KR20220118386A - 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치 - Google Patents

고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치 Download PDF

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KR20220118386A
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Abstract

본 발명은 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치에 관한 것으로, 보호계전기나 고장기록장치에서 고장데이터를 입력받는 고장데이터 입력부; 상기 고장데이터를 분석하여 송전선로의 고장점에 대한 거리표정을 계산하는 제어부; 상기 제어부에서 고장데이터를 분석한 결과에 따른 고장파형을 출력하는 고장파형 출력부; 및 상기 제어부에서 고장데이터를 분석한 결과를 미리 지정된 형식으로 출력하는 분석결과 출력부;를 포함한다.

Description

고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치{APPARATUS FOR LOCATING DISTANCE OF TRANSMISSION LINE USING FAULT DATA}
본 발명은 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보호계전기에 저장되어 있는 고장데이터를 분석하여 송전전로의 고장점에 대한 거리표정을 자동으로 계산하여 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는, 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력설비에서 고장이 발생하면 보호계전기가 동작하고 차단기를 개방하여 고장을 제거한다.
이때 보호계전기는 고장데이터를 저장하게 되고, 이 고장데이터는 고장 당시의 전압, 전류, 위상각, 차단기 상태, 및 보호계전기 내부로직 접점 등의 복수의 정보를 저장하고 있으며, 이 고장데이터를 담당자(또는 사용자)가 유용하게 사용하기 위해서는 전용 뷰어 프로그램이 필요하다.
이에 따라 기존에는 상기 담당자가 전용 뷰어 프로그램을 통해 고장 당시의 전압, 전류 크기 및 위상 등의 변화를 정밀 분석하여 고장위치 및 원인을 파악한다. 특히 송전선로 고장위치 파악 시 송전선로 보호계전기 내부 연산 알고리즘을 통해 계산된 거리표정 정보를 확인하거나, 담당자가 직접 고장데이터를 분석하여 수작업으로 계산 후 고장위치를 확인한다.
상기와 같이 기존에는 전력설비 고장발생시 보호계전기 동작하고, 고장기록장치가 고장 당시의 데이터를 저장한다. 이에 담당자는 보호계전기 또는 고장기록장치에서 고장데이터를 취득하여, 보호계전기의 정상동작 여부를 판정하고, 고장전류 및 전압, 고장지속시간, 고장원인, 거리표정, 및 고장점저항 등을 분석하여 시스템(예 : 고장데이터 분석을 위한 전용 뷰어 프로그램 작동 시스템)에 입력한다. 그런데 상기 기존의 고장데이터 분석을 위한 전용 뷰어 프로그램은 설치 및 사용법이 복잡하여 숙련된 담당자 이외에는 접근하기 힘든 문제점이 있다.
이에 따라 고장분석에 사용되는 필수기능을 탑재하고, 정밀 고장분석을 위해 고조파 분석, 벡터해석, 및 전력계산 등의 연산이 가능하며, 추가 프로그램 설치 없이 누구나 손쉽게 사용하고 접근할 수 있는 장치와 방법의 요구되고 있는 상황이다.
또한 최근 대도시에 지중선로가 많이 건설되면서 한 회선에 가공 및 지중선로가 같이 연결된 복합선로가 상당 부분 운영 중이다. 그런데 가공선로와 지중선로는 서로 길이가 같더라도 그 종류에 따라 고유 특성 임피던스 크기가 현저하게 달라, 이러한 복합선로에 고장이 발생하면 선종에 상관없이 평균 임피던스(즉, 가공+지중 임피던스)로 고장위치를 파악하는 송전선로 보호계전기는 실제 송전선로 고장위치와 오차를 발생하고 있다. 그래서 복합선로 고장 시 담당자는 고장파형 취득 후 전압, 및 전류를 분석하여 수기계산을 통해 오차를 보정하고 있는데, 이 때 담당자 업무숙련도에 따라 그 결과 값과 소요시간이 상이한 문제점이 있다.
따라서 거리표정 결과 값의 정확도 향상을 위해 복합선로 거리표정 보상을 자동으로 수행할 수 있는 장치와 방법이 필요한 상황이다.
또한 많은 회선의 전압과 전류를 동시에 기록할 수 있고 기존 대비 접속이 빠르고 간편한 고장기록장치 데이터를 취득하여 송전선로 고장점에 대한 거리표정을 할 수 있는 장치와 방법이 요구되고 있는 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2019-0119378호(2019.10.22. 공개, 보호계전기 사고 파형 데이터 운영유닛)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 호계전기에 저장되어 있는 고장데이터를 분석하여 송전전로의 고장점에 대한 거리표정을 자동으로 계산하여 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는, 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치는, 보호계전기나 고장기록장치에서 고장데이터를 입력받는 고장데이터 입력부; 상기 고장데이터를 분석하여 송전선로의 고장점에 대한 거리표정을 계산하는 제어부; 상기 제어부에서 고장데이터를 분석한 결과에 따른 고장파형을 출력하는 고장파형 출력부; 및 상기 제어부에서 고장데이터를 분석한 결과를 미리 지정된 형식으로 출력하는 분석결과 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 고장데이터를 이용하여 고조파 분석, 벡터해석, 및 파형 합성분석 중 적어도 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 가공선로와 지중선로가 혼재된 복합선로에서 고장이 발생 할 경우 송전선로 보호계전기의 거리표정 오차를 개선하기 위하여 보상팩터를 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 아래의 수학식1을 이용하여 보상팩터를 계산하는 것을 특징으로 한다.
(수학식 1)
Figure pat00001
본 발명에 있어서, 상기 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치는, 상기 송전선로의 고장점에 대한 거리표정을 계산하는데 필요한 데이터로서, 송전선로 임피던스를 선종 및 구간별로 구분하고, 정상분 저항 및 리액턴스와 영상분 저항 및 리액턴스로 세분화하여 데이터베이스를 통해 관리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 고장데이터를 불러와 고장직후 지정된 시간 이후 시점으로 이동하여, 해당 사업소 및 고장전압 및 전류를 선택한 후 거리표정을 실행하고, 전압 및 전류를 실수부와 허수부로 구분하여 임피던스를 산출하며, 또한 리액턴스를 추출하여 보상팩터 적용 후 최종 거리표정을 수행하되, 상기 시점, 사업소, 및 고장전압 및 전류는 미리 지정받거나 사용자로부터 지정받도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 고장데이터를 불러와 오픈하고, 순시값, 실효값, 고조파, 벡터분석, 전력값, 및 사고시점을 미리 설정된 계산식에 따라 분석하며, 고장점 표정 관련 계산기능이 활성화되면, 상기 고장데이터 관련 본부명 및 해당 데이터베이스를 불러온 후, 고장점의 거리표정을 계산하기 위한 지정된 송전선로와 채널에 대한 고장점 거리표정을 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 고장점 거리표정을 계산하기 위해서 고장이 발생한 송전선로의 전체 임피던스와 거리, 및 고장임피던스 정보를 이용하되, 상기 송전선로의 전체 임피던스 정보는, 사전에 전압별, 송전선로 거리, 및 선종 정보를 구분하여 구간별 데이터베이스 형태로 관리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 호계전기에 저장되어 있는 고장데이터를 분석하여 송전전로의 고장점에 대한 거리표정을 자동으로 계산하여 정확도를 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 현재 일반적으로 사용되고 있는 IEEE Comtrade 형식에 따른 고장데이터의 시각화 및 수식화 기능을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 3은 본 실시예에서 복수의 아날로그 채널 중 어느 하나를 선택하여 화면에 그래프로 표시하는 기능을 설명하기 위한 예시도.
도 4는 상기 도 3에 있어서, 선택한 채널의 벡터 및 고조파 등을 확인할 수 있는 그래프를 표시하는 기능을 설명하기 위한 예시도.
도 5는 상기 도 3에 있어서, 선택한 채널의 PQ(Power Quality %) 분석 기능을 설명하기 위한 예시도.
도 6은 상기 도 1에 있어서, 제어부의 고장파형 분석을 통한 송전선로의 고장점 거리표정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 관련된 전국 송전선로 임피던스 데이터베이스를 보인 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 고장점 거리표정 계산을 지시하기 위한 사용자 인터페이스 화면을 보인 예시도.
도 9는 상기 도 1에 있어서, 보상 후 거리표정 결과와 보상 전 거리표정 결과를 비교하기 위하여 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치는, 고장데이터 입력부(110), 제어부(120), 고장파형 출력부(130), 및 분석결과 출력부(140)를 포함한다.
상기 고장데이터 입력부(110)는 보호계전기(미도시)와 통신하여 고장데이터를 입력받는다.
상기 제어부(120)는 상기 입력받은 고장데이터를 분석한다.
상기 고장파형 출력부(130)는 상기 제어부(120)에서 고장데이터를 분석한 결과에 따른 고장파형을 출력한다.
상기 분석결과 출력부(140)는 상기 제어부(120)에서 고장데이터를 분석한 결과를 미리 지정된 형식으로 출력한다.
이하 상기 제어부(120)의 동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 현재 일반적으로 사용되고 있는 IEEE Comtrade(C37.111) 형식에 따른 고장데이터의 시각화 및 수식화 기능을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
상기 제어부(120)는 현재 사용하고 있는 IEEE Comtrade(C37.111) 사고데이터(즉, 고장데이터)의 3가지 버전을 모두 호환할 수 있는 고장파형 뷰어 기능을 구비하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 그 안에 나열되어 있는 정렬 값들을 정리하여 시각적으로 그래프화 되고(즉, 시각화), 필요한 데이터를 수식화하여(즉, 수식화) 담당자가 현장에서 즉각 조치하고 운영할 수 있도록 지정된 프로그램에 기초하여 동작한다.
또한 전력설비 정밀 고장분석을 위해서, 상기 제어부(120)는 고조파 분석, 벡터해석, 및 파형 합성분석 등의 기능을 수행한다.
한편 기존에 문제점으로 개시한 바와 같이, 가공선로와 지중선로가 혼재된 복합선로에서 고장이 발생 할 경우 송전선로 보호계전기의 거리표정 오차(예 : 43% 오차)가 상당히 발생하고 있으며, 이 오차를 개선하기 위해서는 보상팩터를 적용하여야 한다.
도면에 도시되어 있지 않지만, 송전선로 임피던스를 선종 및 구간(거리)별 등으로 구분하고, 정상분 저항 및 리액턴스, 영상분 저항 및 리액턴스 등으로 세분화하여 관리하고 데이터베이스화 되어 있다고 가정한다.
이에 상기 제어부(120)는 송전선로 보호계전기 또는 고장기록장치에 저장된 고장파형(즉, 고장데이터)을 불러와 고장직후 지정된 시간(예 : 약 20ms) 이후 시점으로 이동하여, 해당 사업소 및 고장전압 및 전류를 선택한 후 거리표정을 실행하고, 자동으로 전압 및 전류를 실수부와 허수부로 구분하여 임피던스를 산출하며, 또한 리액턴스를 추출하여 보상팩터 적용 후 최종 거리표정을 수행한다.
참고로 상기 컴트레이드(Comtrade) 형식(즉, 전력 계통에서 오실로스코프 데이터에 대한 파일 형식)의 파일은 ‘***.cfg’와 ‘***.dat’로 구분되어 있으나, 본 실시예에서는 이를 최신 버전으로 재 저장하여 기존과 호환 가능하도록 하였다.
본 실시예에서 상기 제어부(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 아날로그 채널(예 : 전압, 전류 등) 중 어느 하나의 채널(예 : 운영자가 선택한 채널)을 선택적으로 한 개의 화면에 그래프로 표시할 수 있다. 또한 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(120)는 3상의 전압, 및 전류를 이용하여 전력계산 법으로 피상전력, 유효전력, 무효전력, 및 역율 등을 표현한다.
도 3은 본 실시예에서 복수의 아날로그 채널 중 어느 하나를 선택하여 화면에 그래프로 표시하는 기능을 설명하기 위한 예시도이고, 도 4는 상기 도 3에 있어서, 선택한 채널의 벡터 및 고조파 등을 확인할 수 있는 그래프를 표시하는 기능을 설명하기 위한 예시도이며, 도 5는 상기 도 3에 있어서, 선택한 채널의 PQ(Power Quality %) 분석 기능을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 상기 도 1에 있어서, 제어부의 고장파형 분석을 통한 송전선로의 고장점 거리표정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 제어부(120)는 고장파형(즉, 고장데이터)(예 : COMTRADE 파일)을 불러와 오픈(Open) 한다(S101).
이에 따라 사용자는 고장파형 출력부(130)를 통해 기본적으로 표시되는 파형을 확인할 수 있으며, 상기 제어부(120)는 순시값, 실효값, 고조파, 벡터분석, 전력값, 및 사고시점 등을 미리 설정 된 계산식에 따라 분석한다(S102).
이때 고장점표정 관련 기능이 활성화되면(S103의 예), 상기 제어부(120)는 상기 분석할 고장파형(즉, 고장데이터)(예 : COMTRADE 파일) 관련 본부명 및 해당 데이터베이스(미도시)를 선택하여 불러온다(S104).
또한 상기 제어부(120)는 복수의 아날로그 채널 중 어느 하나의 채널과 고장점의 거리표정(Fault Location)을 보기 위한 송전선로(T/L)를 선택하여(또는 선택받아)(S105) 고장점 표정(또는 고장점의 거리표정) 결과를 출력한다(S106).
이때 다른 고장 파형을 분석할 수도 있다(S107의 예)
만약 다른 고장 파형을 분석하지 않을 경우(S107의 예)에는 고장파형(즉, 고장데이터) 분석을 종료한다.
상술한 바와 같이 송전선로 거리표정(즉, 송전선로의 고장점 거리표정)을 위해서는 고장이 발생한 송전선로의 전체 임피던스와 거리(또는 길이), 및 고장임피던스 정보가 필요하다.
상기 송전선로의 전체 임피던스 정보는, 도 7에 도시된 바와 같이, 사전에 전압별, 송전선로 거리(또는 길이), 및 선종(예 : 지중, 가공 등) 등으로 구분하여 구간별로 각각 입력하고 데이터베이스화 한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 관련된 전국 송전선로 임피던스 데이터베이스를 보인 예시도이다.
이때 상기 고장임피던스를 구하기 위해서 송전선로 고장 시 동작하는 보호계전기 또는 고장기록장치에서 고장파형(즉, 고장데이터)을 취득한다.
그리고 상기 제어부(120)는 상기 취득된 고장파형(즉, 고장데이터)을 불러와 오픈하여, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 해당 송전선로의 고장발생 직후 지정된 시간(예 : 약 20ms) 이후 시점으로 이동한 후, 거리표정 기능을 활성화 하고, 고장 송전선로의 본부, 변전소, 및 선로 등이 선택되면, 상기 도 7에 도시된 바와 같은, 데이터베이스 파일에서 해당 송전선로의 구간별 임피던스 및 거리가 추출되어 해당 송전선로의 고장점 거리계산(Fault Location)을 대기한다.
또한 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 선택된 본부, 변전소, 및 선로에 대하여 3상 전류와 전압, 및 고장유형을 선택하고 거리표정 계산 명령(버튼)이 입력되면 자동으로 고장임피던스를 산출하고, 산출된 고장임피던스는 거리표정 보상팩터가 적용되어 한번 더 계산하게 되며, 추출 된 송전선로 구간별 임피던스, 거리, 및 보상팩터가 적용된 거리표정 결과 값을 출력한다.
이때 상기 보상팩터는 아래의 수학식1을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure pat00002
도 9는 상기 도 1에 있어서, 보상 후 거리표정 결과와 보상 전 거리표정 결과를 비교하기 위하여 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 보상팩터 적용 후 고장위치와 보상팩터 적용 전 고장위치간에 상당한 차이가 있음을 알 수 있으며, 이 차이만큼 송전선로의 고장점에 대한 거리표정의 정확도가 향상되었음을 의미한다.
상기와 같이 본 실시예는 송전선로 고장점 거리표정시 오차발생 가능성이 있는 보호계전기나 시간이 오래 걸리고 복잡한 수기계산에서 벗어나, 보호계전기 또는 고장기록장치 등에서 고장파형(즉, 고장데이터)을 취득하여, 그 고장파형을 열어 고장위치에 커서를 이동만 하면 자동으로 보상팩터 등을 적용하여 거리표정을 수행할 수 있도록 함으로써, 전문지식이 없어도 누구나 손쉽게 사용할 수 있도록 하고, 보다 정밀 고장분석을 위해 고조파 해석 등 다양한 기능을 추가하여, 세밀한 고장분석이 가능하므로 전력설비 고장 시 대책수립 및 예방할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 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. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 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 프로그래밍 가능한 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.
110 : 고장데이터 입력부
120 : 제어부
130 : 고장파형 출력부
140 : 분석결과 출력부

Claims (1)

  1. 보호계전기나 고장기록장치에서 고장데이터를 입력받는 고장데이터 입력부;
    상기 고장데이터를 분석하여 송전선로의 고장점에 대한 거리표정을 계산하는 제어부;
    상기 제어부에서 고장데이터를 분석한 결과에 따른 고장파형을 출력하는 고장파형 출력부; 및
    상기 제어부에서 고장데이터를 분석한 결과를 미리 지정된 형식으로 출력하는 분석결과 출력부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    고장데이터를 불러와 오픈하여, 해당 송전선로의 고장발생 직후 지정된 시간 이후 시점으로 이동한 후, 거리표정 기능을 활성화 하고, 고장 송전선로의 본부, 변전소 및 선로가 선택되면, 데이터베이스 파일에서 해당 송전선로의 구간별 임피던스 및 거리를 추출하여 해당 송전선로의 고장점 거리계산을 수행하되,
    상기 선택된 본부, 변전소, 및 선로에 대하여 3상 전류와 전압 및 고장유형을 선택하고, 거리표정 명령이 입력되면 자동으로 고장임피던스를 산출하며, 산출된 고장임피던스는 거리표정 보상팩터를 적용하여 한번 더 계산하고, 추출된 송전선로 구간별 임피던스, 거리, 및 보상상팩터가 적용된 거리표정 결과 값을 출력하며, 또한
    상기 제어부는,
    고장데이터를 이용하여 고조파 분석, 벡터해석, 및 파형 합성분석 중 적어도 하나 이상을 수행하며, 또한
    상기 제어부는,
    가공선로와 지중선로가 혼재된 복합선로에서 고장이 발생 할 경우 송전선로 보호계전기의 거리표정 오차를 개선하기 위하여 보상팩터를 적용하며, 또한,
    상기 제어부는,
    아래의 수학식1을 이용하여 보상팩터를 계산하고, 또한
    상기 제어부는,
    고장점 거리표정을 계산하기 위해서 고장이 발생한 송전선로의 전체 임피던스와 거리, 및 고장임피던스 정보를 이용하되,
    상기 송전선로의 전체 임피던스 정보는, 사전에 전압별, 송전선로 거리, 및 선종 정보를 구분하여 구간별 데이터베이스 형태로 관리되는 것을 특징으로 하는 고장데이터를 이용한 송전선로의 거리표정 장치.
    (수학식 1)
    Figure pat00003
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