 AD 컨버터부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 중전기기는 접지개폐기와 차단기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 중전기기는 단로기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 로직 제어 엔진부는 내부에 구비된 로직이 동작하며 실시간 계산되는 값을 상기 디지털 입력 모듈과, 상기 디지털 출력 모듈로 전송하고, 로직 제어 데이터 베이스부로 실질적으로 동시에 전달되며, 전달된 값은 상기 통신 케이블을 통해 FBD 에디터가 원격지의 IO-BOX의 로직 동작 상태를 감지하기 위해, 온라인 감시 모드로 접속되었을 때에 이용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 로직 제어 데이터 베이스부는 타임 동기 서버로 부터 자체 시간을 동기화하며, 상기 로직 제어 엔진부로부터 실시간 전송된 상기 디지털 입력 모듈과 상기 디지털 출력모듈, 상기 PT 입력 모듈의 상태가 변할 때마다 타임 스탬프 값과 함께 변화된 상태를 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 타임 스탬프의 분해능은 1ms 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 변전소 내 다수의 현장 제어반에 IO-BOX를 설치하여 분산 제어를 구성할 수 있으며, 이를 통하여 변전소내의 현장기기실에서의 중전기기의 효과적인 제어가 가능하다. 특히, 기존 RTU 대신 IO-BOX를 설치함으로서 현장 제어반에서 MC와 보조 접점을 획기적으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의해 현장의 케이블도 획기적으로 줄일 수 있다. 이것은 변전소를 구성함에 있어 경제적인 파급효과가 매우 크며, 유지/보수 측면에서도 오동작의 요소를 줄여 보다 저렴하고 안정적인 유지/보수가 가능하다.
도1은 종래기술에 의한 기존 변전소의 현장 제어반의 구성도.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 IO-BOX를 이용한 현장 제어반 구성도.
도3은 도2에 도시된 IO-BOX를 보다 자세히 나타낸 블럭도.
도4는 도2에 도시된 IO-BOX의 동작을 나타내는 플로차트.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 도2와 같은 FBD(Function Block Diagram) 기반의 로직엔진을 적용한 IO-BOX를 제안한다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 IO-BOX를 이용한 현장 제어반 구성도이다.
도2를 참조하여 살펴보면, IO-BOX(100)는 구스 모듈(110), IEC61850 서버(120), 로직 제어엔진(130), 디지털 입력모듈(140), 디지털 출력 모듈(150), PT(Potential Transformer) 입력 모듈(160)을 포함한다. IO-BOX(100)는 변전소의 감시실에 있는 IEC61850 클라인트(200)로 부터 통신 케이블을 통해 로직 데이터를 다운로딩 받는다. 디지털 입력모듈(140)은 차단기(CB) 및 접지개폐기(ES)에 연결되어 있고, 디지털 출력 모듈(150)은 단로기(DS)와 연결되어 있고, PT 입력 모듈은 고압 검침 애자(18)와 연결되어 있다. 구스(GOOSE, Generic Object Oriented Substation Event) 메시지는 IEC 61850 표준통신에서 지원하는 프로토콜의 한 종류이며, 구스 모듈은 구스 메시지를 처리하기 위한 블럭이다.
기존 전기 시이퀀스를 구성하기 위하여 RTU의 디지털 입력 및 디지털 출력에는 수 많은 MC(Magnetic Contact) 및 보조 접점을 이용하여 구성하였다. 그러나, 본 발명에서는 중앙 집중 되있던 RTU 대신 현장의 중전기기별로 IO-BOX를 분산 설치하고 소프트웨어에 의한 로직엔진을 장착한 IO-BOX의 디지털 출력 및 디지털 입력으로 현장의 중전기기를 직접 제어하여 MC, 보조 접점 및 기타 제어케이블을 최소화 하는 것이 특징이다.
중전기기간의 상호 인터 락(INTER-LOCK)을 수행하기 위하여 기존 방법은 MC 및 보조접점을 결선하여 상호 연동 시켰으나, 본 발명에서는 IO-BOX의 통신 기능 중 굿스(GOOSE) 메시지를 이용하여 상호 인터락 기능을 수행하여 MC 및 보조접점, 기타 케이블을 제거함으로서 고장의 원인을 축소화하고 설치시 경제성을 높일 수 있다.
본 발명에 의한 IO-BOX는 기존 고압 활선 상태를 감시하기 위하여 사용하던 LPS(LINE POTENTIAL SENSOR)를 제거하고, 고압 라인에 연결된 절연 애자의 값을 직접 IO-BOX 내의 PT(Potential Transformer)를 이용하여 계측함으로서 보다 정밀한 값을 표시하고, 이 값을 로직에 반영하여 활선상태와 비 활선 상태를 정확히 감시한다.
도3은 도2에 도시된 IO-BOX를 보다 자세히 나타낸 블럭도이다.
도3을 참조하여 살펴보면, IO-BOX는 통신 케이블을 통해 타임 동기 서버(210)와, FBD 에디터(220)와, IEC61850 클라이언트(200)와 연결되어 필요한 데이터를 주고 수신받는다. 또한, IO-BOX는 통신부와, 디지털 제어부와, 디지털 입출력부를 포함한다.
통신부는 계측제어 표시부(133)와, TCP/IP 통신부(121)와, 로직제어 데이터 베이스부(132), 구스 모듈(110), IEC61850 서버(120)를 포함한다. 디지털 제어부는 로직 제어엔진(130), 로직 제어 명령부(131)를 포함한다. 디지털 입출력부는 DI 제어부(141), DO 제어부(151), AD 컨버터부(161), 디지털 입력 모듈(140), 디지털 출력모듈(150), PT 입력 모듈(160)를 포함한다. 디지털 입력 모듈(140)은 AC220V 접점과, DC125V 접점에 연결된다. 디지털 출력모듈(150)는 MC 제어 포인트와, 보조 접접제어 포인트에 연결된다. PT 입력 모듈(160)은 고압전력 케이블과 연결된 절연애자에 연결된다.
IO-BOX는 FBD 에디터(220)으로부터 생성된 FBD(Function Block Diagram) 도면을 TCP/IP 통신부(121)를 통해 다운로드 받아 로직 제어 데이터 베이스(132)에 파일명과 함께 저장한다. 로직 제어 엔진(130)은 이 파일을 컴파일하여 실제 로직에 반영한다. 또한 로직 제어 엔진(130)은 디지털 입력 제어부(141)의 현재 값을 로직에 반영하고, 그 결과값을 디지털 출력 제어부(151)에 전달한다.
현재 로직이 동작하며 실시간 계산되는 데이터 값은 디지털 입력 제어부(141)와 디지털 출력 제어부(151)로 전송되고, 또한 로직 제어 데이터 베이스부(132)에 실시간 전송된다. 이 데이터는 FBD 에디터(220)가 온라인(ON-LINE) 감시 모드로 접속되었을 때 원격지에서 IO-BOX의 로직 동작 상태를 감시할 때 사용된다.
로직 제어 데이터 베이스부(132)는 타임 동기 서버(210)로부터 자체 시간을 동기화하고 로직 제어 엔진(130)으로부터 실시간 전송된 디지털 입력 모듈(140)과 디지털 출력 모듈(150), PT 입력 모듈(160)의 상태를 저장하고, 각각의 동작 값이 변할 때 마다 타임 스탬프(TIME STAMP)를 변화된 동작 값과 함께 저장한다. 타임 스탬프의 분해능은 1mS이다. 동작 값의 변화는 현장기기의 동작 상태를 정확히 파악하는 중요한 데이터이므로 로깅(LOGGING) DATA로 저장된다. 또한 이 정보는 계측 제어 표시부(133)에 반영되어 표시된다.
IO-BOX는는 154kV, 22.9kV 이상 고전압의 활선과 비활선을 감지하기 위하여 절연 애자로부터 전압 값을 받는다. PT 입력 모듈(160)에 의해 입력된 전압 값은 노이즈가 제거된 후 AD 컨버터부(161)에서 디지털 값으로 변환된 후 로직 제어 엔진(130)에서 실계통의 전압으로 된다. 이 전압은 계측값으로 사용되며, 로직에 반영되어 다른 로직요소와 인터락(INTER-LOCK) 기능을 수행한다. 이 감지 기능은 비 활선시 충전된 전압에 의해 사고를 방지하기 위한 중요한 기능이다. 계측 제어 표시부(133)에는 계측된 값을 표시한다.
각 현장별로 IO-BOX를 설치할 수 있는데, 다수의 IO-BOX간 인터 락은 구비된 구스 모듈을 통하여 IEC61850 서버(120)를 거쳐 로직 제어 엔진(130)의 로직에 반영된다. 구스 메시지로 입력된 인터락값은 가상 디지털 입력으로 분류되어 로직 제어 엔진(130)에 반영된다. 결국 다수개의 IO-BOX가 존재 하더라도 각각 IO-BOX의 동작 상태는 TCP/IP 통신부(121)를 통하여 구스 메시지 형태로 전달되며, 가상 디지털 입력으로 지정되어 로직 제어 엔진(130)은 내부의 인터락 로직에 따라 계산하고 디지털 출력 모듈(150)을 제어 한다.
도4는 도2에 도시된 IO-BOX의 동작을 나타내는 플로차트이다.
도4를 참조하여 살펴보면, IO-BOX는 로직 데이터를 다운로드 받아, 로직 제어 엔진이 구동된다(S1). 이어서, 활선상태인지 비활선 상태인지 판단한다(S2), 활선상태이면, 활선로직을 구동한다(S3). 로직 제어기의 입/출력조건을 판단한다(S5). 맞으면 구스 메시지를 출력하고(S7), 보조 접점을 통해 명령을 출력한다(S8). 맞지 않으면, 다시 활선 로직 구동 상태로 복귀한다(S3).
비활선 상태이면, 비활선 로직을 구동한다(S4). 로직 제어기 입/출력조건을 판단한다(S9,S10). 맞으면 구스 메시지를 출력하고(S10), 보조 접점을 통해 명령을 출력한다(S9). 맞지 않으면, 다시 활선 로직 구동 상태로 복귀한다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. IEC 61850 통신 프로토콜로 통신하기 위한 통신 케이블을 통해, 예정된 데이터를 수신받는 IEC 61850 서버를 포함하는 통신부;
    적어도 하나 이상의 제1 중전기기에서 입력을 수신받는 디지털 입력 모듈;
    상기 제1 중전기기 또는 적어도 하나 이상의 제2 중전기기로부로 출력을 제공하는 디지털 출력 모듈;
    고압 검침 애자의 값을 계측하기 위한 PT 입력 모듈; 및
    상기 통신부에서 제공되는 로직제어 데이터를 컴파일하고 구동을 위한 로직에 반영하고, 상기 디지털 입력 모듈, 상기 디지털 출력 모듈, 상기 PT 입력 모듈을 제어하기 위한 로직 제어 엔진부를 포함하는 중전기기 제어용 IO-BOX.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신부는
    상기 통신 케이블을 통해 제공되는 FBD 도면 정보를 다운로딩 받기 위한 TCP/IP 통신부;
    구스 메시지를 상기 TCP/IP 통신부를 통해 제공하기 위한 구스 모듈;
    상기 TCP/IP 통신부에 다운로딩된 상기 FBD 도면 정보를 파일명과 함께 저장하기 위한 로직 제어 데이터 베이스부; 및
    IEC 61850 통신 프로토콜에 따라 상기 구스 모듈과, 상기 TCP/IP 통신부가 통신을 수행하도록 제어하는 상기 IEC 61850 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 중전기기 제어용 IO-BOX.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 PT 입력모듈에서 계측된 값을 디지털 값으로 변환하여 상기 로직 제어 엔진부로 제공하기 위한 AD 컨버터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중전기기 제어용 IO-BOX.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 중전기기는 접지개폐기와 차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 중전기기 제어용 IO-BOX.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 중전기기는 단로기를 포함하는 것을 특징으로 하는 중전기기 제어용 IO-BOX.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 로직 제어 엔진부는
    내부에 구비된 로직이 동작하며 실시간 계산되는 값을 상기 디지털 입력 모듈과, 상기 디지털 출력 모듈로 전송하고, 로직 제어 데이터 베이스부로 실질적으로 동시에 전달되며, 전달된 값은 상기 통신 케이블을 통해 FBD 에디터가 원격지의 IO-BOX의 로직 동작 상태를 감지하기 위해, 온라인 감시 모드로 접속되었을 때에 이용되는 것을 특징으로 하는 중전기기 제어용 IO-BOX.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 로직 제어 데이터 베이스부는
    타임 동기 서버로 부터 자체 시간을 동기화하며, 상기 로직 제어 엔진부로부터 실시간 전송된 상기 디지털 입력 모듈과 상기 디지털 출력모듈, 상기 PT 입력 모듈의 상태가 변할 때마다 타임 스탬프 값과 함께 변화된 상태를 저장하는 것을 특징으로 하는 중전기기 제어용 IO-BOX.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 타임 스탬프의 분해능은 1ms 인 것을 특징으로 하는 중전기기 제어용 IO-BOX.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104836340A (zh) * 2015-05-08 2015-08-12 西安工程大学 用于监控箱式变电站运行的智能监控系统及监控方法
KR101861576B1 (ko) * 2017-12-18 2018-05-28 대웅전기공업(주) Iec61850 기반 현장정보 처리반

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