KR20140037502A - 변압기의 절연손상 진단장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기의 절연손상 진단장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 전력용 변압기의 외함 접지선이나 중성점 접지선에서 흐르는 누설전류의 고주파 특성을 분석하여 절연손상의 여부를 진단함으로써 절연손상 여부를 및 진행결과를 용이하게 판단하고 예측할 수 있어 변압기의 불시고장을 사전에 차단함으로써 정전피해 및 고장기기의 교체비용을 절감할 수 있다.

Description

변압기의 절연손상 진단장치 및 그 제어방법{INSULATION DAMAGE DIAGNOSTIC APPARATUS OF TRANSFORMER AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 변압기의 절연손상 진단장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력용 변압기의 외함 접지선이나 중성점 접지선에서 흐르는 누설전류의 고주파 특성을 분석하여 절연손상의 여부를 진단할 수 있도록 한 변압기의 절연손상 진단장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 전력수요의 증가와 더불어 변압기는 대용량화, 초고압화되고 있으며 변전소는 무인화되고 있는 추세이다. 이와 같이 대용량화된 변압기에서 사고가 발생하면 그 파급효과가 광범위하고, 경제적 손실과 심리적 불안이 막대하게 되어, 변압기의 사고를 예방하기 위한 절연진단의 필요성이 증가하고 있다.

일반적으로 변압기는 전신주를 통하여 공급되는 고전압을 공장 및 가정 등과 같은 전력수요에서 사용할 수 있도록 하는 것으로 하우징에는 변압과정에 발생하는 열을 냉각하기 위하여 절연성을 갖는 절연 냉각유(이하 '절연유'라 한다)가 채워져 있고, 이러한 절연유는 그 대부분이 석유계의 것이나, 일부는 불연성 합성절연유로서, 용도에 따라서 성상은 여러 가지이며, 일반적으로 부피 전기저항이 크고 점도가 낮으며, 산화에 대하여 안정성이 있는 것으로 사용하고 있다.

하지만 이러한 변압기는 고온운전에 따른 열적열화, 외부 단락에 따른 열적열화, 기계적 손상 및 부분 방전에 따른 방전열화가 빈번하게 발생되어 기계적 강도저하, 진동증가, 가연성 가스발생 등의 문제점에 의해 절연파괴로 진전된다.

이러한 변압기의 절연파괴는 변압기의 폭발, 단전사고 등 많은 문제점을 일으키게 되어 고장을 최소화하기 위해 정기적으로 변압기 내의 절연유를 채취하여 실험실에서 열화를 측정하여 변압기의 이상상태를 점검하고 있다.

최근에는 변압기의 신뢰성을 확보하여 안정적으로 전력을 공급하기 위해, 사고의 발단이 되는 이상징후를 변압기의 운전상태에서 상시로 측정하기 위한 상시 감시장치가 개발되고 있으며, 이러한 상시 감시장치에서의 데이터를 지속적으로 저장하여 그 증가경향으로 이상의 진전 여부를 판단하고, 이상검출 데이터간의 상관관계로 이상의 유형을 판단하여, 이상 징후가 진전하여 위험할 경우에는 운전을 정지하고 대책을 강구하기 위한 예방진단시스템이 개발되고 있다.

변압기 상시 감시에 적용되는 온라인 이상검출 기술로는 변압기 절연유의 가스분석 기술, 부분방전 측정기술, 온도 측정기술 등이 있다.

관련 선행기술로는 대한민국 공개특허 10-2011-0047432호(2011.06.09.) "절연유 열화측정 센서를 구비한 유입 변압기"가 있다.

이러한 상시감시를 통해 전력기기의 불시고장을 예방하고 열화상태를 진단하기 위한 예방진단시스템의 경우 고가의 장비임에도 고장예방 실적이 미흡한 실정이다.

대부분의 전력용변압기는 내부에 절연유로 밀폐되어 있는 구조이므로 절연유내 용존가스 분석센서를 활용한 고장진단장치가 효과적일 수 있으나, 변압기 내부에서 발생하는 열화의 형태에 따라 발생하는 가스의 종류 및 절연유중 분해가스의 용존량이 서로 상이하여 일선 현장에서는 변압기의 열화정도를 판단하는 장치로 적용하기가 매우 어려운 면이 있다.

또한 차단기나 변압기 내부에서 부분방전이 발생할 경우에 발생하는 초음파나 UHF대역의 파장을 감지하는 센서를 활용한 진단장치는 발생 파형과 외부 노이즈의 필터링 및 유용한 파형의 판단과정이 복잡하여 진단 성능면에서 아직 신뢰도가 미흡한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창작된 것으로서, 전력용 변압기의 외함 접지선이나 중성점 접지선에서 흐르는 누설전류의 고주파 특성을 분석하여 절연손상의 여부를 진단할 수 있도록 한 변압기의 절연손상 진단장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 변압기의 절연손상 진단장치는 변압기의 누설전류를 측정하여 누설신호로 변환하는 신호변환기; 신호변환기로부터 변환된 누설신호를 필터링하여 수신하는 수신부; 수신부를 통해 수신된 누설신호를 주파수 변환하는 데이터처리부; 데이터처리부에서 변환된 주파수에 대해 절연손상 특성패턴과 비교하여 절연손상 여부를 판단하고 특성파형을 저장하며, 절연손상이 발생된 횟수를 저장하여 경향성 및 열화의 진행도를 예측할 수 있도록 분석결과를 출력하는 고주파형 분석부; 고주파형 분석부에서 출력되는 분석결과를 저장하기 위한 저장부; 및 고주파형 분석부에서 출력되는 분석결과를 디스플레이하기 위한 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 신호변환기는 변압기의 외함 접지선 및 중성점 접지선에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 수신부는 1MHz ~ 30MHz 대역에 대해 필터링하여 수신하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 고주파형 분석부에서 분석된 결과를 실시간으로 원격에서 감시할 수 있도록 제공하는 네트워크 접속부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 고주파형 분석부에서 절연손상 여부에 따라 절연손상이 발생될 경우 경보신호를 출력하는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 저장부는 NAND 플래쉬 메모리인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 변압기의 절연손상 진단장치의 제어방법은 수신부가 신호변환기를 통해 변압기의 누설전류를 측정하여 변환된 누설신호로 필터링하여 입력받는 단계; 데이터처리부가 입력받은 누설신호에 대해 주파수 변환하는 단계; 고주파형 분석부가 주파수 변환된 누설신호에 대해 절연손상 특성패턴과 비교하여 절연손상 여부를 판단하는 단계; 절연손상이 발생된 경우 특성파형을 저장부에 저장하고 발생횟수를 카운트하는 단계; 및 절연손상 여부에 따른 분석결과를 표시부를 통해 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 절연손상 여부를 판단하는 단계에서 절연손상이 발생된 경우 알람부를 통해 경보를 발생하는 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전력용 변압기의 외함 접지선이나 중성점 접지선에서 흐르는 누설전류의 고주파 특성을 분석하여 절연손상의 여부를 진단함으로써 절연손상 여부를 및 진행결과를 용이하게 판단하고 예측할 수 있어 변압기의 불시고장을 사전에 차단함으로써 정전피해 및 고장기기의 교체비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 절연손상 진단장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 절연손상 진단장치에서 교류전원의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 절연손상 진단장치에서의 측정신호에 대한 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 절연손상 진단장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 변압기의 절연손상 진단장치 및 그 제어방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 절연손상 진단장치를 나타낸 블록구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 절연손상 진단장치에서의 측정신호를 나타낸 파형이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 절연손상 진단장치에서의 측정신호에 대한 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 절연손상 진단장치는 신호변환기(20), 수신부(30), 데이터처리부(40), 고주파형 분석부(50), 저장부(60) 및 표시부(80)를 포함한다.

신호변환기(20)는 변압기(10)의 외함 접지선(11) 및 중성점 접지선(12)에 설치되어 외함 접지선(11)이나 중성점 접지선(12)으로 흐르는 누설전류를 측정하여 이를 전압이나 전류형태의 누설신호로 변환한다.

수신부(30)는 신호변환기(20)로부터 변환된 누설신호를 필터링하여 수신한다.

변압기(10)의 내부에서 절연손상으로 발열이나 부분방전이 발생할 경우 특정 고주파대역에서 왜곡이 발생하게 됨에 따라 특정 고주파대역을 필터링하여 수신함으로써 절연손상을 진단할 수 있게 된다.

따라서, 특정 고주파대역인 1MHz ~ 30MHz 대역에 대해 필터링하여 수신함으로써 절연손상을 진단할 수 있도록 한다.

데이터처리부(40)는 수신부(30)를 통해 수신된 누설신호를 주파수 변환하여 고주파 특성을 분석할 수 있도록 제공한다.

고주파형 분석부(50)는 데이터처리부(40)에서 변환된 주파수에 대해 절연손상 특성패턴에 의한 파형의 크기, 주기를 비교하여 절연손상 여부를 판단하고 특성파형을 저장한다.

그리고, 절연손상이 발생된 횟수를 저장하여 누적 발생량을 통해 경향성을 예측할 수 있도록 할 뿐만 아니라 특성파형 크기의 증감수준을 비교분석한 결과를 출력하여 열화의 진행도를 예측할 수 있도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 전력용 변압기(10)에 연결된 전원측 전압을 측정할 경우 기본주파수 60㎐의 정현파형이나, 비선형적 부하에 따라 기본파형의 홀수배차의 고조파들에 의해 파형이 왜곡된 비정현파 특성을 갖는다.

이와 같이 전력용 변압기(10)도 일정한 임피던스 값을 갖는 부하로써 부하특성에 따라 전원측 파형에 영향을 끼치게 된다.

즉, 사용 중인 변압기(10)의 특정부분에서 비정상적인 발열이나 부분방전이 생기는 절연손상 현상이 발생하게 되면 전원파형을 왜곡시키게 된다.

이를 스펙트럼 분석할 경우 도 3에 도시된 바와 같이 특정 고주파대역인 1MHz ~ 30MHz 대역에서 파형이 집중적으로 발생함을 볼 수 있다.

따라서 본원 발명에서는 전력용 변압기(10)의 외함 접지선(11)이나 중성점 접지선(12)에 흐르는 누설전류를 측정한 후 신호변환기(20)를 통해 누설신호로 변환하여 고주파형을 분석함으로써 절연손상이 발생되는 특정 고주파대역에서의 특성패턴인 파형의 크기, 주기를 비교하여 절연손상 여부를 분석한다.

저장부(60)는 NAND 플래쉬 메모리로 구성하여 고주파형 분석부(50)에서 출력되는 분석결과를 데이터베이스로 구축하여 저장한다.

표시부(80)는 고주파형 분석부(50)에서 출력되는 분석결과를 실시간을 디스플레이한다.

이때 분석결과 뿐만 아니라 입력되는 누설신호 및 동작상태에 대해서도 실시간으로 표시할 수 있다.

또한, 본 발명은 고주파형 분석부(50)에서 절연손상 여부에 따라 절연손상이 발생될 경우 경보신호를 출력하는 알람부(90)를 더 포함하여 절연손상이 발생한 경우 사용자가 바로 인지할 수 있도록 한다 .

이와 같이 고주파형 분석부(50)에서 실시간으로 누설신호에 대해 표시부(80)를 통해 출력하여 상시 모니터링할 수 있도록 할 뿐만 아니라 특정 고주파대역에서의 특성패턴을 비교하여 유사성이 높을 경우 절연손상이 발생한 것으로 판단하여 이를 이벤트로 특성파형을 저장부(60)에 저장하고, 알람부(90)를 통해 경보신호를 출력하여 절연손상의 발생을 인지하여 이에 따른 변압기(10)의 수리 및 보수여부를 판단할 수 있도록 한다.

한편, 네트워크 접속부(70)를 더 포함하여 고주파형 분석부(50)에서 분석된 결과를 통신망(미도시)으로 제공하여 실시간으로 원격에서도 감시할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 절연손상 진단장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기의 절연손상 진단장치의 제어방법은 수신부(30)가 신호변환기(20)를 통해 변압기(10)의 외함 접지선(11)이나 중성점 접지선(12)에서의 누설전류를 측정하여 변환된 누설신호로 필터링하여 입력받는다(S10).

이때 필터링은 절연손상이 발생될 경우 파형이 발생되는 고주파대역인 1MHz ~ 30MHz 대역을 필터링한다.

이렇게 입력받은 누설신호에 대해 데이터처리부(40)가 주파수 변환하면(S20) 고주파형 분석부(50)가 주파수 변환된 누설신호에 대해 절연손상 특성패턴과 비교하여 절연손상 여부를 판단한다(S30).

절연손상 특성패턴으로 파형의 크기 및 주기 등을 판단하여 유사성 여부를 판단하여 절연손상 여부를 판단한다(S40).

이렇게 특정 고주파대역에서의 파형을 통해 절연손상의 발생여부를 판단하고 판단한 분석결과는 표시부(80)를 통해 표시하며 절연손상이 발생된 것으로 판단될 경우 특성파형을 저장부(60)에 저장하고(S50), 발생횟수를 카운트하여 누적발생량에 따른 경향성을 분석할 수 있도록 한다(S60).

또한, 이렇게 분석된 결과를 출력하고(S70), 절연손상이 발생된 경우 알람부(90)를 통해 경보를 발생시킴으로써 절연손상의 발생을 바로 인지하여 이에 따른 변압기(10)의 수리 및 보수 여부를 판단할 수 있도록 한다(S80).

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 변압기 11 : 외함 접지선
12 : 중성점 접지선 20 : 신호변환기
30 : 수신부 40 : 데이터처리부
50 : 고주파형 분석부 60 : 저장부
70 : 네트워크 접속부 80 : 표시부
90 : 알람부

Claims (8)

1. 변압기의 누설전류를 측정하여 누설신호로 변환하는 신호변환기;
   상기 신호변환기로부터 변환된 상기 누설신호를 필터링하여 수신하는 수신부;
   상기 수신부를 통해 수신된 상기 누설신호를 주파수 변환하는 데이터처리부;
   상기 데이터처리부에서 변환된 주파수에 대해 절연손상 특성패턴과 비교하여 절연손상 여부를 판단하고 특성파형을 저장하며, 절연손상이 발생된 횟수를 저장하여 경향성 및 열화의 진행도를 예측할 수 있도록 분석결과를 출력하는 고주파형 분석부;
   상기 고주파형 분석부에서 출력되는 분석결과를 저장하기 위한 저장부; 및
   상기 고주파형 분석부에서 출력되는 분석결과를 디스플레이하기 위한 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기의 절연손상 진단장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 신호변환기는 상기 변압기의 외함 접지선 및 중성점 접지선에 설치되는 것을 특징으로 하는 변압기의 절연손상 진단장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 수신부는 1MHz ~ 30MHz 대역에 대해 필터링하여 수신하는 것을 특징으로 하는 변압기의 절연손상 진단장치.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 고주파형 분석부에서 분석된 결과를 실시간으로 원격에서 감시할 수 있도록 제공하는 네트워크 접속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기의 절연손상 진단장치.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 고주파형 분석부에서 절연손상 여부에 따라 절연손상이 발생될 경우 경보신호를 출력하는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기의 절연손상 진단장치.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 저장부는 NAND 플래쉬 메모리인 것을 특징으로 하는 변압기의 절연손상 진단장치.
   
7. 수신부가 신호변환기를 통해 변압기의 누설전류를 측정하여 변환된 누설신호로 필터링하여 입력받는 단계;
   데이터처리부가 입력받은 상기 누설신호에 대해 주파수 변환하는 단계;
   고주파형 분석부가 주파수 변환된 상기 누설신호에 대해 절연손상 특성패턴과 비교하여 절연손상 여부를 판단하는 단계;
   상기 절연손상이 발생된 경우 특성파형을 저장부에 저장하고 발생횟수를 카운트하는 단계; 및
   상기 절연손상 여부에 따른 분석결과를 표시부를 통해 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기의 절연손상 진단장치의 제어방법.
   
8. 제 7항에 있어서, 상기 절연손상 여부를 판단하는 단계에서 상기 절연손상이 발생된 경우 알람부를 통해 경보를 발생하는 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기의 절연손상 진단장치의 제어방법.

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