KR20210123899A - 고장점 위치 검출을 위한 iot기술 기반 고장점 표정 시스템 및 방법 - Google Patents

고장점 위치 검출을 위한 iot기술 기반 고장점 표정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

교류 전기철도의 급전계통에서 지락고장이 발생하였을 경우, 고장점 위치를 신속하면서도 정확히 검출할 수 있도록 한 전기철도시스템에서 IOT(Internet of Things) 기술을 적용한 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템이 개시된다. 상기 고장점 표정 시스템은, 전류를 검출하여 복수개의 전류 검출 정보를 서로 각각 대응되게 생성하는 복수개의 전류 검출 센서, 상기 복수개의 전류 검출 센서를 하나의 센싱 블록으로 각각 연결되어 상기 복수개의 전류 검출 정보를 수집하는 복수개의 중간 자료 수집 장치, 및 상기 복수의 중간 자료 수집 장치와 연결되어 수집된 상기 복수개의 전류 검출 정보를 이용하여 고장점 표정을 실행하는 고장점 표정 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템 및 방법{Internet Of Things based Fault localizing system and method for detecting fault location}
본 발명은 고장점 위치 검출 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 교류 전기철도의 급전계통에서 지락고장이 발생하였을 경우 고장점 위치를 신속하면서도 정확히 검출할 수 있도록 한 전기철도시스템에서 IOT(Internet Of Things) 기술을 적용한 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템 및 방법에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 단권 변압기에 의한 교류전기철도 급전계통에서 지락고장이 발생하는 경우에 고장점의 위치를 전기량을 검출한 전류검출 센서에 의해 찾을 수 있도록 한 전기 철도 시스템에서 IOT기술을 이용한 고장점 표정 시스템 및 방법에 대한 것이다.
전기철도에서는 가공전선과 레일(Rail) 도체군을 전력의 전송로로 사용하여 차량의 구동을 위해 필요한 전력을 공급받는 형태로 되어 있다. 이렇게 전력을 차량에 공급하는 것을 급전이라고 하는데, 공급하는 전력의 형태에 따라 크게 직류 급전방식과 교류 급전방식으로 구분된다.
직류 급전방식은 일반 전력 계통으로부터 수전하는 특별고압(22.9㎸, 154㎸ 등)의 교류전기를 철도용 변전소 변압기에서 직류(1500V 등)로 변환하여 전차선로에 직류 전력을 공급하는 방식이며, 교류 급전방식은 일반적으로 변전소로부터 수전하는 상용 주파수 전기(3Ф)를 단상 변압기 또는 3상/2상 변환장치에 의해 전차선로에 단상 교류 전기를 공급하여 운전하는 방식이다.
교류 급전방식은 급전방식, 주파수 방식, 전압방식 및 전기차량 방식별에 의하여 분류할 수 있으나, 크게 급전방식에 따라 직접 방식, 흡상 변압기(Booster Transformer)방식, 단권 변압기(AT: Auto-Transformer)방식으로 분류된다.
직접 급전방식은 가장 간단한 급전회로로서 전차선로 구성을 트롤리(Trolley)와 레일(Rail)만으로 된 것과 레일(Rail)과 병렬로 별도의 귀선을 설치한 2가지 방식이 있다. 흡상 변압기(Booster Transformer; BT) 급전방식은 권선비 1:1의 특수 변압기를 약 4㎞마다 설치하여 트롤리(Trolley)에 부스터 섹션을 설치하고 흡상 변압기(BT)의 1차측 및 2차측을 트롤리(Trolley)와 피더(Feeder)에 각각 직렬로 접속한다. 그리고, 흡상 변압기와 흡상 변압기 사이는 중간점에서 레일(Rail)과 피더(Feeder)를 흡상선으로 접속하여 레일(Rail)에서 대지에 누설되는 전기차 귀선전류를 흡상변압기(BT) 작용에 의해 강제적으로 피더(Feeder)에 흡상시켜 통신선로의 유도장애를 경감하는 방식이다.
단권 변압기(AT) 급전방식은 권수비가 1:1 혹은 1:2인 단권 변압기를 사용하여 피더(Feeder)를 선로를 따라 가선하여 이 피더(Feeder)와 트롤리(Trolley)와의 사이에 약 10㎞ 간격으로 단권 변압기를 병렬로 설치 접속하여 변압기 권선의 중성점을 레일(Rail)에 접속하는 방식이다.
그러나, 종래 기술에 따른 전기 철도 시스템의 교류 급전방식에 있어서는 변전소와 보조 구분소 사이, 보조 구분소와 보조 구분소 사이, 보조 구분소와 구분소 사이의 거리가 약 10km 정도로 멀리 떨어져 있다. 이러함에도 불구하고, 전기 철도 시스템의 고장 발생시 변전소와 보조 구분소 사이, 보조 구분소와 보조 구분소 사이, 보조 구분소와 구분소 사이 등으로 대략적인 고장 위치를 판정하기 때문에 복구에 많은 인력과 시간 등이 소모되는 문제점이 있었다.
따라서, 이를 해결하기 위해 본 출원인은 2002년 11월 8일자로, 전기 철도 시스템의 고장 발생시 변전소의 급전 전류 및 변전소, 다수의 보조 구분소, 및 구분소에서 발생된 단권 변압기(AT) 흡상전류를 검출하여 고장 형태를 판단한 후 판단된 고장형태에 따라 정확한 고장위치의 거리를 검출하도록 함으로써 복구를 위해 빠른 조치를 취할 수 있어 많은 인력 및 시간의 소모를 방지할 수 있는 방법(명칭 : 전기철도시스템의 고장점 표정방법) 및 장치(명칭 : 전기철도시스템의 고장점 표정장치)를 출원하여, 각각 등록받았습니다 .
상기한 "전기철도시스템의 고장점 표정방법"(등록번호 : 제10-0384815호(등록일: 2003.05.09)) 및 "전기철도시스템의 고장점 표정장치"(등록번호 : 제10-0384816호(등록일: 2003.05.09))에 의하면, 흡상전류의 크기를 기준으로 고장구간을 찾고 고장구간 양단의 흡상전류의 비를 이용하여 고장점을 찾는 방식이다.
그런데, 흡상전류를 계측하는 위치는 단권 변압기(AT)의 중성점이므로, 변전소내에 지선에서 발생하는 고장, 선로 중간의 분기선에서 발생하는 고장, 구분소의 연장선 상에서 발생하는 고장 등 종래 기술로 검출이 어려운 구간이 존재한다는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허번호 제10-0384815호(등록일: 2003.05.09) 2. 한국등록특허번호 제10-0384816호(등록일: 2003.05.09)
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 교류 전기철도의 급전계통에서 지락고장이 발생하였을 경우, 고장점 위치를 신속하면서도 정확히 검출할 수 있도록 한 전기철도시스템에서 IOT(Internet of Things) 기술을 적용한 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 단권 변압기에 의한 교류전기철도 급전계통에서 지락고장이 발생하는 경우, 고장점의 위치를 전기량을 검출한 전류검출 센서에 의해 찾을 수 있도록 한 전기 철도 시스템에서 IOT기술을 이용한 고장점 표정 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 교류 전기철도의 급전계통에서 지락고장이 발생하였을 경우, 고장점 위치를 신속하면서도 정확히 검출할 수 있도록 한 전기철도시스템에서 IOT(Internet of Things) 기술을 적용한 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템을 제공한다.
상기 고장점 표정 시스템은,
전류를 검출하여 복수개의 전류 검출 정보를 각각 생성하는 복수개의 전류 검출 센서를 갖는 복수개의 센싱 블록;
상기 복수개의 센싱 블록에 각각 연결되며, 상기 복수개의 전류 검출 정보를 수집하는 복수개의 중간 자료 수집 장치; 및
상기 복수의 중간 자료 수집 장치와 연결되며, 수집된 상기 복수개의 전류 검출 정보를 이용하여 고장점 표정을 실행하는 고장점 표정 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 복수개의 전류 검출 정보는 각각 타임 스탬프 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수개의 전류 검출 정보는 각각 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수개의 전류 검출 센서는 상기 고장점 표정 장치로부터 시각 동기 신호를 수신받아 상기 고장점 표정 장치와 시각 동기화되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고장점 표정은 상기 복수개의 전류 검출 정보 중 가장 큰 전류값을 생성한 상기 복수개의 전류 검출 센서 중 어느 한 개를 특정하여 상기 특정된 전류 검출 센서가 미리 설정되는 일정 간격으로 배치되는 복수개의 고장 구간 중 어느 하나에 속하는 것을 판정함으로써 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수개의 고장 구간은 상기 복수개의 전류 검출 센서가 변전소에서 전차선의 말단까지 위치가 특정된 선로상의 구조물에 설치되는 구간인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고장점 표정은 판정된 상기 어느 하나의 고장 구간 내에서 복수의 순환전류의 크기가 달라지는 점을 고장점 위치로 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 순환전류는 상기 어느 하나의 고장 구간 내에서 2가지 크기의 순환전류이고, 상기 어느 하나의 고장 구간 외의 나머지 고장 구간에서는 동일한 크기의 순환전류인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고장점 표정은 판정된 상기 어느 하나의 고장 구간 내에서 동일한 크기의 순환전류가 존재하는 경우, 상기 어느 하나의 고장 구간 양단의 단권 변압기로 흡상되는 흡상전류의 비로 고장점 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 순환전류는 전차선 도체군의 한점과 레일 도체군의 한점사이에 지락이 발생함에 따라 전차선 도체군의 한점과 레일 도체군의 한점사이의 고장 전류가 상기 레일 도체군을 따라 흐르다가 분류되는 전류인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고장점 표정 시스템은, 급전 계통에 고장이 발생하면, 상기 고장점 표정 장치에 트립신호를 전송하여 상기 고장점 표정 장치가 상기 복수개의 중간 자료 수집 장치에 상기 전류 검출 정보를 요청하도록 하는 보호 계전기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고장점 표정 시스템은, 상기 보호 계전기의 제어에 따라 상기 급전 계통을 차단하는 차단기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 복수개의 전류 검출 센서를 갖는 복수개의 센싱 블록이 전류를 검출하여 복수개의 전류 검출 정보를 각각 생성하는 단계; (b) 상기 복수개의 센싱 블록에 각각 연결되는 복수개의 중간 자료 수집 장치가 상기 복수개의 전류 검출 정보를 수집하는 단계; 및 (c) 상기 복수의 중간 자료 수집 장치와 연결되는 고장점 표정 장치가 수집된 상기 복수개의 전류 검출 정보를 이용하여 고장점 표정을 실행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 교류 전기철도의 급전계통에 지락고장이 발생하는 경우, IOT기술을 적용한 분산된 전류검출 센서로부터 고장 전류 이력 정보를 받아서 고장 전류의 분포로부터 추정에 의해 고장점 위치를 신속하면서도 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 검출된 고장점 위치의 표정에 의해 고장제거와 복구에 드는 시간을 획기적으로 줄여서 열차운행을 원활하게 할 수 있게 되는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고장점 표정 시스템의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전류 검출 센서의 상세 구성을 나타낸 구성 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 중간 자료 수집 장치의 상세 구성을 나타낸 구성 블럭도이다.
도 4는 도 1에 도시된 고장점 표정 장치의 상세 구성을 나타낸 구성 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고장점 표정 과정을 설명하기 위해 채용된 전기철도계통 고장 모델이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 철도 시스템에서 전기량에 의한 고장점 검출 과정을 보여주는 플로우 차트이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고장점 표정 시스템(100)의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 고장점 표정 시스템(100)은, 전류를 검출하여 전류 검출 정보를 생성하는 제 1 내지 제 n 전류 검출 센서(110a 내지 110n), 제 1 내지 제 n 전류 검출 센서(110a 내지 110n)와 연결되어 전류 검출 정보를 수집하는 제 1 내지 제 n 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n), 제 1 내지 제 n 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)와 연결되어 수집된 전류 검출 정보를 이용하여 고장점 표정을 실행하는 고장점 표정 장치(130), 전기 계통에서 설비를 보호하는 보호 계전기(140), 보호 계전기(140)로부터 온/오프하는 신호를 받아 도통 또는 차단하는 차단기(150) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 내지 제 n 전류 검출 센서(110a 내지 110n)는 레일 도체군(예, 레일, 접속선, 보호선 또는 중성선)에 설치되어 이 레일 도체군에 흐르는 전류를 검출하여 전류 검출 정보를 생성하는 기능을 수행한다. 제 1 내지 제 n 전류 검출 센서(110a 내지 110n)는 하나의 센싱 블럭(110)이 된다. 부연하면, 이 센싱 블럭(110)이 제 1 내지 제 n 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)에 각각 연결된다. 즉, 하나의 중간 자료 수집 장치마다 하나의 센싱 블럭(110)이 구성될 수 있다.
제 1 내지 제 n 전류 검출 센서(110a 내지 110n)는 제 1 내지 제 n 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)의 요청 신호가 있는 경우에 요청을 받은 요청 시점으로부터 과거의 일정 기간 동안의 전류 검출 정보를 타임 스탬프(time stamp) 정보와 함께 전송한다.
제 1 내지 제 n 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)는 제 1 내지 제 n 전류 검출 센서(110a 내지 110n)의 정보를 중간에서 수집하고, 상위 변전소의 고장점 표정 장치(130)와 정보를 주고 받는 기능을 수행한다.
제 1 내지 제 n 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)는 매일 1회 이상 변전소의 고장점 표정 장치(130)로부터 시각 동기 신호를 받아 각 전류 검출 센서(110a 내지 110n)에 시각동기 신호를 전송한다. 따라서, 각 전류 검출 센서(110a 내지 110n)는 서로 동기화된다.
또한, 고장이 발생하였을 때 상위 변전소의 고장점 표정 장치(130)에서 고장 전류 정보 수집 요청을 받아 각 전류 검출 센서(110a 내지 110n)에 기록된 고장전류 이력 정보인 전류 검출 정보를 요청하고 수집된 전류 검출 정보를 상위 변전소의 고장점 표정 장치(130)에 전송한다.
변전소(미도시)에 설치되는 고장점 표정 장치(130)는 급전 계통에 지락 등에 의한 고장 발생시 상기 보호 계전기(140)로부터 인가되는 트립신호에 따라 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)에 각 전류 검출 센서(110a 내지 110n)의 고장전류 이력 정보인 전류 검출 정보를 요청한다. 그리고, 각 전류 검출 센서(110a 내지 110n)의 전류 검출 정보를 가지고 고장 시점에서 가장 큰 전류값을 가지는 전류 검출 센서를 특정하여 고장점이 위치한 고장 구간을 판정하고, 고장 구간 내의 고장점의 위치를 결정한다.
고장 구간은 각 전류 검출 센서(110a 내지 110n)가 일정 간격으로 배치되는 구간을 말한다. 예를 들면, 거리가 0인 기준점과 제 1 전류 검출 센서(110a) 사이를 제 1 고장 구간, 제 1 전류 검출 센서(110a)와 제 2 전류 검출 센서(110b) 사이를 제 2 고장 구간, 제 2 전류 검출 센서(110b)와 와 제 3 전류 검출 센서(110c) 사이를 제 3 고장 구간 등과 같이 구성할 수 있다. 물론, 이들 사이 간격은 약 10km가 될 수 있다.
상기 보호 계전기(140)는 전기 철도 시스템에 고장 발생시 차단기(150)를 차단시키기 위한 신호를 출력한다. 상기 차단기(150)는 상기 보호 계전기(140)로부터 출력된 차단신호에 따라 상기 변전소내 급전 전원을 차단하게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 전류 검출 센서(110a 내지 110n)의 상세 구성을 나타낸 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 전류 검출 센서(110a 내지 110n)는, 변류부(210-1), 무선 통신 모듈(210-2), 제어부(210-3), 전원 공급부(210-4) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 전류 검출 센서는 전차선로 상의 구조물에 설치하며, 전류 검출 센서의 ID와 설치 구조물의 위치를 연관지어 검출 위치를 특정할 수 있다.
상기 변류부(210-1)는 고장 발생시 레일 도체군의 순환 전류를 검출하게 된다. 레일 도체군의 예시로서는 레일, 접속선, 보호선, 중성선 등이 될 수 있다. 변류부(210-1)는 홀 센서, 광섬유 전류 센서, CT(Current Transformer)형 전류 센서 등이 될 수 있다.
상기 무선 통신 모듈(210-2)은 상기 중간자료 수집장치(120a 내지 120n)로부터의 전류 검출 정보 요청에 따라 상기 변류부(210-1)에서 요청받은 시점으로부터 최소 10주기 이상 구간이상의 전류 검출 정보를 송출한다. 이를 위해 무선 통신 모듈(210-2)은 통신 회로, 마이크로프로세서 등으로 구성될 수 있다.
또한, 무선 통신 모듈(210-2)은 시각 제공칩(RTC, Real-Time Clock)을 내장하여 검출된 전류정보에 기준 시각정보를 부여한다. 시각 제공칩은 고장점 표정 장치(130)에서 보내준 기준 시각동기 신호를 받아서 중앙의 고장점 표정 장치(130)과 시각동기를 맞추고, 고장 전류 계측 정보인 전류 검출 정보에 타임 스탬프(time stamp)를 부가한다.
상기 제어부(210-3)는 전류 검출 센서(110a 내지 110n)에 구성되는 구성 요소들과 신호를 주고받으며, 이들 구성 요소를 제어하는 기능을 수행한다. 또한, 사용자가 수동 조작을 통해 정상 동작 여부를 판정할 수 있도록 하는 조작 버튼(미도시)과 표시부(미도시) 등이 구성될 수 있다. 제어부(210-3)는 마이크로프로세서, 메모리 등으로 구성될 수 있다. 표시부는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode) 디스플레이, OLED(Organic LED) 디스플레이, 터치 스크린, 플렉시블 디스플레이 등이 될 수 있다.
상기 전원 공급부(210-4)는 상기 전류 검출 센서(110a 내지 110n)에 일정 레벨의 전원을 공급하는 내장형 배터리를 포함하여 구성될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)의 상세 구성을 나타낸 구성 블럭도이다. 도 3을 참조하면, 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)는, 무선 통신 모듈(320-1), 조작 표시부(320-2), 전원 공급부(320-3) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 무선 통신 모듈(320-1)은 상기 전류 검출 센서(110a 내지 110n)로부터 전류 검출 정보를 수집하여 상위 변전소 고장점 표정 장치(130)의 요청에 따라 고장 전류 이력 정보인 전류 검출 정보를 전송하며, 매일 1회 이상 상위 변전소 고장점 표정 장치의 시각동기 신호를 받아 각 전류 검출 센서(110a 내지 110n)에 시각 동기 신호를 보내준다.
상기 조작 표시부(320-2)는 상기 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)의 운전상태를 표시하고, 각 전류 검출 센서(110a 내지 110n)의 전류 검출 정보를 표시한다. 조작 표시부(320-2)는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode) 디스플레이, OLED(Organic LED) 디스플레이, 터치 스크린, 플렉시블 디스플레이 등이 될 수 있다.
상기 전원 공급부(310-3)는 상기 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)에 일정 레벨의 전원을 공급하게 된다. 이를 위해 배터리, 컨버터, 레귤레이터 등이 구성될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 고장점 표정 장치(130)의 상세 구성을 나타낸 구성 블럭도이다. 도 4를 참조하면, 고장점 표정 장치(130)는, 디지털신호 수신부(430-1)과, 통신 모듈(430-2), 시리얼 신호 입출력부(430-3), 신호 처리부(430-4), 제어부(430-5), 조작 표시부(430-6), 전원 공급부(430-7) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 디지털신호 수신부(430-1)는 상기 보호 계전기(140)로부터의 트립신호 또는 테스트 신호를 수신하게 된다.
상기 통신모듈(430-2)은 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)에 통신을 통해 시각동기 신호를 전송하고, 고장 발생 시에는 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)에 전류 검출 정보를 요청하여 각 전류 검출 센서(110a 내지 110n)에서 수집된 전류 검출 정보를 받는다.
시리얼 신호 입출력부(430-3)는 상기 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)로부터 각각 수집된 전류 검출 정보를 수신하거나 상기 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)에 시각 동기를 위한 신호를 출력하게 된다.
신호 처리부(430-4)는 상기 제어부(430-5)의 제어신호에 따라 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)로부터 수집한 전류 검출 정보를 바탕으로, 현재 전기 철도 시스템의 상태를 판정하고, 고장 발생시 고장 형태를 판정한 후 각 고장 형태에 따른 고장점을 표정하게 된다.
상기 제어부(430-5)는 상기 고장 표정 장치(130)의 동작을 총괄제어한다. 또한, 제어부(430-5)는 상기 신호 처리부(430-4)에서 판정된 현재 전기 철도 시스템의 상태를 파악하기 위한 제어신호 및/또는 상기 보호 계전기(140)로부터 출력된 트립신호 또는 테스트 신호에 따라 고장점을 검출 및 표정하기 위한 제어신호를 출력한 후 상기 신호 처리부(30-4)로부터 출력된 현재 전기 철도 시스템의 상태를 디스플레이하도록 제어한다.
더불어 제어부(430-5)는 현재 전기 철도 시스템의 고장점을 검출하여 표정하도록 제어하게 된다. 아울러 상기 제어부(430-5)는 외부의 노트북(미도시)과 연결될 수 있으며, 관리자는 상기 노트북을 통해 상기 제어부(430-5)로부터 전류 검출 센서(110a 내지 110n)의 위치 정보 및 전류 검출 정보를 수신하여 고장점 표정을 제어할 수 있다.
상기 조작 표시부(430-6)는 상기 고장점 표정 장치(130)를 제어하거나 고장점 표정 장치(130)의 상태를 표시하게 된다. 상기 전원 공급부(130-7)는 상기 고장점 표정 장치(130)에 일정 레벨의 전원을 공급하게 된다.
본 발명의 일실시예에서는 상술한 각 전류 검출 센서의 변류부(도 2의 210-1)가 순환전류 검출수단이 된다. 또한, 상기 고장점 표정 장치(130)의 신호 처리부(430-4)와 제어부(430-5)가 고장점 위치 검출수단이 된다.
디지털 신호 수신부(430-1), 통신 모듈(430-2), 시리얼 신호 입출력부(430-3), 신호 처리부(430-4) 등은 통신 회로, 마이크로프로세스, DSP(Digital Signal Processor), 메모리 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고장점 표정 과정을 설명하기 위해 채용된 전기 철도 계통 고장 모델이다. 도 5의 모델을 참고하여 본 발명이 채택하고 있는 알고리즘에 대하여 개략적으로 설명한다. 도 5를 참조하면, 순환전류는 레일 도체군을 따라 흐른다.
따라서, 본 발명의 고장점 검출에서는 순환전류를 이용하게 된다. 이하의 설명에서는 지락고장발생시 순환전류를 이용하여 고장점을 검출하는 것으로 상정하고 설명한다. 발전기(510)로부터 공급 전류(Ifeeder)가 생성된다.
도 5의 모델 계통에서, 전차선 도체군(T)의 한점(F)과 레일 도체군(R)의 한점(O)사이에 지락이 발생하면, F-O사이의 고장 전류는 레일 도체군을 따라 흐르다가 I0, I1, I2, I3로 분류하여 각각의 단권 변압기(AT)의 중성점을 통해 전차선(T) 또는 급전선(F)으로 흡상된다.
I0, I1, I2, I3가 레일 도체군을 따라 순환하는 순환전류이며, 순환전류는 고장 구간에서 가장 크며, 고장 구간 외에서는 훨씬 작게 된다. 또한, 레일 도체군의 순환전류는 고장구간에서는 2가지 크기의 순환전류가 존재하나 고장 구간 외에서는 순환전류의 크기가 동일하다.
그러므로, 고장 발생 시에 가장 큰 순환전류가 흐르는 구간을 고장구간으로 판정하고, 레일 도체군의 순환전류 크기가 달라지는 지점을 찾으면 고장지점의 위치를 판정할 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 AT2와 AT3 사이의 길이가 10km이고, AT2로부터 4km떨어진 지점에서 F-O 고장이 발생하였다면, AT2와 AT3사이에는 (I0+I1+I2)의 순환전류와 I3의 순환전류가 레일 도체군을 흐르게 되고, AT1과 AT2사이에는 I0+I1의 순환전류가 흐르며, AT0와 AT1사이에는 I0의 순환전류가 흐르게 된다.
그러므로 크기가 가장 큰 순환전류가 흐르는 AT2와 AT3 사이를 고장구간으로 판정하고, 순환전류의 크기가 달라지는 지점을 특정하면 F-O 고장 지점을 찾을 수 있다. 만약, 얻어진 AT2와 AT3 사이의 순환전류가 모두 동일한 크기라면 AT2와 AT3로 유입되는 흡상전류를 계산하여 흡상전류비에 의해 고장점 위치를 찾게 된다.
고장 검출 센서는 상기의 레일도체군의 순환전류를 검출하는 수단이며, 복수개의 고장 검출 센서로부터 수집된 순환전류 분포 정보를 가지고 고장점 위치를 특정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 철도 시스템에서 전기량에 의한 고장점 검출 과정을 보여주는 플로우 차트이다. 도 6을 참조하면, 고장점 표정 장치(130)는 급전 계통에 지락 고장이 발생하는 지를 판단한다(단계 S610).
단계 S610에서 보호 계전기(140)로부터 트립신호를 받으면, 고장점 표정 장치(130)는 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)로 하여금 전류 검출 정보를 요청한다(단계 S611). 이러한 요청에 따라, 전류 검출 센서(110a 내지 110n)에서 고장 전류 이력인 전류 검출 정보를 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)로 전송한다(단계 S612). 이후, 고장점 표정 장치(130)는 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)로부터 수집된 전류 검출 정보를 통해 분석된 고장 전류 분포로 고장점을 표정하고 고장점 위치를 표시한다(단계 S613).
이와 달리, 단계 S610 및 단계 S620에서 판단결과, 계전기 트립신호가 없고, 시각 동기 주기가 되었으면, 고장점 표정 장치(130)는 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)에 시각 동기 신호를 전송한다(단계 S630). 이후, 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)는 시각 동기 신호를 각 전류 검출 센서(110a 내지 110n)에 전송하며, 각 전류 검출 센서(110a 내지 110n)는 상기 고장점 표정 장치(130)와 시각 동기화를 수행한다(단계 S640). 이후 단계 S610 내지 S640이 다시 진행된다.
또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 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) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 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 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다.
여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
110a 내지 110n : 제 1 내지 제 n 전류 검출 센서
120a 내지 120n : 제 1 내지 제 n 중간 자료 수집 장치
130 : 고장점 표정 장치 140 : 보호 계전기
150 : 차단기
210-1 : 변류부
210-3, 430-5 : 제어부 320-2, 430-6 : 조작 표시부
210-4, 320-3, 30-7 : 전원 공급부 430-1 : 디지털신호 수신부
430-3 : 시리얼 신호 입출력부 430-4 : 신호 처리부

Claims (13)

  1. 전류를 검출하여 복수개의 전류 검출 정보를 각각 생성하는 복수개의 전류 검출 센서(110a 내지 110n)를 갖는 복수개의 센싱 블록(110);
    상기 복수개의 센싱 블록(110)에 각각 연결되며, 상기 복수개의 전류 검출 정보를 수집하는 복수개의 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n); 및
    상기 복수의 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)와 연결되며, 수집된 상기 복수개의 전류 검출 정보를 이용하여 고장점 표정을 실행하는 고장점 표정 장치(130);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT(Internet Of Things)기술 기반 고장점 표정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 전류 검출 정보는 각각 타임 스탬프 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수개의 전류 검출 정보는 각각 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 전류 검출 센서(110a 내지 110n)는 상기 고장점 표정 장치(130)로부터 시각 동기 신호를 수신받아 상기 고장점 표정 장치(130)와 시각 동기화되는 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고장점 표정은 상기 복수개의 전류 검출 정보 중 가장 큰 전류값을 생성한 상기 복수개의 전류 검출 센서(110a 내지 110n) 중 어느 한 개를 특정하여 상기 특정된 전류 검출 센서(110a 내지 110n)가 미리 설정되는 일정 간격으로 배치되는 복수개의 고장 구간 중 어느 하나에 속하는 것을 판정함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수개의 고장 구간은 상기 복수개의 전류 검출 센서(110a 내지 110n)가 변전소에서 전차선의 말단까지 위치가 특정된 선로상의 구조물에 설치되는 구간인 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고장점 표정은 판정된 상기 어느 하나의 고장 구간 내에서 복수의 순환전류(I0, I1, I2, I3)의 크기가 달라지는 점을 고장점 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 순환전류(I0, I1, I2, I3)는 상기 어느 하나의 고장 구간 내에서 2가지 크기의 순환전류이고, 상기 어느 하나의 고장 구간 외의 나머지 고장 구간에서는 동일한 크기의 순환전류인 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 고장점 표정은 판정된 상기 어느 하나의 고장 구간 내에서 동일한 크기의 순환전류가 존재하는 경우, 상기 어느 하나의 고장 구간 양단의 단권 변압기(AT:Autotransformer)로 흡상되는 흡상전류의 비로 고장점 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 순환전류(I0, I1, I2, I3)는 전차선 도체군의 한점(F)과 레일 도체군의 한점(O)사이에 지락이 발생함에 따라 전차선 도체군의 한점(F)과 레일 도체군의 한점(O)사이의 고장 전류가 상기 레일 도체군을 따라 흐르다가 분류되는 전류인 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    급전 계통에 고장이 발생하면, 상기 고장점 표정 장치(130)에 트립신호를 전송하여 상기 고장점 표정 장치(130)가 상기 복수개의 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)에 상기 전류 검출 정보를 요청하도록 하는 보호 계전기(140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 보호 계전기(140)의 제어에 따라 상기 급전 계통을 차단하는 차단기(150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 시스템.
  13. (a) 복수개의 전류 검출 센서(110a 내지 110n)를 갖는 복수개의 센싱 블록(110)이 전류를 검출하여 복수개의 전류 검출 정보를 각각 생성하는 단계;
    (b) 상기 복수개의 센싱 블록(110)에 각각 연결되는 복수개의 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)가 상기 복수개의 전류 검출 정보를 수집하는 단계; 및
    (c) 상기 복수의 중간 자료 수집 장치(120a 내지 120n)와 연결되는 고장점 표정 장치(130)가 수집된 상기 복수개의 전류 검출 정보를 이용하여 고장점 표정을 실행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장점 위치 검출을 위한 IOT기술 기반 고장점 표정 방법.
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