KR20210158242A

KR20210158242A - 조류 방향 표시 변전소 시스템

Info

Publication number: KR20210158242A
Application number: KR1020200076741A
Authority: KR
Inventors: 이재청; 박진만; 심정운
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2021-12-30
Also published as: KR102414495B1

Abstract

본 발명의 조류 방향 표시 변전소 시스템은, 변전소의 각 구간별로 전력 경로를 투입 또는 개방하는 다수개의 개폐기들; 상기 각 개폐기의 전력 선로상에 설치된 CT들; 상기 각 CT들의 출력 라인에 설치된 영상변류기들; 및 상기 영상변류기들로부터 입력받은 값으로부터 상기 각 GIS에 대한 위치의 조류 방향을 표시하는 MMI를 제공하는 변전소 관리 서버를 포함할 수 있다.

Description

조류 방향 표시 변전소 시스템{SUBSTATION SYSTEM SHOWING THE DIRECTION OF THE TIDE}

본 발명은 조류 방향을 표시하는 변전소 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 모니터링용 CT가 설치된 개폐기 지점의 조류 방향을 표시하는 변전소 시스템에 관한 것이다.

전력계통 중 송전계통이나 배전계통에는 발전기의 출력을 승압 또는 강압하거나, 계통의 전압을 강압하거나 하기 위하여 변전소가 설치되어 있다. 변전소에는 전압을 승압 또는 강압하기 위한 변압기 외에, 전력을 집중·배분하기 위한 기기나 조류(潮流)를 제어하기 위한 기기 또는 계통이나 변전소내의 기기를 보호·제어하기 위한 개폐기 등 각종 기기가 설치되어 있다.

예를 들면 가스절연개폐장치(GIS)에 사용되는 차단기에는 가스압을 검출하는 가스압센서, 이상에 따른 신호를 검출하는 가속도센서, 전류·전압검출기 등이 설치되고, 변압기에는 변압기의 상태를 검출하는 센서로서 온도계, 압력계, 유면(油面)센서, 전류검출기 등이 설치되어 있다

상기 센서들 중 가장 많이 설치된 CT는 전류를 검출하기 위한 센서로서, 변전소의 규모에 맞게 외관상으로도 큰 크기를 가지는 대용량의 CT들이 설치되어 있다.

이들 센서는 전기신호를 전송하는 케이블을 거쳐 보호장치, 계측장치, 제어장치 및 기기 감시장치에 접속되어 있다. 다시 보호장치, 계측장치, 제어장치 및 기기 감시장치는 각각 전기신호를 전송하는 케이블을 거쳐 상위의 변전소 감시제어장치로서 SCADA 시스템에 접속되어 있다.

변전소 내에 설치된 변전소 관리 서버나 GIS등 개별 설비에는, 관리자에게 상기 센서들의 정보를 표현하기 위한 다양한 인터페이스 수단들이 구비되어 있다.

변전소에는 전기를 안정적으로 공급하기 위한 아주 복잡한 설비가 갖추어지게 되며, 이러한 변전소에 설치된 차단기와 같은 각종 장치의 동작상태를 모니터링 하여 고장의 징후를 미리 발견하여 대비하거나 아니면 발생된 고장에 신속히 대응하여 복구할 수 있도록 상술한 센서들 및 인터페이스 수단들이 구비되는 것이다.

그런데, 기존의 변전소 관리/모니터링 수단들은, 모두 중앙 전력 공급망의 환경에 맞춰진 것이라서, 분산 전원 환경에는 다소 괴리가 존재한다.

변전소 배전선로에서 전력을 송전하는 경우가 대부분이지만 최근 신재생발전소 증가로 배전 선로로 전력을 수전하는 경우가 발생하고 있음에도, 기존의 변전소 관리/모니터링 수단들 및 SCADA 계측값은 정확히 이를 파악할 수 없다.

도 1은 종래 변전소 시스템의 관리 서버에서의 MMI(Man Machime Interface) 화면을 도시한다.

도시한 종래 기술의 MMI는 LPS(선로사활표시)장치로 배전선로별 사활감시만 가능한 상태로서, 배전선로별 송전/수전 상태와 관계없이 MMI 감시화면에 일률적으로 동작만을 표시한다. 즉, 도시한 종래 기술의 MMI로는 해당 지점으로 전력이 유입되는지 유출되는지를 변전소나 급전분소에서 알 수가 없다. 마찬가지로 주변압기 전력량도 배전선로별로 송전/수전 상태를 몰르는 상태로 최대부하 값이 변동될 뿐이다.

분산전원 환경에서는, 종래 기술의 MMI로는 분산전원 발전량 영향으로 배전선로별 최대부하 계측값이 +값 또는 -값으로 구분되지 않아 발전량을 제외한 순수 부하값을 계산하기 어렵다. 이에 따라 만약 신재생발전소 고조파 유입에 의한 전력품질 저하되는 경우에도 이를 파악할 수 없다.

대한민국 공개공보 10-2020-0032850호

본 발명은 관심 지점의 송전/수전 여부를 확인할 수 있는 조류 방향 표시 변전소 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 본 발명에서는 기존의 변전소 시스템의 변경을 최소화하면서, 변전소에 관련된 다수 지점들에서의 전력 송전/수전 상태를 표시하는 조류 방향 표시 변전소 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 조류 방향 표시 변전소 시스템은, 변전소의 각 구간별로 전력 경로를 투입 또는 개방하는 다수개의 개폐기들; 상기 각 개폐기의 전력 선로상에 설치된 CT들; 상기 각 CT들의 출력 라인에 설치된 영상변류기들; 및 상기 영상변류기들로부터 입력받은 값으로부터 상기 각 GIS에 대한 위치의 조류 방향을 표시하는 MMI를 제공하는 변전소 관리 서버를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 개폐기는, GIS(Gas Insulated Switchgear)이며, 상기 GIS 전면의 표시 장치에 마련된 전력조류 방향표시장치에 상기 조류 방향이 표시될 수 있다.

여기서, 상기 MMI는, 상기 다수개의 개폐기들을 전력 경로에 따라 표시하며, 상기 각 개폐기에 대한 표시 위치 부근에 상기 전력 경로에 대한 화살표 방향으로 조류 방향을 표시할 수 있다.

여기서, 변전소 관리 서버는, 상기 영상변류기의 검출 결과의 절대값이 소정의 기준 범위 이내를 소정 시간 지속적으로 유지하면, 상기 검출 결과의 정(+)/부(-)에 따라 조류 방향을 판정할 수 있다.

여기서, 상기 MMI는, 상기 영상변류기의 검출 결과가 과도하면, 상기 조류 방향 표시를 점멸시킬 수 있다.

여기서, 상기 변전소 관리 서버는, 상기 조류 방향에 대한 정보를 상위 SCADA 서버로 전송할 수 있다.

여기서, 상기 변전소 관리 서버는, 소정 시간 동안의 상기 조류 방향에 대한 정보를 저장하고, 사고시 직전의 조류 방향을 상기 MMI에 표시할 수 있다.

상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 조류 방향 표시 변전소 시스템을 실시하면, 관심 지점의 송전/수전 여부를 확인할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 조류 방향 표시 변전소 시스템은, 배전선로별 송전/수전 상태파악으로 실시간 주변압기 및 배전선로 최대부하 산출 가능하여, 해당선로 정전발생시 절체 가능/불가 선로 파악할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 조류 방향 표시 변전소 시스템은, 변압기 전력과 공급 배전선로 전력의 일치화로 계통운영 최적화를 도모하는 이점이 있다.

도 1은 종래 변전소 시스템의 관리 서버에서의 MMI(Man Machime Interface)를 도시한 화면.
도 2는 본 발명의 사상에 따른 조류 방향 표시 변전소 시스템의 구조를 나타낸 개념도.
도 3은 변전소에 설치되는 GIS(Gas Insulated Switchgear)의 입력 또는 출력 단자와 여기에 설치된 기존 CT(121)들을 나타낸 사시도.
도 4는 GIS의 판넬 내부의 CT 단자대를 도시한 정면도.
도 5는 GIS 전면의 표시 장치에 마련된 본 발명의 사상에 따른 전력 조류 정보를 표시하는 전력조류 방향표시장치를 나타낸 정면도.
도 6은 본 발명의 사상에 따른 조류 방향에 대한 정보를 표시하는 급전분소 변전소 관리 서버(200)의 MMI-전력감시 화면.

본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 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.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 2는 본 발명의 사상에 따른 조류 방향을 표시하는 변전소 시스템의 일 실시예를 도시한다.

도시한 조류 방향 표시 변전소 시스템은, 변전소의 각 구간별로 전력 경로를 투입 또는 개방하는 다수개의 개폐기들(100); 상기 각 개폐기의 전력 선로상에 설치된 CT들(121 ~ 123); 상기 각 CT(121 ~ 123)들의 출력 라인에 설치된 영상변류기(210)들; 상기 영상변류기(210)들로부터 입력받은 값으로부터 상기 각 GIS에 대한 위치의 조류 방향을 표시하는 MMI를 제공하는 변전소 관리 서버(200)를 포함할 수 있다.

신재생 발전 등 분산전원의 비중이 높은 환경에서는, 전력 송전/수전 상태를 정확히 표시하는 장치개발이 필요한대, 본 발명에서는 기존의 변전소 시스템의 변경을 최소화하면서, 변전소에 관련된 다수 지점들에서의 전력 송전/수전 상태를 표시하는 방안으로서, 도시한 조류 방향 표시 변전소 시스템을 제시한다. 즉, 변전소 배전선로/송전선로 전력조류 방향 표시를 위한 수단을 구비한 조류 방향 표시 변전소 시스템을 제안한다.

도 2의 개폐기는 GIS(Gas Insulated Switchgear)일 수 있으며, 도 3은 변전소에 설치되는 GIS(Gas Insulated Switchgear)의 입력 또는 출력 단자와 여기에 설치된 기존 CT(121)들을 나타낸 것이다.

변전소의 각 주요 지점들에는 GIS들이 설치되어 있는데, 설치된 GIS의 입력 및/또는 출력 단자 라인에는 전류 검출을 위한 CT(121)가 설치되어 있다. 변전소에서 GIS 및/또는 CT가 설치된 지점은 조류 방향을 확인할 필요성도 높은 지점이라고 볼 수 있다.

변전소에 설치되는 GIS의 규모는 상당해서, 도시한 바와 같이, GIS의 입력 또는 출력 단자의 전류를 측정하기 위해 설치되는 CT(121)도 그 크기가 사람이 들고 작업하기 어려울 정도로 크다.

이러한 상황에서, GIS 자체에 조류 방향을 측정하기 위한 센서나 수단을 설치하는 것은, 조류 방향 검출 센서 자체로 큰 비용 부담이 될 뿐만 아니라, 기존의 GIS 설비에 해당 조류 방향 검출 센서를 설치할 공간도 확보할 수 없다.

본 발명에서는 상술한 실무적 사정을 감안하고, 조류 방향 검출이 사고 처리에 있어서 시급한 것은 아님을 감안하여, GIS의 입력 또는 출력 라인에 대하여 조류 방향을 직접 센싱하지 않고, GIS에 기설치된 CT(121)의 신호 출력을 간접적으로 검출하는 방법을 제안한다.

즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 각 GIS의 전력 선로상에 설치된 CT들(121 ~ 123)의 검출 신호 라인에 영상변류기(210)를 다시 설치하고, 도시한 변전소 관리 서버(200)는 상기 영상변류기(210)의 검출 신호의 정(+)/부(-) 여부로 조류 방향을 판정한다. 만약, GIS가 단상용 GIS라면, 상기 영상변류기(210)도 단상 영상변류기로 적용될 수 있다.

구현에 따라, 상기 영상변류기(210) 대신 GIS의 전력 선로상에 조류 방향에 따라 단자를 접속하여야 하는 방향성 CT를 설치할 수도 있는데, 방향성 CT 자체가 부분 구성요소로서 영상변류기와 유사한 구성을 구비하는 바, 이 경우, 상기 영상변류기는, 방향성 CT의 일부로서 구비된 것으로 볼 수 있다.

상술한 CT(121)의 검출 신호에 대한 재검출 구성에 따라, 조류 방향 검측 대상이 되는 전력 선로의 대전류값이 소전류값으로 변환된 바, 상기 영상변류기(210)는 저가에 설치 부담이 작은 것으로 적용할 수 있다.

도 4는 GIS의 판넬 내부의 CT 단자대를 도시한 것으로, 도면에서는 CT 단자대에 위치한 CT 검출 신호 라인에 상기 영상변류기(210)를 설치한 것을 알 수 있다.

전력 시스템에서 조류 흐름이 발생되면, 한쪽이 전력의 소스가 되고, 다른 쪽이 전력이 싱크가 된다. 싱크가 되는 쪽에서는 전력이 소비되고 있으므로 매우 미량의 전류 경로가 쇼트된 것으로 볼 수 있는 바, 상기 영상변류기(210)에는 매우 낮은 수준의 신호가 검출된다.

본 발명에서는 상기 영상변류기(210)의 검출 신호의 정(+)/부(-) 방향에 따라, 미량의 쇼트가 발생된 것으로 여겨지는 쪽으로 조류가 흐른다고 판정한다.

그런데, 상술한 조류 흐름에 의해 상기 영상변류기(210)에서 검출되는 신호는 매우 낮은 수준이라서, 잡음 등과 오인될 수도 있다. 반면, 상기 영상변류기(210)에서 검출되는 신호가 상당한 수준이라면, 이는 조류 흐름에 의한 것이 아니라 해당 전력 경로에서 발생된 사고에 기인한 것이다.

상술한 잡음 및 사고 전류와의 오인/혼동을 방지하기 위해, 상기 변전소 관리 서버(200)는, 상기 영상변류기(210)의 검출 결과의 절대값이 소정의 기준 범위 이내를 소정 시간 지속적으로 유지한 경우에만, 상기 검출 결과의 정(+)/부(-)에 따라 조류 방향을 판정할 수 있다.

또한, 상기 영상변류기(210)는 전력 경로에 사고 발생시에는 사고 전류가 크게 나타나기 때문에, 사고 발생후에는 실질적으로 조류 흐름을 검출할 수 없다. 그런데, 사고의 조치 작업에 있어서도 조류 흐름을 참고하는 것이 바람직한 바, 상기 변전소 관리 서버(200)는, 사고가 발생되면 그 사고 직전의 조류 흐름을 표시하여, 조치 작업자에게 제공할 수 있다. 이 경우, 상기 변전소 관리 서버(200)는, 소정 시간 동안의 상기 조류 방향에 대한 정보를 내부 저장장치 등에 저장하고, 사고시 직전의 조류 방향을 MMI 등에 표시할 수 있다. 예컨대, 사고전 조류 방향이 왼쪽으로 나타나다가, 발생된 사고 때문에 사고 전류에 의한 조류 흐름이 오른쪽으로 바뀐 경우, 오른쪽으로 조류 흐름이 상기 소정의 기준값 이내를 유지하는 시간은 극히 짧아서 상기 소정 시간 지속되지 않으므로, 조류 방향 판정이 오른쪽으로 바뀌지 않고, 고장 직전 조류 방향인 왼쪽을 MMI 등에 그대로 표시하게 된다.

상기 변전소 관리 서버(200)는 변전소에 설치된 전력 기기들의 운전 상태를 모니터링하고 이를 MMI 등을 통해 관리자에게 출력할 수 있다. 상기 변전소 관리 서버는, 일반적인 데이터 수집 및 처리 기능을 가지는 컴퓨터 장치 및 관리자를 위한 인터페이스 장치로 구현될 수 있다. 상기 변전소 관리 서버(200)는 변전소 설치 전력 기기들을 감시하기 용이한 장소 예컨대, 급전분소 등에 설치될 수 있다. 상기 변전소 관리 서버(200)는 변전소 설치 전력 기기로부터 센싱 정보를 전송받고, 동작 지시를 전송하기 위한 유/무선 통신을 수행하는 설비 통신 모듈을 구비할 수 있다. 상기 변전소 관리 서버는 외부의 상위 서버, 예컨대 SCADA 서버로 수집된 정보를 전송하고, 변전소 관리에 필요한 정보를 전송받기 위한 유/무선 통신을 수행하는 상위 통신 모듈을 구비할 수 있다.

상술한 과정으로 획득된 GIS의 입력/출력 선로상의 조류 흐름에 대한 정보는, 변전소내 현장 GIS와 급전분소 MMI 화면에 송전/수전 상태 표시가 가능하도록 반영될 수 있다.

도 5는 GIS(100) 전면의 표시 장치에 마련된 본 발명의 사상에 따른 전력 조류 정보를 표시하는 전력조류 방향표시장치(170)를 나타낸다.

도 4와 같이 GIS(100)의 내부 판넬의 CT 케이블에 대하여 영상변류기(210)를 부착하고, 그 검출 전류값을 이용하여 판별된 송전 또는 수전 방향에 대한 정보를 상기 전력조류 방향표시장치(170)로 GIS(100) 전면에 표시하여, 작업자에게 제공될 수 있다.

도시한 전력조류 방향표시장치(170)에서의 송전/수전 여부 정보는, SCADA RTU로 a/b 접점으로 제공되어, SCADA 시스템에서의 선로 사활 모니터링 등에 이용될 수 있다. 또한, SCADA 시스템에서의 고조파 이상(전압왜형률 3%) 알람 기능 등에도, 송전/수전 여부 정보가 이용될 수 있다.

이를 위해, 도 2의 변전소 관리 서버(200)는, 상기 조류 방향에 대한 정보를 상위 SCADA 서버로 유/무선 통신 채널을 통해 전송할 수 있다.

도 6은 본 발명의 사상에 따른 조류 방향에 대한 정보를 표시하는 급전분소 변전소 관리 서버(200)의 MMI-전력감시 화면을 나타낸다.

도시한 MMI는, 상기 다수개의 GIS(개폐기)들을 전력 경로에 따라 표시하며, 상기 각 GIS(개폐기)에 대한 표시 위치 부근에 상기 전력 경로에 대한 화살표 방향으로 조류 방향을 표시하고 있다.

구현에 따라, 상기 변전소 관리 서버(200)는 상기 영상변류기의 검출 결과가 과도하면, 고장 전류로 판정할 수 있고, 이 경우 상기 MMI에서 상기 조류 방향 표시를 점멸시킬 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 개폐기(GIS)
121 ~ 123 : CT들
170 : 전력조류 방향표시장치
200 : 변전소 관리 서버
210 : 영상변류기

Claims

변전소의 각 구간별로 전력 경로를 투입 또는 개방하는 다수개의 개폐기들;
상기 각 개폐기의 전력 선로상에 설치된 CT들;
상기 각 CT들의 출력 라인에 설치된 영상변류기들; 및
상기 영상변류기들로부터 입력받은 값으로부터 상기 각 GIS에 대한 위치의 조류 방향을 표시하는 MMI를 제공하는 변전소 관리 서버
를 포함하는 조류 방향 표시 변전소 시스템.
제1항에 있어서,
상기 개폐기는, GIS(Gas Insulated Switchgear)이며,
상기 GIS 전면의 표시 장치에 마련된 전력조류 방향표시장치에 상기 조류 방향이 표시되는 변전소 시스템.
제1항에 있어서,
상기 MMI는,
상기 다수개의 개폐기들을 전력 경로에 따라 표시하며, 상기 각 개폐기에 대한 표시 위치 부근에 상기 전력 경로에 대한 화살표 방향으로 조류 방향을 표시하는 변전소 시스템.
제1항에 있어서,
변전소 관리 서버는,
상기 영상변류기의 검출 결과의 절대값이 소정의 기준 범위 이내를 소정 시간 지속적으로 유지하면, 상기 검출 결과의 정(+)/부(-)에 따라 조류 방향을 판정하는 변전소 시스템.
제4항에 있어서,
상기 MMI는,
상기 영상변류기의 검출 결과가 과도하면, 상기 조류 방향 표시를 점멸시키는 변전소 시스템.
제1항에 있어서,
상기 변전소 관리 서버는,
상기 조류 방향에 대한 정보를 상위 SCADA 서버로 전송하는 변전소 시스템.
제1항에 있어서,
상기 변전소 관리 서버는,
소정 시간 동안의 상기 조류 방향에 대한 정보를 저장하고, 사고시 직전의 조류 방향을 상기 MMI에 표시하는 변전소 시스템.