KR20210134281A - 변압기 부싱 진단 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 장치는, 변압기의 부싱(bushing)에서 누설되는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 변압기에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출부와, 전류 검출부에 의해 측정된 초기전류와 전압 검출부에 의해 측정된 초기전압에 대응되는 기준전류를 설정하는 기준전류 설정부와, 전압 검출부에 의해 측정되는 측정전압의 초기전압에 대한 상대적인 크기에 대응되는 값을 전류 검출부에 의해 측정되는 측정전류값 또는 기준전류에 반영하는 측정전류 보상부와, 측정전류 보상부에 의한 반영이 수행된 이후의 측정전류값의 기준전류에 대한 상대적인 크기에 대응되는 부싱의 상태를 선택하는 부싱 상태 판단부를 포함하되, 상기 부싱은 도체와, 상기 도체를 둘러싸는 금속박과, 상기 금속박에 접촉된 시험탭과, 상기 부싱 상태 판단부에 의해 선택된 상기 부싱의 상태 정보를 출력하는 출력부를 포함하되, 상기 부싱 상태 판단부는 각각 서로 다른 전류범위에 대응되는 복수의 상태 정보를 저장하고, 복수의 상태 정보 중 상기 측정전류 보상부에 의해 보상된 전류값의 상기 기준전류에 대한 상대적인 크기에 대응되는 상태 정보를 상기 출력부에 전달한다.
Description
본 발명은 변압기 부싱 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
부싱(bushing)은 변압기의 커버나 케이스 등을 관통하도록 배치되는 도체를 격벽으로부터 절연시키고 지지하고 고정할 수 있는 장치를 의미한다.
도 1을 참조하면, 이러한 부싱은 도체와 접지간의 절연확보 및 충격전류 완화를 위한 콘덴서를 포함할 수 있는데, 상기 콘덴서에는 층간 일부개소의 이물질, 슬러지, 제작불량, 수분침투 등으로 전계집중 현상이 확산되고 최종 절연파괴가 발생할 수 있다. 이러한 절연파괴는 변압기의 고장을 유발하므로, 변압기 부싱을 진단하는 것은 사고를 미연에 방지하는 측면에서 중요하다.
본 발명의 일 실시 예는, 변압기 부싱의 상태를 정확하게 진단할 수 있는 변압기 부싱 진단 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 장치는, 변압기의 부싱(bushing)에서 누설되는 전류를 검출하는 전류 검출부; 상기 변압기에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출부; 상기 전류 검출부에 의해 측정된 초기전류와 상기 전압 검출부에 의해 측정된 초기전압에 대응되는 기준전류를 설정하는 기준전류 설정부; 상기 전압 검출부에 의해 측정되는 측정전압의 상기 초기전압에 대한 상대적인 크기에 대응되는 값을 상기 전류 검출부에 의해 측정되는 측정전류값 또는 상기 기준전류에 반영하는 측정전류 보상부; 및 상기 측정전류 보상부에 의한 반영이 수행된 이후의 측정전류값의 기준전류에 대한 상대적인 크기에 대응되는 상기 부싱의 상태를 선택하는 부싱 상태 판단부; 를 포함할 수 있다.
예를 들어 상기 부싱은, 도체와, 상기 도체를 둘러싸는 금속박과, 상기 금속박에 접촉된 시험탭을 포함하고, 상기 전류 검출부는 상기 시험탭과 접지에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 시험탭과 상기 접지간에 흐르는 전류를 검출할 수 있다.
예를 들어 상기 변압기 부싱 진단 장치는, 상기 부싱과 상기 전류 검출부의 사이에 연결되고, 상기 부싱에서 누설되는 전류가 허용전류를 초과할 경우에 개방되는 차단기; 상기 부싱에서 누설되는 전류를 로우 패스 필터링하는 필터; 및 상기 전압 검출부에 의해 검출된 전압을 변환하는 컨버터; 를 더 포함할 수 있다.
예를 들어 상기 변압기 부싱 진단 장치는, 상기 부싱 상태 판단부에 의해 선택된 상기 부싱의 상태 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하고, 상기 부싱 상태 판단부는 각각 서로 다른 전류범위에 대응되는 복수의 상태 정보를 저장하고, 복수의 상태 정보 중 상기 측정전류 보상부에 의해 보상된 전류값의 상기 기준전류에 대한 상대적인 크기에 대응되는 상태 정보를 상기 출력부에 전달할 수 있다.
예를 들어 상기 부싱 상태 판단부는, 상기 측정전류 보상부에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 a% 미만으로 크거나 작을 경우에 상기 부싱의 상태를 양호등급으로 판단하고, 상기 측정전류 보상부에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 a% 이상 b% 미만으로 클 경우에 상기 부싱의 상태를 관찰등급으로 판단하고, 상기 측정전류 보상부에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 b% 이상 c% 미만로 크거나 a% 이상 작을 경우에 상기 부싱의 상태를 요주의등급으로 판단하고, 상기 측정전류 보상부에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 c% 이상 클 경우에 상기 부싱의 상태를 불량등급으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 방법은, 변압기의 부싱(bushing)에서 누설되는 초기전류를 검출하는 단계; 상기 변압기에 인가되는 초기전압을 검출하는 단계; 상기 초기전류와 상기 초기전압에 대응되는 기준전류를 설정하는 단계; 상기 변압기의 부싱(bushing)에서 누설되는 측정전류를 검출하는 단계; 상기 변압기에 인가되는 측정전압을 검출하는 단계; 상기 측정전압의 상기 초기전압에 대한 상대적인 크기에 대응되는 값을 상기 측정전류 또는 상기 기준전류에 반영하는 단계; 및 보상된 측정전류의 상기 기준전류에 대한 상대적인 크기에 대응되는 상기 부싱의 상태를 선택하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 변압기 부싱의 상태가 정확하게 진단될 수 있다. 이에 따라 변압기의 고장발생빈도는 감소할 수 있으며, 변압기의 고장에 따른 복수비용은 절감될 수 있다.
도 1은 변압기 부싱의 고장 진행을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 변압기 부싱의 종류에 따른 단위 캐패시턴스당 기준전류를 나타낸 도면이다.
도 4는 변압기 부싱 절연상태에 문제가 발생할 경우에 부싱에 흐르는 누설전류를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6은 변압기 부싱에 포함된 시험탭을 나타낸 도면이다.
도 7은 변압기에 인가되는 전압과 부싱의 누설전류를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 변압기 부싱의 종류에 따른 단위 캐패시턴스당 기준전류를 나타낸 도면이다.
도 4는 변압기 부싱 절연상태에 문제가 발생할 경우에 부싱에 흐르는 누설전류를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6은 변압기 부싱에 포함된 시험탭을 나타낸 도면이다.
도 7은 변압기에 인가되는 전압과 부싱의 누설전류를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 방법을 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 장치는, 전류 검출부(110), 전압 검출부(120), 기준전류 설정부(130), 측정전류 보상부(140) 및 부싱상태 판단부(150)를 포함할 수 있다.
전류 검출부(110)는 변압기(200)의 부싱(bushing)에서 누설되는 전류를 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 전류 검출부(110)는 소정의 주기마다 전류를 샘플링하는 회로 및/또는 샘플링된 전류를 증폭하는 회로를 포함할 수 있으며, 변압기(200)의 각 상마다 흐르는 전류를 검출할 수 있다.
설계에 따라, 상기 전류 검출부(110)는 측정된 전류에 케이블 저항에 의한 전류를 가산한 최종 측정전류를 출력할 수 있다. 예를 들어 상기 전류 검출부(110)에 의해 1차적으로 측정된 전류가 12.69mA일 경우, 상기 전류 검출부(110)는 케이블 저항에 의한 전류인 0.10mA를 12.69mA에 가산하여 12.79mA의 최종 측정전류를 출력할 수 있다.
전압 검출부(120)는 변압기(200)에 인가되는 전압을 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 전압 검출부(120)는 변압기(200)의 1차측 모선에 인가되는 전압을 검출할 수 있다. 상기 1차측 모선은 상기 부싱과 전기적으로 연결될 수 있다.
기준전류 설정부(130)는 전류 검출부(110)에 의해 측정된 초기전류와 전압 검출부(120)에 의해 측정된 초기전압에 대응되는 기준전류를 설정할 수 있다. 상기 기준전류는 상기 부싱의 상태가 정상상태일 때 상기 부싱에 흐르는 전류일 수 있다. 설계에 따라, 상기 기준전류 설정부(130)는 케이블을 통해 전류 검출부(110) 및 전압 검출부(120)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 전류 검출부(110) 및 전압 검출부(120)로부터 검출 데이터를 원격 수신할 수도 있다.
상기 기준전류는 하기의 수학식 1로 정의될 수 있다.
만약 공칭전압이 154kV이고 C가 326.2pF일 경우, A상의 기준전류는 약 10.93mA일 수 있다. 여기서, 상기 A상의 1pF 캐패시턴스당 기준전류는 0.033507mA이다. 만약 공칭전압이 345kV 또는 765kV일 경우, 기준전류는 10.93mA에서 345/154 또는 765/154를 곱한 값일 수 있다.
한편 도 3을 참조하면, 단위 캐패시턴스당 기준전류는 부싱의 종류에 실질적으로 영향을 받지 않는다는 것을 알 수 있다.
측정전류 보상부(140)는 전압 검출부(120)에 의해 측정되는 측정전압의 초기전압에 대한 상대적인 크기에 대응되는 값을 전류 검출부(120)에 의해 측정되는 측정전류값 또는 기준전류에 반영할 수 있다.
예를 들어 전압 검출부(120)에 의해 검출된 전압이 156.2kV이고 C가 326.2pF일 경우, 상기 측정전류 보상부(140)는 154kV의 전압을 적용한 기준전류에 156.2/154를 곱한 보상 기준전류를 산출하거나 측정전류에 154/156.2를 곱한 보상 측정전류를 산출할 수 있다.
부싱상태 판단부(150)는 측정전류 보상부(140)에 의한 보상이 수행된 이후의 측정전류값의 기준전류에 대한 상대적인 크기에 대응되는 부싱의 상태를 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 부싱상태 판단부(150)는 각각 양호등급, 관찰등급, 요주의등급 및 불량등급을 의미하는 복수의 부싱의 상태를 저장할 수 있으며, 측정전류값과 기준전류의 차이에 따라 상기 복수의 부싱의 상태 중 하나를 선택할 수 있다.
부싱에서 누설되는 전류는 변압기(200)에 인가되는 전압에 따라 변동될 수 있다. 만약 전류 검출부(110)에 의해 검출된 전류 및 기준전류가 전압 검출부(120)에 의해 검출된 전압에 따라 보상되지 않을 경우, 부싱상태 판단부(150)의 오판단 빈도는 클 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 장치는, 측정전류 보상부(140)에 의한 보상이 수행된 이후의 측정전류값의 기준전류를 이용하여 부싱의 상태를 판단함으로써, 부싱의 상태를 정확하게 진단할 수 있다.
한편, 상기 복수의 부싱의 상태 각각은 서로 다른 전류범위를 가질 수 있다. 여기서, 상기 전류범위는 절대적인 전류값의 범위일 수 있고, 상대적인 전류값의 범위일 수도 있다. 상기 부싱상태 판단부(150)는 측정전류값의 기준전류에 대한 상대적인 크기가 복수의 전류범위 중 어떤 전류범위에 속하는지 확인할 수 있으며, 상기 측정전류값의 기준전류에 대한 상대적인 크기가 속하는 전류범위에 대응되는 부싱의 상태를 선택할 수 있다.
예를 들어, 상기 부싱 상태 판단부(150)는 측정전류 보상부(140)에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 a% 미만으로 크거나 작을 경우에 상기 부싱의 상태를 양호등급으로 판단하고, 측정전류 보상부(140)에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 a% 이상 b% 미만으로 클 경우에 상기 부싱의 상태를 관찰등급으로 판단하고, 측정전류 보상부(140)에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 b% 이상 c% 미만로 크거나 a% 이상 작을 경우에 상기 부싱의 상태를 요주의등급으로 판단하고, 측정전류 보상부(140)에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 c% 이상 클 경우에 상기 부싱의 상태를 불량등급으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 a는 2이고, 상기 b는 3이고, 상기 c는 5일 수 있다.
상기 a, b, c는 절연열화값이 기준값을 초과하고 H2, C2H2의 절연유가스 농도가 기준값을 초과한 다수의 부싱에 대한 누설전류 증가량 분석을 통해 설정될 수 있다.
도 4를 참조하면, 절연상태에 문제가 발생된 부싱의 누설전류가 기준전류보다 3%이상 크거나 2%이상 작다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 a는 2로 설정될 수 있고, 상기 b는 3으로 설정될 수 있다.
한편, 기준전류 설정부(130), 측정전류 보상부(140) 및 부싱상태 판단부(150)는 데이터를 비교분석하고 알고리즘에 따라 처리하는 프로세서와, 알고리즘과 기준전류를 저장하는 메모리를 포함하는 컴퓨팅 환경으로 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 장치(100)는, 차단기(160), 필터(170), 컨버터(180) 및 출력부(190)를 더 포함할 수 있다.
차단기(160)는 부싱(210)과 전류 검출부(110)의 사이에 연결되고, 부싱(210)에서 누설되는 전류가 허용전류를 초과할 경우에 개방될 수 있다. 예를 들어, 허용전류는 3A일 수 있다.
필터(170)는 부싱(210)에서 누설되는 전류를 로우 패스 필터링할 수 있다. 이에 따라, 부싱(210)에서 누설되는 전류에 포함되는 고조파, 전도전류 및 방사전류는 실질적으로 제거될 수 있다.
컨버터(180)는 전압 검출부(120)에 의해 검출된 전압을 변환할 수 있다. 예를 들어, 상기 컨버터(180)는 125V를 12V로 변환하는 DC/DC 컨버터로 구현될 수 있다.
출력부(190)는 부싱 상태 판단부(150)에 의해 선택된 부싱(210)의 상태 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 출력부(190)는 디스플레이 패널 및/또는 스피커를 포함할 수 있으며, 선택된 부싱(210)의 상태 정보가 요주의등급 또는 불량등급일 경우에 알람을 출력할 수 있다. 이에 따라, 변압기 관리자는 부싱(210)의 상태를 실시간으로 확인할 수 있으며, 부싱(210)에 대한 신속한 정비를 진행할 수 있다.
도 6은 변압기 부싱에 포함된 시험탭을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 좌측은 콘덴서형 부싱의 외형도를 나타내고, 우측상단은 시험탭 커버에 의해 덮힌 부싱을 나타내고, 우측하단은 시험탭 커버가 분리된 부싱을 나타낸다.
상기 부싱은 도체와 도체를 둘러싸는 금속박과 금속박에 접촉된 시험탭을 포함할 수 있다. 변압기 부싱 진단 장치에 포함된 전류 검출부는 상기 시험탭과 접지에 각각 전기적으로 연결되고, 상기 시험탭과 상기 접지간에 흐르는 전류를 검출할 수 있다.
도 7은 변압기에 인가되는 전압과 부싱의 누설전류를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 전압은 변압기 1차측 모선전압을 나타내고, 누설전류는 부싱의 시험탭의 누설전류를 나타낸다. 여기서, 전압과 누설전류는 서로 유사한 패턴을 가지고 변동된다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 상기 누설전류에서 접지로부터 유입되는 노이즈는 100nA 미만일 수 있으므로, 상기 누설전류에 거의 영향을 주지 않는다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 부싱 진단 방법은, 변압기의 부싱(bushing)에서 누설되는 초기전류를 검출하는 단계(S10), 상기 변압기에 인가되는 초기전압을 검출하는 단계(S20), 상기 초기전류와 상기 초기전압에 대응되는 기준전류를 설정하는 단계(S30), 상기 변압기의 부싱(bushing)에서 누설되는 측정전류를 검출하는 단계(S40), 상기 변압기에 인가되는 측정전압을 검출하는 단계(S50), 상기 측정전압의 상기 초기전압에 대한 상대적인 크기에 대응되는 값을 상기 측정전류 또는 상기 기준전류에 반영하는 단계(S60), 보상된 측정전류의 상기 기준전류에 대한 상대적인 크기에 대응되는 상기 부싱의 상태를 선택하는 단계(S70)를 포함할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
100: 변압기 부싱 진단 장치
110: 전류 검출부
120: 전압 검출부
130: 기준전류 설정부
140: 측정전류 보상부
150: 부싱상태 판단부
160: 차단기
170: 필터
180: 컨버터
190: 출력부
200: 변압기
210: 부싱
110: 전류 검출부
120: 전압 검출부
130: 기준전류 설정부
140: 측정전류 보상부
150: 부싱상태 판단부
160: 차단기
170: 필터
180: 컨버터
190: 출력부
200: 변압기
210: 부싱
Claims (2)
- 변압기의 부싱(bushing)에서 누설되는 전류를 검출하는 전류 검출부;
상기 변압기에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출부;
상기 전류 검출부에 의해 측정된 초기전류와 상기 전압 검출부에 의해 측정된 초기전압에 대응되는 기준전류를 설정하는 기준전류 설정부;
상기 전압 검출부에 의해 측정되는 측정전압의 상기 초기전압에 대한 상대적인 크기에 대응되는 값을 상기 전류 검출부에 의해 측정되는 측정전류값 또는 상기 기준전류에 반영하는 측정전류 보상부;
상기 측정전류 보상부에 의한 반영이 수행된 이후의 측정전류값의 기준전류에 대한 상대적인 크기에 대응되는 상기 부싱의 상태를 선택하는 부싱 상태 판단부; 및
상기 부싱 상태 판단부에 의해 선택된 상기 부싱의 상태 정보를 출력하는 출력부; 를 포함하되,
상기 부싱 상태 판단부는 각각 서로 다른 전류범위에 대응되는 복수의 상태 정보를 저장하고, 복수의 상태 정보 중 상기 측정전류 보상부에 의해 보상된 전류값의 상기 기준전류에 대한 상대적인 크기에 대응되는 상태 정보를 상기 출력부에 전달하는 변압기 부싱 진단 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 부싱 상태 판단부는 상기 측정전류 보상부에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 a% 미만으로 크거나 작을 경우에 상기 부싱의 상태를 양호등급으로 판단하고, 상기 측정전류 보상부에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 a% 이상 b% 미만으로 클 경우에 상기 부싱의 상태를 관찰등급으로 판단하고, 상기 측정전류 보상부에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 b% 이상 c% 미만로 크거나 a% 이상 작을 경우에 상기 부싱의 상태를 요주의등급으로 판단하고, 상기 측정전류 보상부에 의해 보상된 전류값이 상기 기준전류보다 c% 이상 클 경우에 상기 부싱의 상태를 불량등급으로 판단하는 변압기 부싱 진단 장치.
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