KR20130047418A - 복수의 센서를 이용한 고전압 전력기기의 부분방전 진단장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고전압 전력기기의 부분방전 진단장치 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 하나 이상의 센서를 이용하여 고전압 전력기기의 부분방전을 측정할 수 있는 고전압 전력기기의 부분방전 진단장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하기 위한 장치는, 측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 복수의 센서; 복수의 센서에 의해 검출된 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하기 위한 복수의 센서별 모듈; 및 복수의 센서별 모듈로부터 변환된 디지털 신호를 처리하여 부분방전의 유형을 분석하는 신호 처리부를 포함하고, 복수의 센서별 모듈의 각각의 센서별 모듈은 측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 복수의 센서에 의해 검출된 신호들로부터 특정한 센서의 측정 대상 신호의 주파수 범위에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출할 수 있는 필터를 구비하고, 복수의 센서로부터 하나 이상의 센서를 선택하여 고전압 전력기기에 설치하고, 선택된 하나 이상의 센서에 대응하는 센서별 모듈을 본체에 삽입하여 고전압 전력기기의 부분방전을 측정하는 것을 특징으로 한다.

Description

복수의 센서를 이용한 고전압 전력기기의 부분방전 진단장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING PARTIAL DISCHARGE OF HIGH VOLTAGE FACILITIES USING A PLURALITY OF SENSORS}
본 발명은 고전압 전력기기의 부분방전 진단장치 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 하나 이상의 센서를 이용하여 고전압 전력기기의 부분방전을 측정할 수 있는 고전압 전력기기의 부분방전 진단장치 및 방법에 관한 것이다.
가스절연개폐장치(GIS: Gas Insulated Switchgear), 전력용 유입변압기, 가스절연변압기, 리액터 등과 같은 고전압 전력기기는 접지가 된 구조의 외함 내에 절연가스 또는 절연유가 충전되고, 외함 내에 내부 도체를 고체 절연물로 절연 지지하여 이루어진다. 상기 고전압 전력기기는 그 고장의 전조로서 내부에 존재하는 이물질이나, 외함 안쪽 면 또는 내부 도체에 있는 스크래치, 돌기 등의 내부 결함 등의 원인에 의해서 상기 가스 절연기기의 내부에 부분방전 부분 방전(PD: Partial Discharge)이 발생될 수 있고, 이러한 부분방전은 가스 절연기기의 성능에 큰 영향을 미치게 되며, 그대로 방치하면 큰 사고로 연결될 가능성이 있다. 따라서, 고전압 전력기기 등의 부분방전을 조기에 발견하여 조치를 취할 수 있게 하기 위한 부분방전 측정장비가 개발되고 있으며, 현재 25.8kV 가스절연개폐장치에 대해서는 과도접지전압(TEV: Transient Earth Voltage) 센서를 이용한 측정장비를 사용하거나, 170kV 가스절연개폐장치에 대해서는 UHF(Ultra High Frequency) 센서를 이용한 부분방전 측정장비를 사용하여 가스절연개폐장치 내 도체불완전 접속 및 자체 결함에 의한 내부고장에 따른 부분방전의 측정을 수행하고 있다.
TEV 센서를 이용한 부분방전의 측정은, 도 1을 참조하면, 절연의 열화 정도를 감지하기 위한 용량성 센서(12)를 가스절연개폐장치의 외함(1)에 부착하여 가스절연개폐장치 내부에서의 부분방전에 의해 유기되는 고주파의 표면효과에 따라 외함(1)의 표면에 유기되는 주파수의 과도접지전압을 검출하고, 용량성 센서(12)에 의해 검출된 과도접지전압을 측정장치(10)에 전송하고 이를 분석함으로써, 가스절연개폐장치 내부의 절연 열화 정도를 측정한다.
또한, UHF 센서를 이용한 부분방전의 측정은, 도 2를 참조하면, 가스절연개폐장치(2)에 부착된 UHF 센서(22)에 의해 가스절연개폐장치 내부의 부분방전 발생 시 방출되는 UHF 대역의 전파신호를 감지하여 측정장치(20)로 전송하고, UHF 센서(22)에 의해 감지된 측정신호에 대한 패턴을 분석하여 부분방전 유형을 도출하며, 부분방전 신호의 크기로 대략적인 부분방전 발생 위치를 추적한다.
그러나, 현재 개발되어 적용되고 있는 TEV 센서를 이용한 부분방전의 측정은 과도한 노이즈로 인하여 부분방전 진단 신뢰성이 부족하고, UHF 센서를 이용한 부분방전 측정은 외부 전자파 노이즈 신호의 측정으로 왜란을 제거할 수 있지만 측정 센서가 가스절연개폐장치에 부착되어 있는 경우에만 부분방전의 진단이 가능하고, 측정장치가 고가이며 휴대가 용이하지 아니하다.
본 발명의 목적은 측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 하나 이상의 센서를 채용할 수 있는 고전압 전력기기의 부분방전 진단기술을 제공함으로써, 종래의 TEV 센서 또는 UHF 센서만을 이용한 고전압 전력기기의 부분방전 측정기술의 신뢰성을 개선하고자 함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하기 위한 장치는, 측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 복수의 센서; 상기 복수의 센서에 의해 검출된 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하기 위한 복수의 센서별 모듈; 및 상기 복수의 센서별 모듈로부터 변환된 디지털 신호를 처리하여 부분방전의 유형을 분석하기 위한 신호 처리부를 포함하고, 상기 복수의 센서별 모듈의 각각의 센서별 모듈은 측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 상기 복수의 센서에 의해 검출된 신호들로부터 특정한 센서의 측정 대상 신호의 주파수의 범위에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출할 수 있는 필터를 구비하며, 상기 복수의 센서로부터 하나 이상의 센서를 선택하여 고전압 전력기기에 설치하고, 선택된 하나 이상의 센서에 대응하는 센서별 모듈을 본체에 삽입하여 상기 고전압 전력기기의 부분방전을 측정하는 것을 특징한다.
이때, 상기 복수의 센서별 모듈의 각각의 센서별 모듈은, 센서에 의해 검출된 신호로부터 다음 샘플 신호가 샘플링될 때까지 이전 샘플 신호를 저장하는 피크-홀드부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 복수의 센서별 모듈의 각각의 센서별 모듈은, 상기 이전 샘플 신호가 디지털 신호로 변환되면, 상기 다음 샘플 신호가 상기 피크-홀드부에 저장될 수 있도록 상기 피크-홀드부에 저장되어 있던 이전 샘플 신호를 리셋(reset)시키는 리셋부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 복수의 센서별 모듈의 각각의 센서별 모듈은, 기설정된 주기동안 필터에 의해 추출된 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 상기 기설정된 주기동안 수집하여 상기 신호 처리부로 전송할 수 있다.
이때, 상기 신호 처리부는, 상기 복수의 센서별 모듈로부터 변환된 디지털 신호를 기저장된 각각의 부분방전 유형에 해당하는 신호들과 비교하여 상기 복수의 센서에 의해 검출된 신호에 대한 부분방전 유형을 진단할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전 진단장치는, 상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서가 Ultra-sonic 센서일 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전 진단장치는, 상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서가 HFCT(High Frequency Current Transformer) 센서일 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전 진단장치는, 상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서가 TEV(Transient Earth Voltage) 센서일 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 부분방전 진단장치는, 상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서가 UHF(Ultra High Frequency) 센서일 수 있다.
이때, 상기 복수의 센서는 상기 복수의 센서별 모듈과 단일 케이블로 연결될 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하기 위한 방법은, 측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 복수의 센서 중 하나 이상의 센서를 선택하여 상기 고전압 전력기기로부터 부분방전 신호를 검출하는 단계; 상기 선택된 하나 이상의 센서에 의해 검출된 부분방전 신호로부터, 상기 복수의 센서 중 특정한 센서의 측정 대상 신호의 주파수의 범위에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출할 수 있는 하나 이상의 센서별 모듈을 이용하여 각 센서별로 측정 대상 신호의 주파수의 범위에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출하는 단계; 센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 디지털 신호를 처리하여 상기 선택된 하나 이상의 센서에 의해 검출된 부분방전 신호에 대해 부분방전 신호의 유형을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 단계는, 센서에 의해 검출된 부분방전 신호로부터 다음 샘플 신호가 샘플링될 때까지 이전 샘플 신호를 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 단계는, 상기 이전 샘플 신호가 디지털 신호로 변환되면, 상기 다음 샘플 신호가 저장될 수 있도록, 이전에 저장되어 있던 샘플 신호를 리셋하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 단계는, 기설정된 주기동안 센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 상기 기설정된 주기동안 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 선택된 하나 이상의 센서에 의해 검출된 부분방전 신호에 대해 부분방전 신호의 유형을 분석하는 단계는, 상기 센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호로부터 변환된 디지털 신호를 기저장된 각각의 부분방전 유형에 해당하는 신호들과 비교하여 상기 복수의 센서에 의해 검출된 신호에 대한 부분방전 유형을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하기 위한 방법은, 상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서가 Ultra-sonic 센서일 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하기 위한 방법은, 상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서가 HFCT(High Frequency Current Transformer) 센서일 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하기 위한 방법은, 상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서가 TEV(Transient Earth Voltage) 센서일 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하기 위한 방법은, 상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서가 UHF(Ultra High Frequency) 센서일 수 있다.
이때, 상기 선택된 하나 이상의 센서는 그에 대응하는 상기 하나 이상의 센서별 모듈과 단일 케이블로 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 하나 이상의 센서를 이용하여 고전압 전력기기의 부분방전을 진단함으로써, 부분방전 발생 여부 및 유형에 대한 측정 결과의 신뢰성이 더욱 보장될 수 있다.
또한, 초고압 전력설비에 대한 보다 확실한 고장예방이 가능하여 수용가에 대한 안정적인 전력공급이 확보될 수 있고, 전력사고의 피해복구비용을 절감시킬 수 있다.
하나의 진단장비로 다양한 센서에 의한 부분방전 신호의 측정이 가능하므로, 부분방전 진단의 편리성과 장비의 휴대성을 함께 도모할 수 있다.
도 1은 종래 TEV 센서를 이용하여 고전압 전력기기의 부분방전을 측정하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 UHF 센서를 이용하여 고전압 전력기기의 부분방전을 측정하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 부분방전 진단장치를 이용하여 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하는 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 진단장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 진단장치에서 센서별 모듈의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 진단장치에서 센서별 모듈이 본체에 삽입되는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 부분방전 진단방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 부분방전 진단장치의 표시부의 초기 화면을 나타내는 도면이다.
도 9는 부유전극 결함이 발생된 경우 본 발명에 따른 부분방전 진단장치의 표시부의 화면을 나타내는 도면이다.
도 10은 돌출전극 결함이 발생된 경우 본 발명에 따른 부분방전 진단장치의 표시부의 화면을 나타내는 도면이다.
도 11은 스페이스 내부에 보이드가 발생된 경우 본 발명에 따른 부분방전 진단장치의 표시부의 화면을 나타내는 도면이다.
도 12는, 본 발명에 따른 부분방전 진단방법에서 S700 단계를 보다 구체적으로 나타내는 흐름도이다.
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 발명의 실시예에 따른 부분방전 진단장치의 구성 및 동작에 대하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 부분방전 진단장치를 이용하여 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하는 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 내부에 고압 도체(3a)와 스페이서(3b)를 구비하는 가스절연개폐장치(3)는, 가스절연개폐장치(3)의 제작 또는 조립과정에서 부주의로 고압 도체(3a) 표면에 날카로운 돌출부분(4a)이 만들어진 경우에 나타나는 돌출전극 결함, 가스절연개폐장치(3)의 제작과정에서 투입되거나 운반과정에서 또는 운전 중 기기 동작과정에서 만들어진 금속이물(4b)로 인한 자유도체 결함, 도체가 가스절연개폐장치(3) 내 중앙 전극이나 외함 전극 중 어느 곳에도 전기적으로 연결되지 않은 상태에서 분리된 도체(4c) 주변의 절연성능이 미흡할 경우 발생하는 부유전극 결함, 운전중인 가스절연개폐장치(3)의 열적, 전기적 및 환경적인 복합 열화로 인해 스페이서(3b) 내부에 보이드(4d)가 발생되거나 스페이서 표면의 이물질(4e)이 발생됨에 따른 스페이서 결함 등에 의하여 부분방전이 발생한다.
상기와 같은 가스절연개폐장치(3)에 대한 여러 유형의 부분방전을 진단하기 위해, 본 발명에 따른 부분방전 진단장치는 Ultra-sonic 센서(30a), HFCT(High Frequency Current Transformer) 센서(30b), TEV(Transient Earth Voltage) 센서(30c) 및 UHF(Ultra High Frequency) 센서(30d) 중 어느 하나의 센서 또는 복수의 센서를 선택하여 가스절연개폐장치(3)에 부착하고, 선택된 하나의 센서 또는 복수의 센서에 의해 감지된 신호를 단일의 케이블(40)을 통하여 부분방전 진단장치의 본체(50)에 전송한다. 이때, 본 발명에 따른 부분방전 진단장치는 상기 각 센서들을 이용하여 부분방전 신호를 동시에 측정할 수 있다. 그리고, 부분방전 진단장치의 본체(50)는 각 센서들에 의해 측정된 신호를 전원위상에 동기화시키고, 내부 알고리즘으로 수집된 데이터 분석하여 부분방전의 발생 여부 및 발생된 부분방전의 유형을 화면에 표시한다. 여기서, 부분방전 진단장치의 본체(50)의 화면은 위상축, 크기축 및 시간축으로 구성되어 신호의 파형 형태를 표시하고, 부분방전의 최대값, 초당 부분방전 발생빈도(PPS) 값, 주기당 부분방전 발생빈도(PPC) 값 등의 부가적인 정보를 또한 표시할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 진단장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 진단장치는, 센서부(30), 케이블(40) 및 본체(50)로 구성된다.
센서부(30)는, 고전압 전력기기로부터 발생된 신호를 감지하고, 검출된 신호를 케이블(40)을 통해 본체(50)로 전송한다. 또한, 상기 센서부(30)는 Ultra-sonic 센서(30a), HFCT 센서(30b), TEV 센서(30c) 및 UHF 센서(30d)를 포함한다. 고전압 전력기기의 부분방전을 측정하고자 하는 사용자는 상기 센서부(30)의 Ultra-sonic 센서(30a), HFCT 센서(30b), TEV 센서(30c) 및 UHF 센서(30d) 중 하나 이상의 센서를 선택하고, 선택된 하나 이상의 센서를 고전압 전력기기에 설치함으로써 부분방전에 대한 진단을 수행한다.
상기 Ultra-sonic 센서(30a), HFCT 센서(30b), TEV 센서(30c) 및 UHF 센서(30d)는 각각 측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한데, 각 센서별 주된 측정 대상 신호의 주파수의 범위는 하기의 표 1과 같다.
Figure pat00001
본체(50)는, 센서별 모듈(100), 동기 신호부(200), 신호 처리부(300), 제어부(400), 측정 선택부(500), 표시부(600), 통신부(700) 및 데이터 저장부(800)를 포함한다.
센서별 모듈(100)은, 센서부(30)의 Ultra-sonic 센서(30a), HFCT 센서(30b), TEV 센서(30c) 및 UHF 센서(30d) 중 고전압 전력기기의 부분방전을 측정하기 위해 선택된 센서에서 측정된 신호를 입력받아 샘플링하고 디지털 신호로 변환하여 부분방전 유형을 진단하기 위한 데이터를 수집한다.
여기서, 상기 센서별 모듈(100)은, Ultra-sonic 센서(30a)의 측정 주파수 범위(20kHz ~ 500kHz)에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출하여 샘플링하고 디지털 신호로 변환할 수 있는 Ultra-sonic 센서용 모듈, 또는 HFCT 센서(30b)의 측정 주파수 범위(3MHz ~ 30MHz)에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출하여 샘플링하고 디지털 신호로 변환할 수 있는 HFCT 센서용 모듈, 또는 TEV 센서(30c) 의 측정 주파수 범위(3MHz ~ 100MHz)에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출하여 샘플링하고 디지털 신호로 변환할 수 있는 TEV 센서용 모듈, 또는 UHF 센서(30d)의 측정 주파수 범위(500MHz ~ 1500MHz)에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출하여 샘플링하고 디지털 신호로 변환할 수 있는 UHF 센서용 모듈 중 어느 하나의 모듈일 수 있다.
동기 신호부(200)는, 본 발명에 따른 부분방전 진단장치의 동기 신호로 사용하기 위해, 외부에서 입력가능한 동기 신호, 예를 들어 현장의 그라운드에서 60Hz의 동기 신호를 취득한다.
신호 처리부(300)는, 상기 동기 신호부(200)에 의해 취득된 동기 신호에 맞춰 상기 센서별 모듈(100)이 수집한 부분방전 유형을 진단하기 위한 데이터를 데이터 저장부(800)에 기저장되어 있는 각각의 부분방전 유형(돌출전극 결함, 자유도체 결함, 부유전극 결함, 스페이서 결함 등)에 해당하는 신호 데이터와 비교하여 분석함으로써 센서부(30)에 의해 감지된 부분방전 신호에 대한 분석 결과를 도출한다.
제어부(400)는, 본 발명에 따른 부분방전 진단장치 본체(50)의 신호 처리부(300), 동기 신호부(200) 등의 각 구성들을 제어한다.
측정 선택부(500)는, 고전압 전력기기의 부분방전을 측정하고자 하는 사용자가 센서부(30)의 센서들 중 하나 이상의 센서를 선택함에 따라, 상기 신호 처리부(300)가 선택된 센서로부터 감지되는 신호를 내부 알고리즘을 이용하여 처리하고 분석함으로써 부분방전 신호에 대한 분석 결과를 도출하며 표시부(600)를 통해 표시하도록 측정 대상 신호에 대한 정보를 상기 신호 처리부(300)에 제공한다.
표시부(600)는, 상기 신호 처리부(300)에 의해 도출된 부분방전 신호에 대한 분석 결과를 본 발명에 따른 부분방전 진단장치의 화면에 표시한다.
통신부(700)는, 고전압 전력기기의 부분방전을 측정하고자 하는 사용자의 명령에 따라 상기 신호 처리부(300)에 의해 도출된 부분방전 신호에 대한 분석 결과를 외부 장치로 전송한다.
데이터 저장부(800)는, 상기 신호 처리부(300)가 상기 센서별 모듈(100)에 의해 수집된 부분방전 유형을 진단하기 위한 데이터를 각각의 부분방전 유형에 해당하는 신호 데이터와 비교하여 부분방전 유형을 진단할 수 있도록, 상기 각각의 부분방전 유형에 해당하는 신호 데이터를 저장한다. 또한, 상기 데이터 저장부(800)는 상기 신호 처리부(300)에 의해 도출된 부분방전 신호에 대한 분석 결과를 저장함으로써, 사용자로 하여금 부분방전 진단에 대한 이력 관리가 가능하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 진단장치에서 센서별 모듈(100)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 진단장치에서 센서별 모듈(100)은, 필터부(110), 증폭부(120), 피크-홀드부(130), A/D 컨버터(150) 및 리셋부(140)로 구성된다.
필터부(110)는, 센서부(30)의 Ultra-sonic 센서(30a), HFCT 센서(30b), TEV 센서(30c) 및 UHF 센서(30d) 중 고전압 전력기기의 부분방전을 측정하기 위해 선택된 하나 이상의 센서에서 측정된 신호를 단일의 케이블(40)을 통해 입력받고, 상기 케이블(40)로부터 입력받은 신호에서 상기 선택된 센서별 측정 대상 신호의 주파수의 범위에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호만을 필터링한다. 이와 같이, 상기 필터부(110)가 센서별 측정 대상 신호의 주파수의 범위에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호만을 필터링함에 따라, 사용자가 Ultra-sonic 센서(30a), HFCT 센서(30b), TEV 센서(30c) 및 UHF 센서(30d) 중 복수의 센서를 이용하여 부분방전을 측정하고자 하였을 때, 본 발명에 따른 부분방전 진단장치가 단일의 케이블(40)을 이용하여 상기 복수의 센서에 의해 감지된 신호들을 센서별 모듈(100)로 전송하더라도, 각 센서별 신호를 구분하여 처리할 수 있다.
증폭부(120)는, 상기 필터부(110)에 의해 필터링된 센서별 측정 대상 신호의 주파수의 범위에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호의 크기를 증폭시킨다.
피크-홀드부(130)는, 상기 증폭부(120)에 의해 증폭된 센서별 측정 신호를 샘플링하고, 다음 샘플 신호가 샘플링될 때까지 이를 저장한다.
리셋부(140)는, A/D 컨버터(150)가 상기 피크-홀드부(130)에 저장된 샘플 신호를 디지털 신호로 변환하게 되면, 상기 피크-홀드부(130)에 저장되어 있던 샘플 값을 '0'으로 만들어서 상기 피크-홀드부(130)가 다음 샘플 신호를 저장할 수 있도록 리셋(reset)시킨다.
A/D 컨버터(150)는, 상기 피크-홀드부(130)에 저장된 아날로그 샘플 신호를 디지털 샘플 신호로 변환하고, 이를 신호 처리부(300)로 전송한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 진단장치에서 센서별 모듈이 본체에 삽입되는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 고전압 전력기기의 부분방전을 측정하고자 하는 사용자가 센서부(30)의 센서들 중 하나 이상의 센서를 선택하고, 선택된 하나 이상의 센서를 고전압 전력기기에 설치하면, 상기 선택된 하나 이상의 센서에 대응하는 센서별 모듈(100)을 본체(50)에 삽입한 후 부분방전의 진단을 개시한다.
보다 구체적으로, 사용자가 Ultra-sonic 센서(30a), HFCT 센서(30b), TEV 센서(30c) 및 UHF 센서(30d) 중 하나 이상의 센서를 선택하고, 선택된 하나 이상의 센서를 고전압 전력기기에 설치하면, Ultra-sonic 센서(30a)의 측정 주파수 범위(20kHz ~ 500kHz)에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출하여 샘플링하고 디지털 신호로 변환할 수 있는 Ultra-sonic 센서용 모듈(100a), HFCT 센서(30b)의 측정 주파수 범위(3MHz ~ 30MHz)에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출하여 샘플링하고 디지털 신호로 변환할 수 있는 HFCT 센서용 모듈(100b), TEV 센서(30c) 의 측정 주파수 범위(3MHz ~ 100MHz)에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출하여 샘플링하고 디지털 신호로 변환할 수 있는 TEV 센서용 모듈(100c), UHF 센서(30d)의 측정 주파수 범위(500MHz ~ 1500MHz)에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출하여 샘플링하고 디지털 신호로 변환할 수 있는 UHF 센서용 모듈(100d) 중 사용자가 선택한 하나 이상의 센서에 대응되는 모듈을 센서용 모듈(100)로써 본체(50)에 삽입하여 부분방전을 진단한다. 예를 들어, HFCT 센서(30b)와 TEV 센서(30c)를 선택하여 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하고자 한다면, 센서별 모듈(100)로서 HFCT 센서용 모듈과 TEV 센서용 모듈을 본체(30)에 삽입한다.
또한, 각 센서별 모듈(100)은 형태가 동일하고, 본체(30)의 센서별 모듈 삽입부는 센서별 모듈(100)의 개수에 맞게 구비되어 있어, 복수의 센서별 모듈(100)을 동시 삽입하여 부분방전을 진단할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 부분방전 진단방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 부분방전 진단방법은, 먼저 사용자가 고전압 전력기기 내부의 부분방전으로 발생된 과도접지전압, 고주파 전류, 초음파 및 UHF 대역의 전자파 중 어느 신호를 측정하여 부분방전을 진단할 것인지 측정 대상 신호를 선정한다(S100).
그 다음으로, 센서부(30)의 Ultra-sonic 센서(30a), HFCT 센서(30b), TEV 센서(30c) 및 UHF 센서(30d) 중, 상기 S100 단계에서 선정된 측정 대상 신호를 검출할 수 있는 측정 주파수 범위를 갖는 하나 이상의 센서를 선택한다(S200).
상기 S200 단계에서 Ultra-sonic 센서(30a), HFCT 센서(30b), TEV 센서(30c) 및 UHF 센서(30d) 중 특정한 센서가 선택되면, Ultra-sonic 센서용 모듈(100a), HFCT 센서용 모듈(100b), TEV 센서용 모듈(100c) 및 UHF 센서용 모듈(100d) 중, 상기 특정한 센서에 대응하는 센서별 모듈(100)을 선택한다(S300).
그리고, 상기 S300 단계에서 선택된 센서별 모듈(100)을 부분방전 진단장치 본체(50)에 삽입하고(S400), 상기 S200 단계에서 선택된 센서를 고전압 전력기기에 설치(S500)한 후, 고전압 전력기기에 설치된 센서와 부분방전 진단장치 본체(50)에 삽입된 센서별 모듈(100)을 케이블(40)로 연결한다(S600).
고전압 전력기기의 부분방전 신호를 검출하기 위한 상기 S100 단계 내지 S600단계에서의 측정 준비가 완료됨에 따라, 고전압 전력기기에 설치된 센서를 통해 신호를 측정하여 센서별 모듈(100)로 전송하고, 센서로부터 전송된 신호에서 상기 S100 단계에서 선정된 측정 대상 신호를 필터링 및 샘플링하고 디지털 신호로 변환하여 처리한다(S700).
상기 S700 단계에서 처리된 신호는 부분방전을 진단하기 위한 데이터로서 수집되어 신호 처리부(300)로 전송되고, 신호 처리부(300)는 기저장되어 있던 각각의 부분방전 유형(돌출전극 결함, 자유도체 결함, 부유전극 결함, 스페이서 결함 등)에 해당하는 신호 데이터와 비교 분석하여 부분방전의 발생 여부 및 발생된 부분방전의 진단 결과를 도출한 뒤, 이를 표시부(600)를 통해 사용자에게 표시한다(S800)
도 8은 본 발명에 따른 부분방전 진단장치의 표시부(600)의 초기 화면을 나타내는 도면이고, 도 9는 부유전극 결함이 발생된 경우 본 발명에 따른 부분방전 진단장치의 표시부(600)의 화면을 나타내는 도면이고, 도 10은 돌출전극 결함이 발생된 경우 본 발명에 따른 부분방전 진단장치의 표시부(600)의 화면을 나타내는 도면이고, 도 11은 스페이스 내부에 보이드가 발생된 경우 본 발명에 따른 부분방전 진단장치의 표시부(600)의 화면을 나타내는 도면이다.
도 12는, 본 발명에 따른 부분방전 진단방법에서 S700 단계를 보다 구체적으로 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, S700 단계는 먼저 고전압 전력기기 내부에 발생된 부분방전 신호를 센서부(30)의 특정 센서를 통해 검출하고(S710). 센서별 모듈(100)의 필터부(110)는 상기 센서부(30)의 특정 센서를 통해 검출된 신호로부터 특정 센서의 측정 주파수 범위에 해당하는 주파수 대역의 신호만을 취득한다(S720).
상기 S720 단계에서 취득된 신호는 증폭부(120)에 의해 증폭되어 피크-홀드부(130)에 입력되고, 피크-홀드부(130)는 상기 증폭된 신호를 샘플링하여 아날로그 샘플값으로 보관한다(S730).
그 다음으로, A/D 컨버터(150)가 상기 S730 단계에서 피크-홀드부(130)에 보관되어 있는 아날로그 샘플값을 디지털 샘플값으로 변환하고(S740), 리셋부(140)에 의해 피크-홀드부(130)가 다음 샘플값을 보관할 수 있도록 이전에 보관되어 있던 샘플값을 '0'으로 리셋한다(S750).
그리고, 상기 740 단계에서 변환된 디지털 샘플값을 누적하고(S760), 상기 누적된 디지털 샘플값이 1주기에 해당하는 샘플값들로 누적되었는지 여부를 판단한다(S770). 여기서, 1주기에 해당하는 샘플값의 수는, 예를 들어 64 샘플일 수 있다. 그러나, 상기 예시한 샘플값의 수는 하나의 예시일 뿐 이에 국한되는 것은 아니고, 필요에 의해 조정가능하다.
상기 S770 단계에서의 판단결과, 1주기에 해당하는 샘플값들이 누적되지 않았다면 상기 S720 내지 S760 단계들을 계속 수행하고, 1주기에 해당하는 샘플값들이 누적되었다면 누적된 1주기의 샘플값들을 신호 처리부(300)에 전송하여 부분방전 신호를 분석한다(S780).
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
30: 센서부
30a: Ultra-sonic 센서 30b: HFCT 센서
30c: TEV 센서 30d: UHF 센서
40: 케이블
50: 부분방전 진단장치 본체
100: 센서별 모듈
100a: Ultra-sonic 센서용 모듈 100b: HFCT 센서용 모듈
100c: TEV 센서용 모듈 100d: UHF 센서용 모듈
200: 동기 신호부
300: 신호 처리부
400: 제어부
500: 측정 선택부
600: 표시부
700: 통신부
800: 데이터 저장부

Claims (20)

  1. 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하기 위한 장치에 있어서,
    측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 복수의 센서;
    상기 복수의 센서에 의해 검출된 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하기 위한 복수의 센서별 모듈; 및
    상기 복수의 센서별 모듈로부터 변환된 디지털 신호를 처리하여 부분방전의 유형을 분석하기 위한 신호 처리부
    를 포함하고,
    상기 복수의 센서별 모듈의 각각의 센서별 모듈은 측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 상기 복수의 센서에 의해 검출된 신호들로부터 특정한 센서의 측정 대상 신호의 주파수 범위에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출할 수 있는 필터를 구비하며,
    상기 복수의 센서로부터 하나 이상의 센서를 선택하여 고전압 전력기기에 설치하고, 선택된 하나 이상의 센서에 대응하는 센서별 모듈을 본체에 삽입하여 상기 고전압 전력기기의 부분방전을 측정하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 센서별 모듈의 각각의 센서별 모듈은,
    센서에 의해 검출된 신호로부터 다음 샘플 신호가 샘플링될 때까지 이전 샘플 신호를 저장하는 피크-홀드부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 센서별 모듈의 각각의 센서별 모듈은,
    상기 이전 샘플 신호가 디지털 신호로 변환되면, 상기 다음 샘플 신호가 상기 피크-홀드부에 저장될 수 있도록 상기 피크-홀드부에 저장되어 있던 이전 샘플 신호를 리셋(reset)시키는 리셋부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 센서별 모듈의 각각의 센서별 모듈은,
    기설정된 주기동안 필터에 의해 추출된 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 상기 기설정된 주기동안 수집하여 상기 신호 처리부로 전송하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 복수의 센서별 모듈로부터 변환된 디지털 신호를 기저장된 각각의 부분방전 유형에 해당하는 신호들과 비교하여 상기 복수의 센서에 의해 검출된 신호에 대한 부분방전 유형을 진단하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서는 Ultra-sonic 센서인 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서는 HFCT(High Frequency Current Transformer) 센서인 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서는 TEV(Transient Earth Voltage) 센서인 것을 특징으로 하는, 고전압 전력기기의 부분방전 진단장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서는 UHF(Ultra High Frequency) 센서인 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 센서는 상기 복수의 센서별 모듈과 단일 케이블로 연결되는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단장치.
  11. 고전압 전력기기의 부분방전을 진단하기 위한 방법에 있어서,
    측정 대상 신호의 주파수의 범위가 서로 상이한 복수의 센서 중 하나 이상의 센서를 선택하여 상기 고전압 전력기기로부터 부분방전 신호를 검출하는 단계;
    상기 선택된 하나 이상의 센서에 의해 검출된 부분방전 신호로부터, 상기 복수의 센서 중 특정한 센서의 측정 대상 신호의 주파수의 범위에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출할 수 있는 하나 이상의 센서별 모듈을 이용하여 각 센서별로 측정 대상 신호의 주파수의 범위에 해당하는 주파수 대역을 갖는 신호를 추출하는 단계;
    센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 디지털 신호를 처리하여 상기 선택된 하나 이상의 센서에 의해 검출된 부분방전 신호에 대해 부분방전 신호의 유형을 분석하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 단계는,
    센서에 의해 검출된 부분방전 신호로부터 다음 샘플 신호가 샘플링될 때까지 이전 샘플 신호를 저장하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 단계는,
    상기 이전 샘플 신호가 디지털 신호로 변환되면, 상기 다음 샘플 신호가 저장될 수 있도록, 이전에 저장되어 있던 샘플 신호를 리셋하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 단계는,
    기설정된 주기동안 센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 상기 기설정된 주기동안 수집하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 선택된 하나 이상의 센서에 의해 검출된 부분방전 신호에 대해 부분방전 신호의 유형을 분석하는 단계는,
    상기 센서별 모듈에 의해 추출된 부분방전 신호로부터 변환된 디지털 신호를 기저장된 각각의 부분방전 유형에 해당하는 신호들과 비교하여 상기 복수의 센서에 의해 검출된 신호에 대한 부분방전 유형을 진단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서는 Ultra-sonic 센서인 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서는 HFCT(High Frequency Current Transformer) 센서인 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서는 TEV(Transient Earth Voltage) 센서인 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 센서 중 어느 하나의 센서는 UHF(Ultra High Frequency) 센서인 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 선택된 하나 이상의 센서는 그에 대응하는 상기 하나 이상의 센서별 모듈과 단일 케이블로 연결되는 것을 특징으로 하는, 부분방전 진단방법.
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