KR20200034019A - 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템 및 이를 위한 변전소 모니터링 장치 - Google Patents

건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템 및 이를 위한 변전소 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템 및 이를 위한 변전소 모니터링 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템은, 전소 건설 환경과 변전소 전력 설비의 이상 상태를 감지하기 위한 IoT 센서; 상기 IoT 센서로부터 센싱 데이터를 수집하여 처리 및 저장하기 위한 IoT 플랫폼; 및 상기 IoT 플랫폼에 저장된 센싱 데이터를 이용하여 변전소 이상 상태를 판단하기 위한 변전소 모니터링 장치;를 포함하되, 상기 변전소 모니터링 장치는, 상기 IoT 플랫폼에 저장된 센싱 데이터를 요청하여 수신하기 위한 데이터 수집부; 및 상기 데이터 수집부로부터 획득된 센싱 데이터를 이용하여 변전소의 이상 상태를 진단하기 위한 이상 판단부;를 포함한다.

Description

건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템 및 이를 위한 변전소 모니터링 장치{SUBSTATION MONITORING SYSTEM BASED ON BUILDING Environment AND SUBSTATION MONITORING APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템 및 이를 위한 변전소 모니터링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변전소 건설 환경과 변전소 전력 설비의 이상 상태를 감지하여 변전소의 이상 상태를 모니터링함으로써, 건설 환경 기반의 전력 설비의 이상 요인을 분석하기 위한, 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템 및 이를 위한 변전소 모니터링 장치에 관한 것이다.
변전소는 발전소에서 생산된 전기를 선로를 통해 송전 받아 변환하여 수요처로 배전하는 시설이다. 즉, 변전소는 전기 인터체인지(interchange)로서, 발전소로부터 송전된 154,000V의 전압을 66,000V 등의 중간 전압으로 변환시키거나, 변환된 중간 전압을 배전용 전압으로 변환시킨다. 이러한 변전소는 송전 변전소, 배전 변전소, 집전 변전소, 변환 변전소, 스위칭 변전소 등으로 구분될 수 있다.
기존의 재래식 변전소는 개폐설비, 모선 등을 공기와 기름으로 절연하여 많은 공간과 대지가 필요하였다.
그런데, GIS 변전소는 개폐장치, 모선 등을 철제 용기에 넣어 육불화황(SF6) 가스로 충진 및 밀폐하여 부지를 대폭 축소하고 고신뢰도 제공할 수 있다. 이러한 GIS 변전소는 모듈 형식으로 공장 제작하므로, 현장 조립을 통해 건설 공기를 대폭 단축할 수 있다.
이와 같은 이유로, GIS 변전소는 안정적인 전력공급을 위해 확대 적용될 것으로 전망된다.
그런데, GIS 변전소는 전기적, 열적, 기계적인 스트레스에 장기적으로 노출되므로 상시적인 상태 모니터링이 필요하다. 이를 위해, 기존에는 전기 기기의 전기적 특성 예를 들어, 부분 방전, Power Quality, 차단기 동작 상태 등을 감지하여 변전소의 이상징후를 감시한다.
특히, IEC 61850 표준에서는 변전소를 모델링하여 모니터링 항목을 정의하고 있다. 기존 변전소 모니터링 항목에는 건설 초기 데이터의 변화를 전기 기기의 이상 요인 분석에 대해 반영하지 않고 있다.
따라서, 기존 변전소 모니터링에서는 건설 초기 데이터의 변화를 모니터링하여 정확한 원인 분석에 기반한 변전소 유지 보수 계획을 수립할 필요성이 요구된다.
한국공개특허 제10-2010-0133586호 (2010.12.22 공개) 한국공개특허 제10-2009-0001509호 (2009.01.09 공개)
본 발명의 목적은 변전소 건설 환경과 변전소 전력 설비의 이상 상태를 감지하여 변전소의 이상 상태를 모니터링함으로써, 건설 환경 기반의 전력 설비의 이상 요인을 분석하기 위한, 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템 및 이를 위한 변전소 모니터링 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템은, 변전소 건설 환경과 변전소 전력 설비의 이상 상태를 감지하기 위한 IoT 센서; 상기 IoT 센서로부터 센싱 데이터를 수집하여 처리 및 저장하기 위한 IoT 플랫폼; 및 상기 IoT 플랫폼에 저장된 센싱 데이터를 이용하여 변전소 이상 상태를 판단하기 위한 변전소 모니터링 장치;를 포함하되, 상기 변전소 모니터링 장치는, 상기 IoT 플랫폼에 저장된 센싱 데이터를 요청하여 수신하기 위한 데이터 수집부; 및 상기 데이터 수집부로부터 획득된 센싱 데이터를 이용하여 변전소의 이상 상태를 진단하기 위한 이상 판단부;를 포함할 수 있다.
상기 IoT 센서는, GIS 탱크 접속부의 벨로우즈 상에 설치되는 복수 개의 편심 센서일 수 있다.
상기 벨로우즈는, 중공형의 원통으로 제작되는 주름관, 상기 주름관의 양단 외주면에 결합되는 제1 플렌지 및 제2 플렌지, 상기 제1 플렌지와 상기 제2 플렌지를 GIS 탱크를 고정시키는 조임부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 복수 개의 편심 센서는, 상기 제1 플렌지와 상기 제1 플렌지가 상호 마주보는 면상에 설치되는 것일 수 있다.
상기 복수 개의 편심 센서는, 상기 주름관 중심을 기준으로 동일 각도로 이격되어 방사형으로 배치되는 것일 수 있다.
상기 IoT 플랫폼은, 상기 복수 개의 편심 센서의 설치 위치에서 상기 제1 플렌지와 상기 제2 플렌지 간의 거리에 대응된 센싱 데이터를 수집하는 것일 수 있다.
상기 이상 판단부는, 상기 제1 플렌지와 상기 제2 플렌지 간의 거리에 대응된 센싱 데이터의 패턴 간의 차이를 이용하여 편심 원인을 분석하는 것일 수 있다.
상기 IoT 센서는, GIS 탱크의 길이 방향을 따라 설치되는 복수 개의 수평레벨 센서가 포함되는 것일 수 있다.
상기 수평레벨 센서는, 소정의 공간에 수용된 전해질 용액의 수평레벨이 변함에 따라 전기적 연결 상태의 변화를 형성하기 위한 전해질 용액 수용부; 상기 전해질 용액 수용부의 좌우 양단에 직류 전원을 공급하기 위한 전원 공급부; 및 상기 전해질 용액을 통한 전기적 연결 상태의 변화를 감지하기 위한 연결 감지부;를 포함할 수 있다.
상기 전해질 용액 수용부의 좌우 양단에는, 상기 전해질 용액의 내측 방향으로 (+) 단자와 (-) 단자를 나타내는 적어도 한 쌍의 단자들이 삽입되는 것일 수 있다.
상기 연결 감지부는, 상기 전해질 용액의 깊이에 따라 상호 대향하는 한 쌍의 단자들의 전기적 연결 상태를 감지하는 것일 수 있다.
상기 연결 감지부는, 상기 한 쌍의 단자들이 복수 개인 경우에, 상기 전해질 용액의 수평레벨이 기울어진 정도를 단계별로 구분하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 변전소 모니터링 장치로서, 적어도 하나 이상의 프로세서; 및 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며, 상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 변전기 모니터링 장치로 하여금, GIS 탱크 접속부의 벨로우즈 상에 설치되는 복수 개의 편심 센서의 설치 위치에서, 상기 벨로우즈의 주름관의 양단 외주면에 결합되는 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 거리에 대응된 센싱 데이터를 수집하고, 상기 제1 플렌지와 상기 제2 플렌지 간의 거리에 대응된 센싱 데이터의 패턴 간의 차이를 이용하여 편심 원인을 분석하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 변전소 모니터링 장치로서, 적어도 하나 이상의 프로세서; 및 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며, 상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 변전기 모니터링 장치로 하여금, GIS 탱크의 길이 방향으로 설치되는 복수 개의 수평레벨 센서에서, 소정의 공간에 수용된 전해질 용액의 수평레벨이 변함에 따라 전기적 연결 상태의 변화를 감지하여 상기 GIS 탱크의 기울어진 정도를 판단하는 것일 수 있다.
본 발명은 변전소 건설 환경과 변전소 전력 설비의 이상 상태를 감지하여 변전소의 이상 상태를 모니터링함으로써, 건설 환경 기반의 전력 설비의 이상 요인을 분석할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템에 대한 도면,
도 2는 변전소 내 IoT 센서의 설치 위치를 나타낸 도면,
도 3은 GIS 탱크를 나타낸 도면,
도 4는 GIS 탱크 접속부의 벨로우즈를 나타낸 도면,
도 5는 벨로우즈 상에 설치된 편심 센서를 나타낸 도면,
도 6 내지 도 9는 편심 센서의 센싱 데이터를 이용하여 얻은 시간/거리 그래프이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템에 대한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템(100)은, 적어도 하나 이상의 IoT 센서(110), IoT 플랫폼(120), 변전소 모니터링 장치(130)를 포함한다.
적어도 하나 이상의 IoT 센서(110)는 변전소 내 변전소 건설 환경과 변전소 전력 설비의 이상 상태를 감시하기 위한 센서, 변전소 주변 기후 및 환경을 감시하기 위한 센서를 포함한다.
예를 들어, 변전소 건설 환경과 변전소 전기 설비의 이상 징후를 감시하기 위한 센서는 아래 표 1과 같이 변전소 내 다양한 위치에 설치될 수 있다.
설치 위치 IoT 센서 설치 위치 IoT 센서
건축물 경사계, 진동계 인출철탑/사면지반 열화상 센서, 레벨 센서
기기기초 변위계 지반 침하계, 경사계
주요기기 열화상 센서, 레벨 센서 옹벽 지표변위경사계, 경사계
표 1에서, 변전소 건설 환경의 이상 징후를 감시하기 위한 센서는 경사계, 침하계, 진동계, 지표변위경사계, 변위계 등일 수 있고, 변전소 전기 설비의 이상 징후를 감시하기 위한 센서는 열화상 센서, 레벨 센서 등일 수 있다. 한편, 변전소 주변 기후 및 환경을 감시하기 위한 센서는 강우량계, 풍속계, 온도계도 설치될 수 있다. 여기서, 침하계는 변전소가 설치된 지역의 지반 침하를 감지할 수 있고, 경사계는 변전소가 설치된 지역의 지반의 수평적 관점에서 뒤틀림을 감지할 수 있다.
특히, IoT 센서(110)는 GIS 변전소의 GIS 탱크 접속부의 벨로우즈(bellows) 상에 설치되는 복수 개의 편심 센서(후술할 도 3 내지 도 9 참조), GIS 탱크의 길이 방향을 따라 설치되는 복수 개의 수평레벨 센서(후술할 도 10 내지 도 13 참조)를 포함할 수 있다.
변전소 모니터링 장치(130)는 도 2와 같이 표 1에 언급된 IoT 센서(110)의 설치 위치를 표시하여 관리자 단말기(미도시)를 통해 제공할 수 있다. 도 2는 변전소 내 IoT 센서의 설치 위치를 나타낸 도면이다.
IoT 플랫폼(120)은 IoT 센서(110)와 변전소 모니터링 장치(130) 간 센싱 데이터의 수집 및 전송을 위한 통신 환경을 구현한다.
IoT 센서(110)는 기 설정된 유/무선 통신 프로토콜[예를 들어, LWM2M, LPWA(LoRa), Wi-SUN 등]을 이용하여 센싱 데이터를 IoT 플랫폼(120)으로 전송한다. 이때, IoT 센서(110)는 미리 마련된 전력분야 IoT 규격에 따라 센싱 데이터를 형성한다.
IoT 플랫폼(120)은 이종 통신 프로토콜을 통해 센싱 데이터를 수집하여 처리하기 위한 IoT 게이트웨이(IoT gateway), IoT 게이트웨이를 통해 수집된 센싱 데이터를 저장하기 위한 데이터베이스(database)를 포함한다.
변전소 모니터링 장치(130)는 IoT 플랫폼(120)에 저장된 센싱 데이터를 활용하여 다양한 응용 서비스(예를 들어, 전력 설비 진단, 진단 결과 디스플레이 등)를 관리자에게 제공할 수 있다.
이러한 변전소 모니터링 장치(130)는 데이터 수집부(131)와 이상 판단부(132)를 포함하며, 이들은 적어도 하나의 프로세서에 의해 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 실행할 때 해당 기능이 수행된다. 컴퓨터 판독 가능한 명령들은 메모리에 저장된다.
즉, 데이터 수집부(131)는 이상 판단부(132)가 변전소를 진단하는데 필요한 센싱 데이터를 IoT 플랫폼(120)에 요청하고 수신할 수 있다. 구체적으로, 데이터 수집부(131)는 IoT 센서(110)를 통해 수집된 센싱 데이터를 IoT 플랫폼(120)을 통해 얻을 수 있다.
이상 판단부(132)는 데이터 수집부(131)가 IoT 플랫폼(120)으로부터 획득한 센싱 데이터를 이용하여 변전소의 이상 상태를 진단할 수 있다.
이하, 후술할 도 3 내지 도 9를 참조하여 IoT 센서(110)가 편심 센서인 경우에 변전소 모니터링 장치(130)에서 응용 서비스를 제공하는 특징에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 GIS 탱크를 나타낸 도면이고, 도 4는 GIS 탱크 접속부의 벨로우즈를 나타낸 도면이며, 도 5는 벨로우즈 상에 설치된 편심 센서를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 전력설비는 GIS 변전소의 넓은 면적에 걸쳐 설치되는 경우에, 복수의 GIS 탱크(201)에 의해 연결된다. 이 경우, 복수의 GIS 탱크(201) 각각은 GIS 탱크 접속부에서 벨로우즈(200)를 매개로 연결된다.
벨로우즈(200)는 스터드형(stud type) 또는 밸런싱형(balancing type)으로 구분될 수 있다. 도 4의 벨로우즈(200)는 스터드형이다.
도 4를 참조하면, 벨로우즈(200)는 주름관(210), 플렌지(220), 조임부(230)를 포함할 수 있다.
주름관(210)은 중공형의 원통으로 제작되고, 주름에 의해 도 4의 x축을 따라 팽창 수축이 가능할 수 있다. 주름관(210)의 양쪽 플렌지(220)와 GIS 탱크(100)는 조임부(230)로 고정될 수 있다. 플렌지(220)는 주름관(210)의 양단 외주면에 용접 결합될 수 있다. 이하, 플렌지(220)의 양단에 위치한 플렌지 중 일측에 위치한 플렌지를 제1 플렌지라고, 타측에 위치한 플렌지를 제2 플렌지라고 지칭한다. 양측의 플렌지(220)를 관통하는 조임부(230)는 볼트를 조작하여 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 간격을 조정할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 플렌지와 제2 플렌지가 상호 마주보는 면상에 복수 개의 편심 센서(310, 320, 330, 340)가 설치될 수 있다. 이하, 도면 부호 '310'은 제1 편심 센서, 도면 부호 '320'은 제2 편심 센서, 도면 부호 '330'은 제3 편심 센서, 도면 부호 '340'은 제 4 편심 센서라고 지칭한다.
제1 내지 제4 편심 센서(310, 320, 330, 340)는 주름관(210) 중심을 기준으로 동일 각도로 이격되어 방사형으로 배치될 수 있다. 여기서, 편심 센서는 어느 하나의 플렌지 상의 편심 센서가 발광하고, 다른 하나의 플렌지 상의 편심 센서가 그 빛을 수광함으로써, 그 수광되는 광량을 이용하여 편심에 따른 양 플렌지간의 거리를 계측할 수 있다.
이때, IoT 플랫폼(120)은 제1 내지 제4 편심 센서(310, 320, 330, 340)의 설치 위치에서 제1 플렌지 및 제2 플렌지 간의 거리에 대응된 센싱 데이터를 수집할 수 있다.
그리고, 이상 판단부(132)는 제1 내지 제4 편심 센서(310, 320, 330, 340)의 센싱 데이터를 이용하여 벨로우즈(200)의 편심을 진단한다. 즉, 이상 판단부(132)는 제1 내지 제4 편심 센서(310, 320, 330, 340) 각각의 센싱 데이터 패턴 간의 차이를 이용하여 편심 원인을 분석할 수 있다.
여기서는 4개의 편심 센서를 예를 들어 설명하고 있으나, 적어도 3개의 편심 센서이면 된다. 이 경우, 적어도 3개의 편심 센서는 주름관(210)의 중심을 기준으로 좌우측에 적어도 하나 배치되거나, 주름관(210)의 중심을 기준으로 상하측에 적어도 하나가 배치될 수 있다. 그리고, 4개의 편심 센서는 90도 이격되어 배치될 수 있다. 이를 통해 살펴보면, 3개의 편심 센서는 정삼각형의 꼭지점에 위치하고, 4개의 편심 센서는 정사각형의 꼭지점에 위치하는 것이 바람직하다.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 변전소 모니터링 장치(130)의 이상 판단부(132)에서 제1 내지 제4 편심 센서(310, 320, 330, 340)로부터 수집된 센싱 데이터를 이용하여 이상 상태를 판단하는 과정에 대해 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 9는 편심 센서의 센싱 데이터를 이용하여 얻은 시간/거리 그래프이다.
도 6은 이상 상태가 발생하지 않은 경우(변전소 건설 초기 데이터 포함)를 나타낸다. 즉, 이상 판단부(132)는 제1 내지 제4 편심 센서(310, 320, 330, 340)를 통해 파악된 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 거리를 통해 4개의 편심 센서가 설치된 위치에서 동일한 상태임을 확인할 수 있다.
도 7은 주름관(210)의 열팽창이 발생하는 경우를 나타낸다. 열팽창의 경우에는 플렌지는 x축 방향으로만 늘어날 수 있다. 즉, 이상 판단부(132)는 제1 내지 제4 편심 센서(310, 320, 330, 340)를 통해 파악된 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 거리를 통해 4개의 편심 센서가 설치된 위치에서 동일하게 증가한 상태임을 확인할 수 있다.
열수축의 경우에는 이와 반대일 수 있다. 즉, 열수축의 경우에는 플랜지는 x축 방향으로만 줄어들 수 있다. 즉, 이상 판단부(132)는 제1 내지 제4 편심 센서(310, 320, 330, 340)를 통해 파악된 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 거리를 통해 4개의 편심 센서가 설치된 위치에서 동일하게 감소한 상태임을 확인할 수 있다.
이상 판단부(132)는 제1 내지 제4 편심 센서(310, 320, 330, 340)를 통해 파악된 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 거리를 통해 4개의 편심 센서가 설치된 위치에서 증가 또는 축소한 경우 열팽창 또는 열수축에 의한 이상으로 판단할 수 있다.
도 8은 지반 침하가 발생한 경우를 나타낸다. 지반 침하의 경우에는 벨로우즈를 기준으로 양측 지반 간에 침하된 정도가 상이한 경우를 나타낸다.
이때, 벨로우즈는 중심에서 위쪽이 팽창하고 중심에서 아래 쪽은 수축하는 형상으로 변형될 수 있다. 즉, 중심에서 위쪽에 위치한 영역에서 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 거리는 늘어나고, 중심에서 아래쪽에 위치한 영역에서 제3 플렌지와 제4 플렌지 간의 거리는 줄어든다.
제1 편심 센서(310)와 제2 편심 센서(320)를 통해 파악된 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 거리는 늘어나고, 제3 편심 센서(330) 및 제4 편심 센서(340)를 통해 파악된 제1 플렌지와 제2 플렌지간의 거리는 줄어들 수 있다.
이상의 결과로부터, 이상 판단부(132)는 플렌지에 설치된 다수의 편심 센서를 통해 파악된 각 편심 센서가 설치된 위치에서 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 거리를 분석하고, 동일 시점에서 중심을 기준으로 상부에서의 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 거리, 하부에서의 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 거리를 비교하여 기 설정된 임계치를 초과할 경우에 벨로우즈(200)의 편심이 지반 침하에 의한 것으로 판단할 수도 있다.
도 9는 지반 뒤틀림이 발생한 경우를 나타낸다. 지반 뒤틀림의 경우에는 벨로우즈(200)를 기준으로 양측 지반 간에 뒤틀림 정도가 상이한 경우를 나타낸다.
이때, 벨로우즈(200)는 중심을 기준으로 일측이 팽창하고 타측이 수축하는 형상으로 변형될 수 있다. 따라서, 중심을 기준으로 일측에 위치한 영역에서 제1 플렌지와 제2 플렌지간의 거리는 늘어나고, 중심에서 타측에 위치한 영역에서 제1 플렌지와 제2 플렌지간의 거리는 줄어들 수 있다.
도 9에서는 스페이서가 우하측으로 뒤틀린 경우를 나타낸다. 구체적으로, 제1 편심 센서(310)를 통해 파악된 제1 플렌지와 제2 플렌지간의 거리는 늘어나고, 제3 편심 센서(330)를 통해 파악된 제1 플렌지와 제2 플렌지간의 거리는 줄어들고, 제2 편심 센서(330)와 제4 편심 센서(340)를 통해 파악된 제1 플렌지와 제2 플렌지간의 거리는 변동이 미약할 수 있다.
이상의 결과로부터, 이상 판단부(132)는 플렌지 상에 설치된 다수의 편심 센서를 통해 파악된 각 편심 센서가 설치된 위치에서 제1 플렌지와 제2 플렌지간의 거리를 분석하고, 동일 시점에서 중심을 기준으로 일측에서의 제1 플렌지와 제2 플렌지간의 거리와 중심을 기준으로 타측에서의 제1 플렌지와 제2 플렌지간의 거리차가 기 설정된 임계치를 초과하면, 벨로우즈(200)의 편심이 지반 뒤틀림에 의한 것으로 판단할 수 있다.
이를 위해, 다수의 편심 센서는 중심을 기준으로 좌우측에 적어도 하나가 각각 배치되거나, 중심을 기준으로 상하에 적어도 하나가 배치되도록 설치되는 것이 바람직하다. 이를 최소의 편심 센서로 달성하기 위해, 도 5에서와 같이 제1 내지 제4 편심 센서(310, 320, 330, 340)는 90도로 이격되어 배치되는 것이 바람직할 수 있다.
다음, 후술할 도 10 내지 도 13을 참조하여 IoT 센서(110)가 수평레벨 센서인 경우에 변전소 모니터링 장치(130)에서 응용 서비스를 제공하는 특징에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 10은 GIS 탱크에 설치된 수평레벨 센서에 대한 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 11은 상기 도 10의 수평레벨 센서의 GIS의 기울어짐에 따른 연결 상태를 나타낸 도면이다.
수평레벨 센서(400)는 전해질 용액(Electric Solution, ES)을 이용한 회로를 구성하여 GIS 탱크(201)의 수평레벨에 따른 전기적 연결상태를 감지함으로써, GIS 탱크(201)의 수평레벨을 감지한다. 이러한 수평레벨 센서(400)는 GIS 탱크(201)의 기울어짐에 따라 전해질 용액(ES)의 수평레벨이 변경하는 특성을 이용한다. 여기서, 전해질 용액(ES)은 전해질이 용매에서 이온화되어 전기가 잘 통하는 용액으로서 이온의 이동의 의해 전기를 통하게 된다.
이러한 수평레벨 센서(400)는 전해질 용액 수용부(410), 전원 공급부(420), 연결 감지부(430), 통신부(440)를 포함한다.
전해질 용액 수용부(410)는 GIS 탱크(201)의 탱크 길이 방향을 따라 길게 형성되어 부착되며, 내부에 전해질 용액(ES)을 수용하는 공간이 형성되어 있다.
전해질 용액 수용부(410)의 좌우 양단에는 전해질 용액(ES)을 수용하는 공간 내측 방향으로 제1 단자(411)와 제2 단자(412)가 삽입된다. 제1 단자(411)와 제2 단자(412) 각각은 (+) 극성과 (-) 극성 중 어느 하나의 극성이 나타난다. 즉, 제1 단자(411)가 (+) 극성인 경우에 제2 단자(412)가 (-) 극성이며, 전원 공급부(420)의 설치 방향에 따라 그 반대의 경우도 가능하다.
제1 단자(411)와 제2 단자(412)는 전해질 용액 수용부(410)의 수평레벨에 따라 전해질 용액(ES) 안에 잠기거나 전해질 용액(ES) 밖으로 노출될 수 있다. 여기서, 전해질 용액 수용부(410)의 수평레벨은 GIS 탱크(201)의 수평레벨에 해당된다.
즉, 제1 단자(411)와 제2 단자(412)는 전해질 용액 수용부(410)의 수평레벨이 정상 상태를 유지할 경우에 전해질 용액(ES) 안에 모두 잠기지만, 전해질 용액 수용부(410)의 수평레벨이 이상 상태를 나타낼 경우에 어느 하나의 단자가 전해질 용액(ES) 안에 잠기게 되고, 다른 하나의 단자가 전해질 용액(ES) 밖에 노출된다.
이와 관련하여, 도 11은 좌측 방향으로 전해질 용액 수용부(410) 즉, GIS 탱크(201)의 수평레벨이 소정의 각도(θ) 만큼 기울어진 경우에, 제1 단자(411)가 전해질 용액(ES) 안에 잠기고, 제2 단자(412)가 전해질 용액(ES) 밖에 노출된 경우를 나타낸다. 이 경우, 제1 단자(411)와 제2 단자(412)는 전해질 용액(ES)에 의한 전기적 연결 관계가 끊어지게 된다.
한편, 전해질 용액 수용부(410)는 제1 단자(411)와 제2 단자(412)에 전기가 인가됨에 따라 전기분해가 발생하는데, 그러한 경우에 발생되는 생성물들을 배출시키기 위한 생성물 배출부(미도시)를 구비할 수도 있다.
여기서, 전해질 용액(ES)은 예를 들면 염화암모늄(NH4Cl) 수용액 또는 염산(HCl) 수용액 등일 수 있다. 또한, 제1 단자(411)와 제2 단자(412)는 금속으로서, 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag) 또는 백금(Pt) 등과 같은 전도성 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
전원 공급부(420)는 전해질 용액 수용부(410)의 양단에 직류 전원을 공급한다. 즉, 전원 공급부(420)는 제1 단자(411)와 제2 단자(412) 각각에 (+) 전원 또는 (-) 전원을 인가한다. 즉, 전원 공급부(420)는 제1 단자(411)에 (+) 전원을 인가하고, 제2 단자(412)에 (-) 전원을 인가하거나, 제1 단자(411)에 (-) 전원을 인가하고, 제2 단자(412)에 (+) 전원을 인가한다.
연결 감지부(430)는 전해질 용액(ES)을 통해 제1 단자(411)와 제2 단자(412) 간의 전기적 연결 상태를 감지한다. 예를 들어, 연결 감지부(430)는 제1 단자(411)와 제2 단자(412) 간에 전기적으로 연결되는지를 감지하기 위해, 내부에 부하(예, 저항 등)를 구비하여 부하에 인가되는 전압을 측정하거나, 부하에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
또한, 연결 감지부(430)는 전기적인 연결 상태가 유지되는 상태와 전기적인 연결 상태가 유지되지 않는 상태를 통신부(440)를 통해 모니터링 서버(120)로 알려줄 수 있다. 이때, 연결 감지부(430)는 전기적 연결 상태가 유지되지 않는 상태의 경우에 GIS 탱크(201)가 기울어진 상태로 볼 수 있기 때문에, 이 경우에만 모니터링 서버(120)로 통보할 수 있다. 여기서, 통신부(440)는 유무선 통신망을 통해 모니터링 서버(120)와 통신을 위한 기능을 제공한다.
그리고, 연결 감지부(430)는 제1 단자(411)와 제2 단자(412)간에 전기적 연결 상태가 감지되지 않을 때, 전원 공급부(420)를 제어하여 전원을 차단할 수 있다.
아울러, 변전소 모니터링 장치(130)는 연결 감지부(430)로부터 통보되는 전기적 연결 상태가 유지되지 않는 상태를 토대로 GIS 탱크(201)의 기울어진 상태를 판단한다.
도 12는 GIS 탱크에 설치된 수평레벨 센서에 대한 다른 실시예를 나타낸 도면이고, 도 13은 상기 도 12의 수평레벨 센서의 GIS의 기울어짐에 따른 연결 상태를 나타낸 도면이다.
여기서는 전술한 도 10 및 도 11에 도시된 구성요소와 중복되므로, 해당 구성요소에 대한 중복 설명에 대해서는 생략하기로 한다.
다만, 도 10 및 도 11에서는 전해질 용액(ES) 안에 하나의 단자 즉, 제1 단자(411)와 제2 단자(412)만 삽입된 경우를 나타내고 있으나, 도 12 및 도 13에서는 전해질 용액(ES) 안에 복수 개의 단자 즉, 제1-1 단자(411a), 제1-2 단자(411b), 제2-1 단자(412a), 제2-2 단자(412b)가 삽입된 경우를 나타낸다.
제1-1 단자(411a)와 제2-1 단자(412a)는 전해질 용액(ES)의 동일한 깊이에 위치하여 서로 대향하며, 제1-2 단자(411b)와 제2-2 단자(412b)는 전해질 용액(ES)의 동일한 깊이에 위치하여 서로 대향한다. 여기서, 제1-1 단자(411a), 제1-2 단자(411b), 제2-1 단자(412a), 제2-2 단자(412b)는 GIS 탱크(201)의 수평레벨이 정상일 때 모두 전해질 용액(ES) 안에 삽입되어 있기 때문에 서로 혼용하여 전기적 연결 관계가 형성된다.
연결 감지부(430)는 전해질 용액(ES)의 깊이에 따라 상호 대향하는 한 쌍의 단자들의 전기적 연결 상태를 감지한다. 이때, 연결 감지부(430)는 상호 대향하는 한 쌍의 단자들 중 어느 하나에 전기적 연결 상태가 감지되지 않을 때, 전원 공급부(420)를 제어하여 상호 대향하는 한 쌍의 단자들에 공급되는 전원을 차단한다.
여기서, 연결 감지부(430)는 내부에 구비된 부하에 인가되는 전압 또는 전류의 측정값이 기설정된 임계값을 초과하지 않을 경우에 전기적 연결 상태가 감지되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
도 13을 참조하면, 전해질 용액(ES) 안에 복수 개의 단자가 삽입되는 경우에는 전해질 용액(ES)[즉, GIS 탱크(201)]의 기울어진 정도를 단계별로 구분할 수 있다.
먼저, 좌측 방향으로 전해질 용액 수용부(410) 즉, GIS 탱크(201)의 수평레벨이 소정의 각도(θ1) 만큼 기울어진 경우에는, 제1-1 단자(411a), 제1-2 단자(411b), 제2-2 단자(412b)가 전해질 용액(ES) 안에 잠기고, 제2-1 단자(412a)가 전해질 용액(ES) 밖에 노출된 경우를 나타낸다. 이때, 연결 감지부(430)는 제2-1 단자(412a)에 전기적 연결 상태가 감지되지 않을 때, 전원 공급부(420)를 제어하여 제1-1 단자(411a)와 제2-1 단자(412a)에 인가되는 전원 공급을 차단한다. 그러면, 연결 감지부(430)는 제1-1 단자(411a)와 제2-1 단자(412a)의 전기적 연결 상태를 감지하지 않고, 전해질 용액(ES)을 통해 제1-2 단자(411b)와 제2-2 단자(412b)의 전기적 연결 상태를 감지한다.
다음, 좌측 방향으로 전해질 용액 수용부(410) 즉, GIS 탱크(201)의 수평레벨이 소정의 각도(θ2) 만큼 기울어진 경우에는, 제1-1 단자(411a)와 제1-2 단자(411b)가 전해질 용액(ES) 안에 잠기고, 제2-1 단자(412a)와 제2-2 단자(412b)가 전해질 용액(ES) 밖에 노출된 경우를 나타낸다. 이때, 연결 감지부(430)는 제2-1 단자(412a)와 제2-2 단자(412b)에 전기적 연결 상태가 감지되지 않을 때, 전원 공급부(420)를 제어하여 제1-1 단자(411a)와 제2-1 단자(412a), 제2-1 단자(412a)와 제2-2 단자(412b)에 인가되는 전원 공급을 차단한다. 그러면, 연결 감지부(430)는 제1-1 단자(411a)와 제2-1 단자(412a), 제1-2 단자(411b)와 제2-2 단자(412b)의 전기적 연결 상태를 감지하지 않는다.
이와 같이, 전해질 용액(ES)의 동일한 깊이에 위치하여 서로 대향하는 한 쌍의 단자는 GIS 탱크(201)의 기울어진 정도를 나타내는 기준이 된다.
전술한 바와 같이, 연결 감지부(430)는 전기적 연결 상태가 유지되는 상태와 전기적인 연결 상태가 유지되지 않는 상태를 통신부(440)를 통해 변전소 모니터링 장치(130)로 알려줄 수 있다.
변전소 모니터링 장치(130)는 연결 감지부(430)로부터 통보되는 전기적 연결 상태가 유지되지 않는 상태를 토대로 GIS 탱크(201)의 기울어진 정도를 판단할 수 있다.
일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.
110 : IoT 센서 120 : IoT 플랫폼
130 : 변전소 모니터링 장치 131 : 데이터 수집부
132 : 이상 판단부 200 : 벨로우즈
201 : GIS 탱크 접속부 210 : 주름관
220 : 플렌지 230 : 조임부
310~340 : 제1 내지 제4 편심 센서 410 : 전해질 용액 수용부
420 : 전원 공급부 430 : 연결 감지부
440 : 통신부 ES : 전해질 용액

Claims (14)

  1. 변전소 건설 환경과 변전소 전력 설비의 이상 상태를 감지하기 위한 IoT 센서;
    상기 IoT 센서로부터 센싱 데이터를 수집하여 처리 및 저장하기 위한 IoT 플랫폼; 및
    상기 IoT 플랫폼에 저장된 센싱 데이터를 이용하여 변전소 이상 상태를 판단하기 위한 변전소 모니터링 장치;를 포함하되,
    상기 변전소 모니터링 장치는,
    상기 IoT 플랫폼에 저장된 센싱 데이터를 요청하여 수신하기 위한 데이터 수집부; 및
    상기 데이터 수집부로부터 획득된 센싱 데이터를 이용하여 변전소의 이상 상태를 진단하기 위한 이상 판단부;
    를 포함하는 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 IoT 센서는,
    GIS 탱크 접속부의 벨로우즈 상에 설치되는 복수 개의 편심 센서인 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 벨로우즈는,
    중공형의 원통으로 제작되는 주름관, 상기 주름관의 양단 외주면에 결합되는 제1 플렌지 및 제2 플렌지, 상기 제1 플렌지와 상기 제2 플렌지를 GIS 탱크를 고정시키는 조임부를 포함하는 것인 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수 개의 편심 센서는,
    상기 제1 플렌지와 상기 제1 플렌지가 상호 마주보는 면상에 설치되는 것인 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수 개의 편심 센서는,
    상기 주름관 중심을 기준으로 동일 각도로 이격되어 방사형으로 배치되는 것인 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 IoT 플랫폼은,
    상기 복수 개의 편심 센서의 설치 위치에서 상기 제1 플렌지와 상기 제2 플렌지 간의 거리에 대응된 센싱 데이터를 수집하는 것인 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 이상 판단부는,
    상기 제1 플렌지와 상기 제2 플렌지 간의 거리에 대응된 센싱 데이터의 패턴 간의 차이를 이용하여 편심 원인을 분석하는 것인 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 IoT 센서는,
    GIS 탱크의 길이 방향을 따라 설치되는 복수 개의 수평레벨 센서가 포함되는 것인 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 수평레벨 센서는,
    소정의 공간에 수용된 전해질 용액의 수평레벨이 변함에 따라 전기적 연결 상태의 변화를 형성하기 위한 전해질 용액 수용부;
    상기 전해질 용액 수용부의 좌우 양단에 직류 전원을 공급하기 위한 전원 공급부; 및
    상기 전해질 용액을 통한 전기적 연결 상태의 변화를 감지하기 위한 연결 감지부;
    를 포함하는 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전해질 용액 수용부의 좌우 양단에는,
    상기 전해질 용액의 내측 방향으로 (+) 단자와 (-) 단자를 나타내는 적어도 한 쌍의 단자들이 삽입되는 것인 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연결 감지부는,
    상기 전해질 용액의 깊이에 따라 상호 대향하는 한 쌍의 단자들의 전기적 연결 상태를 감지하는 것인 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연결 감지부는,
    상기 한 쌍의 단자들이 복수 개인 경우에, 상기 전해질 용액의 수평레벨이 기울어진 정도를 단계별로 구분하는 것인 건설 환경 기반의 변전소 모니터링 시스템.
  13. 변전소 모니터링 장치로서,
    적어도 하나 이상의 프로세서; 및
    컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 변전기 모니터링 장치로 하여금,
    GIS 탱크 접속부의 벨로우즈 상에 설치되는 복수 개의 편심 센서의 설치 위치에서, 상기 벨로우즈의 주름관의 양단 외주면에 결합되는 제1 플렌지와 제2 플렌지 간의 거리에 대응된 센싱 데이터를 수집하고,
    상기 제1 플렌지와 상기 제2 플렌지 간의 거리에 대응된 센싱 데이터의 패턴 간의 차이를 이용하여 편심 원인을 분석하는 것인 변전소 모니터링 장치.
  14. 변전소 모니터링 장치로서,
    적어도 하나 이상의 프로세서; 및
    컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 변전기 모니터링 장치로 하여금,
    GIS 탱크의 길이 방향으로 설치되는 복수 개의 수평레벨 센서에서, 소정의 공간에 수용된 전해질 용액의 수평레벨이 변함에 따라 전기적 연결 상태의 변화를 감지하여 상기 GIS 탱크의 기울어진 정도를 판단하는 것인 변전소 모니터링 장치.
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