KR20200131492A - Partial discharge location detection system using the radio and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선용 부분방전 위치검출 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wireless partial discharge position detection system and method thereof.
발전소나 변전소 등의 전력설비는 발전기(generator), 가스절연개폐장치(gas insulated switchgear), 가스절연변압기(gas insulated transformer), 유입변압기(oil immersed transformer) 등 다양한 전력기기를 포함하고 있다. 이러한 전력기기에는 고전압의 전류가 흐르기 때문에 전력기기 고장의 전조로서 부분방전(partial discharge)이 발생하게 된다. 이와 같이, 전력기기에 부분방전이 발생하게 되면, 절연 파괴에 도달할 가능성이 있으며 최종적으로 전력설비 전체의 동작이 정지될 수 있다. 따라서, 부분방전의 발생을 조기에 진단하여 적절한 조치를 취함으로써 전력기기의 고장을 예방하기 위한 부분방전의 진단장치가 필수적으로 요구된다.Power facilities such as power plants or substations include various power devices such as generators, gas insulated switchgear, gas insulated transformers, and oil immersed transformers. Since a high voltage current flows through such a power device, a partial discharge occurs as a precursor to a failure of the power device. In this way, if a partial discharge occurs in a power device, there is a possibility that insulation breakdown may be reached, and the operation of the entire power facility may finally be stopped. Therefore, a partial discharge diagnosis device is indispensable for preventing the failure of the electric power equipment by early diagnosing the occurrence of the partial discharge and taking appropriate measures.
종래의 부분방전 진단장치는 유선(동축케이블)으로 부분방전을 판정하는 경우가 많거나, 실제 부분방전이 발생하였음에도 손실로 인해 오차가 발생하는 경우가 많았다. 또한, 종래의 부분방전 위치탐색 기법은 진성 부분방전 신호가 아닌 다른 신호의 발생 위치를 전자기파 센서 부분방전의 발생 위치로 제공하는 경우가 많았다. 이러한 부분방전 진단 오진 및 위치 오류로 인해 전력기기가 제대로 수리되지 않아 전력기기가 급속하게 열화되거나 고장이 발생하는 잠재적인 요소가 있다.In the conventional partial discharge diagnosis apparatus, there are many cases in which partial discharge is determined by wire (coaxial cable), or errors are often caused due to loss even though the actual partial discharge occurs. In addition, the conventional partial discharge location search technique often provides a location of a signal other than an intrinsic partial discharge signal as the location of the electromagnetic wave sensor partial discharge. There is a potential factor in that the power equipment is rapidly deteriorated or failure occurs because the power equipment is not properly repaired due to such partial discharge diagnosis misdiagnosis and location error.
이에, 보다 정확하게 부분방전의 발생 및 유형을 진단하고, 부분방전의 발생 위치를 탐색할 수 있는 기술개발이 요구되고 있다. Accordingly, there is a need for a technology development capable of more accurately diagnosing the occurrence and type of partial discharge, and searching for the location of the partial discharge.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1574613호의 '원격 설정 기능이 있는 초고주파 전기신호 검출에 의한 부분방전 감시진단 시스템'에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1574613'Partial Discharge Monitoring and Diagnosis System by Detecting Ultra-High Frequency Electric Signals with Remote Setting Function'.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 보다 정확하게 부분방전의 발생 및 유형을 진단하고, 부분방전의 발생 위치를 탐색할 수 있는 무선용 부분방전 위치검출 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been conceived to improve the above problems, and an object of the present invention is a wireless partial discharge position detection system capable of more accurately diagnosing the occurrence and type of partial discharge, and searching for the occurrence location of the partial discharge, and It is to provide a way.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따른 무선용 부분방전 위치검출 시스템은, 전력기기에 설치되어, 상기 전력기기로부터 발생되는 부분방전 신호를 검출하는 복수의 부분방전 센서, 상기 복수의 부분방전 센서로부터 부분방전 신호를 수신하고, 상기 부분방전 신호를 이용하여 센서간 시간차를 연산하며, 광대역 신호를 추출하여 부분방전의 발생과 유형을 진단하고, 상기 센서간 시간차를 이용하여 상기 진단된 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하고, 상기 산출된 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 검출하는 부분방전 위치검출 장치를 포함한다. A wireless partial discharge position detection system according to an aspect of the present invention includes a plurality of partial discharge sensors installed in a power device to detect a partial discharge signal generated from the power device, and a partial discharge signal from the plurality of partial discharge sensors. Receive, calculate a time difference between sensors using the partial discharge signal, extract a broadband signal to diagnose the occurrence and type of partial discharge, and use the time difference between the sensors to determine the diagnosis of each type of partial discharge signal. And a partial discharge position detection device that calculates a group speed for each mode and detects a position of each type of partial discharge using the calculated group speed for each mode.
본 발명에 있어, 상기 부분방전 위치검출장치로부터 센서간 시간차, 광대역신호의 패턴, 부분방전 발생위치 중 적어도 하나를 수신하여, PRPD, PRPS, 결함종류, 부분방전 발생위치(cm), 센서간 시간차(ns), 센서간 거리(cm) 중 적어도 하나를 표시장치를 더 포함할 수 있다. In the present invention, by receiving at least one of a time difference between sensors, a pattern of a broadband signal, and a partial discharge location from the partial discharge position detection device, PRPD, PRPS, defect type, partial discharge location (cm), and time difference between sensors At least one of (ns) and the distance between sensors (cm) may further include a display device.
본 발명에 있어 상기 부분방전 위치검출 장치는, 상기 부분방전 신호로부터 센서간 시간차를 연산하는 시간차 연산부, 상기 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 광대역 신호의 패턴을 분석하여, 부분방전의 발생과 유형을 진단하는 광대역 분석부, 상기 센서간 시간차를 이용하여 상기 진단된 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하고, 상기 산출된 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 검출하는 군석도 분석부를 포함할 수 있다.In the present invention, the partial discharge position detection device includes a time difference calculator that calculates a time difference between sensors from the partial discharge signal, extracts a broadband signal from the partial discharge signal, and analyzes the pattern of the extracted broadband signal, A broadband analysis unit that diagnoses the occurrence and type of, calculates the group speed for each mode of the diagnosed partial discharge signal using the time difference between the sensors, and generates each type of partial discharge using the calculated group speed for each mode. Gunseok for detecting the location may also include an analysis unit.
본 발명에 있어 상기 부분방전 신호로부터 다중 스펙트럼의 주파수영역별 신호를 추출하고, 상기 광대역 분석부에서 진단된 각 유형에 해당하는 부분방전 신호에 대해 주파수 영역의 주파수 특성을 분석하는 스펙트럼 분석부를 더 포함할 수 있다. In the present invention, further comprising a spectrum analysis unit for extracting a signal for each frequency domain of a multi-spectrum from the partial discharge signal, and analyzing the frequency characteristics of the frequency domain for the partial discharge signal corresponding to each type diagnosed by the broadband analysis unit can do.
본 발명에 있어 상기 군석도 분석부는, 상기 스펙트럼 분석부에서 분석된 주파수 특성에 따른 부분방전 신호의 주파수 영역에서 상기 모드별 군속도의 시간차를 산출하여, 각 부분방전 유형의 부분방전 발생 위치를 검색할 수 있다. In the present invention, the group analysis unit calculates the time difference of the group speed for each mode in the frequency domain of the partial discharge signal according to the frequency characteristic analyzed by the spectrum analysis unit, and searches for the location of the partial discharge occurrence of each partial discharge type. I can.
본 발명의 다른 측면에 따른 부분방전 위치검출 장치는, 각 전력기기에 설치된 각 부분방전 센서로부터 부분방전 신호를 수신하는 통신부, 상기 부분방전 신호로부터 센서간 시간차를 연산하는 시간차 연산부, 상기 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 광대역 신호의 패턴을 분석하여, 부분방전의 발생과 유형을 진단하는 광대역 분석부, 상기 센서간 시간차를 이용하여 상기 진단된 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하고, 상기 산출된 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 검출하는 군석도 분석부를 포함한다. A partial discharge position detection device according to another aspect of the present invention includes a communication unit receiving a partial discharge signal from each partial discharge sensor installed in each power device, a time difference calculating unit calculating a time difference between sensors from the partial discharge signal, and the partial discharge signal. A broadband analysis unit that extracts a broadband signal from and analyzes the pattern of the extracted broadband signal to diagnose the occurrence and type of partial discharge, and each mode of the diagnosed partial discharge signal using the time difference between the sensors It includes a group map analysis unit that calculates the group speed and detects the location of each type of partial discharge using the calculated group speed for each mode.
본 발명에 있어 상기 부분방전 신호로부터 다중 스펙트럼의 주파수영역별 신호를 추출하고, 상기 광대역 분석부에서 진단된 각 유형에 해당하는 부분방전 신호에 대해 주파수 영역의 주파수 특성을 분석하는 스펙트럼 분석부를 더 포함할 수 있다. In the present invention, further comprising a spectrum analysis unit for extracting a signal for each frequency domain of a multi-spectrum from the partial discharge signal, and analyzing the frequency characteristics of the frequency domain for the partial discharge signal corresponding to each type diagnosed by the broadband analysis unit can do.
본 발명에 있어 상기 군석도 분석부는, 상기 스펙트럼 분석부에서 분석된 주파수 특성에 따른 부분방전 신호의 주파수 영역에서 상기 모드별 군속도의 시간차를 산출하여, 각 부분방전 유형의 부분방전 발생 위치를 검색할 수 있다. In the present invention, the group analysis unit calculates the time difference of the group speed for each mode in the frequency domain of the partial discharge signal according to the frequency characteristic analyzed by the spectrum analysis unit, and searches for the location of the partial discharge occurrence of each partial discharge type. I can.
본 발명에 있어 일정한 주기로 변동하는 기준 시각 신호를 생성하여, 상기 시간차 연산부, 광대역 분석부 및 군속도 분석부에 동기 신호로 제공하는 시각 동기화부를 더 포함할 수 있다. In the present invention, it may further include a time synchronization unit that generates a reference time signal that fluctuates at a certain period and provides the time difference calculation unit, the broadband analysis unit, and the group speed analysis unit as a synchronization signal.
본 발명에 있어 상기 광대역 분석부는, 상기 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하는 주파수 필터, 상기 주파수 필터로부터 출력되는 광대역 신호를 증폭하는 증폭부, 상기 증폭된 광대역 신호의 피크를 검출 및 일정 시간 동안 홀드(hold)하여 상기 증폭된 광대역 신호의 순시 최대값을 추출하고, 상기 추출된 순시 최대값에 기초하여 시간 스케일이 확대된 신호를 출력하는 피크 홀더, 상기 피그 홀더로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터, 상기 A/D 컨버터로부터 출력되는 신호의 패턴을 분석하고, 상기 분석된 신호 패턴의 특성에 기초하여 부분방전의 발생과 유형을 진단하는 연산부를 포함할 수 있다. In the present invention, the broadband analysis unit includes a frequency filter that extracts a broadband signal from the partial discharge signal, an amplification unit that amplifies the broadband signal output from the frequency filter, and detects and holds the peak of the amplified broadband signal for a predetermined time. A peak holder for extracting the instantaneous maximum value of the amplified broadband signal by holding and outputting a signal with an enlarged time scale based on the extracted instantaneous maximum value, and an analog signal output from the pig holder as a digital signal. An A/D converter that converts, analyzes a pattern of a signal output from the A/D converter, and diagnoses the occurrence and type of partial discharge based on the characteristics of the analyzed signal pattern.
본 발명에 있어 상기 스펙트럼 분석부는, 상기 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하는 주파수 필터, 상기 주파수 필터로부터 출력되는 신호로부터 다중 스펙트럼의 주파수 영역별 신호를 추출하는 주파수영역 추출부, 각 스펙트럼의 주파수 영역별 신호에 대해 순차적으로 시간 스케일이 확대된 주파수영역 신호를 산출하는 피크 홀더, 상기 피그 홀더로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터, A/D 컨버터로부터 출력되는 주파수영역 신호의 주파수 특성을 분석하는 연산부를 포함할 수 있다. In the present invention, the spectrum analysis unit includes a frequency filter for extracting a broadband signal from the partial discharge signal, a frequency domain extraction unit for extracting a signal for each frequency domain of a multi-spectrum from a signal output from the frequency filter, and a frequency domain of each spectrum The peak holder for calculating the frequency domain signal whose time scale is sequentially expanded for the star signal, the A/D converter converting the analog signal output from the pig holder into a digital signal, and the frequency domain signal output from the A/D converter It may include an operation unit that analyzes the frequency characteristics.
본 발명에 있어 상기 연산부는, 상기 A/D 컨버터로부터 출력되는 주파수영역 신호의 특성값과 여러 유형의 부분방전 신호의 주파수 특성값들을 비교하여, 상기 광대역 분석부의 부분방전 진단의 오류 여부를 판단할 수 있다. In the present invention, the operation unit compares the characteristic values of the frequency domain signals output from the A/D converter with the frequency characteristic values of various types of partial discharge signals, and determines whether or not there is an error in the partial discharge diagnosis of the broadband analyzer. I can.
본 발명에 있어 상기 군속도 분석부는, 상기 광대역 분석부의 진단에 따른 각 유형의 부분방전 신호에 대한 제1 모드 전자파의 군속도를 산출하고, 해당 유형의 부분방전 신호에 대한 제2 모드 전자파의 군속도를 산출하며, 상기 제1 모드 전자파의 군속도와 상기 제2 모드 전자파의 군속도 간의 시간차로부터 해당 유형의 부분방전의 발생 위치를 탐색할 수 있다. In the present invention, the group speed analysis unit calculates the group speed of the first mode electromagnetic wave for each type of partial discharge signal according to the diagnosis of the broadband analysis unit, and calculates the group speed of the second mode electromagnetic wave for the corresponding type of partial discharge signal. In addition, it is possible to search for a location of a corresponding type of partial discharge from a time difference between the group speed of the first mode electromagnetic wave and the group speed of the second mode electromagnetic wave.
본 발명에 있어 상기 군속도 분석부는, 상기 부분방전 신호를 일정시간의 구간 별로 적분하여, 상기 부분방전 신호의 속도를 일정 시간의 구간 별로 산출하는 시간 필터, 상기 시간 필터로부터 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터, 상기 A/D 컨버터로부터 출력되는 신호를 일정 시간의 구간 별로 푸리에 변환하여, 각 구간별 주파수 성분을 산출하는 FFT, 상기 FFT에 의해 산출된 각 구간별 주파수 성분 중 차단 주파수와 주파수를 이용하여 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하는 군속도 산출부, 상기 산출된 모드별 군속도의 차이에 기초하여 각 유형의 부분방전 신호의 발생 위치를 탐색하는 위치 탐색부를 포함할 수 있다. In the present invention, the group speed analysis unit includes a time filter that integrates the partial discharge signal for each period of a predetermined time and calculates the speed of the partial discharge signal for each period of a predetermined time, and the signal output from the time filter is converted into a digital signal. A/D converter that converts, an FFT that Fourier transforms the signal output from the A/D converter for each section of a predetermined time to calculate a frequency component for each section, and a cutoff frequency among frequency components for each section calculated by the FFT A group speed calculation unit that calculates a group speed for each mode of the partial discharge signal using and frequency, and a location search unit that searches for a location of each type of partial discharge signal based on the calculated difference in the group speed for each mode.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 무선용 부분방전 위치검출 방법은, 부분방전 위치검출 장치가 부분방전 위치를 검출하는 방법에 있어서, 각 전력기기에 설치된 각 부분방전 센서로부터 부분방전 신호를 수신하는 단계, 상기 부분방전 신호로부터 센서간 시간차를 연산하는 단계, 상기 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 광대역 신호의 패턴을 분석하여, 부분방전의 발생과 유형을 진단하는 단계, 상기 센서간 시간차를 이용하여 상기 진단된 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하고, 상기 산출된 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 검출하는 단계를 포함한다. In a method for detecting a partial discharge position for wireless according to another aspect of the present invention, in a method for detecting a partial discharge position by a partial discharge position detecting apparatus, the step of receiving a partial discharge signal from each partial discharge sensor installed in each power device , Calculating a time difference between sensors from the partial discharge signal, extracting a broadband signal from the partial discharge signal, analyzing the pattern of the extracted broadband signal, and diagnosing the occurrence and type of partial discharge, between the sensors And calculating a group velocity for each mode of each of the diagnosed partial discharge signals using a time difference, and detecting a location of each type of partial discharge using the calculated group velocity for each mode.
본 발명은 센서간 시간차 분석 기능, 광대역 분석 기능 및 군속도 분석 기능을 연동하여, 부분방전으로 진단된 신호의 발생 위치를 탐색함으로써, 광대역 분석 기법에 따라 진단된 유형의 부분방전 신호가 아닌 다른 신호의 발생 위치가 부분방전의 발생 위치로 오인되는 것을 방지할 수 있다. The present invention interlocks the time difference analysis function between the sensors, the broadband analysis function, and the group speed analysis function to search for the location of the signal diagnosed as partial discharge, so that a signal other than the type of partial discharge signal diagnosed according to the broadband analysis technique is The occurrence location can be prevented from being mistaken for the location of the partial discharge.
또한, 본 발명은 부분방전으로 진단된 신호의 주파수 특성을 이용하여 부분방전의 진단 결과를 검증할 수 있을 뿐만 아니라, 부분 방전으로 진단된 신호의 주파수 영역을 특정하여 군속도 분석을 수행함으로서, 다른 주파수 영역에서의 군속도 차이에 따른 부분방전 위치 탐색이 불가능하게 되어 진성 부분방전의 발생 위치를 매우 정확하게 탐색할 수 있다. In addition, the present invention not only can verify the diagnosis result of the partial discharge using the frequency characteristics of the signal diagnosed as partial discharge, but also perform group velocity analysis by specifying the frequency domain of the signal diagnosed as partial discharge, Since it is impossible to search for the location of partial discharge according to the difference in group speed in the region, it is possible to very accurately search the location of the intrinsic partial discharge.
또한, 본 발명은 기준 시각 신호에 동기하여, 센서간 시간차 분석, 광대역 분석, 스펙트럼 분석, 및 군속도 분석이 이루어지므로, 각 분석 동작이 서로 다른 시간대에 검출된 신호를 동일 신호로 오인하여 처리하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 부분방전 진단 오진 및 위치 오류로 인한 전력 기기의 결함에 기인한 전력기기의 열화 및 고장을 방지할 수 있다.In addition, in the present invention, since time difference analysis, broadband analysis, spectrum analysis, and group speed analysis are performed between sensors in synchronization with the reference time signal, it is not possible for each analysis operation to misrecognize and process signals detected in different time zones as the same signal. Can be prevented. Accordingly, it is possible to prevent deterioration and failure of the power device due to a defect in the power device due to a partial discharge diagnosis misdiagnosis and a location error.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다. Meanwhile, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and various effects may be included within a range that will be apparent to a person skilled in the art from the contents to be described below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선용 부분방전 위치검출 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 위치검출 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 시간차 분석부의 상세 구성도이다.
도 4는 도 2에 도시된 광대역 분석부의 상세 구성도이다.
도 5는 도 2에 도시된 스펙트럼 분석부의 상세 구성도이다.
도 6은 도 2에 도시된 군속도 분석부의 상세 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 표시 화면의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치로 송신된 무선 데이터 내역의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선용 부분방전 위치검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a view for explaining a wireless partial discharge position detection system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a partial discharge position detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a detailed configuration diagram of a time difference analysis unit shown in FIG. 2.
4 is a detailed configuration diagram of a broadband analysis unit shown in FIG. 2.
5 is a detailed configuration diagram of a spectrum analysis unit shown in FIG. 2.
6 is a detailed configuration diagram of a group speed analysis unit shown in FIG. 2.
7 is a diagram illustrating an example of a display screen of a display device according to an embodiment of the present invention.
8 is a configuration diagram of details of wireless data transmitted to a display device according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a method of detecting a location of a partial discharge for wireless according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선용 부분방전 위치검출 시스템 및 그 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, a wireless partial discharge position detection system and method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.
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.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention and may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.
또한, 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.In addition, the implementation described herein may be implemented in, for example, a method or process, an apparatus, a software program, a data stream or a signal. Although discussed only in the context of a single form of implementation (eg, only as a method), the implementation of the discussed features may also be implemented in other forms (eg, an apparatus or program). The device may be implemented with appropriate hardware, software and firmware. The method may be implemented in an apparatus such as a processor, which generally refers to a processing device including, for example, a computer, microprocessor, integrated circuit or programmable logic device, or the like. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, personal digital assistants ("PDAs") and other devices that facilitate communication of information between end-users.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선용 부분방전 위치검출 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a wireless partial discharge position detection system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선용 부분방전 위치검출 시스템은 복수의 부분방전 센서(100), 부분방전 위치검출 장치(200), 표시장치(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a wireless partial discharge position detection system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of
부분방전 센서(100)는 전력기기에 설치되어, 전력기기로부터 발생되는 부분방전 신호를 검출한다. 발전소나 변전소 등의 전력설비는 발전기, 가스절연개폐장치, 가스절연변압기, 유입변압기 등 다양한 전력기기를 포함하고 있다. 전력기기의 내부 또는 외부에는 다양한 유형의 부분방전이 발생하게 되는데, 이러한 다양한 유형의 부분방전을 측정하기 위해 여러 종류의 센서가 존재한다. 예를 들어, 부분방전 센서(100)는 일종의 UHF 안테나로서 전력기기의 내부 또는 외부에 설치되며, 부분방전 발생시 나타나는 방사 전자파를 검출하는 UHF(Ultra High Frequency) 센서일 수 있다. 여기서, 부분방전(partial discharge)이란 전극들 사이가 아닌 다른 국부적인 부분에서 발생되는 방전을 의미하며, 그 유형으로는 코로나 방전(corona discharge), 플로팅 방전(floating discharge), 파티클 방전(particle discharge), 보이드 방전(void discharge) 등을 들 수 있다. 부분방전은 전력기기의 절연 파괴의 원인이 되기 때문에 전력기기의 고장을 예방하기 위한 지표로 사용될 수 있다. The
부분방전 위치검출 장치(200)는 복수의 부분방전 센서(100)로부터 부분방전 신호를 수신하고, 부분방전 신호를 이용하여 부분방전 센서간 시간차를 연산하며, 광대역 신호를 추출하여 부분방전의 패턴과 유형을 진단하고, 센서간 시간차를 이용하여 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하며, 산출된 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 검출한다.The partial discharge
부분방전 위치검출 장치(200)는 부분방전 패턴분석, 부분방전 발생위치 등의 정보를 무선통신을 통해 표시장치(300)로 전송한다. The partial discharge
이러한 부분방전 위치검출 장치(200)에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하기로 한다. A detailed description of the partial discharge
표시장치(300)는 부분방전 위치검출 장치(200)로부터 전송된 데이터를 표시한다. 즉, 표시장치(300)는 PRPD, PRPS, 결함종류, 부분방전 발생위치(cm), 센서간 △t값(ns), 센서간 거리(cm) 등 정보를 표시한다. 이때, 표시장치(300)는 도 7에 도시된 바와 같이 부분방전 위치검출 장치(200)로부터 전송된 정보를 표시할 수 있다. 도 7을 참조하면, 표시장치(300)는 광대역 분석부의 분석 데이터를 이용하여 부분방전 패턴을 나타내는 그래프를 표시하고, 스펙트럼 분석부의 분석 데이터를 이용하여 각 스펙트럼의 주파수영역별 주파수 특성을 나타내는 그래프를 표시하며, 군속도 분석부의 분석 데이터를 이용하여 주파수영역 신호의 모드별 주파수 성분의 군집 형태를 나타내는 그래프를 표시할 수 있다. 이러한 그래프들은 하나의 화면으로 통합되어 표시될 수 있고, 복수개(예컨대, 3개)의 화면으로 분리되어 표시될 수도 있다. 예를 들면, 도 8과 같이 △t 분석기능, 광대역 분석 기능, 스펙트럼 분석 기능 및 군속도 분석 기능을 연동시킨 상태에서, 표시장치(300)에 각 기능별 그래프 모두가 표시되어 있기 때문에, 부분방전 위치검출 장치(200)의 관리자는 하나의 장치만을 사용하여 부분방전 진단 및 위치 탐색을 보다 편리하게 이용할 수 있다. 이러한 부분방전 위치검출 장치(200)는 휴대용 무선진단 장비의 형태로 제작될 수 있다.The
한편, 도 1에서는 표시장치(300)를 별도로 구비한 것으로 설명하였으나, 표시장치(300)는 부분방전 위치검출 장치(200)내에 포함될 수도 있다. Meanwhile, in FIG. 1, it has been described that the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 위치검출 장치를 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a partial discharge position detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 위치검출 장치(200)는 통신부(210), 분배부(220), 시간차 분석부(230), 광대역 분석부(240), 스펙트럼 분석부(250), 군속도 분석부(260), 시각 동기화부(270) 및 제어부(280)를 포함한다. 2, the partial discharge
통신부(210)는 부분방전 센서(100) 또는 표시장치(300)와의 통신을 위한 구성으로, 예컨대 근거리 통신모듈, 무선 통신모듈 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.The
분배부(220)는 통신부(210)를 통해 부분방전 센서(100)로부터 수신한 부분방전 신호를 시간차 분석부(230), 광대역 분석부(240), 스펙트럼 분석부(250), 군속도 분석부(260) 각각에 입력한다. 이러한 분배부(220)는 예컨대, RF(Radio Frequency) 스플리터(splitter)로 구현될 수 있다.The
시각 동기화부(270)는 일정한 주기로 변동하는 기준 시각 신호를 생성하여, 시간차 분석부(230), 광대역 분석부(240), 스펙트럼 분석부(250) 및 군속도 분석부(260)에 동기 신호로 제공한다. 즉, 시각 동기화부(270)는 부분방전 센서(100)에서 동일한 시간대에 검출된 부분방전 신호에 대하여, 시간차 분석부(230), 광대역 분석부(240), 스펙트럼 분석부(250) 및 군속도 분석부(260) 각각에 의한 신호 처리가 동시에 수행되도록 하기 위해 일정한 주기로 변동하는 기준 시각 신호를 생성한다. 그러면, 시간차 분석부(230) 및 광대역 분석부(240)는 기준 시각 신호에 동기하여 센서간 시간차 산출과 광대역 신호의 패턴을 분석하고, 스펙트럼 분석부(250)는 기준 시각 신호에 동기하여 주파수 특성을 분석하며, 군속도 분석부(260)는 기준 시각 신호에 동기하여 모드별 군속도를 산출한다. 이처럼, 기준 시각 신호에 의해 부분방전 센서(100)에서 동일한 시간대에 검출된 부분방전 신호에 대하여 시간차 분석부(230)의 시간차 분석, 광대역 분석부(240)의 광대역 신호 패턴 분석, 스펙트럼 분석부(250)의 주파수특성 분석, 군속도 분석부(260)의 군속도 산출이 동시에 수행될 수 있다.The
시간차 분석부(230)는 부분방전 신호로부터 센서간 시간차를 연산한다. The time
부분방전 발생위치는 두 개의 부분방전 센서를 이용하여 탐색하기 때문에, 부분방전 센서(100)에서 검출된 부분방전 신호가 중요하다. 이에, 시간차 분석부(230)는 두 부분방전 센서에서 각각 검출된 1ns이하의 신호를 기준으로 아래 수학식 1을 이용하여 센서간 시간차를 연산한다. Since the partial discharge generation location is searched using two partial discharge sensors, the partial discharge signal detected by the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, L은 부분방전 센서간 거리, 30은 빛의 속도 상수, △t는 두 부분방전 센서간의 시간차를 의미할 수 있다. Here, L may be a distance between partial discharge sensors, 30 may be a light rate constant, and Δt may be a time difference between the two partial discharge sensors.
시간차 분석부(230)를 통해 전력설비의 내부에서 발생하는 부분방전 발생 위치를 cm단위로 추적할 수 있다.Through the time
이러한 시간차 분석부(230)에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하기로 한다.A detailed description of the time
광대역 분석부(240)는 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하고, 추출된 광대역 신호의 패턴을 분석하여, 부분방전의 발생과 유형을 진단한다.The
즉, 광대역 분석부(240)는 시각 동기화부(270)로부터 출력되는 기준 시각 신호에 동기화하여, 분배부(220)를 통해 입력되는 부분방전 신호로부터 여러 유형의 부분방전 신호를 포괄하는 광대역 신호를 추출하고, 광대역에서 발생되는 부분방전을 진단하기 위해 광대역 신호의 패턴을 분석한다. 그런 후, 광대역 분석부(240)는 분석된 광대역 신호의 패턴의 특성에 기초하여, 수동 또는 자동으로 광대역에서 발생되는 부분방전의 발생과 유형을 진단한다. 여러 유형의 부분방전은 광대역에 걸쳐서 발생된다. 부분방전 센서(100)가 UHF 안테나로 구현된다면, 광대역 분석부(240)로 UHF 대역(300 ~ 3000 MHz)의 신호가 유입된다. 광대역 분석부(240)는 광대역에 속하는 모든 신호의 패턴을 분석하여 부분방전의 발생과 유형을 진단하기 때문에, 광대역에서 발생되는 거의 모든 유형의 부분방전을 빠짐없이 찾아낼 수 있다. 그러나, 이러한 광대역 분석 기법은 광대역에 속하는 모든 신호를 하드웨어 성능에 기인한 데이터의 한계용량 내에서 처리하기 때문에, 신호 처리의 분해능이 낮아 노이즈를 부분방전으로 판정하는 경우가 발생할 수 있다. 이에, 광대역 분석부(240)에 의한 부분방전의 진단 오류를 줄이기 위해, 스펙트럼 분석부(250)를 이용한다. That is, the
스펙트럼 분석부(250)는 부분방전 신호로부터 다중 스펙트럼의 주파수 영역별 신호를 추출하고, 광대역 분석부(240)에서 진단된 각 부분방전 유형에 해당하는 부분방전 신호에 대해 주파수 영역의 주파수 특성을 분석한다.The
즉, 스펙트럼 분석부(250)는 시각 동기화부(170)로부터 출력되는 기준 시각 신호에 동기화하여, 분배부(220)를 통해 입력되는 신호로부터 다중 스펙트럼의 주파수 영역별 신호를 추출한다. 그런 후, 스펙트럼 분석부(250)는 광대역 분석부(240)에서 진단된 각 유형에 해당하는 부분방전 신호에 대해 주파수 영역의 주파수 특성을 분석한다.That is, the
스펙트럼 분석부(250)는 광대역 분석부(240)와는 달리 광대역 신호를 여러 개의 스펙트럼으로 분할하고, 각 스펙트럼의 주파수 영역에 속하는 신호만을 집중하여 분석할 수 있기 때문에, 광대역 분석 기법에 비해 부분방전 진단의 오류가 낮다. 그러나, 스펙트럼 분석 기법은 특정 스펙트럼의 주파수 영역 신호를 분석하는 동안 다른 스펙트럼의 주파수 영역의 신호를 분석할 수 없기 때문에, 실제 부분방전이 발생하였음에도 이 부분방전에 관련된 신호를 볼 수 없어 특정 신호에 대한 부분방전 진단의 누락이 발생할 수 있다. Unlike the
이에, 본 실시예에서는 광대역 분석 기법을 이용하여 부분방전을 진단하고, 스펙트럼 분석 기법을 이용하여 진단 결과를 검증하는 다기능 연동 기법을 채택함으로써, 광대역 분석 기법과 스펙트럼 분석 기법간의 장단점을 상호 보완할 수 있다.Therefore, in this embodiment, the advantages and disadvantages between the broadband analysis technique and the spectrum analysis technique can be complemented by adopting a multifunctional linkage technique that diagnoses partial discharge using a broadband analysis technique and verifies the diagnosis result using a spectrum analysis technique. have.
군속도 분석부(260)는 시간차 분석부(230)에서 산출된 센서간 시간차를 이용하여, 광대역 분석부(240)에서 진단된 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하고, 산출된 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 검출한다. The group
군속도 분석부(260)는 시각 동기화부(270)로부터 출력되는 기준 시각 신호에 동기화하여, 광대역 분석부(240)에서 진단된 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하고, 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 추적한다. 또한, 군속도 분석부(260)는 스펙트럼 분석부(250)에서 분석된 주파수 특성에 따른 부분방전 신호의 주파수 영역에서 모드별 군속도를 산출하고, 산출된 주파수 영역의 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 탐색할 수도 있다. 이처럼, 군속도 분석부(260)는 광대역 분석부(240)의 동작 외에 스펙트럼 분석부(250)의 동작과도 연동하여 부분방전의 발생 위치를 검출할 수 있다. The group
구체적으로, 군속도 분석부(260)는 광대역 분석부(240)에서 진단된 제1유형의 부분방전 신호에 대한 제1 모드 전자파의 군속도를 산출함과 동시에 제1 유형의 부분방전 신호에 대한 제2 모드 전자파의 군속도를 산출하고, 제1 모드 전자파의 군속도와 제 2모드 전자파의 군속도 간의 시간차를 산출하여, 제1 유형의 부분방전 발생 위치를 탐색한다. 군속도 분석부(260)는 오로지 부분방전의 발생 위치를 탐색하기 때문에, 탐색된 위치가 진성 부분방전의 발생 위치인지를 알 수 없을 뿐만 아니라, 여러 유형의 부분방전이 동시 다발로 발생할 경우 어떤 유형의 부분방전의 발생 위치인지를 알 수 없다. 이에, 본 실시예에서는 군속도 분석 기법에 광대역 분석 기법과 스펙트럼 분석 기법을 연계시켜 부분방전의 발생 여부와 부분방전의 유형을 확인한 후, 그 부분방전의 발생 위치를 탐색한다. 이에 따라, 이미 알고 있는 유형의 부분방전의 위치를 추적할 수 있어, 부분방전 진단 및 위치 오류로 인한 전력기기의 결함에 기인한 전력기기의 열화 및 고장을 방지할 수 있다.Specifically, the group
한편, 통신부(210), 분배부(220), 시간차 분석부(230), 광대역 분석부(240), 스펙트럼 분석부(250), 군속도 분석부(260) 및 시각 동기화부(270) 각각은 컴퓨팅 장치상에서 프로그램을 실행하기 위해 필요한 프로세서 등에 의해 각각 구현될 수 있다. 이처럼 통신부(210), 분배부(220), 시간차 분석부(230), 광대역 분석부(240), 스펙트럼 분석부(250), 군속도 분석부(260) 및 시각 동기화부(270) 각각은 물리적으로 독립된 각각의 구성에 의해 구현될 수도 있고, 하나의 프로세서 내에서 기능적으로 구분되는 형태로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 광대역 분석부(240)는 부분방전 신호의 광대역 분석에 적합하게 개발된 HMI(Human Machine Interface)라고 하는 소프트웨어에 의해 실행되는 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 컴퓨터는 이러한 기능 이외에 부분방전 위치검출 장치(200)의 부분방전 진단 기능 설정 관리, 부분방전 위치검출 장치(200)로 유입되는 펄스의 발생 관리, 부분방전 위치검출장치(200)로 보고되는 사건의 이력 관리, 부분방전 위치검출 장치(200)로 전송되는 정보 파일의 관리, 각종 보고서의 관리 등 다양한 기능을 함께 수행할 수도 있다.Meanwhile, each of the
제어부(280)는 시각 동기화부(270)로부터 출력되는 기준 시각 신호를 참조하여, 부분방전 센서(100)에서 동일한 시간대에 검출된 신호에 대하여 시간차 분석부(230), 광대역 분석부(240), 스펙트럼 분석부(250) 및 군속도 분석부(260) 각각의 신호 처리가 동시에 수행될 수 있도록 한다. 또한, 제어부(280)는 시각 동기화부(270)로부터 출력되는 기준시각 신호를 참조하여 시간차 분석부(230), 광대역 분석부(240), 스펙트럼 분석부(250) 및 군속도 분석부(260) 사이의 데이터 전송을 제어함으로써, 각 분석부 사이의 데이터 동기화가 이루어지도록 한다. 이에 따라, 각 분석부가 서로 다른 시간대에 검출된 신호의 데이터, 즉 서로 다른 신호의 데이터를 동일 신호의 데이터로 오인하여 처리하는 것을 방지할 수 있다. The
이러한 제어부(280)는 적어도 하나의 연산 장치를 포함할 수 있는데, 여기서 상기 연산 장치는 범용적인 중앙연산장치(CPU), 특정 목적에 적합하게 구현된 프로그래머블 디바이스 소자(CPLD, FPGA), 주문형 반도체 연산장치(ASIC) 또는 마이크로 컨트롤러 칩일 수 있다.The
도 3은 도 2에 도시된 시간차 분석부의 상세 구성도이다. 3 is a detailed configuration diagram of a time difference analysis unit shown in FIG. 2.
도 3을 참조하면, 시간차 분석부(230)는 시간 필터(231), A/D 컨버터(232), FFT(Fast Fourier Transformer, 233), 시간차 산출부(234)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the time
시간 필터(231)는 부분방전 신호를 일정시간의 구간 별로 적분하여, 부분방전 신호의 속도를 일정 시간의 구간 별로 산출한다. The
부분방전 신호는 파형의 상승 및 하강 시간이 매우 급격하고 짧으며, 노이즈 신호는 부분방전 신호에 비해 파형의 상승 및 하강 속도가 느린 특성을 갖고 있다. 이에, 시간 필터(231)는 부분방전 신호와 노이즈 신호의 속도 차이를 이용하여 부분방전 신호의 노이즈를 제거한다. 즉, 시간 필터(231)는 분배부(220)로부터 출력되는 신호의 속도에 기초하여, 부분방전 신호의 최저속도에 대응되는 기준속도 이상의 속도를 갖는 고속 신호를 통과시키고, 기준속도보다 느린 속도를 갖는 저속 신호를 차단한다. 여기서, 부분방전 신호의 최저속도에 대응되는 기준속도는 예컨대, 1 ns 이하가 될 수 있다. 시간 필터(231)는 분배부(220)로부터 출력되는 신호를 일정시간의 구간 별로 적분함으로써, 분배부(220)로부터 출력되는 신호의 속도를 일정 시간의 구간 별로 산출할 수 있다. The partial discharge signal has a very rapid and short rise and fall time of the waveform, and the noise signal has a characteristic that the rise and fall speed of the waveform is slower than that of the partial discharge signal. Accordingly, the
A/D 컨버터(232)는 시간 필터(231)로부터 출력되는 아날로그 신호를 일정한 주파수로 샘플링(sampling)하여 디지털 신호로 변환한다. 이때, A/D 컨버터(232)는 시각 동기화부(270)로부터 출력되는 기준 시각 신호에 기초하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. The A/
FFT(233)는 A/D 컨버터(232)로부터 출력되는 신호를 일정 시간의 구간 별로 푸리에 변환하여, 각 구간별 주파수 성분을 산출한다. The
시간차 산출부(234)는 FFT(233)에서 산출된 1ns 이하의 펄스 신호로부터 시간차를 산출한다. The time
한편, 부분방전 신호는 다른 신호와 달리 파형의 상승 및 하강 시간이 수 나노 초(nano seconds)로 매우 급격하게 변하기 때문에, 시간차 분석부(230)의 구성요소들, 예를 들어 시간필터(231), A/D 컨버터(232) 등은 고속으로 신호 처리가 가능한 회로 소자들로 구현할 수 있다. On the other hand, in the partial discharge signal, unlike other signals, the rise and fall times of the waveform change very rapidly in nanoseconds, so the components of the time
도 4는 도 2에 도시된 광대역 분석부의 상세 구성도이다. 4 is a detailed configuration diagram of a broadband analysis unit shown in FIG. 2.
도 4를 참조하면, 광대역 분석부(240)는 주파수 필터(241), 증폭부(242), 피크 홀더(243), A/D(Analog/Digital) 컨버터(244) 및 연산부(245)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the
주파수 필터(241)는 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출한다. The
주파수 필터(241)는 분배부(220)를 통해 입력되는 부분방전 신호로부터 여러 유형의 부분방전 신호를 포괄하는 광대역 신호를 추출함으로써, 부분방전 센서(100)의 출력 신호로부터 노이즈에 해당하는 주파수 성분을 제거한다. 여기서, 광대역은 여러 유형의 부분방전 신호를 포괄하는 주파수 대역인 500 ~ 1500 MHz로 설정될 수 있다. 한편, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전력기기의 주변 환경에 따라 보다 넓은 대역으로 설정될 수도 있고, 보다 좁은 대역으로 설정될 수 있음을 이해할 수 있다.The
구체적으로, 주파수 필터(241)는 부분방전 센서(100)에서 검출된 신호에 대하여, 부분방전 신호의 최소 주파수 이하의 저주파수 대역과 부분방전 신호의 최대 주파수 이상의 고주파수 대역을 차단하고 나머지 대역을 통과시킴으로써, 부분방전 센서(100)의 출력 신호로부터 고주파 노이즈에 해당하는 주파수 성분과 저주파 노이즈에 해당하는 주파수 성분을 동시에 제거할 수 있다. 이러한 주파수 필터(241)는 부분방전 신호의 최대 주파수와 최소 주파수를 차단 주파수로 하는 대역통과필터(BPF: Band Pass Filter)로 구현될 수 있다.Specifically, the
증폭부(242)는 주파수 필터(241)로부터 출력되는 광대역 신호를 증폭한다. The
일반적으로, 부분방전 센서(100)에서 검출된 신호는 매우 미약한 신호이기 때문에, 주파수 필터(241)에서도 매우 미약한 신호가 출력된다. 이러한 미약한 신호를 그대로 처리하면 노이즈 영향을 많이 받게 되어 부분방전 진단의 정확도가 떨어지게 된다. 또한, 미약한 신호가 일반 증폭기에서 증폭될 경우 능동소자인 증폭기 내부에서 발생된 노이즈에 의해 주파수 필터(241)로부터 출력되는 신호가 심하게 변형될 수 있다. 따라서, 증폭부(242)는 미약한 신호를 증폭하기 위한 용도의 저잡음 증폭기(low-noise amplifier)로 구현될 수 있다. 또한, 증폭부(242)는 일정한 증폭도로 주파수 필터(241)로부터 출력되는 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기와 이와 같이 증폭된 신호를 제어부(280)의 제어에 따라 변동되는 증폭도, 즉 연산부(245)로부터 출력되는 신호의 평균 크기에 따라 변동되는 증폭도로 증폭하는 가변 증폭기로 구성될 수 있다. In general, since the signal detected by the
한편, 부분방전 센서(100)에 의해 검출된 신호의 평균 크기는 부분방전의 종류, 부분방전의 크기, 센서의 종류 등 여러 가지 요인들로 인해 일정하지 않다. 이에, 증폭부(242)는 부분방전 센서(100)에 의해 검출된 신호의 평균 크기와 무관하게 주파수 필터(241)로부터 출력되는 신호의 평균 크기가 보다 일정하게 되도록 하기 위해, 주파수 필터(241)로부터 출력되는 신호의 크기를 부분방전 센서(100)의 출력 신호의 특성에 따라 보정하는 역할을 할 수 있다. Meanwhile, the average size of the signal detected by the
피크 홀더(243)는 증폭부(242)에서 증폭된 광대역 신호의 피크를 검출 및 일정 시간 동안 홀드(hold)하여, 증폭된 광대역 신호의 순시 최대값을 추출하고, 추출된 순시 최대값에 기초하여 시간 스케일이 확대된 신호를 출력한다. 이때, 피크 홀더(243)는 시각 동기화부(270)로부터 출력되는 기준 시각 신호에 동기화하여 시간 스케일이 확대된 신호를 산출할 수 있다. The
이처럼, 피크 홀더(243)는 증폭부(242)에서 증폭된 신호의 진폭축의 피크를 고정시킨 상태에서 시간축의 스케일을 확대함으로써, 시간 스케일이 확대된 신호를 산출할 수 있다. 이때, 증폭된 신호의 피크 검출에는 로그 검출기(log detector)가 사용될 수 있다. 부분방전 신호는 다른 신호와 달리 파형의 상승 및 하강 시간이 수 나노 초(nano seconds)로 매우 급격하게 변하기 때문에, 증폭부(242)에서 증폭된 신호의 피크를 홀드함으로써, A/D 컨버터(244) 등과 같은 회로 소자에 의한 부분방전 신호 처리가 가능할 수 있다. As such, the
A/D 컨버터(244)는 피크 홀더(243)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이때, A/D 컨버터(244)는 시각 동기화부(270)로부터 출력되는 기준 시각 신호에 동기화하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. The A/
연산부(245)는 A/D 컨버터(244)로부터 출력되는 신호의 패턴을 분석하고, 분석된 신호 패턴의 특성에 기초하여 부분방전의 발생과 유형을 진단한다. 연산부(245)는 부분방전의 발생 여부와 부분방전의 유형을 포함하는 진단 데이터를 스펙트럼 분석부(250)와 군속도 분석부(260)에 전송할 수 있다. The
연산부(245)는 A/D 컨버터(244)로부터 출력되는 신호의 특성값들을 연산함으로써, A/D 컨버터(244)로부터 출력되는 신호의 패턴을 분석하고, 분석된 신호 패턴의 특성에 기초하여 수동 또는 자동으로 부분방전의 발생과 유형을 진단할 수 있다. The
부분방전 신호의 패턴 특성을 나타내기 위한 데이터 포맷의 대표적인 예로는 PRPS(Phase Resolved Pulse Sequence) 데이터와 PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 데이터를 들 수 있다. 따라서, 연산부(245)는 3차원 공간의 좌표축 각각에 A/D 컨버터(244)로부터 출력되는 신호의 위상, 크기, 주기를 할당함으로써, PRPS 데이터를 산출할 수 있다. 또한, 연산부(245)는 3차원 공간의 좌표축 각각에 A/D 컨버터(244)로부터 출력되는 신호의 위상, 크기, 빈도를 할당함으로써, PRPD 데이터를 산출할 수 있다. 또한, 연산부(245)는 부분방전 분석용 포맷의 데이터 위상이 부분방전 동기 신호의 위상과 동기되도록, 부분방전 분석용 포맷의 데이터 위상을 가감할 수 있다. 여기서, 부분방전 동기 신호란 전원의 상용주파수에 동기되어 변동되는 신호를 의미한다. 부분방전은 전력기기에 공급되는 전원의 상용주파수의 주기마다 반복적으로 발생되는 특성을 갖고 있기 때문에, 전원의 상용주파수에 동기되어 변동되는 신호는 전력기기에서 부분방전이 발생하였는가를 판정하는 데에 사용될 수 있다.Representative examples of a data format for representing the pattern characteristics of a partial discharge signal include Phase Resolved Pulse Sequence (PRPS) data and Phase Resolved Partial Discharge (PRPD) data. Accordingly, the
A/D 컨버터(244)로부터 출력되는 신호는 연산부(245)에 의한 연산 처리가 가능하도록 순시 최대값의 파형으로 표현되는 디지털 형태의 신호로서, 연산부(245)는 부분방전 동기 신호를 기준으로 A/D 컨버터(244)로부터 출력되는 신호의 위상, 크기, 주기, 빈도 중 적어도 두 가지의 특성값들로 표현되는 신호의 패턴 특성과 어떤 유형의 부분방전 신호의 위상, 크기, 주기, 빈도 중 적어도 두 가지의 특성값들로 표현되는 부분방전 신호의 패턴 특성을 비교 연산함으로써, 부분방전의 발생 및 유형을 자동으로 진단할 수도 있다. 부분방전의 자동 진단의 대표적인 기법으로는 반복적인 학습과정을 통해 데이터에 내재되어 있는 패턴을 찾아내는 신경망(neural network) 기법과 전문가의 식별 능력을 컴퓨터 알고리즘 형태로 구현한 퍼지(fuzzy) 기법 등이 있다. The signal output from the A/
상기와 같이 구성된 광대역 분석부(240)는 연산부(245)에서 산출된 데이터를 통신부(210)를 통해 표시장치(300)로 전송한다. 그러면, 표시장치(300)는 광대역 분석부(240)에서 전송된 신호 패턴 데이터를 영상 신호로 변환하고, 부분방전 패턴을 PRPS, PRPD, 결함종류, 부분방전 발생위치(cm), 센서간 △t값(ns), 센서간 거리(cm) 등으로 표시할 수 있다. 부분방전 패턴 그래프는 부분방전 신호의 위상, 크기, 주기, 빈도 중 두 가지 특성값이 2차원 형태로 표시될 수도 있고, 부분방전 신호의 위상, 크기, 주기, 빈도 중 세 가지 특성값이 3차원 형태로 표시될 수도 있다. 부분방전 분야의 전문가가 표시장치(300)에 표시된 부분방전 패턴 그래프를 식별함으로써, 부분방전의 발생 및 유형을 진단할 수 있다. 이때, 전문가에 의해 진단 결과를 나타내는 정보가 연산부(245)에 입력되면, 연산부(245)는 전문가에 의해 입력된 부분방전의 발생 및 유형 정보로부터 수동으로 광대역에서 발생되는 부분방전의 발생 및 유형을 진단할 수 있다. 또한, 표시장치(300)는 A/D 컨버터(244)로부터 출력되는 신호의 패턴 특성이 부분방전으로 판정될 경우에 경고이미지 또는 경고음을 출력할 수도 있다. The
한편, 부분방전 신호는 다른 신호와 달리 파형의 상승 및 하강 시간이 수 나노 초(nano seconds)로 매우 급격하게 변하기 때문에, 광대역 분석부(240)의 구성요소들, 예를 들어 피크 홀더(243), A/D 컨버터(244) 등은 고속으로 신호 처리가 가능한 회로 소자들로 구현할 수 있다. On the other hand, in the partial discharge signal, unlike other signals, the rise and fall times of the waveform change very rapidly in nanoseconds, so components of the
도 5는 도 2에 도시된 스펙트럼 분석부의 상세 구성도이다. 5 is a detailed configuration diagram of a spectrum analysis unit shown in FIG. 2.
도 5를 참조하면, 스펙트럼 분석부(250)는 주파수 필터(251), 주파수영역 추출부(252), 피크 홀더(253), A/D 컨버터(254), 및 연산부(255)를 포함한다. Referring to FIG. 5, the
주파수 필터(251)는 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출한다. The
주파수 필터(251)는 분배부(220)로부터 출력되는 신호로부터 여러 유형의 부분방전 신호를 포괄하는 광대역의 신호를 추출함으로써, 부분방전 센서(100)의 출력 신호로부터 노이즈에 해당하는 주파수 성분을 제거한다. 구체적으로, 주파수 필터(251)는 부분방전 센서(100)에서 검출된 신호에 대하여 부분방전 신호의 최소 주파수 이하의 저주파수 대역과 부분방전 신호의 최대 주파수 이상의 고주파수 대역을 차단하고 나머지 대역을 통과시킴으로써, 부분방전 센서(100)의 출력 신호로부터 고주파 노이즈에 해당하는 주파수 성분과 저주파 노이즈에 해당하는 주파수 성분을 동시에 제거할 수 있다.The
주파수영역 추출부(252)는 주파수 필터(251)로부터 출력되는 신호로부터 다중 스펙트럼의 주파수 영역별 신호를 추출한다. 이때, 주파수영역 추출부(252)는 시각 동기화부(270)로부터 출력되는 기준 시각신호에 동기화되어 다중 스펙트럼의 주파수영역별 신호를 추출할 수 있다. 주파수 필터(251)로부터 출력되는 신호는 300 ~ 3000 MHz의 광대역 신호로서, 다중 스펙트럼으로 분할될 수 있다. 따라서, 주파수영역 추출부(252)는 VCO(Voltage Controlled Oscillator)와 PLL(phase locked loop) 회로를 이용한 순차적 주파수 스캐닝 기법을 이용하여 각 스펙트럼의 주파수 영역별 신호를 순차적으로 추출할 수 있다. The frequency
피크 홀더(253)는 각 스펙트럼의 주파수 영역별 신호에 대해 순차적으로 시간 스케일이 확대된 주파수영역 신호를 산출한다. 즉, 피크 홀더(253)는 시각 동기화부(270)로부터 출력되는 기준 시각 신호에 동기화하여, 주파수영역 추출부(252)에 의해 추출된 주파수영역 신호의 피크를 검출하고, 검출된 주파수 영역 신호의 피크를 일정 시간 동안 홀드하여, 주파수영역 신호의 순시 최대값을 추출함으로써 시간스케일이 확대된 주파수영역 신호를 산출한다. 피크 홀더(253)는 주파수영역 추출부(252)에서 추출된 주파수영역 신호의 진폭축의 피크를 고정시킨 상태에서 시간축의 스케일을 확대함으로써 시간 스케일이 확대된 주파수영역 신호를 산출할 수 있다. 피크 홀더(253)는 각 스펙트럼의 주파수 영역별 신호에 대해 순차적으로 시간 스케일이 확대된 주파수영역 신호를 산출한다.The
A/D 컨버터(254)는 피크 홀더(253)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이때, A/D 컨버터(254)는 시각 동기화부(270)로부터 출력되는 기준 시각 신호에 동기화하여, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 즉, A/D 컨버터(254)는 각 스펙트럼의 주파수 영역별 신호에 대해 순차적으로 피크 홀더(253)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.The A/
연산부(255)는 A/D 컨버터(254)로부터 출력되는 주파수영역 신호의 주파수 특성을 분석한다. 연산부(255)는 분석된 주파수영역 정보를 군속도 분석부(260)로 전송한다. 여기서, 주파수영역 정보는 진성 부분방전으로 판정된 신호의 주파수 영역을 나타내는 데이터일 수 있다. The
연산부(255)는 A/D 컨버터(254)로부터 출력되는 주파수영역 신호의 특성값들을 연산함으로써, 광대역 분석부(240)에서 진단된 각 부분방전 유형에 해당하는 부분방전 신호에 대해 주파수 영역의 주파수 특성을 분석한다. 이때, 연산부(255)는 각 스펙트럼의 주파수 영역별 신호에 대해 순차적으로 주파수 특성을 분석한다. 구체적으로, 연산부(255)는 A/D 컨버터(254)로부터 출력되는 주파수영역 신호의 특성값들로부터 A/D컨버터(254)로부터 출력되는 주파수영역 신호의 주파수 특성을 나타내는 데이터를 산출함으로써, A/D 컨버터(254)로부터 출력되는 주파수영역 신호의 주파수 특성을 분석한다. 연산부(255)는 2차원 공간의 좌표축 각각에 A/D 컨버터(254)로부터 출력되는 주파수영역 신호의 주파수, 크기를 할당함으로써, 그 주파수영역 신호의 특성을 나타내는 데이터를 산출할 수 있다.The
한편, A/D 컨버터(254)로부터 출력되는 주파수영역 신호는 연산부(255)에 의한 연산 처리가 가능하도록 순시 최대값의 파형으로 표현되는 디지털 형태의 신호로서, 연산부(255)는 이러한 주파수영역 신호의 주파수, 크기 등과 같은 특성값들과 여러 유형의 부분방전 신호의 주파수, 크기등과 같은 특성값들을 비교 연산함으로써 광대역 분석부(240)에 의해 분석된 광대역 신호의 패턴에 기초한 부분방전 진단의 오류 여부를 자동으로 판정할 수도 있다. 광대역 분석부(240)에서 분석된 광대역 신호의 패턴에 기초한 부분방전 진단에 대한 검증이 완료될 때까지 주파수영역 추출부(252), 피크 홀더(253), A/D 컨버터(254), 연산부(255) 각각은 각 스펙트럼의 주파수 영역별 신호에 대해서 순차적으로 처리한다. On the other hand, the frequency domain signal output from the A/
광대역 분석부(240)에서 분석된 부분방전 진단에 오류가 없다고 판정될 경우, 이러한 판정이 도출된 시점에서 A/D 컨버터(254)로부터 출력되는 주파수 영역 신호로부터 부분방전 신호의 주파수 영역을 특정할 수 있게 되고, 이 주파수 영역에 관한 정보를 군속도 분석부(260)로 전달하여, 군속도 분석부(260)가 광대역 분석부(240)의 분석 결과에 따라 부분방전으로 진단된 신호의 발생 위치를 추적하게 된다. When it is determined that there is no error in the partial discharge diagnosis analyzed by the
한편, 부분방전 신호는 다른 신호와 달리 파형의 상승 및 하강 시간이 수 나노 초(nano seconds)로 매우 급격하게 변하기 때문에, 스펙트럼 분석부(250)의 구성요소들, 예를 들어 피크 홀더(253), A/D 컨버터(254) 등은 고속으로 신호 처리가 가능한 회로 소자들로 구현할 수 있다. On the other hand, the partial discharge signal, unlike other signals, because the rise and fall time of the waveform very rapidly changes in several nano seconds (nano seconds), the components of the
도 6은 도 2에 도시된 군속도 분석부의 상세 구성도이다. 6 is a detailed configuration diagram of a group speed analysis unit shown in FIG. 2.
도 6을 참조하면, 군속도 분석부(260)는 시간 필터(261), A/D 컨버터(262), FFT(263), 군속도 산출부(264), 위치 탐색부(265) 및 연산부(266)를 포함한다.6, the group
시간 필터(261)는 부분방전 신호를 일정시간의 구간 별로 적분하여, 부분방전 신호의 속도를 일정 시간의 구간 별로 산출한다. The
부분방전 신호는 파형의 상승 및 하강 시간이 매우 급격하고 짧으며, 노이즈 신호는 부분방전 신호에 비해 파형의 상승 및 하강 속도가 느린 특성을 갖고 있다. 이에, 시간 필터(261)는 부분방전 신호와 노이즈 신호의 속도 차이를 이용하여 부분방전 신호의 노이즈를 제거한다. The partial discharge signal has a very rapid and short rise and fall time of the waveform, and the noise signal has a characteristic that the rise and fall speed of the waveform is slower than that of the partial discharge signal. Accordingly, the
즉, 시간 필터(261)는 분배부(220)로부터 출력되는 신호의 속도에 기초하여, 부분방전 신호의 최저속도에 대응되는 기준속도 이상의 속도를 갖는 고속 신호를 통과시키고, 기준속도보다 느린 속도를 갖는 저속 신호를 차단한다. 여기서, 부분방전 신호의 최저속도에 대응되는 기준속도는 예컨대, 1 ns 이하가 될 수 있다. 시간 필터(261)는 분배부(220)로부터 출력되는 신호를 일정시간의 구간 별로 적분함으로써, 분배부(220)로부터 출력되는 신호의 속도를 일정 시간의 구간 별로 산출할 수 있다. That is, the
A/D 컨버터(262)는 시간 필터(261)로부터 출력되는 아날로그 신호를 일정한 주파수로 샘플링(sampling)하여 디지털 신호로 변환한다. 이때, A/D 컨버터(261)는 시각 동기화부(270)로부터 출력되는 기준 시각 신호에 동기화하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. The A/
FFT(263)는 A/D 컨버터(262)로부터 출력되는 신호를 일정 시간의 구간 별로 푸리에 변환하여, 각 구간별 주파수 성분을 산출한다. The
부분방전 신호는 전자파의 형태로 전력기기의 내부, 외부 또는 전력 선로를 진행하게 된다. 이러한 전자파는 전자기장의 특정한 분포를 가지는 모드(mode)들의 조합 형태로 진행한다. 전자파의 모드의 예로는 TEM(Transverse Electromagnetic) 모드, TEx (x=1,2,3,4)(TransverseElectric)모드 등을 들 수 있으며, 이외에도 다양한 모드가 존재한다. 모드별 전자파의 진행 속도는 서로 다르다. TEM 모드의 전자파는 광속도 C로 전파하며, 그 외의 모드는 아래 수학식 2의 군속도 vg로 진행한다. 즉, 전력기기의 내외부 또는 전력선로를 진행하는 전자파 형태 부분방전 신호는 서로 다른 군속도를 갖는 다양한 모드의 전자파의 조합이라고 할 수 있다. The partial discharge signal travels inside, outside, or a power line of a power device in the form of electromagnetic waves. These electromagnetic waves travel in the form of a combination of modes having a specific distribution of an electromagnetic field. Examples of the electromagnetic wave mode include a TEM (Transverse Electromagnetic) mode, a TEx (x=1,2,3,4) (TransverseElectric) mode, and various other modes. The propagation speed of electromagnetic waves for each mode is different. Electromagnetic waves in the TEM mode propagate at the optical speed C, and other modes proceed at the group speed v g of Equation 2 below. That is, the partial discharge signal in the form of electromagnetic waves traveling inside or outside the power equipment or traveling through the power line can be said to be a combination of electromagnetic waves of various modes having different group speeds.
[수학식 2][Equation 2]
여기서, C는 광속도, fc는 모드별 전자파의 고유 차단주파수, f는 전력기기의 도착시점에서의 모드별 전자파의 주파수를 의미한다. Here, C is the speed of light, fc is the natural cutoff frequency of electromagnetic waves for each mode, and f is the frequency of the electromagnetic waves for each mode at the time of arrival of the power device.
어떤 모드의 전자파는 고유의 차단주파수 이상이 되어야만 전력기기의 내외 또는 전력 선로를 진행할 수 있다.Electromagnetic waves in certain modes must be greater than or equal to their own cut-off frequency in order to travel inside or outside the power equipment or power lines.
한편, 부분방전이 부분방전 센서(100)로부터 거리 L만큼 떨어진 곳에서 발생했다면, 부분방전 센서(100)는 부분방전 신호의 모드별 전자파들 중 가장 빠른 TEM 모드의 전자파를 가장 먼저 검출하고, 그 외 모드의 전자파에 대해서는 군속도 vg가 빠른 순서대로 검출하게 된다. 서로 다른 모드 1과 모드 2의 전자파가 부분방전 센서(100)에 도착한 시간을 각각 t1 및 t2라 하고, 각 모드의 군속도를 vg1 및 vg2라 하면 부분방전의 발생 위치로부터 부분방전 센서(100)까지의 거리 L은 아래 수학식 3에 의해 계산될 수 있다.On the other hand, if the partial discharge occurs at a distance L away from the
[수학식 3][Equation 3]
수학식 3을 이용하여 부분방전의 발생 위치를 탐색하기 위해서는 각 모드별 전자파의 도착 시간의 차이 t와 군속도 vg1 및 vg2를 알아야 한다. 부분방전 센서(100)에 의해 검출된 신호의 파형으로부터 각 모드별 전자파의 도착 시간의 차이 t를 계산하기가 어렵고, TEM 모드를 제외한 모드들의 군속도는 수학식 2에 기재된 바와 같이 주파수별로 다른 값을 갖기 때문에 각 모드의 전자파가 부분방전 센서(100)에 도착할 때의 주파수 성분 f를 알아야 군속도 vg1 및 vg2를 계산할 수 있다.In order to search for the location of the partial discharge using Equation 3, it is necessary to know the difference t of the arrival time of the electromagnetic waves for each mode and the group velocities v g1 and v g2 . It is difficult to calculate the difference t of the arrival time of the electromagnetic waves for each mode from the waveform of the signal detected by the
이에, 본 실시예에서는 아래 수학식 4와 같은 단구간 푸리에 변환(Short Term FourierTransform)을 이용하여 각 모드별 도착 시간과 도착 시점의 주파수 f를 계산한다. Accordingly, in the present embodiment, the arrival time of each mode and the frequency f of the arrival time are calculated using a short term Fourier transform as shown in Equation 4 below.
[수학식 4][Equation 4]
여기서, s(f)는 주파수 f에서의 파형의 크기, h(-t)는 창함수(window function)로서 시간축 및 주파수축의 해상도를 결정한다. S(t, f)는 파형 시간 t에서의 주파수 성분 f의 크기를 의미한다. 이와 같이, 단구간 푸리에 변환은 어떤 신호의 파형을 일정한 시간 단위로 분해하고, 이와 같은 분해 구간을 푸리에 변환함으로써 시간 도메인과 주파수 도메인에서 신호가 분석될 수 있다.Here, s(f) is the size of the waveform at the frequency f, and h(-t) is a window function, which determines the resolution of the time axis and the frequency axis. S(t, f) means the magnitude of the frequency component f at the waveform time t. As described above, the short-term Fourier transform decomposes a waveform of a certain signal in a predetermined time unit, and a Fourier transform of the decomposition section can analyze a signal in the time domain and the frequency domain.
상술한 바와 같이 FFT(263)는 A/D 컨버터(262)로부터 출력되는 신호를 일정 시간의 구간 별로 푸리에 변환함으로써 각 구간별 주파수 성분을 산출한다. As described above, the
군속도 산출부(264)는 FFT(263)에 의해 산출된 각 구간별 주파수 성분 중 차단 주파수와 주파수를 이용하여 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출한다. The
군속도 산출부(264)는 FFT(263)에 의해 산출된 각 구간별 주파수 성분 중 스펙트럼 분석부(250)에 의해 분석된 주파수 특성에 따른 부분방전 신호의 주파수 영역에 속하는 모드별 주파수 성분의 특성값들로부터 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출한다. 여기서, FFT(263)에 의해 산출된 각 구간별 주파수 성분의 특성값은 각 주파수 성분의 차단 주파수와 주파수이다. The
따라서, 군속도 산출부(264)는 수학식 2를 이용하여 FFT(263)에 의해 산출된 각 구간별 주파수 성분의 차단 주파수와 주파수로부터 부분방전 센서(100)에 의해 검출된 신호의 모드별 군속도를 산출한다.Accordingly, the group
위치 탐색부(265)는 군속도 산출부(264)에서 산출된 모드별 군속도의 차이에 기초하여 각 부분방전 유형의 부분방전 발생 위치를 탐색한다. 이때, 위치 탐색부(265)는 군속도 산출부(264)에서 산출된 모드별 군속도의 차이와 스펙트럼 분석부(250)에서 분석된 모드별 주파수 성분이 부분방전 센서(100)에 도착한 시간의 차이로부터, 스펙트럼 분석부(250)에서 분석된 주파수 특성에 따른 부분방전 신호의 발생 위치를 산출한다. 즉, 위치 탐색부(265)는 각 스펙트럼의 주파수 영역별 군집성을 이용하여 각 주파수 영역의 군집성 시간차를 이용하여 각 주파수영역 신호의 발생 위치를 추적한다. The
연산부(266)는 FFT(263)에서 산출된 각 구간별 주파수 성분 중 스펙트럼 분석부(250)에서 분석된 주파수 특성에 따른 부분방전 신호의 주파수 영역에 속하는 모드별 주파수 성분의 특성값들과 위치 탐색부(265)에서 탐색된 부분방전 발생 위치 정보로부터 모드별 주파수 성분의 군집 형태와 발생 위치 정보를 나타내는 군속도 데이터를 산출한다. 연산부(266)는 군속도 데이터를 통신부(210)를 통해 표시 장치(300)로 전송한다. 그러면, 표시장치(300)는 연산부(266)에 의해 산출된 군속도 데이터를 영상 신호로 변환하고, 모드별 주파수 성분의 군집 형태와 발생 위치 정보를 나타내는 그래프를 표시할 수 있다. The
상기와 같이 구성된 군속도 분석부(260)가 나노 스피드로 신호를 처리할 수 있는 소자로 구현된다면, 부분방전의 발생 위치도 나노 초(nano sec) 단위로 산출될 수 있어 매우 정밀한 위치 탐색이 가능하게 된다.If the group
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선용 부분방전 위치검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 9 is a flowchart illustrating a method of detecting a location of a partial discharge for wireless according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 부분방전 위치검출 장치(200)는 각 전력기기에 설치된 각 부분방전 센서(100)로부터 부분방전 신호를 수신한다(S910).Referring to FIG. 9, the partial discharge
그런 후, 부분방전 위치검출 장치는 부분방전 신호로부터 센서간 시간차를 연산하고(S920), 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하여 부분방전의 발생과 유형을 진단한다(S930). 이때, 부분방전 위치검출 장치는 광대역 신호의 패턴을 분석하여, 부분방전의 패턴과 유형을 진단할 수 있다. Then, the partial discharge position detection apparatus calculates a time difference between the sensors from the partial discharge signal (S920), and extracts a broadband signal from the partial discharge signal to diagnose the occurrence and type of the partial discharge (S930). At this time, the partial discharge position detection apparatus may diagnose the pattern and type of the partial discharge by analyzing the pattern of the broadband signal.
단계 S930이 수행되면, 부분방전 위치검출 장치는 센서간 시간차를 이용하여 상기 진단된 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하고, 산출된 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 검출한다(S940).When step S930 is performed, the partial discharge position detection device calculates the group speed for each mode of the diagnosed partial discharge signal using the time difference between the sensors, and uses the calculated group speed for each mode to calculate the position of each type of partial discharge. Is detected (S940).
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸무선용 부분방전 위치검출 시스템 및 그 방법은, 센서간 시간차 분석 기능, 광대역 분석 기능 및 군속도 분석 기능을 연동하여, 부분방전으로 진단된 신호의 발생 위치를 탐색함으로써, 광대역 분석 기법에 따라 진단된 유형의 부분방전 신호가 아닌 다른 신호의 발생 위치가 부분방전의 발생 위치로 오인되는 것을 방지할 수 있다. As described above, the system and method for detecting the partial discharge position for the bell wireless according to an embodiment of the present invention include a time difference analysis function between sensors, a broadband analysis function, and a group speed analysis function, so that the signal diagnosed as partial discharge is By searching for the location of occurrence, it is possible to prevent the location of the occurrence of a signal other than the type of partial discharge signal diagnosed according to the broadband analysis technique from being mistaken as the location of the occurrence of the partial discharge.
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.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is only illustrative, and those of ordinary skill in the field to which the technology pertains, various modifications and other equivalent embodiments are possible. I will understand.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the following claims.
200 : 부분방전 위치검출 장치
210 : 통신부
220 : 분배부
230 : 시간차 분석부
240 : 광대역 분석부
250 : 스펙트럼 분석부
260 : 군속도 분석부
270 : 시각 동기화부
280 : 제어부200: partial discharge position detection device
210: communication department
220: distribution unit
230: time difference analysis unit
240: broadband analysis unit
250: spectrum analysis unit
260: group speed analysis unit
270: time synchronization unit
280: control unit
Claims (15)
상기 복수의 부분방전 센서로부터 부분방전 신호를 수신하고, 상기 부분방전 신호를 이용하여 센서간 시간차를 연산하며, 광대역 신호를 추출하여 부분방전의 발생과 유형을 진단하고, 상기 센서간 시간차를 이용하여 상기 진단된 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하고, 상기 산출된 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 검출하는 부분방전 위치검출 장치;
를 포함하는 무선용 부분방전 위치검출 시스템.
A plurality of partial discharge sensors installed in a power device and detecting a partial discharge signal generated from the power device; And
Receive partial discharge signals from the plurality of partial discharge sensors, calculate a time difference between sensors using the partial discharge signals, extract a broadband signal to diagnose the occurrence and type of partial discharge, and use the time difference between the sensors. A partial discharge position detection device that calculates a group velocity for each mode of the diagnosed partial discharge signal of each type and detects a position where each type of partial discharge occurs by using the calculated group velocity for each mode;
Wireless partial discharge location detection system comprising a.
상기 부분방전 위치검출장치로부터 센서간 시간차, 광대역신호의 패턴, 부분방전 발생위치 중 적어도 하나를 수신하여, PRPD, PRPS, 결함종류, 부분방전 발생위치(cm), 센서간 시간차(ns), 센서간 거리(cm) 중 적어도 하나를 표시하는 표시장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선용 부분방전 위치검출 시스템.
The method of claim 1,
By receiving at least one of a time difference between sensors, a pattern of a broadband signal, and a partial discharge location from the partial discharge position detection device, PRPD, PRPS, defect type, partial discharge location (cm), time difference between sensors (ns), and sensor A wireless partial discharge position detection system, further comprising a display device that displays at least one of the distances (cm).
상기 부분방전 위치검출 장치는,
상기 부분방전 신호로부터 센서간 시간차를 연산하는 시간차 연산부;
상기 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 광대역 신호의 패턴을 분석하여, 부분방전의 발생과 유형을 진단하는 광대역 분석부; 및
상기 센서간 시간차를 이용하여 상기 진단된 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하고, 상기 산출된 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 검출하는 군석도 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선용 부분방전 위치검출 시스템.
The method of claim 1,
The partial discharge position detection device,
A time difference calculating unit for calculating a time difference between sensors from the partial discharge signal;
A broadband analysis unit for extracting a broadband signal from the partial discharge signal, analyzing the pattern of the extracted broadband signal, and diagnosing the occurrence and type of the partial discharge; And
Comprising a group speed analysis unit for calculating the group speed for each mode of the diagnosed partial discharge signal using the time difference between the sensors, and detecting the location of each type of partial discharge using the calculated group speed for each mode. Partial discharge position detection system for wireless.
상기 부분방전 신호로부터 다중 스펙트럼의 주파수영역별 신호를 추출하고, 상기 광대역 분석부에서 진단된 각 유형에 해당하는 부분방전 신호에 대해 주파수 영역의 주파수 특성을 분석하는 스펙트럼 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선용 부분방전 위치검출 시스템.
The method of claim 3,
Further comprising a spectrum analysis unit for extracting a signal for each frequency domain of a multi-spectrum from the partial discharge signal, and analyzing the frequency characteristics of the frequency domain for the partial discharge signal corresponding to each type diagnosed by the broadband analysis unit. Wireless partial discharge position detection system.
상기 군석도 분석부는,
상기 스펙트럼 분석부에서 분석된 주파수 특성에 따른 부분방전 신호의 주파수 영역에서 상기 모드별 군속도의 시간차를 산출하여, 각 부분방전 유형의 부분방전 발생 위치를 검색하는 것을 특징으로 하는 무선용 부분방전 위치검출 시스템.
The method of claim 4,
The Gunseokdo analysis unit,
Partial discharge location detection for wireless, characterized in that by calculating the time difference of the group speed for each mode in the frequency domain of the partial discharge signal according to the frequency characteristics analyzed by the spectrum analyzer, and searching for the location of the partial discharge of each partial discharge type. system.
상기 부분방전 신호로부터 센서간 시간차를 연산하는 시간차 연산부;
상기 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 광대역 신호의 패턴을 분석하여, 부분방전의 발생과 유형을 진단하는 광대역 분석부; 및
상기 센서간 시간차를 이용하여 상기 진단된 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하고, 상기 산출된 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 검출하는 군석도 분석부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 위치검출 장치.
A communication unit for receiving a partial discharge signal from each partial discharge sensor installed in each power device;
A time difference calculating unit for calculating a time difference between sensors from the partial discharge signal;
A broadband analyzer for extracting a broadband signal from the partial discharge signal, analyzing the pattern of the extracted broadband signal, and diagnosing the occurrence and type of the partial discharge; And
A group speed analysis unit for calculating a group velocity for each mode of the diagnosed partial discharge signal using the time difference between the sensors, and detecting a location of each type of partial discharge using the calculated group velocity for each mode;
Partial discharge position detection device comprising a.
상기 부분방전 신호로부터 다중 스펙트럼의 주파수영역별 신호를 추출하고, 상기 광대역 분석부에서 진단된 각 유형에 해당하는 부분방전 신호에 대해 주파수 영역의 주파수 특성을 분석하는 스펙트럼 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 위치검출 장치.
The method of claim 6,
Further comprising a spectrum analysis unit for extracting a signal for each frequency domain of a multi-spectrum from the partial discharge signal, and analyzing the frequency characteristics of the frequency domain for the partial discharge signal corresponding to each type diagnosed by the broadband analysis unit. Partial discharge position detection device.
상기 군석도 분석부는,
상기 스펙트럼 분석부에서 분석된 주파수 특성에 따른 부분방전 신호의 주파수 영역에서 상기 모드별 군속도의 시간차를 산출하여, 각 부분방전 유형의 부분방전 발생 위치를 검색하는 것을 특징으로 하는 부분방전 위치검출 장치.
The method of claim 6,
The Gunseokdo analysis unit,
The partial discharge position detection device, characterized in that by calculating a time difference of the group speeds for each mode in the frequency domain of the partial discharge signal according to the frequency characteristic analyzed by the spectrum analyzer, and searching for a partial discharge occurrence position of each partial discharge type.
일정한 주기로 변동하는 기준 시각 신호를 생성하여, 상기 시간차 연산부, 광대역 분석부 및 군속도 분석부에 동기 신호로 제공하는 시각 동기화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 위치검출 장치.
The method of claim 6,
A partial discharge position detection apparatus further comprising a time synchronization unit generating a reference time signal that fluctuates at a constant period and providing the time difference calculation unit, the broadband analysis unit, and the group speed analysis unit as a synchronization signal.
상기 광대역 분석부는,
상기 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하는 주파수 필터;
상기 주파수 필터로부터 출력되는 광대역 신호를 증폭하는 증폭부;
상기 증폭된 광대역 신호의 피크를 검출 및 일정 시간 동안 홀드(hold)하여 상기 증폭된 광대역 신호의 순시 최대값을 추출하고, 상기 추출된 순시 최대값에 기초하여 시간 스케일이 확대된 신호를 출력하는 피크 홀더;
상기 피그 홀더로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 및
상기 A/D 컨버터로부터 출력되는 신호의 패턴을 분석하고, 상기 분석된 신호 패턴의 특성에 기초하여 부분방전의 발생과 유형을 진단하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 위치검출 장치.
The method of claim 6,
The broadband analysis unit,
A frequency filter for extracting a broadband signal from the partial discharge signal;
An amplifying unit amplifying the broadband signal output from the frequency filter;
A peak that detects and holds the peak of the amplified broadband signal for a predetermined period of time to extract an instantaneous maximum value of the amplified broadband signal, and outputs a signal whose time scale is enlarged based on the extracted instantaneous maximum value holder;
An A/D converter converting an analog signal output from the pig holder into a digital signal; And
And a calculation unit for analyzing a pattern of a signal output from the A/D converter and diagnosing the occurrence and type of partial discharge based on the characteristics of the analyzed signal pattern.
상기 스펙트럼 분석부는,
상기 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하는 주파수 필터;
상기 주파수 필터로부터 출력되는 신호로부터 다중 스펙트럼의 주파수 영역별 신호를 추출하는 주파수영역 추출부;
각 스펙트럼의 주파수 영역별 신호에 대해 순차적으로 시간 스케일이 확대된 주파수영역 신호를 산출하는 피크 홀더;
상기 피그 홀더로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 및
A/D 컨버터로부터 출력되는 주파수영역 신호의 주파수 특성을 분석하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 위치검출 장치.
The method of claim 6,
The spectrum analysis unit,
A frequency filter for extracting a broadband signal from the partial discharge signal;
A frequency domain extracting unit for extracting a multispectral frequency domain signal from the signal output from the frequency filter;
A peak holder for sequentially calculating a frequency domain signal whose time scale is enlarged for each frequency domain signal of each spectrum;
An A/D converter converting an analog signal output from the pig holder into a digital signal; And
Partial discharge position detection apparatus comprising a calculation unit for analyzing the frequency characteristics of the frequency domain signal output from the A/D converter.
상기 연산부는,
상기 A/D 컨버터로부터 출력되는 주파수영역 신호의 특성값과 여러 유형의 부분방전 신호의 주파수 특성값들을 비교하여, 상기 광대역 분석부의 부분방전 진단의 오류 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 부분방전 위치검출 장치.
The method of claim 11,
The calculation unit,
Partial discharge position detection, characterized in that by comparing the characteristic values of the frequency domain signal output from the A/D converter with the frequency characteristic values of various types of partial discharge signals, and determining whether or not there is an error in the partial discharge diagnosis of the broadband analyzer. Device.
상기 군속도 분석부는,
상기 광대역 분석부의 진단에 따른 각 유형의 부분방전 신호에 대한 제1 모드 전자파의 군속도를 산출하고, 해당 유형의 부분방전 신호에 대한 제2 모드 전자파의 군속도를 산출하며, 상기 제1 모드 전자파의 군속도와 상기 제2 모드 전자파의 군속도 간의 시간차로부터 해당 유형의 부분방전의 발생 위치를 탐색하는 것을 특징으로 하는 부분방전 위치검출 장치.
The method of claim 6,
The group speed analysis unit,
Calculate a group velocity of a first mode electromagnetic wave for each type of partial discharge signal according to the diagnosis of the broadband analyzer, calculate a group velocity of a second mode electromagnetic wave for a corresponding type of partial discharge signal, and the group velocity of the first mode electromagnetic wave And a partial discharge position detection apparatus for searching for a location of a corresponding type of partial discharge from a time difference between the group speed of the second mode electromagnetic wave.
상기 군속도 분석부는,
상기 부분방전 신호를 일정시간의 구간 별로 적분하여, 상기 부분방전 신호의 속도를 일정 시간의 구간 별로 산출하는 시간 필터;
상기 시간 필터로부터 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터;
상기 A/D 컨버터로부터 출력되는 신호를 일정 시간의 구간 별로 푸리에 변환하여, 각 구간별 주파수 성분을 산출하는 FFT부;
상기 FFT부에 의해 산출된 각 구간별 주파수 성분 중 차단 주파수와 주파수를 이용하여 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하는 군속도 산출부; 및
상기 산출된 모드별 군속도의 차이에 기초하여 각 유형의 부분방전 신호의 발생 위치를 탐색하는 위치 탐색부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분방전 위치검출 장치.
The method of claim 6,
The group speed analysis unit,
A time filter for integrating the partial discharge signal for each period of a predetermined time and calculating a speed of the partial discharge signal for each period of a predetermined time;
An A/D converter converting a signal output from the time filter into a digital signal;
An FFT unit for calculating a frequency component for each section by Fourier transforming the signal output from the A/D converter for each section of a predetermined time;
A group speed calculation unit for calculating a group speed for each mode of the partial discharge signal using a cutoff frequency and a frequency among frequency components for each section calculated by the FFT unit; And
And a position search unit for searching for a location of each type of partial discharge signal based on the calculated difference in group speed for each mode.
각 전력기기에 설치된 각 부분방전 센서로부터 부분방전 신호를 수신하는 단계;
상기 부분방전 신호로부터 센서간 시간차를 연산하는 단계;
상기 부분방전 신호로부터 광대역 신호를 추출하고, 상기 추출된 광대역 신호의 패턴을 분석하여, 부분방전의 발생과 유형을 진단하는 단계; 및
상기 센서간 시간차를 이용하여 상기 진단된 각 유형의 부분방전 신호의 모드별 군속도를 산출하고, 상기 산출된 모드별 군속도를 이용하여 각 유형의 부분방전 발생 위치를 검출하는 단계;
를 포함하는 무선용 부분방전 위치검출 방법.In the method for the partial discharge position detection device to detect the partial discharge position,
Receiving a partial discharge signal from each partial discharge sensor installed in each power device;
Calculating a time difference between sensors from the partial discharge signal;
Extracting a broadband signal from the partial discharge signal, analyzing the pattern of the extracted broadband signal, and diagnosing the occurrence and type of partial discharge; And
Calculating a group velocity for each mode of the diagnosed partial discharge signal using the time difference between the sensors, and detecting a location of each type of partial discharge using the calculated group velocity for each mode;
Wireless partial discharge location detection method comprising a.
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