KR20160144188A - 고장 구간 검출 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편단지중 복합선로에서 고장 발생 시, 고장이 발생한 구간을 검출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 가공 선로와 지중 선로를 포함하는 복합선로에서 고장 발생 시 고장 구간을 검출하는 장치는 유효 전력의 조류 방향을 검출하는 계전기; 가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치되고, 복합선로에 흐르는 전류를 감지하는 센서부; 및 센서부를 통해 감지된 전류의 위상값을 계산하고, 고장 발생시 고장 발생 이전 및 이후에 계산된 전류의 위상값들의 차를 산출하며, 산출된 전류의 위상값들의 차와 유효전력의 조류 방향을 근거로 고장 구간을 판단하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고장 구간 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FAULT LINE}

본 발명은 고장 구간 검출 장치 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게 편단지중 복합선로에서 고장 발생 시, 고장이 발생한 구간을 검출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 산업경제의 급격한 성장으로 전력수요는 해가 거듭할수록 증가하고 있다. 하계 피크시의 전력소모는 전력공급설비의 총 공급량에 거의 육박하여 매년 국가차원에서 범국민적인 협조가 요구되고 있다. 또한 도시의 급격한 인구과밀 추세뿐만 아니라 각종 소규모의 산업체, 대형빌딩, 아파트 단지의 대형화 등으로 인한 전기에너지 소비의 급격한 증가는 이제 도심지에 대용량 송전을 요구하고 있다. 이로 인해 지중 송전선로 및 가공과 지중이 혼합된 복합선로의 건설이 점차 증가하고 있다.

이러한 복합선로 중 가공 선로 고장의 대부분은 낙뢰나 수목접촉 등으로 인해 공기절연이 일시적으로 약화되어 발생하는 일시 고장이 대부분이다. 즉, 가공 선로 고장의 경우, 일정 시간이 경과하면, 고장 원인이 저절로 제거되는 경우가 대부분이다. 이에 따라, 가공 선로 즉, 송전 선로 고장시에는 선로를 차단하고, 일정 시간 경과 이후에 차단기를 재투입함으로써, 가공 선로에 대한 고장을 복구하는 방식이 주로 채택되고 있다.

또한, 공기절연을 사용하지 않는 지중선로 고장은 케이블 손상 등과 같은 영구 고장 가능성이 높아서, 재폐로 실패로 인한 고장 파급 방지 등을 위해 자동재폐로를 적용하지 않는 것이 일반적이다. 이에 따라, 가공 선로와 지중 선로가 혼재되어 있는 복합선로에서 영구 고장 여부 판별은 고장위치를 보고 결정하고 있다. 즉, 가공구간에 대한 고장은 일시 고장으로 간주하여 자동 재폐로를 시행하지만, 지중구간 고장은 영구 고장으로 간주하여 자동 재폐로를 시행하지 않는다. 이처럼 복합선로에서 선택적 자동 재폐로를 위해서는 선로고장 시 고장위치가 가공 또는 지중 구간 내에 있는지 식별하는 것이 필요하다.

이에 관련하여, 종래의 고장 구간 식별 방법은 크게 2가지로 분류된다. 먼저, 거리 계전기를 이용하는 방법이 있다. 거리 계전기를 이용하는 방식은 선로 고장이 발생했을 때, 거리 계전기가 인식한 변전소와 고장점 간 임피던스를 근거로, 고장 구간을 식별하는 방식이다. 거리 계전기를 이용한 고장 구간 식별 방법은 기 설치된 거리 계전기를 이용하는 방식이므로 추가 비용이 없는 장점이 있는 반면, 거리 계전기의 오차로 인해 고장 구간 식별 정확도가 낮은 문제점이 존재한다.

또한, 종래의 고장 구간 식별 방법 중 두 번째 방법은 전류 차동 계전기를 이용하는 방법이다. 전류 차동 계전기를 이용하는 방법은 구간 양단에 CT, 차동 계전기를 설치하고, 양단 전류의 크기 또는 위상을 비교함으로써 내부고장 여부를 식별하는 방식이다. 이 방식은 고장 구간 식별 정확도가 매우 높은 장점이 있는 반면, 구간 양단에 CT 및 배전반 설치가 요구되므로, 전원공급 등 유지보수가 필요하여 높은 비용을 필요로 하는 문제점이 존재한다.

이에 관련하여, 발명의 명칭이 "혼합 송전 선로 보호용 고장 판별 시스템 및 그 방법"인 한국등록특허 제0699221호가 존재한다.

본 발명은 편단지중 복합선로에서 고장 발생 시, 고장이 발생한 구간을 검출할 수 있는 고장 구간 검출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가공 선로와 지중 선로를 포함하는 복합선로에서 고장 발생 시 고장 구간을 검출하는 장치는 유효 전력의 조류 방향을 검출하는 계전기; 가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치되고, 복합선로에 흐르는 전류를 감지하는 센서부; 및 센서부를 통해 감지된 전류의 위상값을 계산하고, 고장 발생시 고장 발생 이전 및 이후에 계산된 전류의 위상값들의 차를 산출하며, 산출된 전류의 위상값들의 차와 유효전력의 조류 방향을 근거로 고장 구간을 판단하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 처리부는 지중 선로에서 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 지중 선로의 재폐로를 막기 위한 블록 신호를 생성할 수 있다.

또한, 센서부는 로고스키 코일 CT(Current Transformer) 및 광 CT 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.

또한, 처리부는 센서부를 통해 획득된 전류 파형에 고속 퓨리에 변환(FFT) 윈도우를 적용함으로써, 시간에 따른 전류의 위상값을 계산할 수 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가공 선로와 지중 선로를 포함하는 복합선로에서 고장 발생 시 고장 구간을 검출하는 방법은 계전기를 통해, 유효 전력의 조류 방향을 검출하는 단계; 가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치되는 센서부를 통해, 상기 복합선로에 흐르는 전류를 감지하는 단계; 처리부에 의해 상기 센서부를 통해 감지된 전류의 위상값을 계산하는 단계; 처리부에 의해, 고장 발생시, 고장 발생 이전 및 이후에 계산된 전류의 위상값들의 차를 산출하는 단계; 및 처리부에 의해, 산출된 전류의 위상값들의 차와 상기 유효전력의 조류 방향을 근거로 고장 구간을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 고장 구간 검출 방법은 처리부에 의해, 지중 선로에서 고장이 발생한 것으로 판단된 경우 상기 지중 선로의 재폐로를 막기 위한 블록 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 센서부는 로고스키 코일 CT 및 광 CT 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.

또한, 전류의 위상값을 계산하는 단계는 센서부를 통해 획득된 전류 파형에 고속 퓨리에 변환(FFT) 윈도우를 적용함으로써, 시간에 따른 전류의 위상값을 계산할 수 있다.

본 발명의 고장 구간 검출 장치 및 방법에 따르면 가공-지중 경계 종단 접속함 1개소에만 센서부를 설치하면 되므로, 구현비용이 저렴하고 기존의 전류 차동 방식과 동등한 수준의 고장구간 판별 정확도를 갖는 장점이 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 고장 구간 검출 장치 및 방법을 편단지중 복합 선로의 선택적 자동 재폐로에 적용할 경우, 종래 방식에 비해 저렴한 비용으로 영구 고장에 대한 자동 재폐로 시행 및 이로 인한 고장파급 방지에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 구간 검출 장치에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 구간 검출 장치에 대한 블록도이다.
도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b 및 도 5는 본 발명의 고장 구간 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부에 대한 블록도이다.
도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 고장 구간 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 구간 검출 방법에 대한 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.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 고장 구간 검출 장치에 대하여 설명하도록 한다. 위에서 언급한 바와 같이, 가공 선로 및 지중 선로를 포함하는 복합 선로에서 고장 발생 시, 고장이 발생한 위치를 찾는 것은 중요하다. 이에 관련하여, 종래에는 거리계전기를 이용하거나 또는 전류 차동 계전기를 이용하는 방식이 존재하였다. 하지만, 위에서 언급한 바와 같이, 거리 계전기를 이용한 방식은 검출 정확도가 떨어지는 문제점이, 그리고 전류 차동 계전기를 이용하는 방법은 고장구간 검출 정확도는 높으나, 구간 양단에 CT와 전류 차동 계전기를 설치하여야 하므로 비용이 많이 드는 문제점이 존재하였다. 이에 따라, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하는, 구체적으로, 비용이 많이 들지 않고 검출 정확도가 높은 고장 구간 검출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 구간 검출 장치(100)에 대한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 구간 검출 장치(100)에 대한 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 구간 검출 장치(100)는 계전기(30) 및 측정부(110)를 통해 검출된 신호를 근거로, 고장 발생 시, 고장 구간을 검출한다. 여기서, 측정부(110)는 로고스키 코일 CT(Current Transformer)을 포함하여 구성될 수 있다. 물론, 측정부(110)는 광 CT와 같이, 전류를 검출하는 다양한 센서가 적용될 수 있다. 또한, 측정부(110)는 가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치되는 것을 특징으로 한다. 측정부(110)가 가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치되는 이유는 이하에서 다시 설명한다.

또한, 계전기(30)는 유효 전력의 조류 방향을 검출하는 기능을 한다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 구간 검출 장치(100)는 계전기(30)로부터 수집된 유효 전력의 조류 방향에 대한 정보와, 센서부(110)로부터 감지된 전류의 신호를 근거로, 고장 구간을 검출하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 본 발명의 고장 구간 검출 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 고장 발생 시, 계전기(30) 및 센서부(110)로부터 수집 및 감지된 정보를 근거로 고장 구간을 판단하는 처리부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b를 참조로, 본 발명의 고장 구간 검출 장치(100)를 통해 고장 구간을 검출하는 원리를 먼저 설명한다. 먼저, 도 3a를 참조하자. 도 3a는 고장이 발생하기 이전의 복합선로에 대한 예시를 도시한다. 또한, 도 3a는 유효 전력의 조류 방향이 A 변전소에서 B 변전소 방향으로 흐르는 것으로 가정한다. 그리고, 센서부(110)는 가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치된다. 이제, 도 3b를 참조로 가공 구간에 고장이 발생한 경우를 가정한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 가공 구간에 고장이 발생하게 되면, 전류(I_{post _ falut})는 이전의 종류 방향과는 상관없이 고장점으로 흐르게 된다. 반면, 고장 이전에는 유효 전력의 조류 방향에 따라 전류 방향이 결정된다. 따라서, 고장 이전 조류 방향, 즉 전류 벡터의 방향을 알면 고장 이후의 전류벡터 방향과의 차이를 보고 고장 방향이 센서부 좌측인지 우측인지 여부를 판별할 수 있다. 도 3b의 예시의 경우, 가공 구간에서 고장이 발생하였으므로, 전류(I_{post _ falut})는 고장점 즉, 가공 구간 방향으로 흐르게 된다. 즉, 고장 발생 시, 센서부(110)를 기준으로 전류(I_{post _ falut})가 좌측으로 흐르면 가공 선로에 고장이, 그리고 전류(I_{post _ falut})가 우측으로 흐르면 지중 선로에 고장이 발생하였음을 확인할 수 있다.

이와 유사한 다른 예시를 살펴보자. 도 4a는 고장이 발생하기 이전의 복합선로에 대한 예시를 도시한다. 또한, 도 4a는 유효 전력의 조류 방향이 B 변전소에서 A 변전소 방향으로 흐르는 것으로 가정한다. 그리고, 센서부(110)는 가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치된다. 이제, 도 4b를 참조로 지중 구간에 고장이 발생한 경우를 가정한다.

도 4b에 도시된 예시의 경우, 도 3b의 예시와 마찬가지로, 고장 발생 시, 전류(I_{post _ falut})는 고장점 방향으로 흐르게 된다. 즉, 도 4b의 예시에서는 도 3b와는 반대로 좌측에서 우측 방향으로 전류(I_{post _ falut})가 흐르게 된다. 구체적으로, 도 3b 및 도 4b에 도시된 예시에서 고장 위치에 따라, 고장 이후에는 전류 벡터 방향이 반대가 되어, 고장 이전의 조류 방향에 따라 고장 이후의 전류 벡터의 위상 변동은 약 180˚ 차이가 날 수 있다. 이에 따라, 센서부(110)가 지중 선로와 가공 선로의 접속점에 설치되면, 전류(I_{post _ falut})의 방향만으로도 고장 방향을 검출할 수 있게 되므로, 센서부(110)는 지중 선로와 가공 선로의 접속점에 설치되는 것이 바람직하다. 다시 도 2를 참조하자.

처리부(120)는 센서부(110)를 통해 감지된 전류의 위상값을 계산한다. 여기서, 처리부(120)는 전류의 위상값 계산을 위해 고속 퓨리에 변환(FFT) 윈도우를 센서부(110)를 통해 감지된 전류의 파형에 적용시킬 수 있다. 여기서, 전류의 위상값을 계산하는 이유는 위에서 언급한 바와 같이, 전류의 벡터 방향을 판단하기 위함이다. 도 5를 참조하자.

도 5는 가공 선로와 지중 선로의 접속부에 연결되는 센서부를 통해 감지된 전류의 벡터도를 도시한다. 구체적으로, 도 5a는 고장 발생 이전의 전류 벡터도를, 도 5b는 고장점이 센서부 좌측 방향인 경우의 벡터도를, 그리고 도 5c는 고장점이 센서부의 우측 방향인 경우의 벡터도를 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 고장 이전의 부하 전류는 저항 성분이 주도적이므로, 전원전압(V_A,pre-fault)과의 위상차가 작다. 반면, 선로 고장시, 고장 전류는 선로 임피던스에 공급되므로, 전원단에서 볼 때, 부하는 유도성 리액턴스가 주성분이 되어, 전원 전압에 비해 약 90˚ 의 위상차를 갖게 된다. 또한, 도 5a 내지 도 5c에서 I_Load 및 I_Fault는 아래의 수학식 1 및 2와 같이 표현될 수 있다.

다시, 도 2를 참조하자.

처리부(120)는 위에서 언급한 바와 같이, 시간에 따른 전류 위상값을 계산하고, 계산된 전류 위상의 제로 크로싱(zero-crossing) 주기를 검출하여 주파수로 환산한다.

그 후, 처리부(120)는 고장이 발생하였는지의 여부를 판단한다. 여기서, 처리부(120)를 통한 고장 발생 여부 판단은 유효전력의 조류 흐름을 근거로 이루어질 수 있다. 여기서, 고장 발생이 이루어진 것으로 판단된 경우, 처리부(120)는 고장 발생 이전 및 이후에 계산된 전류의 위상값들의 차를 산출하며, 산출된 전류의 위상값들의 차와 유효전력의 조류 방향을 근거로 고장 구간을 판단한다. 상술한 바와 같이, 고장이 발생하게 되면, 전류는 고장점으로 흐르게 되어, 전류의 위상이 변화하게 된다.

구체적으로, 도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 선로에 고장이 발생했을 때, 고장위치가 센서부(110)의 우측(지중 선로) 내에 있으면 고장 전류는 A 변전소로부터 유도성 리액턴스가 대부분인 선로로 공급되므로 고장 전류(I_{fault _BC})의 위상은 고장 이전의 부하 전류(I_{pre -fault})의 위상보다 약 90˚ 뒤지게 된다. 만일, 고장 위치가 센서부(110)의 우측(가공 선로)이면 고장 전류는 B 변전소로부터 유도성 리액턴스가 대부분인 선로에 공급되므로 고장 전류(I_{fault _AB})의 위상은 고장 이전 부하전류의 반대방향 전류(-I_{pre -fault})의 위상보다 약 90˚ 뒤지게 된다. 따라서 본 발명은 고장 이전의 복합선로 전류조류 방향과 고장 전후의 도체전류 위상 변동값을 알면, 변전소간 선로에서 고장위치가 센서부의 좌측인지 또는 우측인지를 알 수 있는 특성을 이용한다.

이에 따라, 본 발명의 처리부(120)는 고장 이전의 조류 방향 정보, 그리고 전류 위상값과, 고장 이후의 전류 위상값을 근거로 고장 구간을 탐지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 종래의 구간 양단의 전류 크기(위상)를 비교하는 전류 차동 방식에 비해 CT를 한 군데만 설치하면 되므로 비용이 적게 들고, 고장점 식별 오차가 있는 거리 계전 방식에 비해서 정확한 고장구간 검출이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 처리부(120)는 위에서 판단된 고장 구간이 지중 선로 즉, 지중 구간인지를 더 판단할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 가공 선로와 지중 선로를 포함하는 복합 선로에서, 고장 발생 시 가공 선로의 경우 일시 고장인 경우가 대부분이나 지중 선로는 그렇지 않다. 이에 따라, 본 발명의 처리부(120)는 지중 선로에 고장이 발생할 시, 자동 재폐로를 방지하기 위해, 자동 재폐로에 대한 블록 신호를 더 생성할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 고장 위치에 따라 적합한 대응을 수행하도록 도움을 줄 수 있는 효과를 더 가질 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부(120)에 대한 블록도이다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부(120)는 유효 전력의 조류 방향에 대한 정보와, 복합선로에 흐르는 전류의 위상값을 근거로, 복합 선로에 대한 고장 여부 판단 및, 고장 구간 검출을 수행할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부(120)는 조류 방향 검출 모듈(121), 전류 위상값 계산 모듈(122), 고장 구간 판별 모듈(123) 및 블록 신호 생성 모듈(124)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 처리부(120)에 포함된 각 구성들은 처리부(120)에서 수행되는 기능을 설명하기 위해 구분한 것이고, 실제로 상기 구성들로 구분되어야 하는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에서는 위에서 설명한 부분과 중복되는 사항은 생략하여 설명이 이루어진다.

조류 방향 검출 모듈(121)은 복합 선로의 조류 방향을 검출하는 기능을 한다. 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 고장 구간 검출 장치(100)를 통한 고장 구간 검출 방법은 조류 방향과, 전류의 위상 변화량을 근거로 이루어진다. 이에 따라, 조류 방향 검출 모듈(121)은 계전기(30)를 통해 감지된 신호를 근거로, 유효 전력의 조류 방향을 검출한다.

전류 위상값 계산 모듈(122)은 센서부(110)를 통해 감지된 전류의 위상값을 계산하는 기능을 한다. 위에서 설명한 바와 같이, 센서부(110)는 가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치될 수 있다. 또한, 전류 위상값 계산 모듈(122)은 전류의 위상값 계산을 위해 고속 퓨리에 변환(FFT) 윈도우를 센서부(110)를 통해 감지된 전류의 파형에 적용시킬 수 있다. 그리고, 전류 위상값 계산 모듈(122)은 시간에 따른 전류 위상값을 계산하고, 계산된 전류 위상의 제로 크로싱(zero-crossing) 주기를 검출하여 주파수로 환산하는 기능을 더 수행할 수 있다.

고장 구간 판별 모듈(123)은 위에서 언급한 조류 방향 검출 모듈(121)을 통해 검출된 유효 전력의 조류 방향을 근거로 고장 발생 여부를 판단한다. 또한, 고장 구간 판별 모듈(123)은 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 상기 유효 전력의 조류 방향과, 전류 위상값 계산 모듈(122)을 통해 계산된 전류의 위상값 변화를 근거로 고장 구간을 판별한다. 여기서, 고장 구간의 판별 방법의 경우, 위에서 상세히 설명하였으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.

또한, 고장 구간 판별 모듈(123)은 고장 구간이 지중 구간인지의 여부를 추가적으로 판단한다.

블록 신호 생성 모듈(124)은 상기 고장 구간 판별 모듈(123)을 통한 판단 결과, 지중 구간에 고장이 발생한 것으로 판단되면, 자동 재폐로를 방지하기 위해, 자동 재폐로에 대한 블록 신호를 더 생성할 수 있다. 이는 상술한 바와 같이, 복합 선로에서, 고장 발생 시 가공 선로의 경우 일시 고장인 경우가 대부분이나 지중 선로는 그렇지 않기 때문이다. 이에 따라, 가공 선로에 고장이 발생한 경우에는 자동 개폐로가 이루어지고, 지중 선로에 고장이 발생한 경우에는, 자동 개폐로가 이루어지는 것을 방지함으로써, 보다 정확한 고장 복구도 수행할 수 있다.

이제, 도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b를 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 구간 검출 장치 및 방법의 검증을 위한 설명이 이루어진다.

도 7a 및 도 7b는 EMTP (Electro-Magnetic Transient Program)로 구성하여 가공구간(AB) 및 지중구간(BC)에서 각각 지락고장이 발생한 경우, 가공-지중 경계점 케이블에 설치하는 CT의 검출전류를 계산한 결과를 도시한다.

또한, 도 8a 및 도 8b는 도 7a 및 도 7b와 동일하나, 전원단과 수전단만 바뀐 경우를 도시한다. 도면에서 AB구간 고장(F1고장)과 BC구간 고장(F2고장)시 B지점에 설치되는 센서부의 위상변동의 방향이 반대가 된다. 도 5를 참조로 설명한 같이, 고장 이후의 검출 전류는 고장 방향에 따라 위상변동 방향이 반대가 됨을 EMTP 계산 결과로 확인하였다.

도 7a과 도 8a는 전원단과 수전단, 즉 고장 이전의 유효전력 조류방향이 서로 다른 것 외에는 동일한 고장조건이며, 도 7b와 도 8b에서 보는 바와 같이 조류방향에 따라 고장 이후 B지점에 설치되는 센서부에서 검출되는 전류 위상변동 방향이 반대가 된다. 따라서, 고장 이전의 유효전력 조류방향을 미리 알고 있고, 선로 고장이 발생했을 때 B지점에 설치되는 CT에서 고장 이전과 이후에 검출되는 전류의 위상 변동을 알면 선로고장이 발생한 위치가 AB구간 또는 BC구간 내에 있는지를 알 수 있다. 즉, 가공-지중 혼합선로 경계 접속점에 로고스키 코일의 설치가 용이한 지중케이블 구간에 CT를 설치하면, 혼합선로 고장발생시, 고장위치가 가공인지 지중구간인지 식별이 가능하다. 이처럼 고장구간 식별정보는 지중구간 고장시 자동재폐로 블록 신호로 사용하면. 혼합 선로의 지중구간 영구고장에 대한 자동 재폐로 시행과 그로 인한 계통 충격 및 2차 고장을 방지할 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 도 7a, 도 7b, 도 8a 및 도 8b의 EMTP 계산모델을 이용하여, 지중/가공구간의 고장에 따른 B지점 센서부의 검출 전류, 슬라이딩 FFT 윈도우를 통과하여 나온 전류 크기 및 위상, 위상의 제로 크로싱 주기(T)로부터 환산한 주파수(f=1/T)와 고장 위치에 따른 위상 변동(=주파수 변동)특성으로부터 지중구간 고장신호를 검출한 사례를 나타낸다. 도 9a과 9b는 각각 지중구간, 가공구간의 고장을 상정한 것이며, 도 9a의 3번째 그림에서 위상이 급격히 변동(4번째 그림에서 주파수가 급격히 증가)하여 5번째 그림에서 지중구간 고장을 나타내는 신호가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 9b에서는 위상변동이 약간 완만하게 늘어지는 특성으로 인해 영점간 시간차(=1/주파수)가 크지 않아 5번째 그림에서 급격한 변동을 보이지 않음을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 구간 검출 방법에 대한 흐름도이다. 이하, 도 10을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 구간 검출 방법에 대해 설명한다. 위에서 언급된 부분과 중복되는 사항은 생략하여 설명이 이루어진다.

먼저, 계전기를 통해, 유효 전력의 조류 방향을 검출하는 단계(S110)가 이루어지고, 가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치되는 센서부를 통해, 복합선로에 흐르는 전류를 감지하는 단계(S120)가 이루어진다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 센서부는 가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치되어, 이하에서 언급되는 단계들을 통해 센서부를 기준으로 좌측 또는 우측의 고장 위치를 탐지할 수 있다. 또한, 센서부는 로고스키 코일 CT 및 광 CT 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.

그 후, 처리부에 의해 상기 센서부를 통해 감지된 전류의 위상값을 계산하는 단계(S130)가 수행된다. 앞서 언급한 바와 같이, S130 단계는 센서부를 통해 획득된 전류 파형에 고속 퓨리에 변환(FFT) 윈도우를 적용함으로써, 시간에 따른 전류의 위상값을 계산할 수 있다. 또한, S130 단계는 계산된 전류 위상의 제로 크로싱(zero-crossing) 주기를 검출하여 주파수로 환산하는 과정을 더 수행할 수 있다.

그 후, 처리부에 의해, 고장이 발생하였는지 판단하는 단계(S140)가 이루어진다. 구체적으로, S140 단계는 S110 단계에서 검출된 유효 전력의 조류 방향을 근거로 이루어질 수 있다. S140 단계에서 고장이 발생한 것으로 판단되면, 제어는 S110 단계로 전달된다. 그렇지 않다면, 제어는 S150 단계로 전달된다.

S150 단계는 고장 구간을 판단하는 단계이다. 구체적으로, S150 단계는 고장 발생 이전 및 이후에 계산된 전류의 위상값들의 차를 산출하고, 산출된 전류의 위상값들의 차와 유효전력의 조류 방향을 근거로 고장 구간을 판단한다. 여기서, S150 단계를 통해 고장 구간을 판단하는 방법은 위에서 상세히 설명하였으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.

그 후, 처리부에 의해, 고장 위치가 지중 구간인지 판단하는 단계(S160)가 수행된다. 상술한 바와 같이, 가공 선로와 지중 선로를 포함하는 복합 선로에서, 고장 발생 시 가공 선로의 경우 일시 고장인 경우가 대부분이나 지중 선로는 그렇지 않다. S160 단계를 통한 판단 과정을 통해 고장 위치가 어느 구간인지를 판단하고, 판단 결과에 따라 고장 복구를 보조하는 과정을 수행할 수 있다. S160 단계에서의 판단 결과, 지중 구간 고장이 발생한 것으로 판단되면, 제어는 S170 단계로 전달되어, 자동 재폐로를 방지하기 위해, 자동 재폐로에 대한 블록 신호를 더 생성하는 과정을 수행한다. 그렇지 않은 경우, 제어는 종료 블록으로 전달되어, 자동 재폐로가 수행되게 한다.

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.

100 : 고장 구간 검출 장치 110 : 센서부
120 : 처리부

Claims (8)

1. 가공 선로와 지중 선로를 포함하는 복합선로에서 고장 발생 시 고장 구간을 검출하는 장치로서,
   유효 전력의 조류 방향을 검출하는 계전기;
   가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치되고, 상기 복합선로에 흐르는 전류를 감지하는 센서부; 및
   상기 센서부를 통해 감지된 전류의 위상값을 계산하고, 고장 발생시 고장 발생 이전 및 이후에 계산된 전류의 위상값들의 차를 산출하며, 산출된 전류의 위상값들의 차와 상기 유효전력의 조류 방향을 근거로 고장 구간을 판단하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고장 구간 검출 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 처리부는,
   지중 선로에서 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 상기 지중 선로의 재폐로를 막기 위한 블록 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 고장 구간 검출 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 센서부는,
   로고스키 코일 CT(Current Transformer) 및 광 CT 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는, 고장 구간 검출 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 처리부는,
   상기 센서부를 통해 획득된 전류 파형에 고속 퓨리에 변환(FFT) 윈도우를 적용함으로써, 시간에 따른 전류의 위상값을 계산하는 것을 특징으로 하는, 고장 구간 검출 장치.
5. 가공 선로와 지중 선로를 포함하는 복합선로에서 고장 발생 시 고장 구간을 검출하는 방법으로서,
   계전기를 통해, 유효 전력의 조류 방향을 검출하는 단계;
   가공 선로와 지중 선로의 접속부에 설치되는 센서부를 통해, 상기 복합선로에 흐르는 전류를 감지하는 단계;
   처리부에 의해 상기 센서부를 통해 감지된 전류의 위상값을 계산하는 단계;
   상기 처리부에 의해, 고장 발생시, 고장 발생 이전 및 이후에 계산된 전류의 위상값들의 차를 산출하는 단계; 및
   상기 처리부에 의해, 산출된 전류의 위상값들의 차와 상기 유효전력의 조류 방향을 근거로 고장 구간을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고장 구간 검출 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 처리부에 의해, 지중 선로에서 고장이 발생한 것으로 판단된 경우 상기 지중 선로의 재폐로를 막기 위한 블록 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고장 구간 검출 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 센서부는,
   로고스키 코일 CT 및 광 CT 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는, 고장 구간 검출 방법.
8. 제5항에 있어서,
   상기 전류의 위상값을 계산하는 단계는,
   상기 센서부를 통해 획득된 전류 파형에 고속 퓨리에 변환(FFT) 윈도우를 적용함으로써, 시간에 따른 전류의 위상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 고장 구간 검출 방법.
   

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