KR20130035596A - 변압기 보호 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20130035596A
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권동진
우정욱
곽주식
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한국전력공사
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Abstract

변압기의 내부 고장을 신속하고 정밀하게 검출할 수 있는 변압기 보호 기술이 개시된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 변압기 보호 장치는 변압기의 내부에서 발생하는 전자기파 신호를 감지하는 전자기파 감지부; 전자기파 감지부에서 감지되는 전자기파 신호 중 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 전자기파 신호를 검출하는 이상 전자기파 검출부; 변압기의 내부에서 발생하는 충격압력 신호를 감지하는 충격압력 감지부; 충격압력 감지부에서 감지되는 충격압력 신호 중 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 충격압력 신호를 검출하는 이상 충격압력 검출부; 및 이상 전자기파 신호와 이상 충격압력 신호가 모두 검출된 경우, 변압기에 대하여 차단 신호를 송신하는 고장 판별부를 포함한다.

Description

변압기 보호 장치 및 방법{Apparatus and method for protecting transformer}
본 발명은 변압기 보호 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 변압기의 내부 고장을 신속하고 정밀하게 검출할 수 있는 변압기 보호 장치 및 방법에 관한 것이다.
전력용 변압기에서 기계적으로 내부고장을 검출하는 장치는 크게 방압변, 브흐홀쯔 계전기, 충격압력계전기 3 가지로 분류할 수 있다. 이 중, 충격압력계전기는 내부 고장에 의해 발생되는 급격한 압력증가를 감지하여 변압기를 신속하게 차단하는 장치로 방압변이나 부흐홀쯔계전기보다 빠른 시간에 고장을 감지할 수 있는 장점을 가지고 있다.
충격압력계전기는 변압기 내부고장이 발생될 경우 신속하게 변압기를 차단하는 장점을 가지고 있다. 그러나 기존의 충격압력계전기는 트립 회로의 혼촉에 의해 오동작이 발생하는 경우가 있으며, 변압기 내부고장이 아닌 외부 써지 유입시에도 충격압력이 발생되고 이로 인해 오동작이 유발되는 문제점을 가지고 있다. 즉, 외부 써지 유입시에도, 충격압력계전기가 변압기 내부고장으로 인식하여 트립 신호를 송출하는 오동작을 유발한다.
기존의 충격압력계전기의 오동작을 방지하는 기술은 혼촉에 의한 트립을 방지하는 수준에 머무르고 있으며, 외부 써지 유입에 의한 문제에 대한 해결책은 마련되지 않은 상태이다. 이와 같이 민감한 충격압력계전기의 오동작 문제를 해결하기 위해 신호검출의 감도를 줄일 경우 오동작은 줄어들지만 동작시간이 지연되어 사고의 파급효과가 커지는 문제점이 발생할 수 있으므로 동작시간을 지연시키지 않으면서 오동작을 줄일 수 있는 대책이 필요하다.
본 발명의 목적은 변압기 내부 고장시에는 나타나고 외부 써지 유입시에는 나타나지 않는 물리적 현상을 이용하여 변압기 내부 고장을 판별하여, 외부 써지 유입에 의한 오동작을 방지하는 것이다.
그리고, 본 발명은 변압기의 내부고장 판별에 충격압력 신호 검출뿐만 아니라 전자기파 신호 검출을 이용하여, 신뢰성 높은 변압기 보호 장치를 구현하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전파 속도가 빠른 충격압력 신호와 전자기파 신호를 변압기 내부 고장 판별에 이용함으로써, 내부 고장을 신속히 파악하여 변압기를 차단하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전자기파에 대한 빠른 신호 검출로 트립 속도의 저하 없이 신속하고 신뢰성 높은 보호 장치를 구현하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 변압기 보호 장치는 변압기의 내부에서 발생하는 전자기파 신호를 감지하는 전자기파 감지부; 상기 전자기파 감지부에서 감지되는 상기 전자기파 신호 중 상기 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 전자기파 신호를 검출하는 이상 전자기파 검출부; 상기 변압기의 내부에서 발생하는 충격압력 신호를 감지하는 충격압력 감지부; 상기 충격압력 감지부에서 감지되는 상기 충격압력 신호 중 상기 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 충격압력 신호를 검출하는 이상 충격압력 검출부; 및 상기 이상 전자기파 신호와 상기 이상 충격압력 신호가 모두 검출된 경우, 상기 변압기에 대하여 차단 신호를 송신하는 고장 판별부를 포함한다.
이 때, 상기 전자기파 감지부는 상기 전자기파 신호를 기 설정된 시간마다 감지하며, 상기 이상 전자기파 검출부는 상기 전자기파 감지부에서 연속 감지된 제 1 전자기파 신호 및 제 2 전자기파 신호에 있어서, 상기 제 2 전자기파 신호의 크기가 상기 제 1 전자기파 신호의 크기 대비 기 설정된 한계 증가율보다 크게 증가한 경우, 상기 제 2 전자기파 신호를 상기 이상 전자기파 신호로 검출할 수 있다.
이 때, 상기 고장 판별부는, 기 설정된 단위 시간 내에 상기 이상 전자기파 신호 및 상기 이상 충격압력 신호가 모두 검출된 경우, 상기 변압기에 대하여 차단 신호를 송신할 수 있다.
이 때, 상기 전자기파 감지부는 상기 변압기의 외부에서 유입되는 전자기파 노이즈에 의한 오동작을 막기 위하여 지향성을 가질 수 있다.
이 때, 상기 충격압력 감지부는 상기 변압기의 내부 고장 시에 발생하는 아크 에너지에 의해 절연유가 기화되면서 증가하는 내부 압력을 감지할 수 있다.
이 때, 상기 이상 충격압력 검출부는 기 설정된 압력치를 넘는 충격압력 신호를 상기 이상 충격압력 신호로 검출할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 변압기 보호 방법은 변압기의 내부에서 발생하는 전자기파 신호를 감지하는 단계; 상기 전자기파 신호 중 상기 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 전자기파 신호를 검출하는 단계; 상기 변압기의 내부에서 발생하는 충격압력 신호를 감지하는 단계; 상기 충격압력 신호 중 상기 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 충격압력 신호를 검출하는 단계; 및 상기 이상 전자기파 신호와 상기 이상 충격압력 신호가 모두 검출된 경우, 상기 변압기에 대하여 차단 신호를 송신할 수 있다.
이 때, 상기 전자기파 신호를 감지하는 단계는, 상기 전자기파 신호를 기 설정된 시간마다 감지하며, 상기 이상 전자기파 신호를 검출하는 단계는, 상기 전자기파 신호를 감지하는 단계에서 연속 감지된 제 1 전자기파 신호 및 제 2 전자기파 신호에 있어서, 상기 제 2 전자기파 신호의 크기가 상기 제 1 전자기파 신호의 크기 대비 기 설정된 한계 증가율보다 크게 증가한 경우, 상기 제 2 전자기파 신호를 상기 이상 전자기파 신호로 검출할 수 있다.
이 때, 상기 변압기에 대하여 차단 신호를 송신하는 단계는, 기 설정된 단위 시간 내에 상기 이상 전자기파 신호 및 상기 이상 충격압력 신호가 검출된 경우, 상기 변압기에 대하여 차단 신호를 송신할 수 있다.
이 때, 상기 전자기파 신호를 감지하는 단계는, 상기 변압기의 외부에서 유입되는 전자기파 노이즈에 의한 오감지를 막기 위하여 지향성을 갖는 전자기파 감지부에 의하여 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 충격압력 신호를 감지하는 단계는, 상기 변압기의 내부 고장 시에 발생하는 아크 에너지에 의해 절연유가 기화되면서 증가하는 내부 압력을 감지할 수 있다.
이 때, 상기 이상 충격압력 신호를 검출하는 단계는, 기 설정된 압력치를 넘는 충격압력 신호를 상기 이상 충격압력 신호로 검출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 변압기 내부 고장시에는 나타나고 외부 써지 유입시에는 나타나지 않는 물리적 현상을 이용하여 변압기 내부 고장을 판별하여, 외부 써지 유입에 의한 오동작을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명은 변압기의 내부고장 판별에 충격압력뿐만 아니라 전자기파를 검출하여, 신뢰성 높은 변압기 보호 장치를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 전파 속도가 빠른 충격압력과 전자기파를 변압기 내부 고장 판별에 이용함으로써 내부 고장을 신속히 파악하여 변압기를 차단할 수 있다.
또한, 본 발명은 전자기파에 대한 빠른 신호 검출로 트립 속도의 저하 없이 신속하고 신뢰성 높은 보호 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 변압기 보호 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 변압기 보호 방법에 있어서, 변압기 내부의 이상 전자기파 신호를 검출하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명에 따른 변압기 보호 방법에 있어서, 변압기 내부의 이상 충격압력 신호를 검출하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 4는 본 발명에 따른 변압기 보호 방법에 있어서, 변압기에 대하여 차단 신호를 송신하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 변압기 보호 장치의 구성 및 동작에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 변압기 보호 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 변압기 보호 장치(100)는 전자기파 감지부(110), 이상 전자기파 검출부(120), 충격압력 감지부(130), 이상 충격압력 검출부(140) 및 고장 판별부(150)를 포함하여 구성된다.
전자기파 감지부(110)는 변압기의 내부에서 발생하는 전자기파 신호를 감지한다. 이러한, 전자기파 감지부(110)는 전자기파 신호를 기 설정된 시간마다 감지할 수 있다. 예를 들어, 전자기파 감지부(110)는 기 설정된 시간인 1 ms마다 전자기파 신호를 검출할 수 있다. 또한, 전자기파 감지부(110)는 변압기의 외부에서 유입되는 전자기파 노이즈에 의한 오동작을 막기 위하여, 지향성을 가질 수 있다. 즉, 전자기파 감지부(110)는 변압기 내부에서 발생하는 전자기파 신호만을 감지한다. 그리고, 이 때 외부에서 유입되는 전자기파 노이즈는 외부에서 유입되는 써지일 수 있다.
이상 전자기파 검출부(120)는 전자기파 감지부(110)에서 감지되는 전자기파 신호 중 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 전자기파 신호를 검출한다. 이 때, 이상 전자기파 검출부(120)는 전자기파 감지부(110)에서 기 설정된 시간 간격으로 연속하여 감지된 제 1 전자기파 신호 및 제 2 전자기파 신호의 크기를 비교한다. 그리고, 이상 전자기파 검출부(120)는 제 2 전자기파 신호의 크기가 제 1 전자기파 신호의 크기 대비 기 설정된 한계 증가율보다 크게 증가한 경우, 해당 제 2 전자기파 신호를 이상 전자기파 신호로 검출할 수 있다. 한계 증가율은 예를 들어, 1,000 %로 설정될 수 있다. 또한, 이상 전자기파 검출부(120)는 상기 제 2 전자기파 신호가 상기 한계 증가율 조건을 넘고, 일정치(ex; 2,000 pc) 이상의 신호 조건을 넘는 부분 방전 신호인 경우, 이상 전자기파 신호를 검출할 수 있다.
충격압력 감지부(130)는 변압기의 내부에서 발생하는 충격압력 신호를 감지한다. 이 때, 충격압력 감지부(130)는 변압기의 내부 고장 시에 발생하는 아크 에너지에 의해 절연유가 기화되면서 증가하는 내부 압력을 충격압력 신호로 감지할 수 있다.
이상 충격압력 검출부(140)는 충격압력 감지부(130)에서 감지되는 충격압력 신호 중 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 충격압력 신호를 검출한다. 그리고, 이상 충격압력 검출부(140)는 기 설정된 압력치를 넘는 충격압력 신호를 이상 충격압력 신호로 검출할 수 있다.
고장 판별부(150)는 이상 전자기파 검출부(120)에서의 이상 전자기파 신호 및 이상 충격압력 검출부(140)에서의 이상 충격압력 신호가 모두 검출되는 경우, 변압기 내부에 고장이 발생한 것으로 판단한다. 그리고, 고장 판별부(150)는 변압기 내부에 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 변압기의 동작을 멈추게 하기 위한 차단 신호를 변압기에 송신한다. 이러한, 고장 판별부(150)는 기 설정된 단위 시간 내에 이상 전자기파 신호 및 이상 충격압력 신호가 모두 검출된 경우, 변압기에 대하여 차단 신호를 송신할 수 있다. 즉, 전자기파 신호와 충격압력 신호의 전파 속도가 상이하게 때문에, 변압기에 내부 고장이 발생하였을 때, 이상 전자기파 검출부(120)에서 이상 전자기파 신호를 검출한 시각과 이상 충격압력 검출부(140)에서 이상 충격압력 신호를 검출한 시각이 동시각이 아닌 경우가 있을 수 있다. 따라서, 고장 판별부(150)가 기 설정된 단위 시간에 대하여 이상 전자기파 신호 및 이상 충격압력 신호의 검출 여부를 판단하여, 변압기의 내부 고장 판별의 정확성 및 신뢰성이 높아진다.
이하에서는 본 발명에 따른 변압기 보호 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 변압기 보호 방법에 있어서, 변압기 내부의 이상 전자기파 신호를 검출하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도 3은 본 발명에 따른 변압기 보호 방법에 있어서, 변압기 내부의 이상 충격압력 신호를 검출하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도 4는 본 발명에 따른 변압기 보호 방법에 있어서, 변압기에 대하여 차단 신호를 송신하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
본 발명에 따른 변압기 보호 방법은 이상 전자기파 신호 및 이상 충격압력 신호를 검출하여, 변압기에 대하여 차단신호를 송신하여 이루어진다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 변압기 보호 방법에 있어서, 이상 전자기파 신호를 검출하는 방법은 먼저, 변압기의 내부에서 발생하는 전자기파 신호를 감지한다(S110). 이 때, 단계(S110)에서 전자기파 신호는 기 설정된 시간마다 감지될 수 있다. 그리고, 단계(S110)는 변압기의 외부에서 유입되는 전자기파 노이즈에 의한 오감지를 막기 위하여 지향성을 갖는 전자기파 감지부에 의하여 이루어질 수 있다.
그리고, 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 전자기파 신호를 검출하기 위하여, 단계(S110)에서 연속으로 감지된 제 1 전자기파 신호 및 제 2 전자기파 신호에 있어서, 제 2 전자기파 신호의 크기가 제 1 전자기파 신호의 크기 대비 기 설정된 한계 증가율보다 크게 증가하였는지를 판단한다(S120). 즉, 제 1 전자기파 신호 이후 기 설정된 시간 이후 감지된 제 2 전자기파 신호의 크기에서 제 1 전자기파 신호의 크기를 나눈 값이 기 설정된 한계 증가율보다 높은지를 판단한다.
단계(S120)의 판단 결과, 제 2 전자기파 신호가 제 1 전자기파 신호 대비 한계 증가율 이상 증가하지 않았다면, 해당 제 2 전자기파 신호는 정상 전자기파 신호로 간주하고, 단계(S110)로 돌아가 계속하여 변압기 내부의 전자기파 신호를 감지한다.
반면, 단계(S120)의 판단 결과, 제 2 전자기파 신호가 제 1 전자기파 신호 대비 한계 증가율 이상 증가하였다면, 해당 제 2 전자기파 신호를 이상 전자기파 신호로 검출한다(S130).
그리고, 고장 판별부로 단계(S130)에서 검출된 이상 전자기파 신호에 대한 검출 정보를 전송한다(S140).
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 변압기 보호 방법에 있어서, 이상 충격압력 신호를 검출하는 방법은 먼저, 변압기의 내부에서 발생하는 충격압력 신호를 감지한다(S210). 이 때, 단계(S210)는 변압기의 내부 고장 시에 발생하는 아크 에너지에 의해 절연유가 기화되면서 증가하는 내부 압력을 감지하여 충격압력 신호를 검출할 수 있다.
그리고, 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 충격압력 신호를 검출하기 위하여, 단계(S210)에서 감지된 충격압력 신호의 크기가 기 설정된 압력치 이상인지를 판단한다(S220).
단계(S220)의 판단 결과, 충격압력 신호의 크기가 기 설정된 압력치 이상이 아니라고 판단되는 경우, 해당 충격압력 신호를 정상 충격압력 신호로 간주하고, 단계(S210)로 돌아가 계속하여 변압기 내부의 충격압력 신호를 감지한다.
단계(S220)의 판단 결과, 충격압력 신호의 크기가 기 설정된 압력치 이상이라고 판단된 경우, 해당 충격압력 신호를 이상 충격압력 신호로 검출한다(S230).
그리고, 고장 판별부로 단계(S230)에서 검출된 이상 충격압력 신호에 대한 검출 정보를 전송한다(S240).
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 변압기 보호 방법에 있어서, 변압기에 대하여 차단 신호를 송신하는 방법은 고장 판별부에서 이루어질 수 있으며 먼저, 이상 전자기파 신호 및 이상 충격압력 신호가 모두 검출되었는지를 판단한다(S310). 이 때, 단계(S310)는 기 설정된 단위 시간 내에 이상 전자기파 신호 및 이상 충격압력 신호가 모두 검출되었는지를 판단할 수 있다.
단계(S310)의 판단 결과, 이상 전자기파 신호 또는 이상 충격압력 신호가 검출되지 않는 경우, 변압기의 내부에 고장이 발생하지 않은 것으로 판단한다.
단계(S310)의 판단 결과, 이상 전자기파 신호 및 이상 충격압력 신호가 모두검출된 경우, 변압기의 내부에 고장이 발생한 것으로 판단한다(S320). 이 때, 단계(S320)는 상기 기 설정된 단위 시간 내에 이상 전자기파 신호 및 이상 충격압력 신호가 모두 검출된 경우, 변압기의 내부에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 변압기 작동 정지를 위한 차단 신호를 변압기에 송신한다(S330).
이상에서와 같이 본 발명에 따른 변압기 보호 장치 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100; 변압기 보호 장치
110; 전자기파 감지부
120; 이상 전자기파 검출부
130; 충격압력 감지부
140; 이상 충격압력 검출부
150; 고장 판별부

Claims (6)

  1. 변압기의 내부에서 발생하는 전자기파 신호를 감지하는 전자기파 감지부;
    상기 전자기파 감지부에서 감지되는 상기 전자기파 신호 중 상기 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 전자기파 신호를 검출하는 이상 전자기파 검출부;
    상기 변압기의 내부에서 발생하는 충격압력 신호를 감지하는 충격압력 감지부;
    상기 충격압력 감지부에서 감지되는 상기 충격압력 신호 중 상기 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 충격압력 신호를 검출하는 이상 충격압력 검출부; 및
    상기 이상 전자기파 신호와 상기 이상 충격압력 신호가 모두 검출된 경우, 상기 변압기에 대하여 차단 신호를 송신하는 고장 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자기파 감지부는 상기 전자기파 신호를 기 설정된 시간마다 감지하며,
    상기 이상 전자기파 검출부는 상기 전자기파 감지부에서 연속 감지된 제 1 전자기파 신호 및 제 2 전자기파 신호에 있어서, 상기 제 2 전자기파 신호의 크기가 상기 제 1 전자기파 신호의 크기 대비 기 설정된 한계 증가율보다 크게 증가한 경우, 상기 제 2 전자기파 신호를 상기 이상 전자기파 신호로 검출하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자기파 감지부는 상기 변압기의 외부에서 유입되는 전자기파 노이즈에 의한 오동작을 막기 위하여 지향성을 갖는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.
  4. 변압기의 내부에서 발생하는 전자기파 신호를 감지하는 단계;
    상기 전자기파 신호 중 상기 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 전자기파 신호를 검출하는 단계;
    상기 변압기의 내부에서 발생하는 충격압력 신호를 감지하는 단계;
    상기 충격압력 신호 중 상기 변압기의 내부 고장에 의하여 발생하는 이상 충격압력 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 이상 전자기파 신호와 상기 이상 충격압력 신호가 모두 검출된 경우, 상기 변압기에 대하여 차단 신호를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전자기파 신호를 감지하는 단계는, 상기 전자기파 신호를 기 설정된 시간마다 감지하며,
    상기 이상 전자기파 신호를 검출하는 단계는, 상기 전자기파 신호를 감지하는 단계에서 연속 감지된 제 1 전자기파 신호 및 제 2 전자기파 신호에 있어서, 상기 제 2 전자기파 신호의 크기가 상기 제 1 전자기파 신호의 크기 대비 기 설정된 한계 증가율보다 크게 증가한 경우, 상기 제 2 전자기파 신호를 상기 이상 전자기파 신호로 검출하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 전자기파 신호를 감지하는 단계는,
    상기 변압기의 외부에서 유입되는 전자기파 노이즈에 의한 오감지를 막기 위하여 지향성을 갖는 전자기파 감지부에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102014641B1 (ko) * 2018-04-03 2019-08-26 한국전력공사 변압기 보호 시스템 및 이의 작동 방법
CN112816917A (zh) * 2021-04-16 2021-05-18 成都工百利自动化设备有限公司 一种变压器冲击监测装置
CN112865164A (zh) * 2021-01-19 2021-05-28 南方电网科学研究院有限责任公司 混合直流输电系统故障的判断及控制的方法、装置及介质

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