KR20180105954A - 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파장 분할 다중화 방식을 이용한 부분 방전 감시 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식을 이용한 부분 방전 감시 시스템은, 변전 설비의 부분방전을 감시하기 위해 측정된 부분방전 감지 신호의 광변환을 통해 고유의 파장대역을 할당하여 파장 분할 다중화 방식으로 전송하기 위한 다수의 부분방전 감지 장치; 및 다중화된 광신호를 파장별로 분할하여 해당 광신호의 신호 처리 및 분석을 수행하기 위한 신호 처리/분석 장치;를 포함한다.
Description
본 발명은 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 부분방전 감지 장치와 신호 처리/분석 장치를 광케이블(광섬유)로 연결하고, 부분방전 감지 장치에 의해 측정된 부분방전 신호를 광변환하여 파장 분할 다중화 방식을 통해 신호 처리/분석 장치로 전송하여 부분방전을 감시함으로써, 시스템 설치 및 보수 비용을 절감하기 위한, 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템에 관한 것이다.
최근에는 산업 고도화, 지식 정보화 사회로의 전환 및 확대, 도시 생활 변화 등에 의해 전력의 안정 공급, 고품질화, 고신뢰성에 대한 요구가 절실한 상황이다. 이에 따라, 전력 설비의 운영 신뢰성을 확보하기 위해 변전소 주요 설비의 보수 방법은 비용 억제 및 고장의 사전 방지의 관점으로 일정한 주기에 따라 정기적으로 보수하는 시간 계획 유지보수(TBM: Time Based Maintenance)에서 설비의 상태를 예측하여 보수하는 상태기반 유지보수(CBM: Condition Based Maintenance) 체계를 도입하여 효율적이고 경제적인 유지 보수 방안을 전략적으로 운영, 관리할 수 있는 첨단의 기법 등이 도입되고 있다.
변전 설비[예를 들어, 가스절연개폐장치(Gas Insulated Switchgear: GIS), 변압기, 피뢰기 등]의 상태기반 유지보수 전략을 위해서는 운전 중인 전력 설비의 상태를 진단하기 위한 변전소 감시 시스템의 보급이 필수적이다.
변전소의 GIS나 변압기에 적용되는 진단 장비에는 부분 방전 감시 시스템이 있다. 도 1은 기존의 변전설비 부분 방전 감시 시스템을 나타낸 도면이다.
기존 부분 방전 감시 시스템은 부분방전센서(10), 신호처리장치(Data Acquisition Unit, DAU)(20), 관제서버(30)를 포함한다. 부분방전센서(partial discharge sensor)(10)와 신호처리장치(20)는 고주파 저손실형 동축 케이블(coaxial cable)로 연결되고, 신호처리장치(20)와 관제서버(30)는 이더넷 또는 전용회선인 광케이블(optical cable)로 연결된다.
그런데 부분방전센서(10)와 신호처리장치(20)를 연결하는 동축 케이블은 길이 제한이 있다. 이는 동축 케이블이 UHF 대역에서 전송 손실이 발생하므로, 부분방전센서(10)와 신호처리장치(20) 간의 거리를 동축 케이블의 전송 손실 허용 범위 이내로 제한해야 한다. 그리고 다수의 부분방전센서(10)는 GIS나 변압기 등의 변전설비에 10∼20m 간격으로 설치된다. 이처럼 부분방전센서(10)와 신호처리장치(20)는 동축 케이블의 신호 감쇄로 인해 서로 가까운 거리에 위치해야 하는 한계가 있다.
기존에는 3∼6개의 부분방전센서(10)와 신호처리장치(20)를 15m 이내의 동축 케이블을 이용하여 연결한다. 이와 같이 신호처리장치(20)는 모든 부분방전센서(10)와 동축 케이블을 이용하여 서로 연결하기 위해, 소정 개수(즉, 3∼6개)의 부분방전센서(10)를 하나의 그룹으로 묶어 관리한다. 즉, 소정 개수의 부분방전센서(10)가 포함된 그룹이 다수개 형성되므로, 신호처리장치(20)도 해당 그룹별로 배치되기 때문에 다수개 구비되어야 한다.
또한, 이러한 기존 방식은 커넥터를 이용한 다수의 접속 개소로 인해 접속불량이 발생할 가능성이 크고, 옥외에서 장시간 사용시 외기변화에 의한 접촉불량 또는 동축 케이블의 열화 등이 발생할 수 있다.
또한, 기존 방식은 부분방전센서(10)로부터 신호처리장치(20)까지 각각 개별 케이블을 포설하므로 재료비와 설치비가 수반되며, 동축 케이블의 거리 제한으로 인해 적정 간격으로 3∼6개의 부분방전센서(10)에 연결되는 신호처리장치(20)를 다수 설치해야 한다.
또한, 변전소의 여러 장소에 설치되는 신호처리장치(20)는 전용회선 등의 광케이블로 관제서버(30)에 연결된다. 이러한 기존 방식은 다수의 신호처리장치(20)가 여러 장소에 설치되므로, 변전소의 면적과 부분방전센서(10)의 개수가 증가됨에 따라 제작비용과 설치비용이 증가될 수 있다.
한편, 부분방전센서와 신호처리장치가 일체형인 경우에는 광케이블을 이용하여 관제서버에 접속할 수 있다. 이러한 방식은 각각의 부분방전센서가 개별적으로 신호처리를 하여 데이터를 전송하므로, 각 부분방전센서에 의해 검출되는 부분방전 신호를 동시에 측정한 후 비교를 통한 외부 잡음의 영향을 제거하는 신호처리가 어렵다. 또한, 이 경우에는 각 부분방전센서에 의해 검출된 나노초(ns) 영역의 시간차이를 이용하여 도착 시간차(time of arrival) 방식으로 방전 위치를 산정하는 것도 곤란하다. 이 경우에는 주로 부분방전 센서 주변의 부분방전 유무만을 측정하는 저가형 감시 장치로 활용된다.
본 발명의 목적은 부분방전 감지 장치와 신호 처리/분석 장치를 광케이블(광섬유)로 연결하고, 부분방전 감지 장치에 의해 측정된 부분방전 신호를 광변환하여 파장 분할 다중화 방식을 통해 신호 처리/분석 장치로 전송하여 부분방전을 감시함으로써, 시스템 설치 및 보수 비용을 절감하기 위한, 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 변전소의 여러 장소에 설치되던 신호처리장치(DAU)의 기능을 하나의 구성으로 통합하기 위한 부분 방전 감시 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 신호처리장치(DAU)와 관제서버를 하나의 구성인 신호 처리/분석 장치로 통합하여 중앙감시센터에 집중시켜 구성하기 위한 부분 방전 감시 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템은, 변전 설비의 부분방전을 감시하기 위해 측정된 부분방전 감지 신호의 광변환을 통해 고유의 파장대역을 할당하여 파장 분할 다중화 방식으로 전송하기 위한 다수의 부분방전 감지 장치; 및 다중화된 광신호를 파장별로 분할하여 해당 광신호의 신호 처리 및 분석을 수행하기 위한 신호 처리/분석 장치;를 포함할 수 있다.
상기 부분방전 감지 장치 및 상기 신호 처리/분석 장치는, 하나 이상의 광케이블(광섬유)을 이용하여 상호 연결할 수 있다.
상기 부분방전 감지 신호는, 상기 변전 설비의 이상 신호와 정상 신호가 포함될 수 있다.
상기 부분방전 감지 장치는, 상기 부분방전 감지 신호를 측정하기 위한 부분방전센서; 상기 부분방전 감지 신호를 광신호로 변환시키기 위한 광변환부; 및 상기 광신호에 상기 파장을 할당하여 파장 분할 다중화 방식으로 전송하기 위한 다중화부;를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리/분석 장치는, 상기 다중화된 광신호를 파장별로 분할시키기 위한 역다중화부; 상기 분할된 광신호를 부분방전 감지 신호로 복원하여 디지털 전기신호로 변환시키기 위한 신호변환부; 상기 디지털 전기신호를 신호 분석이 적합한 형태로 신호 처리를 수행하기 위한 신호처리부; 및 상기 신호 처리된 신호에 대한 분석을 수행하기 위한 부분방전 분석부;를 포함할 수 있다.
상기 부분방전 감지 장치는, 상기 부분방전 감지 신호를 측정하기 위한 부분방전센서; 상기 부분방전 감지 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 디지털 변환부; 상기 디지털 신호를 광신호로 변환시키기 위한 광변환부; 및 상기 광신호에 상기 파장을 할당하여 파장 분할 다중화 방식으로 전송하기 위한 다중화부;를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리/분석 장치는, 상기 다중화된 광신호를 파장별로 분할시키기 위한 역다중화부; 상기 분할된 광신호를 디지털 전기신호로 복원하기 위한 신호변환부; 상기 디지털 전기신호를 신호 분석이 적합한 형태로 신호 처리를 수행하기 위한 신호처리부; 및 상기 신호 처리된 신호에 대한 분석을 실시하기 위한 부분방전 분석부;를 포함할 수 있다.
상기 부분방전센서는, UHF 센서, VHF/HF 센서, 초음파 센서 중 하나일 수 있다.
상기 디지털 변환부는, 상기 부분방전 감지 신호를 펄스 부호 변조 방식(Pulse Code Modulation, PCM), 펄스 폭 변조 방식(Pulse Width Modulation, PWM), 직교 진폭 변조 방식(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 중 어느 하나의 방식에 따라 디지털 신호로 변환할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템은, 부분 방전 감시 시스템에 있어서, 부분방전 감지 장치 및 신호 처리/분석 장치를 포함하고, 상기 부분방전 감지 장치와 상기 신호 처리/분석 장치는, 하나 이상의 광케이블(광섬유)을 이용하여 상호 연결하여 파장 분할 다중화 방식으로 신호를 송수신하며, 상기 부분방전 감지 장치는, 변전 설비의 부분방전을 감시하기 위해 측정된 부분방전 감지 신호를 측정하기 위한 부분방전센서; 상기 부분방전 감지 신호를 광신호로 변환시키기 위한 광변환부; 및 상기 광신호에 상기 파장을 할당하여 파장 분할 다중화 방식으로 전송하기 위한 다중화부;를 포함하고, 상기 신호 처리/분석 장치는, 다중화된 광신호를 파장별로 분할시키기 위한 역다중화부; 상기 분할된 광신호를 복원하여 디지털 전기신호로 변환시키기 위한 신호변환부; 상기 디지털 전기신호를 신호 분석이 적합한 형태로 신호 처리를 수행하기 위한 신호처리부; 및 상기 신호 처리된 신호에 대한 분석을 수행하기 위한 부분방전 분석부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템은, 부분 방전 감시 시스템에 있어서, 부분방전 감지 장치 및 신호 처리/분석 장치를 포함하고, 상기 부분방전 감지 장치와 상기 신호 처리/분석 장치는, 하나 이상의 광케이블(광섬유)을 이용하여 상호 연결하여 파장 분할 다중화 방식으로 신호를 송수신하며, 상기 부분방전 감지 장치는, 변전 설비의 부분방전을 감지하기 위해 측정된 부분방전 감지 신호를 측정하기 위한 부분방전센서; 상기 부분방전 감지 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 디지털 변환부; 상기 디지털 신호를 광신호로 변환시키기 위한 광변환부; 및 상기 광신호에 상기 파장을 할당하여 파장 분할 다중화 방식으로 전송하기 위한 다중화부;를 포함하고, 상기 신호 처리/분석 장치는, 다중화된 광신호를 파장별로 분할시키기 위한 역다중화부; 상기 분할된 광신호를 디지털 전기신호로 복원하기 위한 신호변환부; 상기 디지털 전기신호를 신호 분석이 적합한 형태로 신호 처리를 수행하기 위한 신호처리부; 및 상기 신호 처리된 신호에 대한 분석을 실시하기 위한 부분방전 분석부;를 포함할 수 있다.
본 발명은 부분방전 감지 장치와 신호 처리/분석 장치를 광케이블(광섬유)로 연결하고, 부분방전 감지 장치에 의해 측정된 부분방전 신호를 광변환하여 파장 분할 다중화 방식을 통해 신호 처리/분석 장치로 전송하여 부분방전을 감시할 수 있다.
또한, 본 발명은 변전소의 여러 장소에 설치되던 신호처리장치(DAU)의 기능을 하나의 구성으로 통합할 수 있다.
또한, 본 발명은 신호처리장치(DAU)와 관제서버를 하나의 구성인 신호 처리/분석 장치로 통합하여 중앙감시센터에 집중시켜 구성할 수 있다.
또한, 본 발명은 파장 분할 다중화 방식으로 부분방전센서로부터 신호 처리/분석 장치까지 1개의 광섬유를 통해 여러 개의 부분방전센서에 의해 측정된 신호를 각각 파장 분할 다중화하여 전달하여 동축 케이블을 이용하지 않기 때문에, 설치 및 유지 보수 비용을 대폭 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 다수의 부분방전센서와 신호처리장치(DAU)를 연결하는 RF 커넥터에 의한 손실 및 경년변화에 의한 성능 저하가 없기 때문에 시스템 안정성이 개선되어 유지보수가 최소화될 수 있다.
또한, 본 발명은 신호처리장치(DAU)의 기능이 통합되어 중앙감시센터에 집중되므로, 날씨, 기온 등의 외기 변화에 의한 영향이 없어 유지보수와 관리가 용이하다.
도 1은 기존의 변전설비 부분 방전 감시 시스템을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식을 이용한 부분방전 감시 시스템을 나타낸 도면,
도 3은 상기 도 2의 부분방전 감시 시스템의 상세한 구성을 나타낸 도면,
도 4는 광섬유로 전송되는 광신호의 파장 스펙트럼에 대한 예시를 나타낸 도면,
도 5a는 상기 도 3의 부분방전 감시 장치의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 5b는 상기 도 3의 신호변환부의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 6은 상기 도 3의 부분방전 감시 시스템에서 광케이블(광섬유)의 이중화를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식을 이용한 부분방전 감시 시스템을 나타낸 도면,
도 3은 상기 도 2의 부분방전 감시 시스템의 상세한 구성을 나타낸 도면,
도 4는 광섬유로 전송되는 광신호의 파장 스펙트럼에 대한 예시를 나타낸 도면,
도 5a는 상기 도 3의 부분방전 감시 장치의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 5b는 상기 도 3의 신호변환부의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 6은 상기 도 3의 부분방전 감시 시스템에서 광케이블(광섬유)의 이중화를 나타낸 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식을 이용한 부분방전 감시 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 파장 분할 다중화 방식을 이용한 부분방전 감시 시스템(이하 "부분방전 감시 시스템"이라 함, 100)은, 부분방전 감지 장치(110)와 신호 처리/분석 장치(120)를 포함한다.
부분방전 감지 장치(110)는 변전 설비의 부분방전을 감지하는 센싱장치로서 펄스 형태의 부분방전 신호(이하 "부분방전 감지 신호"라 함)를 측정하여 신호 처리/분석 장치(120)로 전송하고, 신호 처리/분석 장치(120)는 부분방전 감지 장치(110)로부터 전송된 부분방전 감지 신호에 대해 신호처리 및 분석을 수행하여 부분방전을 감시한다. 이때, 부분방전 감지 신호는 변전 설비의 부분방전 감시를 위해 측정되는 신호로서, 변전 설비의 이상 신호(즉, 부분방전이 발생되는 신호)와 정상 신호(즉, 부분방전이 발생되지 않는 신호)가 포함된다.
여기서, 부분방전 감지 장치(110)와 신호 처리/분석 장치(120)는 상호 간에 광케이블(광섬유)을 통해 서로 연결하며, 파장 분할 다중화 방식(Wavelength Division Multiplexing, WDM)을 이용하여 신호를 송수신한다.
광섬유는 현장에서 설치가 용이하고 변전설비의 전자기장(EMI, EMF)에 의한 영향을 받지 않는다. 특히, 광섬유는 전송 손실이 없기 때문에 길이에 제약이 없고, 756㎸ 변전소와 같은 초대형 변전소에서도 1개 회선으로 전체를 수용할 수 있다.
또한, 부분방전 감지 장치(110)는 변전 설비의 여러 지점에 설치되기 때문에 다수의 구성을 유지하지만, 신호 처리/분석 장치(120)는 단일 광케이블(광섬유)을 이용하여 부분방전 감지 장치(110)와 파장 분할 다중화 방식을 통해 신호를 송수신하므로, 신호선의 손실로 인하 거리제약으로 변전소의 여러 장소에 설치되던 신호처리장치(DAU)의 기능을 하나의 구성으로 통합할 수 있다.
그리고 신호처리장치(DAU)를 부분방전센서와 연결할 때 동축 케이블의 손실에 의한 거리 제약이 없기 때문에, 관리서버와 서로 이격시켜 배치할 필요가 없다. 즉, 기존에는 신호처리장치(DAU)가 동축 케이블을 통해 부분방전센서와 연결되므로, 신호처리장치(DAU)를 부분방전센서 주변에 배치하고, 관리서버를 중앙감시센터 내에 배치한다. 하지만, 본 발명에서는 신호처리장치(DAU)와 관리서버를 하나의 구성인 신호 처리/분석 장치(120)로 통합하여 중앙감시센터에 집중시켜 구성할 수 있다.
도 3은 상기 도 2의 부분방전 감시 시스템의 상세한 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 광섬유로 전송되는 광신호의 파장 스펙트럼에 대한 예시를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 부분방전 감시 시스템(100)은 부분방전 감지 장치(110)와 신호 처리/분석 장치(120)를 포함한다.
부분방전 감지 장치(110)와 신호 처리/분석 장치(120)는 광케이블(광섬유)을 통해 상호 연결되어 광통신을 수행하므로, 정보를 나타내는 전기신호를 광신호로 변환하고, 이를 광섬유를 통해 전달하고 전달된 광신호를 다시 전기신호로 변환하여 원하는 정보를 재생하는 과정을 수행한다.
이때, 부분방전 감지 장치(110)와 신호 처리/분석 장치(120)는 파장 분할 다중화 방식을 이용한다. 즉, 부분방전 감지 장치(110) 각각은 소정의 파장을 가지는 광신호를 송신하는 송신기로서 기능을 하고, 신호 처리/분석 장치(120)는 수신된 광신호를 분할하여 수신하는 수신기로서 기능을 한다. 이에 따라, 부분방전 감지 장치(110)는 멀티플렉서(Multiplexer, MUX) 기능이 구비되고, 신호 처리/분석 장치(120)는 디멀티플렉서(Demultiplexer, De-MUX) 기능이 구비된다.
이하, 부분방전 감지 장치(110)와 신호 처리/분석 장치(120)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 부분방전 감지 장치(110)는 다수의 개별 장치들(110-1 내지 110-N)이 변전 설비의 여러 지점에 설치된다. 여기서는 편의상 다수의 개별 장치들(110-1 내지 110-N)을 부분방전 감지 장치(110)로 통칭하여 설명하기로 한다.
부분방전 감지 장치(110)는 부분방전센서(111), 광변환부(112), 다중화부(113)를 포함한다. 여기서, 부분방전센서(111), 광변환부(112), 다중화부(113)는 다수의 개별 장치들(110-1 내지 110-N)에 동일하게 포함되는 구성이므로 통칭하여 설명하기로 한다.
부분방전센서(111)는 변전 설비(예, GIS 등)에 대해 부분방전을 감지하기 위한 신호 즉, 부분방전 감지 신호를 측정한다.
여기서, 부분방전센서(111)는 예를 들어, UHF법, VHF/HF법, 초음파법 등을 이용하여 부분방전 감지 신호를 측정할 수 있다. 즉, 부분방전센서(111)는 UHF 센서, VHF/HF 센서, 초음파 센서일 수 있다.
특히, UHF법은 부분방전을 측정하는 방법 중 외부의 잡음을 상대적으로 적게 받는 UHF 대역(300㎒∼3,000㎒)의 부분방전 감지 신호를 검출하여 변전 설비 내부의 이상 원인 및 정도를 예측하는 방법으로, 현재 가장 신뢰성 있는 방법으로 알려졌다. 따라서, 부분방전센서(111)는 UHF법을 이용하여 부분방전 감지 신호를 측정하는 경우에 UHF 센서일 수 있다. 이때, UHF 센서는 외부 노이즈의 영향과 적용되는 피측정 대상의 구조와 부분방전 감지 신호의 전달 특성을 고려하여 300㎒∼2,500㎒ 사이의 주파수에서 일정 대역을 선택하여 활용할 수 있다. 그리고 부분방전 감지 신호를 측정하기 위해서는 변전 설비의 내부 측정을 위해 부분방전센서(111)를 내장시켜 측정하거나, 변전 설비의 외부 측정을 위해 GIS의 가스구획 및 도체지지의 목적으로 설치되어 있는 스페이서(spacer)에 부분방전센서(111)를 부착하여 측정할 수 있다.
광변환부(112)는 부분방전센서(111)에 의해 측정된 부분방전 감지 신호를 광신호로 변환한다. 즉, 광변환부(112)는 전기신호를 광신호로 변환시키는 변환기(Electrical to Optical converter, E/O converter)에 해당한다. 이러한 광변환부(112)는 예를 들어, 반도체 레이저(PN 접합다이오드) 또는 적외선 발광소자(Infrared LED) 등의 변환소자가 구비된다.
다중화부(113)는 광변환부(112)에 의해 변환된 광신호를 파장 분할 다중화 방식에 따라, 전체 광섬유 파장대역(예를 들어, 광섬유 저손실 파장대역 1550㎚ 대역)을 여러 파장대역으로 분할한 후 광변환부(112)로부터 입력되는 광신호에 대해 특정 파장대역을 할당한다. 다시 말해, 다중화부(113)는 광변환부(112)로부터 전달된 광신호의 출처가 확인 가능한 특정 광신호로 변환한다.
구체적으로, 다수의 개별 장치들(110-1 내지 110-N)은 공통으로 적용되는 다중화부(113)를 통해 각각의 광신호에 대해 임의의 파장대역을 할당하는 것이 아니라, 각기 구비된 다중화부(113)를 통해 각각의 광신호에 대해 특정 파장대역을 할당한다. 즉, 다수의 개별 장치들(110-1 내지 110-N)은 각기 고유의 파장을 가지는 광신호를 광섬유로 전송하며, 신호 처리/분석 장치(120)는 광신호의 파장을 식별하여 다수의 개별 장치들(110-1 내지 110-N)을 구분할 수 있다.
그런데 대부분은 개별 장치들(110-1 내지 110-N)이 전력설비의 다양한 위치에 상당한 거리로 이격되어 배치되므로, 다중화부(113)는 다수의 개별 장치들(110-1 내지 110-N)에 독립적으로 배치되는 것이 바람직하다. 그러나 개별 장치들(110-1 내지 110-N)이 연속하여 근처에 배치되는 경우에는 개별 장치들(110-1 내지 110-N)의 개수에 따라 한 개 또는 그 이상의 다중화부(113)를 공용하여 사용할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 제1 부분방전 감지 장치(110-1)의 파장 대역은 'λ1'이 할당되고, 제2 부분방전 감지 장치(110-2)의 파장 대역은 'λ2'가 할당되며, 제3 부분방전 감지 장치(110-3)의 파장 대역은 'λ3'이 할당되고, 제N 부분방전 감지 장치(110-N)의 파장 대역은 'λN'이 할당된다. 이와 같이, 각각의 광신호는 파장 분할 다중화 방식에 따라 각기 고유의 파장이 할당된 후, 하나의 광섬유를 통해 파장 스펙트럼의 형태로 전송될 수 있다. 이때, 신호 처리/분석 장치(120)는 광신호의 파장을 구별하여 부분방전 감지 장치(110)를 확인할 수 있다.
다음으로, 신호 처리/분석 장치(120)는 부분방전 감지 장치(110)로부터 전송된 광신호를 이용하여 변전 설비에서 부분방전이 발생하는지를 감시한다.
이러한 신호 처리/분석 장치(120)는 역다중화부(121), 신호변환부(122), 신호처리부(123), 부분방전 분석부(124), 저장부(125)를 포함한다.
역다중화부(121)는 하나의 광섬유를 통해 전달되는 '다중화된 광신호'를 분리한다. 즉, 역다중화부(121)는 '다중화된 광신호'를 각각의 파장별로 분리한다. 도 4에서 다중화된 광신호 'λ1＋λ2＋λ3＋…＋λN'는 광신호 'λ1', 광신호 'λ2', 광신호 'λ3',…,광신호 'λN'으로 각각의 파장별로 분리된다.
신호변환부(122)는 역다중화부(121)에 의해 분리된 광신호들을 각각 부분방전 감지 신호(즉, 전기적 신호)로 복원한다. 이때, 신호변환부(122)는 광신호를 부분방전 감지 신호로 복원시키는 변환기(Optical to Electrical converter, O/E converter)와, 변환된 부분방전 감지 신호(즉, 아날로그 전기신호)를 디지털 전기신호로 변환시키는 변환기(Analog to Digital converter, A/D converter)를 포함한다. 이러한 신호변환부(122)는 예를 들어, 포토 다이오드(photo diode) 또는 포토 트랜지스터(photo transistor) 등의 변환소자가 구비되어 광신호를 전기신호로 변환시킬 수 있다. 신호변환부(122)는 복원된 부분방전 감지 신호를 아날로그-디지털 변환 이후에 저장부(125)에 저장한다.
신호처리부(123)는 신호변환부(122)로부터 출력된 전기신호를 신호 분석에 적합한 형태로 변경하는 신호처리 과정을 수행한다. 이러한 신호처리부(123)는 신호변환부(122)로부터 출력된 가공되지 않은 전기적 신호(부분방전신호)를 전력기기의 부분방전 신호 분석에 적합한 형태로 변경하는 신호처리 과정을 수행한다. 즉, 신호처리부(123)는 신호분석과 가시화에 용이하도록, 전기적인 부분방전 신호를 아날로그 디지털 변환하여 감시 대상 전력설비의 전압 위상에 대한 크기와 빈도, 시계열에 따른 크기와 전압 위상 등의 값으로 변환할 수 있다.
이때, 신호처리부(123)는 신호처리 과정 결과를 부분방전 감지 장치(110)의 부분방전센서(111)별로 저장부(125)에 저장한다.
부분방전 분석부(124)는 부분방전 감지 장치(110)의 부분방전센서(111)별로 신호처리된 신호에 대한 분석을 실시한다. 이때, 부분방전 분석부(124)는 부분방전 유무, 부분방전 감지 신호의 도착시간 차이를 이용한 위치추정, 부분방전 감지 신호의 특성분류에 따른 방전원 추정 등의 분석을 수행할 수 있다. 부분방전 분석부(124)는 분석 수행 결과를 표시부(미도시)를 통해 출력하여 사용자에게 제공하거나 저장부(125)에 저장한다.
도 5a는 상기 도 3의 부분방전 감지 장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이고, 도 5b는 상기 도 3의 신호변환부의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5a의 부분방전 감지 장치(110a)는 부분방전 감지 신호에 대해 디지털 변환을 수행한 후 광변환을 수행한다. 즉, 부분방전센서(111a)에 의해 측정된 부분방전 감지 신호는 디지털변환부(114)에 의해 디지털신호로 변환된 후, 광변환부(112a)를 통해 광변환된다. 여기서, 디지털변환부(114)는 부분방전센서(111a)에 의해 측정된 부분방전 감지 신호를 펄스 부호 변조 방식(Pulse Code Modulation, PCM), 펄스 폭 변조 방식(Pulse Width Modulation, PWM), 직교 진폭 변조 방식(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 중 어느 하나의 방식에 따라 디지털 신호로 변환한다.
도 5b의 신호변환부(122a)는 도 5a의 부분방전 감지 장치(110a)로부터 광신호가 전달되면, 각 광신호를 파장별로 디지털 신호로 복조한다. 이때, 신호변환부(122a)는 디지털 신호로 복조함에 있어, 펄스 부호 변조 방식(PCM), 펄스 폭 변조 방식(PWM), 직교 진폭 변조 방식(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 중 어느 하나의 방식을 적용한다.
도 6은 상기 도 3의 부분방전 감시 시스템에서 광케이블(광섬유)의 이중화를 나타낸 도면이다.
부분방전 감지 장치(100)와 신호 처리/분석 장치(120)는 광케이블(광섬유)을 통해 서로 연결할 때 이중화 경로를 형성할 수 있다. 이와 같은 이중화 경로는 어느 하나의 선로에 물리적인 결함, 외부 영향에 의한 단선 또는 고장이 있는 경우에 다른 선로를 확보함으로써 신호 전달의 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있다. 이에 따라, 부분방전 감지 장치(100)와 신호 처리/분석 장치(120)는 제1 광케이블(제1광섬유)뿐만 아니라, 제2 광케이블(제2 광섬유)을 추가로 구성할 수 있다. 여기서 제1 광케이블(제1 광섬유)은 메인 선로로 사용하고, 제2 광케이블(제2 광섬유)은 예비 선로로 사용할 수 있다. 제2 광케이블(제2 광섬유)은 제1 광케이블(제1 광섬유)의 이상이 있는 경우에 메인 선로로 절체된다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
110 : 부분방전 감지 장치
111 : 부분방전센서
112 : 광변환부 113 : 다중화부
120 : 신호 처리/분석 장치 121 : 역다중화부
122 : 신호변환부 123 : 신호처리부
124 : 부분방전 분석부 125 : 저장부
112 : 광변환부 113 : 다중화부
120 : 신호 처리/분석 장치 121 : 역다중화부
122 : 신호변환부 123 : 신호처리부
124 : 부분방전 분석부 125 : 저장부
Claims (11)
- 변전 설비의 부분방전을 감시하기 위해 측정된 부분방전 감지 신호의 광변환을 통해 고유의 파장대역을 할당하여 파장 분할 다중화 방식으로 전송하기 위한 다수의 부분방전 감지 장치; 및
다중화된 광신호를 파장별로 분할하여 해당 광신호의 신호 처리 및 분석을 수행하기 위한 신호 처리/분석 장치;
를 포함하는 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 부분방전 감지 장치 및 상기 신호 처리/분석 장치는,
하나 이상의 광케이블(광섬유)을 이용하여 상호 연결하는 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 부분방전 감지 신호는,
상기 변전 설비의 이상 신호와 정상 신호가 포함되는 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 부분방전 감지 장치는,
상기 부분방전 감지 신호를 측정하기 위한 부분방전센서;
상기 부분방전 감지 신호를 광신호로 변환시키기 위한 광변환부; 및
상기 광신호에 상기 파장을 할당하여 파장 분할 다중화 방식으로 전송하기 위한 다중화부;
를 포함하는 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 신호 처리/분석 장치는,
상기 다중화된 광신호를 파장별로 분할시키기 위한 역다중화부;
상기 분할된 광신호를 부분방전 감지 신호로 복원하여 디지털 전기신호로 변환시키기 위한 신호변환부;
상기 디지털 전기신호를 신호 분석이 적합한 형태로 신호 처리를 수행하기 위한 신호처리부; 및
상기 신호 처리된 신호에 대한 분석을 수행하기 위한 부분방전 분석부;
를 포함하는 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 부분방전 감지 장치는, 상기 부분방전 감지 신호를 측정하기 위한 부분방전센서; 상기 부분방전 감지 신호를 광신호로 변환시키기 위한 광변환부; 및 상기 광신호에 상기 파장을 할당하여 파장 분할 다중화 방식으로 전송하기 위한 다중화부;를 포함하고,
상기 신호 처리/분석 장치는, 상기 다중화된 광신호를 파장별로 분할시키기 위한 역다중화부; 상기 분할된 광신호를 부분방전 감지 신호로 복원하여 디지털 전기신호로 변환시키기 위한 신호변환부; 상기 디지털 전기신호를 신호 분석이 적합한 형태로 신호 처리를 수행하기 위한 신호처리부; 및 상기 신호 처리된 신호에 대한 분석을 수행하기 위한 부분방전 분석부;를 포함하는 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 부분방전 감지 장치는,
상기 부분방전 감지 신호를 측정하기 위한 부분방전센서;
상기 부분방전 감지 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 디지털 변환부;
상기 디지털 신호를 광신호로 변환시키기 위한 광변환부; 및
상기 광신호에 상기 파장을 할당하여 파장 분할 다중화 방식으로 전송하기 위한 다중화부;
를 포함하는 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 신호 처리/분석 장치는,
상기 다중화된 광신호를 파장별로 분할시키기 위한 역다중화부;
상기 분할된 광신호를 디지털 전기신호로 복원하기 위한 신호변환부;
상기 디지털 전기신호를 신호 분석이 적합한 형태로 신호 처리를 수행하기 위한 신호처리부; 및
상기 신호 처리된 신호에 대한 분석을 실시하기 위한 부분방전 분석부;
를 포함하는 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 부분방전 감지 장치는, 상기 부분방전 감지 신호를 측정하기 위한 부분방전센서; 상기 부분방전 감지 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 디지털 변환부; 상기 디지털 신호를 광신호로 변환시키기 위한 광변환부; 및 상기 광신호에 상기 파장을 할당하여 파장 분할 다중화 방식으로 전송하기 위한 다중화부;를 포함하고,
상기 신호 처리/분석 장치는, 상기 다중화된 광신호를 파장별로 분할시키기 위한 역다중화부; 상기 분할된 광신호를 디지털 전기신호로 복원하기 위한 신호변환부; 상기 디지털 전기신호를 신호 분석이 적합한 형태로 신호 처리를 수행하기 위한 신호처리부; 및 상기 신호 처리된 신호에 대한 분석을 실시하기 위한 부분방전 분석부;를 포함하는 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템.
- 제 4 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 부분방전센서는,
UHF 센서, VHF/HF 센서, 초음파 센서 중 하나인 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템.
- 제 7 항에 있어서,
상기 디지털 변환부는,
상기 부분방전 감지 신호를 펄스 부호 변조 방식(Pulse Code Modulation, PCM), 펄스 폭 변조 방식(Pulse Width Modulation, PWM), 직교 진폭 변조 방식(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 중 어느 하나의 방식에 따라 디지털 신호로 변환하는 파장 분할 다중화 방식 부분 방전 감시 시스템.
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