KR20120107186A - 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단 방법 및 시스템 - Google Patents

보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배전선로에 고장 발생시 보조변류기를 통해서 상기 고장 발생의 픽업시간과 상기 고장에 의한 보호계전기의 동작 개시시간의 시간 간격을 지연시간으로 산출하는 지연시간 산출부; 상기 보호계전기의 레버값 및 상기 지연시간을 기초하여 픽업배수를 산출하고, 상기 픽업배수, 상기 보호계전기의 탭값 및 전류비를 이용하여 진단 고장전류를 연산하는 진단 고장전류 연산부; 및 복수의 추정 고장전류의 전류값과 상기 진단 고장전류의 전류값을 비교하여 고장지점을 판단하는 고장지점 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR A ANALYZING FAILURE OF POWER LINE USING PROTECTIVE RELAY}
본 발명은 배전선로의 고장진단 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 보호계전기를 이용하여 배전선로에 흐르는 고장전류에 대한 시간 정보를 이용하여 진단 고장전류를 산출하고, 데이터베이스에 저장된 배전선로에 관한 데이터를 이용하여 복수의 추정 고장전류를 산출하며, 진단 고장전류와 추정 고장전류를 반복적으로 비교함으로써 고장이 발생한 배전선로의 고장지점을 산출하는 배전선로의 고장진단 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 보호계전기는 지역별로 복잡하게 분포되어 있는 송전선로와 배전선로의 고장상태를 판별하여 고장선로 구간을 고속으로 차단하기 위해 설치된다. 이러한 전력계통의 보호계전기는 송전선로나 변압기, 모선 등과 같은 송전계통과 배전선로에서 전압 및 전류를 각각 입력받아서 고속 샘플링 처리 및 아날로그/디지털 변환을 거쳐서 디지털 전압/전류의 데이터를 생성하게 된다.
보호 알고리즘에 의하여 이런 디지털 전압/전류의 데이터를 진단하고 사고에 의한 고장상태 여부가 판별되면, 차단기를 통해서 고장지점을 고속으로 차단시킬 수 있다. 이는 일반 수용가에서 발생하게 되는 여러 가지 다양한 안전사고의 위험성을 최소화할 수 있다.
이런 종래의 고장진단은 154kV 보호계통에서는 고장기록장치를 별도로 설치하거나 거리 표정과 같은 고장지점 위치진단 기능을 가진 보호계전기를 이용함으로써 수행될 수 있다.
다만, 22.9kV 배전선로의 보호계전기의 경우 고장지점 제시와 같은 별도의 고장분석 기능이 없는 상태로 운전되고 있다. 22.9kV 계통의 고장 진단시 기존 현장에 설치된 전자기형 보호계전기나 디지털 보호계전기는 고장발생시 고장전류를 기록하지 못하고, 기존의 스카다(SCADA) 감시시스템은 고장전류 계측용이 아니라 상시 부하전류를 취득하는 용도이므로 고장전류를 취득할 수 없어서 고장지점을 유추하기 위한 정보를 얻을 수 없다.
따라서, 종래의 22.9kV 계통의 보호계전기는 154kV 계통에 비하여 고장점 표정기능이 없고, 배전선로 계통에는 고장기록장치의 미설치로 인하여 배전선로에서 고장 발생시 고장지점을 파악하기 어려운 문제점이 지적되고 있다.
이런 문제점을 해결하기 위해 별도의 분석시스템을 도입할 경우 기존에 설치된 주변압기 이하 배전선로의 보호계전기를 고장전류 취득 및 전송 가능한 최신 디지털 보호계전기로 교체해야 하므로 많은 설치 비용이 드는 문제점도 지적되고 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로, 기존의 보호계전기 또는 스카다를 이용하여 배전선로에 흐르는 고장전류에 대한 시간 정보를 검출하여 이를 기초로 하여 진단 고장전류를 산출하고, 진단 고장전류와 고장지점에 관한 정보를 담고 있는 추정 고장전류를 반복적으로 비교함으로써 고속으로 고장지점에 대한 정보를 획득하여 신속하게 고장진단을 할 수 있는 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단시스템은,배전선로에 고장 발생시 보조변류기를 통해서 상기 고장 발생의 픽업시간과 상기 고장에 의한 보호계전기의 동작 개시시간의 시간 간격을 지연시간으로 산출하는 지연시간 산출부; 상기 보호계전기의 레버값 및 상기 지연시간을 기초하여 픽업배수를 산출하고, 상기 픽업배수, 상기 보호계전기의 탭값 및 전류비를 이용하여 진단 고장전류를 연산하는 진단 고장전류 연산부; 및 복수의 추정 고장전류의 전류값과 상기 진단 고장전류의 전류값을 비교하여 고장지점을 판단하는 고장지점 판단부;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단시스템은, 상기 진단 고장전류 연산부가, 상기 보호계전기의 한시특성함수를 역변환함으로써 상기 픽업배수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단시스템은, 상기 진단 고장전류 연산부가, 진단 고장전류 = 탭값 × 전류비 × 픽업배수 에 의해서 상기 진단 고장전류를 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단시스템은, 상기 고장지점에 대한 정보를 디스플레이하는 디스플레이부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단시스템은, 상기 고장지점에 대한 정보를 원격감시조작부로 유선 또는 무선으로 전송하는 송수신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 스카다를 이용한 배전선로 고장진단시스템은, 상기 지연시간 산출부가, 배전선로와 연결된 스카다(SCADA)를 통해서 배전선로에 흐르는 계측 전류치가 정격전류보다 커지는 시점인 전류증가시각, 상기 정격전류의 미리 설정된 비율보다 작아지는 시점인 전류감소시각, 및 동작소요시간을 검출하고, 상기 전류증가시간, 상기 전류감소시간 및 상기 동작소요시간을 이용하여 지연시간을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법은, 지연시간 산출부, 진단 고장전류 연산부 및 고장지점 판단부를 포함하는 배전선로 고장진단시스템을 이용한 배전선로 고장진단방법에 있어서, 상기 지연시간 산출부가, 배전선로에 고장 발생시 보조변류기를 통해서 상기 고장 발생의 픽업시간을 획득하고 상기 고장에 의한 보호계전기의 동작 개시시간을 획득하여, 상기 픽업시간 및 상기 동작 개시시간의 시간간격을 지연시간으로 산출하는 지연시간 산출 단계(S100); 상기 진단 고장전류 연산부가 상기 보호계전기의 레버값 및 상기 지연시간에 기초하여 픽업배수를 산출하고, 상기 픽업배수, 상기 보호계전기의 탭값 및 전류비를 이용하여 진단 고장전류를 연산하는 진단 고장전류 연산 단계(S200); 및 상기 고장지점 판단부가 추정 고장전류의 전류값과 상기 진단 고장전류의 전류값을 비교하여 고장지점을 판단하는 고장지점 판단 단계(S300); 를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법은, 상기 진단 고장전류 연산부가, 상기 보호계전기의 한시특성함수를 역변환함으로써 상기 픽업배수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법은, 상기 진단 고장전류 연산 단계(S200)에서, 상기 진단 고장전류 연산부가, 진단 고장전류 = 탭값 × 전류비 × 픽업배수 에 의해서 상기 진단 고장전류를 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법은, 상기 배전선로 고장진단시스템은 디스플레이부를 더 포함하고, 상기 고장지점 판단 단계(S300) 이후에, 상기 디스플레이부가, 상기 고장지점에 대한 정보를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법은, 상기 배전선로 고장진단시스템은 송수신부를 더 포함하고, 상기 고장지점을 판단하는 단계(S300) 이후에, 상기 송수신부가, 상기 고장지점에 대한 정보를 원격감시조작부로 유선 또는 무선으로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 스카다를 이용한 배전선로 고장진단방법은, 상기 지연시간을 산출하는 단계(S100)는, 상기 지연시간 산출부가 배전선로에 고장 발생시에 스카다(SCADA)를 통해서 계측 전류치가 정격전류보다 커지는 시점인 전류증가시각, 상기 정격전류의 미리 설정된 비율보다 작아지는 시점인 전류감소시각, 및 동작소요시간을 검출하고, 상기 전류증가시각, 상기 전류감소시각 및 상기 동작소요시간을 이용하여 지연시간을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배전선로에 흐르는 고장전류에 대한 시간 정보를 보호계전기 또는 스카다를 이용하여 검출하고 이를 기초로 진단 고장전류를 산출하고, 진단 고장전류 및 임의의 고장지점에 해당하는 고장전류인 추정 고장전류를 비교함으로써 고속으로 고장지점에 대한 정보를 획득하여 신속하게 고장진단을 할 수 있는 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 보호계전기를 이용한 고장진단 시스템의 블럭도이고,
도 2는 본 발명에 따른 배전선로용 보호계전기 동작정보 취득 개요도이고,
도 3은 본 발명에 따른 보호계전기를 이용한 고장진단 방법의 흐름도이고,
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스카다를 이용한 고장진단 시스템의 블럭도이고,
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스카다를 이용한 고장진단 방법의 흐름도이다.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 보호계전기를 이용한 고장진단 시스템의 블럭도를 도시한다.
고장진단 시스템은 지연시간 연산부(100), 진단 고장전류 연산부(200), 고장지점 판단부(300) 및 데이터베이스(400)를 포함할 수 있다.
지연시간 연산부(100)는 보조변류기의 입력을 받아서 고장시와 차단시 나타나는 전류의 변화를 감지할 수 있다. 이렇게 전류의 변화를 감지하여 보호계전기의 동작시점시간(Cc) 및 동작소요시간(α)를 획득할 수 있다.
지연시간 연산부(100)는 동작시점시간(Cc)에 동작소요시간(α)를 보정함으로써 동작시간(Cr)을 연산할 수 있다. 또한 지연시간 연산부(100)는 동작시간(Cr) 및 고장전류의 픽업시점시간(Cp)을 이용하여 지연시간(Cd)를 연산할 수 있는데, 동작시간에서 픽업시점시간을 차감하여 지연시간(Cd)를 산출할 수 있다.
진단 고장전류 연산부(200)는 지연시간 연산부(100)로부터 지연시간(Cd)을 수신하고, 데이터베이스(400)로부터 보호계전기의 레버값을 수신한다. 진단 고장전류 연산부(200)는 지연시간(Cd)과 레버값을 이용하여 진단 고장전류(If)를 연산한다. 이는 앞서 살펴보았기 때문에 구체적인 설명을 생략하더라도 당업자라면 쉽게 이해할 수 있다.
고장지점 판단부(300)는 전원의 고장 상태에 따라 링 보조변류기의 정보, 모선 임피던스 및 선로 임피던스를 이용하여 임피던스를 가변하면서 추정 고장전류(Ie)를 반복적으로 연산할 수 있다.
고장지점 판단부(300)는 진단 고장전류 연산부(200)로부터 수신한 진단 고장전류를 반복적으로 연산된 추정 고장전류와 비교함으로써 고장지점(Ei)을 판단한다.
또한, 고장지점 판단부(300)는 고장지점(Ei)에 대한 정보를 디스플레이할 수 있는 디스플레이부와 전기적으로 연결되어 디스플레이부에 고장지점(Ei)에 대한 정보를 표시할 수 있다. 디스플레이부는 바람직하게는 CRT 모니터, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), LED(light emitting diode) 디스플레이 등 다양한 디스플레이 수단으로 구성될 수 있다.
뿐만 아니라, 고장지점 판단부(300)는 외부 장치와 유선 또는 무선으로 인터페이스할 수 있는 유/무선 인터페이스부를 더 포함할 수 있다. 유/무선 인터페이스부는 RS-232C 인터페이스, USB 인터페이스 또는 TCP/IP 인터페이스 등 다양한 인터페이스 수단으로 구현될 수 있다.
데이터베이스부(400)는 보호계전기의 레버값, 탭값, 배전선로의 모선 임피던스, 및 선로 임피던스 값을 입력받아 저장할 수 있고, 진단 고장전류 연산부(200) 및 고장지점 판단부(300)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 배전선로용 보호계전기의 동작정보를 취득하는 개요도를 도시한다.
도 2를 참고하면, 배전선로용 보호계전기의 동작정보의 대략적인 취득방법을 살펴보면 다음과 같다. 배전선로 공급계통(10)은 주변압기(14)를 통하여 주변압기 2차 차단기(12)를 거쳐 계통모선(11)으로 전력이 공급된다. 이후 각각의 차단기(12)를 통하여 해당 배전선로(13)로 공급하도록 구성된다.
각각의 배전선로(13)의 보호는 각각의 차단기(12)마다 배전선로용 보호계전기를 가지며 고장발생시 고장전류를 검출하여 한시요소와 순시요소를 사용하여 각각의 해당 차단기(12)를 동작시켜 배전선로(13) 구간에서 발생하는 단락 및 지락 고장을 차단시키는 기능을 수행한다.
배전선로(13)에 설치된 보호계전기의 동작시간은 링 보조변류기(17)를 사용하여 고장전류의 픽업시점시간(Cp)를 알 수 있다. 그 후단의 배전선로(13) 보호계전기의 동작시점시간(Cr)은 차단기의 동작시간(Cc)에서 차단기의 동작소요시간(α)을 빼주는 보정을 함으로써 구할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법의 흐름도를 도시한다. 보다 상세하게는 도 3을 참고하여 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법을 살펴보면 다음과 같다.
보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법은 시간간격을 지연시간으로 산출하는 지연시간 산출 단계(S100), 진단 고장전류를 연산하는 단계(S200) 및 고장지점을 판단하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
지연시간 산출 단계(S100)는, 지연시간 산출부(100)가 배전선로에 고장 발생시 링 보조변류기를 통해서 고장전류의 픽업시간을 획득하고, 픽업시간과 고장에 의한 보호계전기의 동작 개시시간의 시간간격을 지연시간으로 산출한다.
보다 구체적으로 살펴보면, 지연시간 연산부(100)가 보호계전기의 동작시점시간 및 동작소요시간을 수신한다. 지연시간 연산부(100)가 링 보조변류기(170)를 통해서 고장전류의 픽업시점시간을 획득하고 보호계전기의 동작시간을 산출하여 이를 이용하여 지연시간으로 산출한다. 즉, 지연시간 연산부(100)는 보호계전기의 동작시점시간에서 동작소요시간을 차감함으로써 보호계전기의 동작시간을 연산할 수 있다.
진단 고장전류 연산 단계(S200)는, 진단 고장전류 연산부(200)가 지연시간 연산부(100)로부터 지연시간을 수신하고, 데이터베이스부(400)로부터 보호계전기의 레버값을 수신한다.
배전선로 고장시에 해당 보호계전기의 한시특성함수(Fry())는 강반한시 특성을 가지는 보호계전기의 레버곡선을 함수식으로 표현해 놓은 것이다.
예컨대, 디지털 보호계전기의 한시특성함수는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Fry(Tp,레버값)=(39.85/(픽업배수(Tp))^1.95-1)+1.084)×레버값×60/10[cycle]
여기서, 보호계전기의 레버값이 3이고, 픽업배수는 10 [배수]로 설정된 경우, 한시동작시간=(39.85/(10^1.95-1)+1.084)*3*60/10 = 28 [cycle]일 수 있다. 이러한 한시특성함수는 예시적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 본원 발명의 기술적 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.
픽업배수는 배전선로에 설치된 보호계전기의 한시특성함수(Fry())를 역변환하여 다음에 따라 구할 수 있다.
픽업배수 = (39.85/(|레버값*6/한시동작시간-1.084|+1) [배수]
즉, 배전선로에서 고장 발생시, 진단 고장전류 연산부(200)가 한시동작시간의 정보인 지연시간을 지연시간 연산부(100)로부터 취득한다. 진단 고장전류 연산부(200)가 지연시간 및 레버값을 이용하여 다음의 역 한시특성함수(Gry())에 의해서 픽업배수를 산출할 수 있다.
Gry(레버값, 지연시간) = (6 × 39.85 ×레버값 / 지연시간(Cd))∧1.95 [배수]
상기 역 한시특성함수를 살펴보면, 픽업배수는 한시동작시간(예컨대, 지연시간)과 반비례 관계에 있음을 알 수 있다. 한시동작시간은 고장지점이 모선으로부터 멀리 떨어질수록 증가하게 된다. 따라서, 한시동작시간이 증가하면 픽업배수의 값은 오히려 감소한다.
진단 고장전류 연산부(200)가 데이터베이스(400)로부터 보호계전기의 탭값 및 전류비(예컨대, 600/5)를 수신한다. 배전선로의 소정 지점에서 고장이 발생한 경우에, 상술한 방법에 따라 지연시간 연산부(100)가 지연시간을 연산하고, 진단 고장전류 연산부(200)가 지연시간을 이용하여 픽업배수를 산출한다.
또한, 진단 고장전류 연산부(200)가 다음의 수학식 1에 따라 픽업배수, 탭값 및 전류비를 이용하여 진단 고장전류를 연산한다.
Figure pat00001
예컨대, 탭값이 4[A]이고, 전류비가 600/5이며, 픽업배수(Tp)가 10 [배수]일 경우, 상기 수학식 1에 의해서 진단 고장전류(If)는 If = 4*600/5*10 = 4,800[A]임을 알 수가 있다.
본원 발명의 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법에 따르면, 배전선로에서 고장이 발생하는 경우 고장전류에 대한 시간정보를 이용하여 이를 픽업배수로 변환하고, 픽업배수에 기초하여 진단 고장전류를 연산할 수 있으므로 종래의 보호계전기를 활용하여 배전선로의 고장을 진단할 수 있다.
고장지점을 판단하는 단계(S300)는 고장지점 판단부(300)가 추정 고장전류를 연산하여 진단 고장전류와 비교함으로써 고장지점을 판단하게 된다. 고장지점 판단부(300)가 추정 고장전류를 연산하는 방법에 대해 살펴보면, 고장지점 판단부(300)가 링 보조변류기를 통해서 고장이 발생한 상을 판별하고, 데이터베이스(400)로부터 고장이 발생한 배전선로에 대한 정보로 모선 임피던스 및 선로 임피던스의 값을 수신한다. 고장지점 판단부(400)가 모선 임피던스 및 선로 임피던스를 이용하여 추정 임피던스를 산출한다. 예컨대 다음의 수학식 2에 제시된 고장 조건 중 어느 하나에 따라서 추정 고장전류를 산출한다.
Figure pat00002
다만, 3상 전원의 경우에 1선 단선이나 2선 단선이 발생하는 경우 비대칭으로 인하여 대칭 조건에 따라 고장 전류를 산출할 수 없다.
따라서, 비대칭 3상 전원의 경우에는 이른바 대칭좌표법에 의해서 복수의 추정 고장전류를 산출할 수 있다. 추정 고장전류를 산출하는 것과 함께 픽업배수를 연산할 수 있다.
고장지점 판단부(300)가 추정 고장전류를 반복하여 연산함으로써 진단 고장전류 연산부(200)로부터 수신한 진단 고장전류와 비교하여 고장지점을 판단하게 된다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
예컨대, 진단 고장전류 연산부(200)가 진단 고장전류로 4800 [A]을 산출한 경우에, 고장지점 판단부(300)가 모선임피던스 및 선로임피던스를 가변하면서 추정 고장전류를 반복적으로 연산하면서 그 결과를 진단 고장전류와 비교한다.
즉, 긍장 0km 지점부터 50cm씩 증가처리하면서 픽업배수 및 추정 고장전류를 연산하면 다음의 표 1과 같다.
긍장거리[Km] 픽업배수[배수] 추정 고장전류[A]
2.15 10.09 4,846
2.20 10.02 4,809
2.25 9.94 4,773
2.30 9.87 4,737
고장지점 판단부(300)가 긍장거리(모선 임피던스 또는 선로 임피던스)를 가변시키면서 추정 고장전류를 반복적으로 연산하면서, 진단 고장전류와 차이값을 다음의 수학식 3에 제시된 것과 같이 연산한다.
Figure pat00003
상기 수학식 3과 같은 방식으로 모선 임피던스 또는 선로 임피던스를 가변시키면서 반복적으로 진단 고장전류와 추정 고장전류의 차이값을 연산함으로써, 이러한 차이값이 소정의 기준치 이내일 경우에 그때의 추정 고장전류에 대한 정보를 이용하여 고장지점을 판단할 수 있다.
상기 수학식 3에서 제시하고 있는 경우를 살펴보면, df(2.20km)에서 추정 고장전류와 진단 고장전류의 차이값이 소정의 기준치(예컨대, 40[A]로 이미 설정)이내에 해당하므로 그때의 추정 고장전류에 대한 정보인 긍장거리 2.20km를 이용하여 고장지점을 판단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스카다를 이용한 고장진단 시스템의 블럭도를 도시한다.
도 4를 참고하면, 스카다를 이용한 고장진단 시스템은, 지연시간 연산부(100), 진단 고장전류 연산부(200), 고장지점 판단부(300) 및 데이터베이스(400)를 포함할 수 있다.
지연시간 연산부(110)는 스카다를 통해서 배전선로의 전류에 대한 정보를 수신하며, 전류증가 시각(Cf), 전류감소 시간(Cz), 및 동작소요시간(α)을 이용하여 지연시간(Cd)을 산출할 수 있다.
즉, 배전선로에 고장전류가 발생하면 스카다를 통해서 배전선로에 흐르는 전류를 계측하되 계측 전류치가 정격전류의 크기 이상이 되는 시점을 고장 시점으로 하는 전류증가시각(Cf)으로 하고, 계측 전류치가 정격전류의 크기의 미리 설정된 비율 이하가 되는 시점을 고장 해소 시점으로 하는 전류감소시각(Cz)으로 하며, 차단기 동작 소요시간을 동작소요시간(a)으로 한다.
전류증가시각(Cf)은 배전선로에 흐르는 전류의 크기가 정격전류의 크기 이상이 되는 시점으로 볼 수 있겠으나, 바람직하게는 배전선로에 흐르는 전류의 크기가 정격전류의 크기의 150% 이상이 되는 시점을 전류증가시각으로 볼 수도 있다.
다만, 일반적으로 배전선로에 흐르는 전류의 크기가 정격전류의 크기 이상이 되는 경우는 배전선로 고장에 의한 경우 뿐만 아니라 부하의 변동에 의한 경우도 생길 수 있다.
따라서, 전류증가시각(Cf)을 정격전류보다 커지는 시각으로 판단할 경우에는 고장이 아닌 경우에도 전류증가시각(Cf)으로 판단할 수 있다. 다만, 부하변동으로 배전선로에 흐르는 전류치가 정격전류의 크기를 넘었을 경우에는 전류의 변화는 수십에서 수백 싸이클의 시간동안에 걸쳐서 발생하게 되므로 그 변화율이 급작스럽지 않게 된다. 반면, 배전선로에 고장이 발생하여 배전선로에 흐르는 전류의 변화는 수 싸이클 예컨대 2~3 싸이클의 시간동안에 걸쳐서 발생하게 되므로 그 변화율이 급작스럽다. 정격전류의 크기를 넘는 시점을 전류증가시각(Cf)으로 판단하는 알고리즘에 의해도 상술한 내용을 기초하면 배전선로의 고장에 의한 것인지를 판단할 수 있게 된다.
전류감소시각(Cz)은 배전선로에 흐르는 전류의 크기가 정격전류의 미리 설정된 비율 이하가 되는 시점으로 볼 수 있는데, 이때 미리 설정된 비율은 예시적으로 0.1 ~ 1%로 설정될 수 있다. 이론적으로는 차단기가 동작하면 배전선로에 흐르는 전류가 감소하여 0A가 될 수 있겠으나, 차단기 또는 배전선로의 상태에 따라 정격전류의 크기의 2 ~ 5%의 크기의 전류가 배전선로에 흐를 수 있다. 따라서, 예시적으로는 미리 설정된 비율을 1%로 설정할 수 있겠다. 이러한 미리 설정된 비율은 본원 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에서 당업자라면 차단기 또는 배전선로의 상태를 감안하여 다양하게 변형하여 설정할 수 있다.
또는, 전류감소시각(Cz)은 바람직하게는 배전선로에 흐르는 전류치가 0[A]에 도달할 때의 시각으로 판단할 수도 있고, 경우에 따라서는 부하전류가 소멸되는 시점을 전류감소시각으로 판단할 수도 있겠다.
따라서, 지연시간 연산부(110)가 고장발생시각(Cf), 고장해소시각(Cz) 및 동작소요시간(a)을 다음의 수학식 4에 의하여 한시계전기 지연시간(Cd)을 연산한다.
Figure pat00004
진단 고장전류 연산부(200)는 지연시간 연산부(110)로부터 수신한 지연시간(Cd) 및 데이터베이스(400)로부터 수신한 레버값을 이용하여 픽업배수(Tp)를 연산한다. 진단 고장전류 연산부(200)가 데이터베이스(400)로부터 탭값을 수신하고, 전류비를 수신하여 이를 이용하여 진단 고장전류(If)를 상술한 방법으로 산출할 수 있다.
이런 스카다를 이용한 고장진단 시스템은 링 보조변류기(17)를 별도 설치하지 않고 스카다의 전류 정보를 이용하여 지연시간(Cd)을 연산할 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스카다(SCADA)를 이용한 고장진단 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5를 참고하면, 스카다를 이용한 고장진단 방법은, 도 3에서 도시된 보호계전기를 이용하여 배전선로의 고장진단방법과 비교했을 때 지연시간(Cd)을 구하는 알고리즘에 차별적인 특징이 있다.
즉, 앞서 살펴본 바와 같이 스카다를 이용한 고장진단 시스템은 링 보조변류기(17)를 별도 설치하지 않고 스카다의 전류 정보를 이용하여 지연시간(Cd)을 연산할 수 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 배전선로에 고장 발생시 보조변류기를 통해서 상기 고장 발생의 픽업시간과 상기 고장에 의한 보호계전기의 동작 개시시간의 시간 간격을 지연시간으로 산출하는 지연시간 산출부;
    상기 보호계전기의 레버값 및 상기 지연시간을 기초하여 픽업배수를 산출하고, 상기 픽업배수, 상기 보호계전기의 탭값 및 전류비를 이용하여 진단 고장전류를 연산하는 진단 고장전류 연산부; 및
    복수의 추정 고장전류의 전류값과 상기 진단 고장전류의 전류값을 비교하여 고장지점을 판단하는 고장지점 판단부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진단 고장전류 연산부는, 상기 보호계전기의 한시특성함수를 역변환함으로써 상기 픽업배수를 산출하는 것을 특징으로 하는 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 진단 고장전류 연산부가,
    진단 고장전류 = 탭값 × 전류비 × 픽업배수
    에 의해서 상기 진단 고장전류를 연산하는 것을 특징으로 하는 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고장지점에 대한 정보를 디스플레이하는 디스플레이부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고장지점에 대한 정보를 원격감시조작부로 유선 또는 무선으로 전송하는 송수신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지연시간 산출부는, 배전선로와 연결된 스카다(SCADA)를 통해서 배전선로에 흐르는 계측 전류치가 정격전류보다 커지는 시점인 전류증가시각, 상기 정격전류의 미리 설정된 비율보다 작아지는 시점인 전류감소시각, 및 동작소요시간을 검출하고, 상기 전류증가시간, 상기 전류감소시간 및 상기 동작소요시간을 이용하여 지연시간을 연산하는 것을 특징으로 하는 스카다를 이용한 배전선로 고장진단시스템.
  7. 지연시간 산출부, 진단 고장전류 연산부 및 고장지점 판단부를 포함하는 배전선로 고장진단시스템을 이용한 배전선로 고장진단방법에 있어서,
    상기 지연시간 산출부가, 배전선로에 고장 발생시 보조변류기를 통해서 상기 고장 발생의 픽업시간을 획득하고 상기 고장에 의한 보호계전기의 동작 개시시간을 획득하여, 상기 픽업시간 및 상기 동작 개시시간의 시간간격을 지연시간으로 산출하는 지연시간 산출 단계(S100);
    상기 진단 고장전류 연산부가 상기 보호계전기의 레버값 및 상기 지연시간에 기초하여 픽업배수를 산출하고, 상기 픽업배수, 상기 보호계전기의 탭값 및 전류비를 이용하여 진단 고장전류를 연산하는 진단 고장전류 연산 단계(S200); 및
    상기 고장지점 판단부가 추정 고장전류의 전류값과 상기 진단 고장전류의 전류값을 비교하여 고장지점을 판단하는 고장지점 판단 단계(S300);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 진단 고장전류 연산 단계(S200)에서,
    상기 진단 고장전류 연산부는, 상기 보호계전기의 한시특성함수를 역변환함으로써 상기 픽업배수를 산출하는 것을 특징으로 하는 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 진단 고장전류 연산 단계(S200)에서,
    상기 진단 고장전류 연산부가,
    진단 고장전류 = 탭값 × 전류비 × 픽업배수
    에 의해서 상기 진단 고장전류를 연산하는 것을 특징으로 하는 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 배전선로 고장진단시스템은 디스플레이부를 더 포함하고,
    상기 고장지점 판단 단계(S300) 이후에, 상기 디스플레이부가, 상기 고장지점에 대한 정보를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 배전선로 고장진단시스템은 송수신부를 더 포함하고,
    상기 고장지점을 판단하는 단계(S300) 이후에, 상기 송수신부가, 상기 고장지점에 대한 정보를 원격감시조작부로 유선 또는 무선으로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호계전기를 이용한 배전선로 고장진단방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 지연시간을 산출하는 단계(S100)는,
    상기 지연시간 산출부가 배전선로에 고장 발생시에 스카다(SCADA)를 통해서 계측 전류치가 정격전류보다 커지는 시점인 전류증가시각, 상기 정격전류의 미리 설정된 비율보다 작아지는 시점인 전류감소시각, 및 동작소요시간을 검출하고, 상기 전류증가시각, 상기 전류감소시각 및 상기 동작소요시간을 이용하여 지연시간을 연산하는 것을 특징으로 하는 스카다를 이용한 배전선로 고장진단방법.
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