KR20220166087A - Integrated Monitoring Apparatus and Method for Pole Transformer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 주상변압기로부터 수집되는 정보를 바탕으로 주상변압기의 상태를 판단하고 이상을 검출하는 주상변압기 통합 감시 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a pole-to-pole transformer integrated monitoring apparatus and method for determining the state of a pole-to-pole transformer and detecting an abnormality based on information collected from the pole-to-pole transformer.
전신주는 전기를 송배전하는 통신선로의 가교 역할을 수행하는 것으로, 다수의 전선이 연결되고, 변압기가 설치된다. 주상변압기는 전신주에 설치되는 변압기로로, 전선을 통해 공급된 고압의 전기를 일반적인 상용전압으로 변압하여 수용가에 공급할 수 있도록 구성된다. Telegraph poles serve as bridges for communication lines that transmit and distribute electricity, and a number of wires are connected and transformers are installed. A pole-mounted transformer is a transformer installed on a telephone pole, and is configured to transform high-voltage electricity supplied through wires into a general commercial voltage and supply it to consumers.
이러한 주상변압기는 설치되는 전신주가 낡아, 전선과 변압기의 무게를 견디지 못하고 쓰러지는 경우, 변압기가 손상될 뿐 아니라 감전, 합선 등에 의한 각종 안전사고의 위험이 있다. 또한, 주상변압기는, 전신주가 인도에 인접하여 설치되는 경우, 보행자가 부상을 입거나 주변의 시설물이 파손되는 등의 사고의 위험이 있다. Such a pole-mounted transformer may cause various safety accidents due to electric shock, short circuit, etc. as well as damage to the transformer when the electric pole to be installed is worn out and cannot withstand the weight of the wire and the transformer and collapses. In addition, pole-mounted transformers, when a telephone pole is installed adjacent to a sidewalk, have a risk of accidents such as injury to pedestrians or damage to nearby facilities.
이러한 사고를 예방하기 위하여, 주상변압기와 전신주의 상태를 확인하기 위해서는 관리자가 전신주의 위치로 이동하여 직접 점검하고 상태를 진단해야하므로 많은 인력과 시간이 소비되는 문제가 있다. In order to prevent such an accident, in order to check the status of a pole-type transformer and a telephone pole, a manager must move to the position of a telephone pole to directly inspect and diagnose the condition, which consumes a lot of manpower and time.
그에 따라 종래의 대한민국 등록특허 제10-1409354호에는 변압기의 전압과 전류를 측정하여 변압기를 관리하는 구성을 개시하고 있다. Accordingly, conventional Korean Patent Registration No. 10-1409354 discloses a configuration for managing a transformer by measuring voltage and current of the transformer.
그러나 변압기의 고장을 확인하여 관리하는 것은 가능하나, 변압기가 설치된 전신주의 문제를 확인할 수 없으므로 여전히 안전사고의 위험이 있다. However, although it is possible to check and manage the failure of the transformer, there is still a risk of safety accident because the problem of the utility pole where the transformer is installed cannot be identified.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 전신주와 주상변압기의 상태를 종합적으로 판단하여 전신주의 도괴, 지진 또는 주변 환경의 변화에 따른 고장을 진단하고, 변압기의 고장, 정전여부 등을 판단하여 관리함으로써 안전사고를 예방하는 주상변압기 통합 감시 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was created due to the above needs, and comprehensively judges the state of a utility pole and a pole-mounted transformer, diagnoses failures caused by collapse of utility poles, earthquakes, or changes in the surrounding environment, and determines whether or not a transformer has failed or a power outage. The purpose is to provide a pole-type transformer integrated monitoring device and method that prevents safety accidents by managing
또한, 본 발명은 네트워크 기반으로 전신주와 변압기의 상태를 수신하여 감시함에 따라 직접 방문하여 점검하지 않더라도 상태를 확인하고 지속적으로 감시하는 주상변압기 통합 감시 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, an object of the present invention is to provide an integrated monitoring device and method for a pole-type transformer that checks and continuously monitors the status without directly visiting and inspecting as the status of the pole and the transformer is received and monitored on a network basis.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 주상변압기 통합 감시 장치는, 전신주에 설치되는 변압기; 상기 변압기의 내부 또는 외부에 설치되어 3축 방향에 대한 진동을 감지하는 진동감지부; 및 상기 진동감지부로부터 수신되는 진동신호를 주파수영역의 신호로 변화하여 벡터 데이터를 산출하고, 벡터 특성을 분석하여, 상기 변압기 또는 상기 전신주의 상태를 판단하고, 고장을 진단하는 감시 장치; 를 포함하고, 상기 감시 장치는 상기 진동신호의 축별 데이터를 변환하여 주파수 성분에 따라 상기 변압기의 데이터와 상기 전신주의 데이터를 분류하고, 기 저장된 데이터와 비교하여 상기 변압기 또는 상기 전신주의 상태를 진단하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a pole-type transformer integrated monitoring device according to the present invention includes a transformer installed on a telephone pole; a vibration sensing unit installed inside or outside the transformer to detect vibration in three axis directions; and a monitoring device that converts the vibration signal received from the vibration sensor into a signal in the frequency domain, calculates vector data, analyzes vector characteristics, determines the state of the transformer or the utility pole, and diagnoses a failure. Including, the monitoring device converts the axis-specific data of the vibration signal, classifies the data of the transformer and the data of the utility pole according to frequency components, and compares them with pre-stored data to diagnose the state of the transformer or the utility pole. characterized by
상기 감시 장치는, 상기 벡터 데이터를 특성 별로 분류하여, 주파수 성분의 변화, 특정 주파수 성분의 검출 여부, 벡터 데이터의 상대적 위치로 변화, 및 벡터 방향의 변화 중 적어도 하나에 대응하여, 변압기와 전신주의 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다. The monitoring device classifies the vector data according to characteristics, and responds to at least one of a change in frequency component, whether a specific frequency component is detected, a change in the relative position of vector data, and a change in vector direction, transformers and utility poles. It is characterized by judging the state.
상기 진동감지부는 3축의 진동을 감지하여 시계열 데이터로 상기 진동신호를 전송하는 3축 가속도 센서를 포함한다. The vibration sensor includes a 3-axis acceleration sensor that detects 3-axis vibration and transmits the vibration signal as time-series data.
본 발명에 따른 주상변압기 통합 감시 장치의 동작방법은, 변압기에 설치된 진동감지부로부터 계측된 3축 방향에 대한 진동신호를 시계열 데이터로 수신하는 단계; 상기 진동신호의 시계열 데이터를 축별로 주파수영역의 신호로 변환하는 단계; 주파수 성분에 따라 벡터 데이터를 산출하는 단계; An operation method of an integrated pole-type transformer monitoring device according to the present invention includes the steps of receiving vibration signals in three-axis directions measured from a vibration sensor installed in a transformer as time-series data; converting the time-series data of the vibration signal into a signal in the frequency domain for each axis; Calculating vector data according to frequency components;
상기 벡터 데이터의 특성을 분석하여, 상기 변압기와 상기 변압기가 설치된 전신주에 대한 데이터를 분류하고, 특성에 따라 그룹화 하는 단계; 및analyzing the characteristics of the vector data, classifying the data on the transformer and the utility pole where the transformer is installed, and grouping them according to characteristics; and
기 저장된 데이터와 비교하여 상기 변압기와 상기 전신주에 대한 상태를 판단하고 고장을 진단하는 단계; 를 포함한다. comparing the pre-stored data to determine the state of the transformer and the utility pole and diagnosing a failure; includes
상기 진단하는 단계는, 상기 진동신호에 대한 상기 벡터 데이터의 특성을 추출하는 단계; 고장원인에 따라 분류되어 벡터 그룹으로 기 저장된 데이터와 비교하는 단계; 주파수 성분의 변화, 특정 주파수 성분의 검출 여부, 벡터 데이터의 상대적 위치로 변화 및 벡터 방향의 변화 중 적어도 하나에 대응하여 상기 변압기와 상기 전신주의 상태를 판단하는 단계; 및 고장 시 경고를 출력하는 단계; 를 더 포함한다. The diagnosing may include extracting characteristics of the vector data for the vibration signal; Classifying according to the cause of failure and comparing with data previously stored as a vector group; Determining the state of the transformer and the utility pole in response to at least one of a change in a frequency component, whether a specific frequency component is detected, a change in a relative position of vector data, and a change in a vector direction; and outputting a warning in case of failure; more includes
본 발명에 따른 주상변압기 통합 감시 장치 및 방법은, 센서로부터 수신되는 데이터를 바탕으로, 변압기와 전신주의 상태를 실시간으로 감시할 수 있고, 상태변화의 지속적인 감시를 통해 안전사고를 예방할 수 있다. The apparatus and method for integrated monitoring of pole-type transformers according to the present invention can monitor the status of transformers and utility poles in real time based on data received from sensors, and can prevent safety accidents through continuous monitoring of status changes.
본 발명은 갑작스런 변압기 고장 또는 전신주의 이상을 신속하게 감지하고 이를 복구하여 정전 등의 사고에 대처할 수 있고, 전신주와 변압기 뿐 아니라, 전신주가 설치된 주변의 상황을 파악할 수 있고, 주변 환경의 영향, 지진 등의 자연재해에 대하여 빠르게 대처할 수 있다. The present invention can cope with an accident such as a power outage by quickly detecting and recovering a sudden transformer failure or abnormality of a telephone pole, grasping the situation around the telephone pole and transformer, as well as the surroundings where the telephone pole is installed, the influence of the surrounding environment, an earthquake Respond quickly to natural disasters such as
본 발명은 실시간 상태감시를 통해 변압기와 전신주에 대하여 순시점검과 정기점검이 가능하고 그에 대한 진단이 용이하여 비용을 절감하고, 효율적으로 관리할 수 있다. According to the present invention, instantaneous and regular inspections of transformers and utility poles are possible through real-time status monitoring, and cost reduction and efficient management are possible because diagnosis thereof is easy.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 주상변압기 통합 감시 장치의 구성이 간략하게 도시된 도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 주상변압기 통합 감시 장치의 진동감지부에 의해 계측되는 진동신호가 도시된 도이다.
도 3 은 도 2의 신호의 주파수변환에 의한 변환 신호가 도시된 도이다.
도 4 및 도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 주상변압기 통합 감시 장치의 상별 상 불균형에 따른 3축 벡터 변화가 도시된 도이다.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 주상변압기 통합 감시 장치의 상불균형에 따른 특징 벡터의 클러스터링 결과가 도시된 도이다.
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 주상변압기 통합 감시 장치의 동작 방법이 도시된 순서도이다. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a pole-type transformer integrated monitoring device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a vibration signal measured by a vibration sensor of an integrated pole-type transformer monitoring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a converted signal by frequency conversion of the signal of FIG. 2;
4 and 5 are diagrams showing 3-axis vector change according to phase imbalance for each phase of the pole-type transformer integrated monitoring device according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing clustering results of feature vectors according to the phase imbalance of the pole-type transformer integrated monitoring device according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating an operating method of an integrated pole-in-phase transformer monitoring device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 설명하도록 한다. 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 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 주상변압기 통합 감시 장치의 구성이 간략하게 도시된 도이다. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a pole-type transformer integrated monitoring device according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주상변압기 통합 감시 장치는, 복수의 전신주(미도시)에 설치되는 복수의 변압기(10)(11 내지 13), 복수의 진동감지부(20)(21 내지 23) 및 감시 장치(100)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the integrated transformer monitoring device according to the present invention includes a plurality of transformers 10 (11 to 13) installed on a plurality of utility poles (not shown), a plurality of vibration sensing units 20 ( 21 to 23) and the
제 1 변압기 내지 제 3 변압기(11 내지 13), 제 1 진동감지부 내지 제 3 진동감지부(21 내지 23) 및 감시 장치(100)는 유, 무선 네트워크를 통해 상호 연결된다. The first to
변압기(10)는 전선을 통해 송배전되는 전기의 전압을 변환하여 공급하고, 전압과 전류에 대한 데이터를 감시 장치(100)로 전송한다. The
진동감지부(20)는 변압기(10)에 내부 또는 외부에 설치될 수 있고, 경우에 따라 변압기가 설치된 전신주에 설치될 수 있다. The
진동감지부(20)는 네트워크에 연결되어 유선으로 통신할 수 있고, 또한 변압기와 연결되어 변압기를 통해 데이터를 송수신하는 것 또한 가능하다. 또한, 진동감지부(20)는 사물 인터넷 (Internet on Things)를 기반으로 무선 통신할 수 있다. The
진동감지부(20)는 3축의 진동을 감지하는 스마트 진동센서를 포함한다. 예를 들어, 진동감지부(20)는 MEMS 3축 가속도 센서를 포함한다. The
진동감지부(20)는 복수의 변압기에 각각 설치되어 각 변압기 또는 전신주의 3축에 대한 진동을 감지하여 감시 장치(100)로 전송한다. 진동감지부(20)는 3축에 대하여 가속도를 측정함으로써, 전신주의 기울기, 변압기의 정전여부를 감지한다. The
진동감지부(20)는 변압기 또는 전신주의 어느 일측에 설치됨에 따라, 변압기 또는 전신주에서 발생하는 진동을 3축으로 계측하고, 일정 시간마다 진동신호에 대한 시계열 데이터를 생성하여 감시 장치(100)로 전송한다. 경우에 따라 진동감지부(20)는 신호처리부(미도시)를 포함하여, 감지된 진동신호를 분석하여 분석결과를 감시 장치(100)로 전송할 수 있다. As the
감시 장치(100)는 복수의 변압기(11 내지 13)와 복수의 진동감지부(21 내지 23)과 통신하여 변압기의 전류 또는 전압에 대한 데이터를 수신하고, 변압기 또는 전신주에서 발생하는 진동에 대한 시계열 데이터를 수신하여, 변압기와 전신주에 대한 상태를 진단한다. The
감시 장치(100)는 통신부(140), 출력부(150), 데이터처리부(130), 데이터분석부(120), 데이터베이스(DB)(170), 상태진단부(160), 그리고 동작 전반을 제어하는 제어부(110)를 포함한다. The
통신부(140)는 네트워크를 통해 제 1 내지 제 3 변압기(11 내지 13)와 통신하고, 제 1 내지 제 3 진동감지부(21 내지 23)로부터 데이터를 수신한다. The
통신부(140)는 복수의 통신모듈을 구비하여, 유선 또는 무선으로 통신하고, 네트워크를 통해 외부의 서버와 통신하고, 등록된 단말과 통신하거나 이동통신서버를 통해 단말로 데이터를 전송한다. The
출력부(150)는 변압기 또는 전신주의 상태를 문자, 숫자, 특수문자, 이미지 중 적어도 하나의 조합으로 표시하고, 효과음, 경고음 및 음성안내 중 적어도 하나를 출력한다. The
출력부(150)는 변압기 또는 전신주의 고장 진단 시, 그에 대한 경고를 출력한다. 출력부는 디스플레이, 스피커, 램프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The
데이터처리부(130)는 진동감지부(20)에서 계측된 3축(x, y, z)의 진동 신호에 대한 시계열 데이터를 고속 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform)을 이용하여 주파수 영역 데이터로 변환하고, 주파수 성분에 따른 3차원의 벡터데이터를 산출한다. The
데이터처리부(130)는 데이터를 필터링하여 노이즈를 제거하고, 상용주파수 성분을 제거한다. The
데이터분석부(120)는 진동신호에 대한 벡터데이터를 분석하고, 데이터를 분류하고 그룹화 하여 데이터베이스(DB)(170)에 저장한다. The
변압기(10)는 3상의 전원이 입출력되므로 3개 혹은 1개로 운영되고, 변압기(10)의 상불평형이 발생하는 정도와 상황(A, B, C)에 따라 진동감지부(20)에 의해 x, y, z의 3축으로 계측되는 진동신호가 상대적 위치로 변화한다. 또한, 주상 변압기가 가설된 전주의 기울임 정도 및 주변의 환경, 예를 들어 주변의 공사 상황에 따라 진동감지부(20)에 의해 계측되는 진동 신호가 실시간으로 변화한다. The
데이터분석부(120)는 이러한 진동신호의 변화를 벡터데이터 기반으로 분석하여, 변압기의 상불평형과 상황(A, B, C), 전신주의 상태에 따라 분류하고, 그룹화 하여 데이터베이스(DB)를 업데이트 한다. The
또한, 데이터분석부(120)는 변압기(10)에 인가된 전압에 따른 벡터 값의 변화, 3상의 불평형 정도, 불평형 발생 상(A, B, C), 그리고 전신주의 주변 환경 또는 기울기에 따른 벡터 방향의 변화를 바탕으로, 벡터데이터의 벡터 방향을 밀도기반 클러스터링 (DBSCAN: Density-based Spatial Clustering of Applications with Noise) 기법을 활용하여 분구분하여 분류하고, 그룹화 한다. In addition, the
상태진단부(160)는 데이터베이스(DB)의 분류되고 그룹화된 데이터를 바탕으로, 진동신호의 벡터데이터를 비교하여, 진동감지부(20)에 의해 감지되는 진동신호를 기반으로 변압기 또는 전신주의 상태를 판단하고 고장을 진단한다. The
변압기(10)에서 발생되는 진동의 발생원인은, 두가지로 설명할 수 있다. The causes of vibration generated in the
변압기(10)는 일정한 주파수의 교류(60Hz)가 인가되면, 변압기 철심에 자왜현상(magnetostriction)에 의한 진동이 교류주파수의 두 배의 주파수(120Hz)로 발생한다. 그에 따라 진동은, 120㎐의 배수의 주파수 성분을 갖고, 변압기의 외벽을 통하여 외부로 방출하게 된다. When an alternating current (60Hz) of a constant frequency is applied to the
또한, 변압기(10)는 누설 자속과 권선 전류의 상호 작용에 의해 권선에 일정 힘이 작용하게 된다. 권선에 작용하는 힘은 부하전류의 제곱에 비례하는 함수가 되므로, 직류성분과 부하전류 주파수의 두 배의 주파수를 갖는 교류 성분을 지니게 된다. 따라서 권선에 의한 진동은, 철심 진동과 같이 기본 주파수 60㎐의 배수 배를 갖는 120㎐ 주파수 성분을 기본 주파수로써 포함한다. In addition, in the
따라서 상태진단부(160)는 기본 주파수의 2배수를 기본 주파수로 갖는 고조파 성분(120Hz의 배수)이 검출되면, 변압기의 동작과 관련된 주파수 성분으로 판단하여 변압기의 상태를 진단한다. Therefore, when a harmonic component (multiple of 120 Hz) having a fundamental frequency twice the fundamental frequency is detected, the
데이터처리부(130)는 진동감지부(20)로부터 계측된 진동신호의 시계열 데이터를 3축에 대하여 각각 고속 푸리에 변환하여 주파수 성분으로 변환하고, 일정 문턱값 이상의 성분에 대하여 주파수와 그 값을 취득한다. The
데이터분석부(120)는 120Hz의 배수인 주파수 성분을 변압기(10)의 운영과 관련된 데이터로 구분하고, 그 외의 나머지 값들을 전신주의 주변 상황 및 전신주의 상태에 따른 데이터로 분류한다. The
데이터분석부(120)는 변압기(10)의 데이터(120Hz 배수 값의 주파수와 값)에 대하여, 각 상태별 x축, y축, z축 진동에 대한 벡터의 특징을 기반으로 DBSCAN 기법을 이용하여 전압 및 상 불균형에 관한 학습을 실시하여 3차원 상의 벡터를 그룹화 한다.The
따라서 상태진단부(160)는 데이터베이스에 기 저장된 벡터 데이터가 고장원인에 따라 분류되어 벡터 그룹으로 저장되므로, 기 저장된 벡터 데이터를 기반으로, 주파수 성분의 변화, 특정 주파수 성분의 검출 여부, 벡터 데이터의 상대적 위치로 변화, 벡터 방향의 변화에 대응하여, 변압기와 전신주의 상태를 판단하고 고장을 진단한다. Therefore, the
제어부(110)는 상태진단부(160)에 의해 변압기 또는 전신주의 고장으로 판단되면, 출력부를 통해 경고를 출력한다. 또한, 제어부(110)는 통신부(140)를 통해 외부의 서버 또는 이상이 발생된 변압기 또는 전신주의 담당자의 단말로 경고메시지를 전송한다.The
경우에 따라 제어부(110)는 변압기 또는 전신주의 고장에 대응하여 해당 변압기 또는 인접한 개폐기로 신호를 전송하여 전원을 차단할 수 있다. In some cases, the
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동감지부에 의해 계측되는 진동신호가 도시된 도이다. 도 2의 (a)는 x축의 진동신호이고, 도 2의 (b)는 y축의 진동신호이며, 도 2의 (c)는 z축의 진동신호이다. 2 is a diagram illustrating a vibration signal measured by a vibration sensor according to an embodiment of the present invention. Figure 2 (a) is a vibration signal of the x-axis, Figure 2 (b) is a vibration signal of the y-axis, Figure 2 (c) is a vibration signal of the z-axis.
도 2의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이, 진동감지부(20)는 변압기(10) 또는 전신주에서 발생되는 진동을 x축, y축, z축에 대하여 각각 계측하여 축 별 진동신호에 대한 시계열 데이터를 감시 장치(100)로 전송한다. As shown in (a), (b), and (c) of FIG. 2, the
변압기(10)에 일정크기의 정격전압이 인가되기 전과 후에 진동의 변화가 나타나고, 진동감지부는 진동의 변화를 계측한다. A change in vibration appears before and after a rated voltage of a certain size is applied to the
진동신호 중 제 1 구간(S1)은 변압기에 정격전압이 인가되기 전의 진동이고, 제 2 구간(S2)은 정격전압이 인가된 후의 진동이다. Among the vibration signals, a first section (S1) is vibration before the rated voltage is applied to the transformer, and a second section (S2) is vibration after the rated voltage is applied.
도 3 은 도 2의 신호의 주파수변환에 의한 변환 신호가 도시된 도이다. FIG. 3 is a diagram showing a converted signal by frequency conversion of the signal of FIG. 2;
도 3에 도시된 바와 같이, 데이터처리부(130)는 진동감지부(20)에 의해 계측된 진동신호를 고속 푸리에 변환(FFT)을 통해 주파수영역으로 신호를 변환한다. As shown in FIG. 3 , the
도 3의 (a) 내지 (f)와 같이, 그에 따라 제 1 구간(S1)과 제 2 구간(S2)에서의 진동신호는 주파수 성분 별로 나타난다. As shown in (a) to (f) of FIG. 3, accordingly, the vibration signal in the first section S1 and the second section S2 appears for each frequency component.
도 3의 (a), (b), (c)는 진동신호의 제 1 구간(S1)에 대한 x축, y축, z축의 주파수 성분이고, 도 3의 (d), (e), (f)는 제 2 구간(S2)에 대한 x축, y축, z축의 주파수 성부이다. (a), (b), and (c) of FIG. 3 are frequency components of the x-axis, y-axis, and z-axis for the first section S1 of the vibration signal, and FIG. 3 (d), (e), ( f) is the frequency components of the x-axis, y-axis, and z-axis for the second section S2.
데이터분석부(120)는 축별 진동신호에서, 변환된 주파수성분을 시간의 경과에 따라 비교함으로써, 주파수 성분의 변화를 통해 변압기(10)에서의 전압 인가 여부와 상불평형에 따른 특성을 분류한다. The
데이터분석부(120)는 축별 주파수 성분에서, 기본주파수 60Hz의 배수, 즉 120Hz 또는 그 배수배의 신호가 검출되면 변압기(10)의 전압인가에 따른 진동으로 분류한다. When the
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 주상변압기 통합 감시 장치의 상별 상 불균형에 따른 3축 벡터 변화가 도시된 도이다. 4 and 5 are diagrams illustrating 3-axis vector changes according to phase imbalance for each phase of the pole-type transformer integrated monitoring device according to an embodiment of the present invention.
데이터분석부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 벡터데이터의 변화를 바탕으로 상 불균형을 판단한다. As shown in FIG. 4 , the
3상이 정상으로 상 균형 상태에서, 진동신호의 벡터값은 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 나타난다. In the state of phase balance with the three phases normal, the vector value of the vibration signal appears as shown in (a) of FIG.
A상이 동작하지 않는 경우, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 진동신호의 벡터값이 나타난다. B상이 동작하지 않는 경우에는 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 벡터값이 나타나며, C상이 동작하지 않는 경우에는 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 벡터값이 나타난다. When phase A does not operate, as shown in (b) of FIG. 4, the vector value of the vibration signal appears. When phase B does not operate, a vector value appears as shown in (c) of FIG. 4, and when phase C does not operate, a vector value appears as shown in (d) of FIG.
데이터분석부(120)는 진동신호의 벡터 방향에 따라, 3상 중 A상, B상, C상의 비동작에 따른 이상을 판단하고, 데이터를 특성에 따라 분류할 수 있다. 데이터분석부(120)는 벡터 데이터가 상대적 위치로 변화하는 것을 바탕으로 상별 불균형으로 특성을 분류한다. The
또한, 데이터분석부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 복수 상에서 상 불균형이 발생한 경우, 2축 벡터 방향의 변화를 통해 복수상의 이상을 판단한다. In addition, as shown in FIG. 5 , the
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 3축 진동신호에서, A상과 B상이 비동작하는 경우, 벡터값이 변화하고, A상과 C상이 비동작하는 경우에는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 벡터값이 변화하며, B상과 C상이 비동작하는 경우에는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 벡터값이 변화한다. As shown in (a) of FIG. 5, in the three-axis vibration signal, when phases A and B are inactive, the vector value changes, and when phases A and C are inactive, (b) of FIG. As shown in , the vector value changes, and when phase B and phase C are inactive, as shown in (c) of FIG. 5 , the vector value changes.
그에 따라 데이터분석부(120)는 진동신호의 벡터 방향에 따라, 3상 중 복수상, A상과 B상, A상과 C상, 그리고 B상과 C상의 비동작에 따른 이상을 판단하여 특성을 분류할 수 있다. Accordingly, the
데이터분석부(120)는 상 불균형에 따른 벡터 방향에 대한 데이터를 분류하여 데이터베이스화 한다. The
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 주상변압기 통합 감시 장치의 상 불균형에 따른 특징 벡터의 클러스터링 결과가 도시된 도이다. 6 is a diagram illustrating clustering results of feature vectors according to phase imbalance of the main pole transformer integrated monitoring device according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 데이터분석부(120)는 계측된 진동신호를 변환한 데이터를 바탕으로, 변압기(10)의 주파수 성분에 따라 축별(x, y, z축) 벡터의 특징에 따라 DBSCAN 기법을 이용하여 인가전압과, 상 불균형에 관한 학습을 실시하여 3차원 상의 벡터를 그룹화 한다.As shown in FIG. 6, the
데이터분석부(120)는 상 불균형에 따른 특징들을 h1, h2, h3으로 구분하여 클러스터링 함으로써 그룹화 한다. The
데이터분석부(120)는 진동감지부(20)로부터 계측되는 진동신호에 대한 변환값을 누적하고, 변압기의 전압과 상불평형에 따른 상태를 진단하고, 그에 대한 이력데이터를 관리하여 데이터베이스(DB)(170)에 축적함으로써 데이터베이스를 업데이트한다. The
또한, 데이터분석부(120)는 전신주의 기울기 또는 주변 환경에 의한 상태변화를, 변압기에 의한 데이터와 구분하여 축적한다. In addition, the
그에 따라, 상태진단부(160)는 데이터베이스(170)에 축적되는 데이터를 바탕으로, 변압기의 전압과 상불평형을 구분하여 이상을 판단하고, 전신주의 변화와 그에 따른 도괴위험에 대한 이상을 판단함으로써, 변압기와 전신주의 상태를 진단한다.Accordingly, the
상태진단부(160)는 기 저장된 벡터 데이터를 기반으로, 주파수 성분의 변화, 특정 주파수 성분의 검출 여부, 벡터 데이터의 상대적 위치로 변화, 벡터 방향의 변화에 대응하여, 변압기와 전신주의 상태를 판단한다. Based on pre-stored vector data, the
상태진단부(160)는 기 저장된 벡터 데이터가 고장원인에 따라 분류되어 벡터 그룹으로 저장되므로, 진동신호의 벡터 데이터의 특성을 기 저장된 데이터와 비교하여 고장을 진단한다. Since the pre-stored vector data is classified according to the cause of the failure and stored as a vector group, the
제어부(110)는 변압기와 전신주의 고장으로 판단되면, 출력부(150)를 통해 경고를 출력하고, 고장을 수리하도록 통신부를 통해 요청한다. When the
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 주상변압기 통합 감시 장치의 동작 방법이 도시된 순서도이다. 7 is a flowchart illustrating an operating method of an integrated pole-in-phase transformer monitoring device according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 변압기(10) 또는 전신주에 설치되는 진동감지부(20)는 변압기 또는 전신주에 의해 발생하는 진동을 3축 방향에 대하여 감지하여 시계열 데이터로 감시 장치(100)로 전송한다. As shown in FIG. 7, the
감시 장치(100)는 복수의 진동감지부(20)(21 내지 23)로부터 3출 진동신호에 대한 시계열 데이터를 수신한다(S310). The
데이터처리부(130)는 수신된 진동신호를 고속 푸리에 변환을 통해 주파수영역으로 변환한다(S320). 데이터처리부(130)는 주파수 선분에 따른 벡터 데이터를 산출한다(S330).The
데이터처리부(130)는 데이터를 필터링하여 노이즈를 제거하고, 상용주파수 성분을 제거한다(S340). The
데이터분석부(120)는 벡터데이터의 성분을 분석한다(S350). The
데이터분석부(120)는 진동신호에서의 주파수 성분의 변화를 통해 변압기로의 정격전압이 인가되기 전과 후를 구분하고, 그에 따라 변압기의 전압에 따른 특성을 분석한다. The
또한, 데이터분석부(120)는 벡터 방향을 분석하여 변압기의 상 불균형에 따른 변화를 구분하여, 상 불균형에 따른 상별 특성을 분석한다. 데이터분석부(120)는 하나의 상의 불균형과 복수상의 불균형을 구분하여 분류한다. In addition, the
데이터분석부(120)는 벡터의 주파수성분과 벡터 방향의 변화를 통해 데이터를 분류하고, 특징에 따라 그룹화 한다(S360). The
데이터분석부(120)는 3축의 진동 별, 벡터 특징을 기반으로 DBSCAN 기법을 이용하여 변압기의 인가전압과 상 불균형에 관한 학습을 실시하여, 벡터를 그룹화 한다.The
데이터분석부(120)는 진동신호에 따른 벡터데이터를 지속적으로 분석하여 데이터를 누적하고, 데이터의 분류과 그룹화에 따른 학습을 반복함으로써 데이터베이스DB를 업데이트 한다(S370). The
상태진단부(160)는 누적되는 데이터베이스의 데이터를 바탕으로, 입력되는 진동신호에 대한 벡터 데이터를 비교하여 진동의 특성을 산출하고, 변압기 또는 전신주의 상태에 대하여, 벡터그룹 기반으로 고장을 진단한다(S380). The
제어부(110)는 상태진단부(160)의 진단결과를 출력부(150)를 통해 출력하고(S390). The
제어부(110)는 고장으로 판단되는 경우 그에 따른 경고를 출력한다(S400). 제어부(110)는 고장에 대하여 통신부를 통해 외부의 서버 또는 지정된 단말로 전송한다. 또한, 제어부(110)는 담당부서 또는 관리자의 등록된 단말로 수리를 요청할 수 있다. The
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it should be noted that this is only exemplary and various modifications and equivalent other embodiments are possible from those skilled in the art in the art to which the technology pertains. will understand Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the claims below.
10, 11 내지 13: 변압기 20, 21 내지 23: 진동감지부
100: 감시 장치
110: 제어부 120: 데이터분석부
130: 데이터처리부 140: 통신부
150: 출력부 160: 상태진단부
170: 데이터베이스(DB)10, 11 to 13:
100: monitoring device
110: control unit 120: data analysis unit
130: data processing unit 140: communication unit
150: output unit 160: status diagnosis unit
170: database (DB)
Claims (18)
상기 변압기의 내부 또는 외부에 설치되어 3축 방향에 대한 진동을 감지하는 진동감지부; 및
상기 진동감지부로부터 수신되는 진동신호를 주파수영역의 신호로 변화하여 벡터 데이터를 산출하고, 벡터 특성을 분석하여, 상기 변압기 또는 상기 전신주의 상태를 판단하고, 고장을 진단하는 감시 장치; 를 포함하고,
상기 감시 장치는 상기 진동신호의 축별 데이터를 변환하여 주파수 성분에 따라 상기 변압기의 데이터와 상기 전신주의 데이터를 분류하고, 기 저장된 데이터와 비교하여 상기 변압기 또는 상기 전신주의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는 주상변압기 통합 감시 장치.Transformers installed on utility poles;
a vibration sensing unit installed inside or outside the transformer to detect vibration in three axis directions; and
a monitoring device that converts the vibration signal received from the vibration sensor into a signal in the frequency domain, calculates vector data, analyzes vector characteristics, determines the state of the transformer or the utility pole, and diagnoses a failure; including,
The monitoring device converts the axis-specific data of the vibration signal, classifies the data of the transformer and the data of the utility pole according to frequency components, and compares them with previously stored data to diagnose the state of the transformer or the utility pole. Characterized in that Pole-mounted transformer integrated monitoring device.
상기 감시 장치는, 상기 벡터 데이터를 특성 별로 분류하여, 주파수 성분의 변화, 특정 주파수 성분의 검출 여부, 벡터 데이터의 상대적 위치로 변화, 및 벡터 방향의 변화 중 적어도 하나에 대응하여, 변압기와 전신주의 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 주상변압기 통합 감시 장치.According to claim 1,
The monitoring device classifies the vector data according to characteristics, and responds to at least one of a change in frequency component, whether a specific frequency component is detected, a change in the relative position of vector data, and a change in vector direction, transformers and utility poles. A pole-type transformer integrated monitoring device, characterized in that for determining the state.
상기 진동감지부는 3축의 진동을 감지하여 시계열 데이터로 상기 진동신호를 전송하는 3축 가속도 센서를 포함하는 주상변압기 통합 감시 장치.According to claim 1,
The vibration sensing unit detects the vibration of the three axes and transmits the vibration signal as time-series data.
상기 감시 장치는,
진동신호를 축별로 주파수영역의 신호로 변환하여 주파수 성분에 따른 벡터 데이터를 산출하는 데이터처리부;
상기 벡터 데이터의 특성을 추출하여 특성별로 분류하고, 특성에 따라 그룹화 하는 데이터분석부; 및
상기 데이터분석에 의한 벡터 그룹을 기반으로, 상기 진동신호에 따른 상기 변압기 또는 상기 전신주의 상태를 판단하고 고장을 진단하는 상태진단부; 를 포함하는 주상변압기 통합 감시 장치.According to claim 1,
The monitoring device,
a data processing unit which converts the vibration signal into a frequency domain signal for each axis and calculates vector data according to frequency components;
a data analysis unit that extracts characteristics of the vector data, classifies them according to characteristics, and groups them according to characteristics; and
a state diagnosis unit for determining a state of the transformer or the utility pole according to the vibration signal and diagnosing a failure based on the vector group obtained by the data analysis; A pole-mounted transformer integrated monitoring device that includes a.
상기 데이터처리부는 상기 진동신호의 x축, y축 및 z축의 시계열 데이터에 대하여, 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 이용하여 주파수 영역 데이터로 변환하고, 3차원의 벡터 데이터를 산출하는 것을 특징으로 하는 주상변압기 통합 감시 장치.According to claim 4,
The data processing unit converts the time-series data of the x-axis, y-axis, and z-axis of the vibration signal into frequency domain data using Fast Fourier Transform, and calculates three-dimensional vector data. A pole-in-line transformer integrated monitoring device.
상기 데이터분석부는 축별 상기 벡터 데이터의 주파수성분을 시간의 경과에 따라 비교하여 주파수 성분의 변화를 통해 상기 변압기에서의 전압 인가 여부에 따른 변화로 데이터를 분류하고, 상기 벡터 데이터의 상대적 위치로의 변화를 바탕으로 상불평형에 대한 데이터를 분류하는 것을 특징으로 하는 주상변압기 통합 감시 장치.According to claim 4,
The data analysis unit compares the frequency components of the vector data for each axis over time, classifies the data into changes according to whether or not voltage is applied in the transformer through changes in frequency components, and changes in relative positions of the vector data. A pole-type transformer integrated monitoring device, characterized in that for classifying data on phase imbalance based on.
상기 데이터분석부는 상기 변압기의 기본주파수의 두 배 또는 그 배수에 해당하는 주파수 성분과, 그 배수의 주파수 성분을 검출하여 상기 변압기에 대한 데이터를 분류하는 것을 특징으로 하는 주상변압기 통합 감시 장치.According to claim 4,
The data analysis unit detects a frequency component corresponding to twice or a multiple of the fundamental frequency of the transformer and a frequency component that is a multiple thereof and classifies data on the transformer.
상기 데이터분석부는,
상기 변압기에 관한 상기 벡터 데이터의 특성을 제외한 벡터 특성에 대하여, 상기 벡터 데이터의 방향 변화에 따라 상기 전신주의 기울기에 따른 데이터를 분류하는 것을 특징으로 하는 주상변압기 통합 감시 장치. According to claim 4,
The data analysis department,
A pole-mounted transformer integrated monitoring device, characterized in that for classifying data according to the inclination of the utility pole according to the direction change of the vector data with respect to the vector characteristics excluding the characteristics of the vector data related to the transformer.
상기 데이터분석부는 상기 벡터 데이터를 밀도기반 클러스터링 (DBSCAN: Density-based Spatial Clustering of Applications with Noise) 기법을 활용하여 그룹화 하는 것을 특징으로 하는 주상변압기 통합 감시 장치.According to claim 4,
The data analysis unit groups the vector data using a Density-based Spatial Clustering of Applications with Noise (DBSCAN) technique.
상기 상태진단부는 고장원인에 따라 분류되어 벡터 그룹으로 기 저장된 데이터를 기반으로, 진동신호의 벡터 데이터의 특성을 추출하여 비교하고, 주파수 성분의 변화, 특정 주파수 성분의 검출 여부, 벡터 데이터의 상대적 위치로 변화 및 벡터 방향의 변화 중 적어도 하나에 대응하여, 상기 변압기와 상기 전신주의 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는 주상변압기 통합 감시 장치.According to claim 4,
The condition diagnosis unit extracts and compares the characteristics of the vector data of the vibration signal based on the data classified according to the cause of the failure and pre-stored as a vector group, changes in frequency components, whether a specific frequency component is detected, and the relative position of the vector data. A pole-type transformer integrated monitoring device, characterized in that for diagnosing the state of the transformer and the utility pole in response to at least one of a row change and a change in vector direction.
상기 변압기는 복수로 구비되고,
상기 진동감지부는 복수로 구비되며,
상기 감시 장치는 복수의 상기 변압기와 복수의 상기 진동감지부로부터 수신되는 데이터를 바탕으로 복수의 상기 변압기와 그 전신주의 상태를 실시간으로 감시하는 것을 특징으로 하는 주상변압기 통합 감시 장치.According to claim 1,
The transformer is provided in plurality,
The vibration sensing unit is provided in plurality,
Wherein the monitoring device monitors the state of the plurality of transformers and their utility poles in real time based on the data received from the plurality of transformers and the plurality of vibration sensing units.
상기 진동신호의 시계열 데이터를 축별로 주파수영역의 신호로 변환하는 단계;
주파수 성분에 따라 벡터 데이터를 산출하는 단계;
상기 벡터 데이터의 특성을 분석하여, 상기 변압기와 상기 변압기가 설치된 전신주에 대한 데이터를 분류하고, 특성에 따라 그룹화 하는 단계; 및
기 저장된 데이터와 비교하여 상기 변압기와 상기 전신주에 대한 상태를 판단하고 고장을 진단하는 단계; 를 포함하는 주상변압기 통합 감시 장치의 동작방법. Receiving the vibration signal for the three-axis direction measured from the vibration sensor installed in the transformer as time-series data;
converting the time-series data of the vibration signal into a signal in the frequency domain for each axis;
Calculating vector data according to frequency components;
analyzing the characteristics of the vector data, classifying the data on the transformer and the utility pole where the transformer is installed, and grouping them according to characteristics; and
comparing the pre-stored data to determine the state of the transformer and the utility pole and diagnosing a failure; Operation method of a pole-type transformer integrated monitoring device comprising a.
상기 변환하는 단계는,
상기 진동신호의 x축, y축 및 z축의 시계열 데이터에 대하여, 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 이용하여 주파수 영역의 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 주상변압기 통합 감시 장치의 동작방법. According to claim 12,
The conversion step is
A method of operating a pole-type transformer integrated monitoring device, characterized in that for converting the time series data of the x-axis, y-axis, and z-axis of the vibration signal into a signal in the frequency domain using a fast Fourier transform.
상기 그룹화 하는 단계는,
축별 상기 벡터 데이터의 주파수성분을 시간의 경과에 따라 비교하여 주파수 성분의 변화를 통해 변압기에서의 전압 인가 여부에 대한 데이터를 분류하는 단계; 및
상기 벡터 데이터의 상대적 위치로의 변화를 바탕으로 상불평형에 대한 데이터를 분류하는 단계;를 더 포함하는 주상변압기 통합 감시 장치의 동작방법. According to claim 12,
The grouping step is
comparing frequency components of the vector data for each axis over time and classifying data on whether or not voltage is applied in a transformer through changes in frequency components; and
Classifying data on phase imbalance based on the change in the relative position of the vector data; operating method of the integrated mains transformer monitoring device further comprising.
상기 그룹화 하는 단계는,
상기 벡터 데이터로부터, 상기 변압기의 기본주파수의 두 배 또는 그 배수의 주파수 성분을 검출하여 상기 변압기에 대한 특성을 분류하는 단계; 를 더 포함하는 주상변압기 통합 감시 장치의 동작방법. According to claim 12,
The grouping step is
classifying characteristics of the transformer by detecting a frequency component twice or multiple of the fundamental frequency of the transformer from the vector data; A method of operating a pole-type transformer integrated monitoring device further comprising a.
상기 그룹화 하는 단계는,
상기 변압기에 관한 상기 벡터 데이터의 특성을 제외한 벡터 특성에 대하여, 상기 벡터 데이터의 방향 변화에 따라 상기 전신주의 기울기에 따른 특성을 분류하는 단계;를 더 포함하는 주상변압기 통합 감시 장치의 동작방법. According to claim 12,
The grouping step is
Classifying a characteristic according to the inclination of the utility pole according to a direction change of the vector data with respect to the vector characteristic excluding the characteristic of the vector data related to the transformer;
상기 그룹화 하는 단계는,
상기 벡터 데이터를 밀도기반 클러스터링 (DBSCAN: Density-based Spatial Clustering of Applications with Noise) 기법을 활용하여 그룹화 하는 것을 특징으로 하는 주상변압기 통합 감시 장치의 동작방법. According to claim 12,
The grouping step is
A method of operating a pole-in-line transformer integrated monitoring device, characterized in that the vector data is grouped using a Density-based Spatial Clustering of Applications with Noise (DBSCAN) technique.
상기 진단하는 단계는,
상기 진동신호에 대한 상기 벡터 데이터의 특성을 추출하는 단계;
고장원인에 따라 분류되어 벡터 그룹으로 기 저장된 데이터와 비교하는 단계;
주파수 성분의 변화, 특정 주파수 성분의 검출 여부, 벡터 데이터의 상대적 위치로 변화 및 벡터 방향의 변화 중 적어도 하나에 대응하여 상기 변압기와 상기 전신주의 상태를 판단하는 단계; 및
고장 시 경고를 출력하는 단계; 를 더 포함하는 주상변압기 통합 감시 장치의 동작방법. According to claim 12,
The diagnosing step is
extracting characteristics of the vector data for the vibration signal;
Classifying according to the cause of failure and comparing with data previously stored as a vector group;
Determining the state of the transformer and the utility pole in response to at least one of a change in a frequency component, whether a specific frequency component is detected, a change in a relative position of vector data, and a change in a vector direction; and
outputting a warning in case of failure; A method of operating a pole-type transformer integrated monitoring device further comprising a.
Priority Applications (1)
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KR101409354B1 (en) | 2012-04-04 | 2014-06-20 | 한전케이디엔주식회사 | Synthetic Network Management System for a Pole Transformer and Operation Method of the Same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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