KR20200060179A - 소리 정보를 이용한 변압기 고장 진단 방법 - Google Patents

소리 정보를 이용한 변압기 고장 진단 방법 Download PDF

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Abstract

소리 정보를 이용한 변압기 고장 진단 방법이 개시된다. 변압기 고장 진단 방법은, 전력용 변압기에서 수집한 소리 데이터로부터 변압기 소리 구간을 검출하는 단계; 상기 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거하는 단계; 상기 고조파가 제거된 변압기 소리를 소리 강도(sound intensity level)로 변환하는 단계; 및 상기 소리 강도를 이용하여 상기 전력용 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계를 포함한다.

Description

소리 정보를 이용한 변압기 고장 진단 방법{TRANSFORMER FAULT DIAGNOSIS WITH SOUND INFORMATION}
아래의 설명은 전력용 변압기의 고장 여부를 진단하는 기술에 관한 것이다.
전력용 변압기는 고장 시 정전이나 인명 피해를 유발하기 때문에 고장에 매우 민감하다. 전력용 변압기의 대표적인 사고 원인은 권선의 단락 및 층간 단락, 고전압 권선의 혼촉, 그리고 ULTC(무부하자동탭절환기)의 고장 등이 있다. 특히, 노후화나 최대 전력 부하가 발생한 경우, 즉 과부하 상태가 지속적으로 발생하게 되면 전력용 변압기의 절연이 파괴되어 소손, 폭발, 화재 등의 사고가 발생하게 된다.
이러한 사고를 예방하기 위해 전력용 변압기의 이상 상황을 예측하는 것이 매우 중요하다. 기존에는 전력용 변압기의 열화 정도를 판단하여 수명을 예측하는 방법과 전압, 전류의 정보, 그리고 부하전력량(kWh) 등의 데이터를 산출하여 부하를 감시하는 방법 등이 이용되고 있다.
일례로, 한국 공개특허공보 제10-2016-0020657호(전력용 변압기 수명 예측 시스템 및 방법)는 전력용 변압기의 열화 정도를 판단하기 위해 계기용 변류기(Current Transformer)로 측정하며, 획득한 데이터를 이용하여 가속열화지수를 산정하고, 열화 정도에 따른 상태를 분석하는 방법에 관한 것이다. 이는 변압기의 외부 온도에 기인하여 전력용 변압기의 수명을 예측하는 기술을 제공함을 그 목표로 한다.
또한, 한국 공개특허공보 제10-2012-0062038호(변압기 스마트 부하감시 시스템 및 방법)는 다수의 수용가에 대하여 각각의 변압기로부터 갱신 가능한 다수의 부하별 인입주 번호, 고객번호, 검침일 등의 고객 현황 데이터와 복수의 전류와 전압 데이터를 활용하여 검침 전력량과 부하 전력량을 통해 손실률을 산출하는 원격 감시 방법에 관한 것이다. 이는 변압기의 손실율에 기인하여 저압 부하의 상태를 감시하는 기술을 제공함을 그 목표로 한다.
현재 전력용 변압기의 고장 진단 매뉴얼은 사람이 변압기 소리를 직접 청취하는 방식을 통해 정상적인 변압기 소리와 비교하여 이음 발생 시 즉각적으로 변압기 운행을 중지하는 것이다.
소리를 이용하여 전력용 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있는 방법 및 시스템을 제공한다.
컴퓨터 장치에서 수행되는 변압기 고장 진단 방법에 있어서, 적어도 하나의 프로세서에 의해, 전력용 변압기에서 수집한 소리 데이터로부터 변압기 소리 구간을 검출하는 단계; 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거하는 단계; 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 고조파가 제거된 변압기 소리를 소리 강도(sound intensity level)로 변환하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 소리 강도를 이용하여 상기 전력용 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계를 포함하는 변압기 고장 진단 방법을 제공한다.
일 측면에 따르면, 상기 검출하는 단계는, 상기 전력용 변압기 혹은 상기 전력용 변압기의 주변에 부착된 마이크 센서를 통해 무선으로 상기 소리 데이터를 수집하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 검출하는 단계는, 저주파 필터(low pass filter)인 평탄 필터(Smooth filter)를 이용하여 상기 소리 데이터에서 백색 잡음을 제거하는 단계; SVDD(Support Vector Data Description)을 적용하여 상기 백색 잡음이 제거된 소리 데이터에서 상기 변압기 소리 구간을 분류하는 단계; 및 CNN(convolutional neural network)을 이용하여 상기 SVDD를 통해 분류된 상기 변압기 소리 구간을 검증하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 분류하는 단계는, 잡음이 포함되지 않은 변압기의 실제 소리가 학습된 SVDD 모형을 슬라이딩 윈도우(sliding window) 처리 방식으로 적용하여 상기 백색 잡음이 제거된 소리 데이터에서 상기 변압기 소리 구간을 분류할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 제거하는 단계는, 저주파 필터(low pass filter)를 이용하여 상기 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 진단하는 단계는, 상기 소리 강도를 사전에 정해진 정상 변압기의 소리 강도와 비교하여 상기 전력용 변압기의 고장 여부를 판단할 수 있다.
변압기 고장 진단 방법을 실행시키기 위해 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서, 상기 변압기 고장 진단 방법은, 전력용 변압기에서 수집한 소리 데이터로부터 변압기 소리 구간을 검출하는 단계; 상기 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거하는 단계; 상기 고조파가 제거된 변압기 소리를 소리 강도(sound intensity level)로 변환하는 단계; 및 상기 소리 강도를 이용하여 상기 전력용 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
컴퓨터로 구현되는 변압기 고장 진단 시스템에 있어서, 메모리에 포함된 컴퓨터 판독가능한 명령들을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 전력용 변압기에서 수집한 소리 데이터로부터 변압기 소리 구간을 검출하는 소리 검출부; 상기 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거하는 고조파 제거부; 상기 고조파가 제거된 변압기 소리를 소리 강도(sound intensity level)로 변환하는 강도 변환부; 및 상기 소리 강도를 이용하여 상기 전력용 변압기의 고장 여부를 진단하는 변압기 진단부를 포함하는 변압기 고장 진단 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전력용 변압기의 소리 데이터에서 고조파를 제거한 후 소리 강도(SIL: sound intensity level)로 변형하여 이를 기초로 전력용 변압기의 고장 여부를 판단함으로써 전력용 변압기의 노후화나 고장 상태를 효과적으로 관리할 수 있고 소리를 이용한 변압기 고장 진단 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 장치의 예를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 장치의 프로세서가 포함할 수 있는 구성요소의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 장치가 수행할 수 있는 변압기 고장 진단 방법의 예를 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서 전력용 변압기의 소리 데이터를 수집하는 과정을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서 변압기 소리 구간을 검출하는 과정을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거하는 과정을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서 변압기 소리를 소리 강도로 변환하는 과정을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서 소리 강도를 이용하여 변압기 고장 여부를 진단하는 과정을 설명하기 위한 예시 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 전력용 변압기의 고장 여부를 진단하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변압기의 소리를 이용하여 고장 여부를 진단하고 관리하는 기술에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 장치의 예를 도시한 블록도이다.
본 발명의 실시예들에 따른 변압기 고장 진단 시스템이 도 1의 컴퓨터 장치(100)를 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 장치(100)에는 일실시예에 따른 컴퓨터 프로그램이 설치 및 구동될 수 있고, 컴퓨터 장치(100)는 구동된 컴퓨터 프로그램의 제어에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 변압기 고장 진단 방법을 수행할 수 있다.
변압기 고장 진단 시스템은 PC 기반의 프로그램 또는 모바일 단말 전용의 어플리케이션으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서의 변압기 고장 진단 시스템은 독립적으로 동작하는 프로그램 형태로 구현되거나, 혹은 특정 어플리케이션의 인-앱(in-app) 형태로 구성되어 상기 특정 어플리케이션 상에서 동작이 가능하도록 구현될 수 있다.
컴퓨터 장치(100)를 통해 변압기 고장 진단 시스템은 고정형 단말이거나 이동형 단말일 수 있다. 컴퓨터 장치(100)의 예를 들면, 컴퓨터(PC), 스마트폰(smart phone), 태블릿(tablet), 노트북 등의 디바이스일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 장치(100)는 변압기 고장 진단 방법을 실행하기 위한 구성요소로서 메모리(110), 프로세서(120), 통신 인터페이스(130) 그리고 입출력 인터페이스(140)를 포함할 수 있다.
메모리(110)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 여기서 ROM과 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치는 메모리(110)와는 구분되는 별도의 영구 저장 장치로서 컴퓨터 장치(100)에 포함될 수도 있다. 또한, 메모리(110)에는 운영체제와 적어도 하나의 프로그램 코드가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 메모리(110)와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체로부터 메모리(110)로 로딩될 수 있다. 이러한 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체는 플로피 드라이브, 디스크, 테이프, DVD/CD-ROM 드라이브, 메모리 카드 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 소프트웨어 구성요소들은 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체가 아닌 통신 인터페이스(130)를 통해 메모리(110)에 로딩될 수도 있다. 예를 들어, 소프트웨어 구성요소들은 네트워크(160)를 통해 수신되는 파일들에 의해 설치되는 컴퓨터 프로그램에 기반하여 컴퓨터 장치(100)의 메모리(110)에 로딩될 수 있다.
프로세서(120)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(110) 또는 통신 인터페이스(130)에 의해 프로세서(120)로 제공될 수 있다. 예를 들어 프로세서(120)는 메모리(110)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 수신되는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다.
통신 인터페이스(130)는 네트워크(160)를 통해 컴퓨터 장치(100)이 다른 컴퓨터 장치(미도시)와 서로 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 일례로, 컴퓨터 장치(100)의 프로세서(120)가 메모리(110)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 생성한 요청이나 명령, 데이터, 파일 등이 통신 인터페이스(130)의 제어에 따라 네트워크(160)를 통해 다른 컴퓨터 장치로 전달될 수 있다. 역으로, 다른 컴퓨터 장치로부터의 신호나 명령, 데이터, 파일 등이 네트워크(160)를 거쳐 컴퓨터 장치(100)의 통신 인터페이스(130)를 통해 컴퓨터 장치(100)로 수신될 수 있다. 통신 인터페이스(130)를 통해 수신된 신호나 명령, 데이터 등은 프로세서(120)나 메모리(110)로 전달될 수 있고, 파일 등은 컴퓨터 장치(100)가 더 포함할 수 있는 저장 매체(상술한 영구 저장 장치)로 저장될 수 있다.
입출력 인터페이스(140)는 입출력 장치(150)와의 인터페이스를 위한 수단일 수 있다. 예를 들어, 입력 장치는 마이크, 키보드 또는 마우스 등의 장치를, 그리고 출력 장치는 디스플레이, 스피커와 같은 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로, 입출력 인터페이스(140)는 터치스크린과 같이 입력과 출력을 위한 기능이 하나로 통합된 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수도 있다. 입출력 장치(150)는 컴퓨터 장치(100)와 하나의 장치로 구성될 수도 있다.
또한, 다른 실시예들에서 컴퓨터 장치(100)는 도 1의 구성요소들보다 더 많은 구성요소들을 포함할 수도 있다. 그러나, 대부분의 종래기술적 구성요소들을 명확하게 도시할 필요성은 없다. 예를 들어, 컴퓨터 장치(100)는 상술한 입출력 인터페이스(140)와 연결되는 입출력 장치들 중 적어도 일부를 포함하도록 구현되거나 또는 트랜시버(transceiver), 카메라, 각종 센서, 데이터베이스 등과 같은 다른 구성요소들을 더 포함할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 장치의 프로세서가 포함할 수 있는 구성요소의 예를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 장치가 수행할 수 있는 변압기 고장 진단 방법의 예를 도시한 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 프로세서(120)는 데이터 수집부(201), 소리 검출부(202), 고조파 제거부(203), 강도 변환부(204), 및 변압기 진단부(205)를 포함할 수 있다. 이러한 프로세서(120)의 구성요소들은 적어도 하나의 프로그램 코드에 의해 제공되는 제어 명령에 따라 프로세서(120)에 의해 수행되는 서로 다른 기능들(different functions)의 표현들일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)가 소리 데이터를 수집하도록 컴퓨터 장치(100)를 제어하기 위해 동작하는 기능적 표현으로서 데이터 수집부(201)가 사용될 수 있다.
프로세서(120) 및 프로세서(120)의 구성요소들은 도 3의 변압기 고장 진단 방법이 포함하는 단계들(S301 내지 S305)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120) 및 프로세서(120)의 구성요소들은 메모리(320)가 포함하는 운영체제의 코드와 상술한 적어도 하나의 프로그램 코드에 따른 명령(instruction)을 실행하도록 구현될 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 프로그램 코드는 변압기 고장 진단 방법을 처리하기 위해 구현된 프로그램의 코드에 대응될 수 있다.
변압기 고장 진단 방법은 도시된 순서대로 발생하지 않을 수 있으며, 단계들 중 일부가 생략되거나 추가의 과정이 더 포함될 수 있다.
프로세서(120)는 변압기 고장 진단 방법을 위한 프로그램 파일에 저장된 프로그램 코드를 메모리(320)에 로딩할 수 있다. 예를 들어, 변압기 고장 진단 방법을 위한 프로그램 파일은 도 3을 통해 설명한 영구 저장 장치(330)에 저장되어 있을 수 있고, 프로세서(120)는 버스를 통해 영구 저장 장치(330)에 저장된 프로그램 파일로부터 프로그램 코드가 메모리(320)에 로딩되도록 컴퓨터 장치(100)를 제어할 수 있다. 이때, 프로세서(120) 및 프로세서(120)가 포함하는 데이터 수집부(201), 소리 검출부(202), 고조파 제거부(203), 강도 변환부(204), 및 변압기 진단부(205) 각각은 메모리(320)에 로딩된 프로그램 코드 중 대응하는 부분의 명령을 실행하여 이후 변압기 고장 진단 방법을 실행하기 위한 프로세서(120)의 서로 다른 기능적 표현들일 수 있다. 변압기 고장 진단 방법의 실행을 위해, 프로세서(120) 및 프로세서(120)의 구성요소들은 직접 제어 명령에 따른 연산을 처리하거나 또는 컴퓨터 장치(100)를 제어할 수 있다.
변압기 고장 진단 방법은 IoT 고장진단 기술 분야에 속하며, 소리를 분류/탐지하는 인공 지능과 패턴 인식 기술, 그리고 변압기 소리 데이터를 DB 정보로 변환하는 신호 처리 기술을 포함한다.
단계(S301)에서 데이터 수집부(201)는 마이크 센서와 같은 소리 감지 센서를 이용하여 전력용 변압기의 소리 데이터를 수집할 수 있다. 소리 감지 센서는 변압기 고장 진단 시스템에 포함된 구성요소로 구성될 수 있으며, 혹은 전력용 변압기에 부착되어 전력용 변압기의 소리 데이터를 원격의 변압기 고장 진단 시스템으로 전달할 수 있는 통신 기능을 가진 센서를 이용하는 것 또한 가능하다.
도 4는 전력용 변압기의 소리 데이터를 수집하는 과정(S301)의 예시를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 데이터 수집부(201)는 전력용 변압기(400) 혹은 전력용 변압기(400)의 주변에 부착된 마이크 센서(401)를 통해 원격에서 전력용 변압기(400)의 소리 데이터를 수집할 수 있다.
데이터 수집부(201)에서 수집한 전력용 변압기의 소리 데이터는 무 손실, 비 압축의 wav 파일 포맷이며, 샘플링 레이트(sampling rate)는 44,100Hz, 그리고 단일 채널의 형식인 Mono 형식으로 구성될 수 있다.
전력용 변압기의 고장진단 기술에서는 전력용 변압기의 소리를 이용하여 고장으로 인한 폭발 이전의 비정상적인 상태를 예측할 수 있다.
그러나, 전력용 변압기는 60Hz 정도로 상대적으로 작은 소리 크기를 가지기 때문에 고조파 분석이나 패턴 인식이 어렵다는 문제가 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 잡음을 제외한 변압기 소리에서 고조파를 제거한 후 소리 강도를 변환하여 이를 바탕으로 고장 여부를 진단할 수 있다.
다시 도 3에서, 단계(S302)에서 소리 검출부(202)는 기계학습 방법 등을 이용하여 단계(S301)에서 수집한 소리 데이터에서 변압기 소리를 검출할 수 있다.
도 5는 잡음을 제외한 변압기 소리 구간을 검출하는 과정(S302)의 예시를 도시한 것이다.
먼저, 소리 검출부(202)는 저주파 필터(low pass filter)인 평탄 필터(Smooth filter)를 이용하여 백색 잡음을 제거할 수 있다. 고장 진단을 위한 변압기 소리의 특징은 진폭(amplitude)을 통해 진단되므로 백색 잡음을 제거하기 위해서는 고조파 성분을 제거하는 저주파 필터를 이용할 수 있다. 다시 말해, 상대적으로 크기가 작은 잡음인 백색 잡음은 신호처리 분야의 평탄 필터를 이용하여 제거할 수 있다.
소리 검출부(202)는 백색 잡음이 제거된 소리 데이터에서 변압기의 실제 소리 구간과 일반 잡음을 분류할 수 있다. 일례로, 소리 검출부(202)는 패턴인식 분류 기법의 SVDD(Support Vector Data Description)을 적용하여 변압기 소리 구간과 일반 잡음을 분류할 수 있다.
상대적으로 큰 잡음인 일반 잡음을 분류하기 위해서는 먼저 소음실과 같은 밀폐된 공간에서 잡음이 섞이지 않은 변압기의 소리 데이터를 수집할 수 있다. 그리고, 수집한 소리 데이터를 SVDD를 이용하여 학습함으로써 실제 변압기 소리에 대한 학습 모형을 만들 수 있다. SVDD는 이진 분류기로서 참과 거짓만 판별이 가능하므로 변압기 소리인지, 그리고 변압기 소리가 아닌 일반 잡음인지를 판별 가능하다.
변압기에 들어오는 전류가 주로 60Hz이기 때문에 일반 스트림에서 SVDD를 적용하기 위해서는 길이가 가변 파라미터(예컨대, 0.1~1초)를 갖도록 슬라이딩 윈도우(sliding window) 처리 방법을 적용하여 변압기 소리 구간을 탐지할 수 있다.
따라서, 소리 검출부(202)는 이진 분류기인 SVDD를 슬라이딩 윈도우 처리 방식에 의해 적용하여 변압기 소리 구간을 검출해 낼 수 있다.
소리 검출부(202)는 기계학습을 통해 변압기 소리 구간이 변압기 소리가 맞는지를 검증할 수 있다. 소리 검출부(202)는 변압기 소리 구간이 변압기의 소리에 해당되는지 아닌지를 CNN(convolutional neural network) 기법을 이용하여 판단할 수 있다.
소리 검출부(202)는 잡음이 섞이지 않은 변압기의 소리 데이터를 CNN 기법을 적용하여 학습하고, 이러한 학습 모형을 통해 SVDD로부터 분류된 변압기 소리 구간을 검증하여 변압기 소리인지 변압기 소리가 아닌지를 판단할 수 있다.
SVDD와 CNN은 모두 분류(classification)를 위한 알고리즘으로, SVDD는 정상 집단과 비정상 집단을 분류하는 성능이 뛰어나고, CNN은 복잡한 상황에 적용 가능한 기계학습 방법에 해당된다.
따라서, 본 발명에서는 SVDD와 CNN의 특성을 고려하여 SVDD는 소리 스트리밍에서 변압기 소리 구간을 탐지하기 위해 적용하고, CNN은 탐지된 변압기 소리 구간을 검증하기 위해서 적용된다.
다시 도 3에서, 단계(S303)에서 고조파 제거부(203)는 단계(S302)에서 검출된 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거할 수 있다.
도 6은 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거하는 과정(S303)의 예시를 도시한 것이다. 일례로, 고조파 제거부(203)는 저주파 필터를 이용하여 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거할 수 있다.
다시 도 3에서, 단계(S304)에서 강도 변환부(204)는 단계(S303)에서 고조파가 제거된 변압기 소리를 소리 강도로 변환할 수 있다.
도 7은 고조파가 제거된 변압기 소리를 소리 강도로 변환하는 과정(S304)의 예시를 도시한 것이다. 다시 말해, 강도 변환부(204)는 소리 강도 변환을 통해 고조파가 제거된 변압기 소리의 강도를 측정할 수 있다.
도 8은 정상적인 변압기의 소리 파형과 소리 강도를 도시한 것이고, 도 9는 고장 변압기의 소리 파형과 소리 강도를 도시한 것이다. 도 8과 도 9를 참조하면, 고장 변압기의 소리 강도가 일부 구간에서 정상 변압기의 소리 강도보다 큼을 알 수 있다.
다시 도 3에서, 단계(S305)에서 변압기 진단부(205)는 단계(S304)에서 변환된 소리 강도를 이용하여 변압기의 고장 여부를 진단할 수 있다. 일례로, 변압기 진단부(205)는 변압기의 소리 강도를 사전에 정해진 소리 강도와 비교하여 변압기의 고장 여부를 판단할 수 있다.
도 10은 소리 강도를 이용하여 변압기 고장 여부를 진단하는 과정(S305)의 예시를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 변압기 진단부(205)는 정상 변압기 소리 강도와 비정상 변압기 소리 강도의 비교를 통해 고장 여부를 진단할 수 있다. 예를 들어, 변압기 진단부(205)는 전력용 변압기의 최초 운행 시 변압기 소리 혹은 밀폐 공간에서 수집한 잡음이 섞이지 않은 변압기 소리를 정상 변압기 소리로 간주하고, 진단 대상이 되는 변압기의 소리 신호 파형, 소리 강도, 그리고 평균, 최대, 최소의 통계값을 기록하고, 단위 기간(예컨대, 1일)동안 주기적으로 변압기 소리 정보를 파악하고, 정상 변압기와 평균, 최대, 최소의 통계값을 비교함으로써 고장 유무를 파악할 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예들에 따르면, 전력용 변압기의 소리 데이터에서 고조파를 제거한 후 소리 강도로 변형하여 이를 기초로 전력용 변압기의 고장 여부를 판단함으로써 전력용 변압기의 노후화나 고장 상태를 효과적으로 관리할 수 있고 소리를 이용한 변압기 고장 진단 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수 개의 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 어플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 컴퓨터 장치에서 수행되는 변압기 고장 진단 방법에 있어서,
    적어도 하나의 프로세서에 의해, 전력용 변압기에서 수집한 소리 데이터로부터 변압기 소리 구간을 검출하는 단계;
    상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거하는 단계;
    상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 고조파가 제거된 변압기 소리를 소리 강도(sound intensity level)로 변환하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 소리 강도를 이용하여 상기 전력용 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계
    를 포함하는 변압기 고장 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    상기 전력용 변압기 혹은 상기 전력용 변압기의 주변에 부착된 마이크 센서를 통해 무선으로 상기 소리 데이터를 수집하는 단계
    를 포함하는 변압기 고장 진단 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    저주파 필터(low pass filter)인 평탄 필터(Smooth filter)를 이용하여 상기 소리 데이터에서 백색 잡음을 제거하는 단계;
    SVDD(Support Vector Data Description)을 적용하여 상기 백색 잡음이 제거된 소리 데이터에서 상기 변압기 소리 구간을 분류하는 단계; 및
    CNN(convolutional neural network)을 이용하여 상기 SVDD를 통해 분류된 상기 변압기 소리 구간을 검증하는 단계
    를 포함하는 변압기 고장 진단 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분류하는 단계는,
    잡음이 포함되지 않은 변압기의 실제 소리가 학습된 SVDD 모형을 슬라이딩 윈도우(sliding window) 처리 방식으로 적용하여 상기 백색 잡음이 제거된 소리 데이터에서 상기 변압기 소리 구간을 분류하는 것
    을 특징으로 하는 변압기 고장 진단 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제거하는 단계는,
    저주파 필터(low pass filter)를 이용하여 상기 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거하는 것
    을 특징으로 하는 변압기 고장 진단 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진단하는 단계는,
    상기 소리 강도를 사전에 정해진 정상 변압기의 소리 강도와 비교하여 상기 전력용 변압기의 고장 여부를 판단하는 것
    을 특징으로 하는 변압기 고장 진단 방법.
  7. 변압기 고장 진단 방법을 실행시키기 위해 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    상기 변압기 고장 진단 방법은,
    전력용 변압기에서 수집한 소리 데이터로부터 변압기 소리 구간을 검출하는 단계;
    상기 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거하는 단계;
    상기 고조파가 제거된 변압기 소리를 소리 강도(sound intensity level)로 변환하는 단계; 및
    상기 소리 강도를 이용하여 상기 전력용 변압기의 고장 여부를 진단하는 단계
    를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
  8. 컴퓨터로 구현되는 변압기 고장 진단 시스템에 있어서,
    메모리에 포함된 컴퓨터 판독가능한 명령들을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    전력용 변압기에서 수집한 소리 데이터로부터 변압기 소리 구간을 검출하는 소리 검출부;
    상기 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거하는 고조파 제거부;
    상기 고조파가 제거된 변압기 소리를 소리 강도(sound intensity level)로 변환하는 강도 변환부; 및
    상기 소리 강도를 이용하여 상기 전력용 변압기의 고장 여부를 진단하는 변압기 진단부
    를 포함하는 변압기 고장 진단 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 소리 검출부는,
    상기 전력용 변압기 혹은 상기 전력용 변압기의 주변에 부착된 마이크 센서를 통해 무선으로 상기 소리 데이터를 수집하는 것
    을 특징으로 하는 변압기 고장 진단 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 소리 검출부는,
    저주파 필터(low pass filter)인 평탄 필터(Smooth filter)를 이용하여 상기 소리 데이터에서 백색 잡음을 제거하고,
    SVDD(Support Vector Data Description)을 적용하여 상기 백색 잡음이 제거된 소리 데이터에서 상기 변압기 소리 구간을 분류하고,
    CNN(convolutional neural network)을 이용하여 상기 SVDD를 통해 분류된 상기 변압기 소리 구간을 검증하는 것
    을 특징으로 하는 변압기 고장 진단 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소리 검출부는,
    잡음이 포함되지 않은 변압기의 실제 소리가 학습된 SVDD 모형을 슬라이딩 윈도우(sliding window) 처리 방식으로 적용하여 상기 백색 잡음이 제거된 소리 데이터에서 상기 변압기 소리 구간을 분류하는 것
    을 특징으로 하는 변압기 고장 진단 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 고조파 제거부는,
    저주파 필터(low pass filter)를 이용하여 상기 변압기 소리 구간에서 고조파를 제거하는 것
    을 특징으로 하는 변압기 고장 진단 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 변압기 진단부는,
    상기 소리 강도를 사전에 정해진 정상 변압기의 소리 강도와 비교하여 상기 전력용 변압기의 고장 여부를 판단하는 것
    을 특징으로 하는 변압기 고장 진단 시스템.
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