KR20230092376A - 지중 케이블 부분 방전 진단장치 및 그 동작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지중 케이블 부분 방전 진단장치 및 그 동작방법에 관한 것으로, 지중케이블의 신호 중 펄스 신호의 특성을 이용하여, 시간차를 분석하고 펄스의 극성을 판정하여 부분방전 또는 노이즈에 의한 이상을 검출하고, 이상이 발생한 위치를 정확하게 판정할 수 있으며, 자동으로 부분방전 및 노이즈로 인한 이상을 검출하고 그에 대한 진단결과를 출력하여 상태를 점검하고 이상 발생 시 신속하게 대처할 수 있어 지중케이블을 보다 효과적으로 관리할 수 있다.
Description
본 발명은 신호 분석을 통해 부분방전 펄스의 신호 특성에 따라 지중 케이블의 부분방전을 검출하고 결함을 판정하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치 및 그 동작방법에 관한 것이다.
일반적으로 전력을 공급하는 케이블은 지중에 설치된다. 지중케이블은 접근이 쉽지 않아, 원거리 위치 추정 기술과 근거리 위치 추정 기술을 적용하여, 지중케이블을 점검하고 부분방전 등의 이상을 확인한다.
또한, 지중케이블의 부분방전을 진단하기 위하여 온라인을 통한 부분방전(PD, Partial Discharge) 패턴분석법이 사용되고 있다.
부분방전 패턴분석법은 접속함 내부에서 이상 신호 검출 시, 접지 및 크로스 본딩(Cross-bonding) 방식으로 인하여 3상이 동시에 유사한 크기와 패턴을 가진 데이터가 측정되어 이상이 있는 상을 구분하기 어려운 문제가 있다.
외부 노이즈가 유입되는 경우에도 각 상의 신호가 유사한 크기와 패턴을 가지고 있고 측정에 문제가 있다.
이와 같이, 단순 패턴분석으로는 PD 신호와 외부 노이즈 유입 신호의 구분이 어렵고, 진성 PD 신호가 발생하는 접속함에 대해서도 분석을 할 수 없어서 문제가 있다.
또한, 이러한 문제를 보완하기 위하여 부분방전 펄스를 측정하고 있으나, 부분방전 펄스 분석의 경우 단순 데이터만 수집되는 실정으로, 실제 분석에는 활용되지 않고 있다.
따라서 부분방전 펄스를 이용하여 부분방전을 검출하는 방안이 필요하다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허 제10-0999575호, "전력 케이블에서 부분방전을 측정하기 위한 시스템 및 방법"가 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 지중케이블의 신호 중 펄스 신호의 특성을 이용한 시간차 분석 및 펄스 형태 분석을 통해 지중케이블의 부분방전 또는 노이즈로 인한 이상을 검출하고 그 상태를 진단하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치 및 그 동작방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지중 케이블 부분 방전 진단장치는, 지중케이블의 접속함에 설치되어 이상에 따른 펄스 신호를 감지는 부분방전 센서; 상기 부분방전 센서로부터 수신되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부에 의해 변환된 펄스 데이터를 분석하여 부분방전 또는 노이즈에 의한 이상을 검출하는 제어부; 를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 펄스 데이터의 검사구간을 설정하여 상별 펄스 데이터의 시간차를 분석하고, A상, B상, C상의 펄스 데이터 중 빠른 펄스 데이터를 판단하는 시간차분석부; 및 상기 A상, B상, C상의 펄스 데이터의 극성을 판단하는 극성판정부; 를 포함하고, 상기 시간차분석부의 시간차 분석결과 및 극성 판단결과를 바탕으로 이상을 검출하고 상기 A상, B상, C상 중 이상이 발생한 위치를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 시간차분석부는 상별 펄스 데이터 중 검사구간에 대한 펄스 데이터를 누적 에너지 커브로 변환하고, 상기 누적 에너지 커브를 기준으로 펄스 데이터간의 상관계수를 산출하여 각 상의 펄스 데이터간의 시간차를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 시간차분석부는 상별 펄스 데이터에 대하여 상관계수를 교차 분석하는 것을 특징으로 한다.
상기 시간차분석부는 펄스 데이터의 상관계수 교차분석 결과에 대한 인덱스를 생성하여 인덱스값을 산출하고, 인덱스값이 큰 펄스 데이터를 빠른 펄스 데이터로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 시간차분석부는 A상의 펄스 데이터와 B상의 펄스 데이터의 상관관계 분석을 통해 빠른 펄스 데이터를 1차 판단한 후, 빠른 펄스 데이터를 C상의 펄스 데이터와 비교하여 빠른 펄스 데이터를 2차 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 시간차분석부에 의해 빠른 펄스 데이터로 판정되면 상별 횟수를 누적하고, 누적값이 큰 상에 부분방전이 발생한 것으로 최종 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 극성판정부는 펄스 데이터의 전압크기를 기준으로 전압크기의 최대값과 최소값을 산출하고, 상기 최대값의 절대값과 상기 최소값의 절대값을 비교하여 정극성과 부극성에 대한 상기 펄스 데이터의 극성을 판정하는 것을 특징으로 한다.
상기 최대값의 절대값이 상기 최소값의 절대값보다 크거나 동일한 경우 상기 펄스 데이터를 정극성으로 판단하고, 상기 최소값의 절대값이 상기 최대값의 절대값보다 큰 경우 상기 펄스 데이터를 부극성으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 정극성과 부극성에 대한 판단결과를 상별로 누적하고, 누적값이 큰 상에 노이즈가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 부분방전 센서는 펄스 신호의 극성이 동일하게 나타나도록 상기 지중케이블의 A상, B상, C상에 동일한 체결방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 부분방전 센서는 상기 접속함의 시스전압제한기(SVL, Sheath Voltage Limiter)의 앞단에 체결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 지중 케이블 부분 방전 진단장치의 동작방법은, 지중케이블의 접속함에 설치되는 부분방전 센서로부터 펄스 신호가 입력되면, 신호처리부가 아날로그의 상기 펄스 신호를 디지털신호인 펄스 데이터로 변환하는 단계; 시간차분석부가 상기 펄스 데이터의 검사구간을 설정하고 A상, B상 및 C상에 대한 펄스 데이터의 시간차를 분석하는 단계; 상기 시간차분석부가 분석결과에 따라 상기 A상, B상 및 C상의 펄스 데이터 중 빠른 펄스 데이터를 검출하는 단계; 극성판정부가 상기 A상, 상기 B상, 및 상기 C상에 대한 펄스 데이터의 극성을 판단하는 단계; 및 시간차 분석을 통한 상기 빠른 펄스 데이터의 검출 결과 및 극성 판단결과를 바탕으로, 제어부가 부분방전 또는 노이즈에 의한 이상을 검출하고, 이상이 발생한 위치를 검출하여 이상을 진단하는 단계; 를 포함한다.
상기 시간차를 분석하는 단계는 상기 시간차분석부가, 상별 펄스 데이터 중 검사구간에 대한 펄스 데이터를 누적 에너지 커브로 변환하는 단계; 상기 누적 에너지 커브를 기준으로 펄스 데이터간의 상관계수를 산출하는 단계; 상기 상관계수를 교차 분석하는 단계; 상기 교차 분석에 대한 인덱스를 생성하여 인덱스값을 산출하는 단계; 및 상기 인덱스값을 상별로 비교하는 단계; 를 포함한다.
상기 빠른 펄스 데이터를 검출하는 단계는, 상기 시간차분석부가 상별 인덱스값이 가장 큰 펄스 데이터를 빠른 펄스 데이터로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 빠른 펄스 데이터를 검출하는 단계는 상기 시간차분석부가, 상기 A상, 상기 B상, 및 상기 C상의 펄스 데이터 중, 상기 A상과 상기 B상에 대하여 빠른 펄스 데이터를 1차 판단하는 단계; 및 1차 판단된 빠른 펄스 데이터와, 상기 C상의 펄스 데이터와 시간차를 분석하여 빠른 펄스 데이터를 최종 판단하는 단계; 를 포함한다.
상기 이상을 진단하는 단계는, 상기 제어부가 상기 시간차분석부에 의해 상기 빠른 펄스 데이터로 판단된 횟수를 상별로 누적하는 단계; 및 누적값이 큰 상에 부분방전이 발생한 것으로 판단하는 단계; 를 포함한다.
상기 극성을 판단하는 단계는, 상기 극성판정부가 상기 펄스 데이터의 전압크기를 기준으로 전압크기의 최대값과 최소값을 산출하고, 상기 최대값의 절대값과 상기 최소값의 절대값을 비교하여 정극성과 부극성에 대한 상기 펄스 데이터의 극성을 판정하는 것을 특징으로 한다.
상기 극성을 판단하는 단계는, 상기 극성판정부가 상기 최대값의 절대값이 상기 최소값의 절대값보다 크거나 동일한 경우 상기 펄스 데이터를 정극성으로 판단하고, 상기 최소값의 절대값이 상기 최대값의 절대값보다 큰 경우 상기 펄스 데이터를 부극성으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 이상을 진단하는 단계는 상기 제어부가, 상기 극성판정부에 의해 상기 펄스 데이터의 극성이 판단되면, 정극성과 부극성에 대한 판단결과를 상별로 누적하는 단계; 및 누적값이 큰 상에 노이즈가 발생한 것으로 판단하는 단계; 를 포함한다.
상기 이상을 진단하는 단계는, 상기 제어부가 상기 시간차 분석에 대한 그래프를 생성하여 표시하는 단계; 상기 극성 판단결과에 대한 그래프를 생성하여 표시하는 단계; 및 진단결과를 리포트로 생성하여 서버로 전송하는 단계; 를 포함한다.
일 측면에 따르면, 본 발명의 지중 케이블 부분 방전 진단장치 및 그 동작방법은 펄스 데이터를 기반으로 시간차를 분석하고 펄스의 극성을 판정하여, 부분방전 또는 노이즈에 의한 이상을 검출하고, 이상이 발생한 위치를 정확하게 판정할 수 있다.
본 발명은 일 측면에 따르면, 진단장치가 수신되는 데이터를 바탕으로 펄스데이터를 분석하여 자동으로 부분방전 및 노이즈로 인한 이상을 검출하고 그에 대한 진단결과를 출력하여 쉽게 상태를 점검하고 이상 발생 시 신속하게 대처할 수 있어 지중케이블을 보다 효과적으로 관리할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 케이블 부분 방전 진단장치의 구성이 도시된 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 케이블 부분 방전 진단장치의 데이터 흐름이 도시된 도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 케이블 및 부분 방전 진단장치의 연결구성이 도시된 도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 센서를 이용한 지중 케이블 부분 방전 검출방법을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 노이즈에 의한 지중 케이블 부분 방전을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 누적 에너지 그래프 변환을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 간 시간차에 따른 NCC값이 도시된 도이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 신호 샘플 추출 및 교차 분석을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 신호 샘플 추출 및 교차 분석을 설명하는데 참조되는 다른 예이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 데이터의 추출을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 시 펄스 분석 방법이 도시된 순서도이다.
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 커브 곡선 변환방법이 도시된 순서도이다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터의 상관계수 분석방법이 도시된 순서도이다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터 분석에 따른 펄스 데이터 판정방법이 도시된 순서도이다.
도 15 는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터 분석 및 최종 결과 출력방법이 도시된 순서도이다.
도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터의 극성 판정방법이 도시된 순서도이다.
도 17 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 부분방전 분석에 대한 예시도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 케이블 부분 방전 진단장치의 데이터 흐름이 도시된 도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 케이블 및 부분 방전 진단장치의 연결구성이 도시된 도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 센서를 이용한 지중 케이블 부분 방전 검출방법을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 노이즈에 의한 지중 케이블 부분 방전을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 누적 에너지 그래프 변환을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 간 시간차에 따른 NCC값이 도시된 도이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 신호 샘플 추출 및 교차 분석을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 신호 샘플 추출 및 교차 분석을 설명하는데 참조되는 다른 예이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 데이터의 추출을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 시 펄스 분석 방법이 도시된 순서도이다.
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 커브 곡선 변환방법이 도시된 순서도이다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터의 상관계수 분석방법이 도시된 순서도이다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터 분석에 따른 펄스 데이터 판정방법이 도시된 순서도이다.
도 15 는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터 분석 및 최종 결과 출력방법이 도시된 순서도이다.
도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터의 극성 판정방법이 도시된 순서도이다.
도 17 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 부분방전 분석에 대한 예시도이다.
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.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 케이블 부분 방전 진단장치의 구성이 도시된 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 진단장치(100)는 위상센서(140), PD센서(150), 노이즈센서(160), 위상동기부(130), 신호처리부(120), 통신부(170) 및 제어부(110)를 포함한다.
진단장치(100)는 데이터를 저장하는 저장수단인 데이터부(미도시)를 더 포함하고 네트워크를 통해 데이터베이스(미도시)와 연결될 수 있다.
위상센서(140), PD센서(150) 및 노이즈센서(160)는 지중케이블의 접속함에 설치되어 감지된 데이터를 지중 케이블 부분 방전 진단장치로 전송한다.
위상센서(140)는 송전 전력의 위상을 감지한다.
PD센서(Partial Discharge Sensor)(150)는 전력케이블에 설치되어, 송전 전력의 부분 방전을 감지한다. PD센서(150)는 전력에 따른 신호를 전송한다.
노이즈센서(160)는 전력에 포함된 노이즈를 감지한다.
위상동기부(130)는 위상센서(140)에서 감지되는 신호의 위상에 대하여, 위상을 동기화하기 위한 동기신호를 생성한다. 또한, 위상동기부(130)는 위상센서(140)로부터 인가되는 신호를 기반으로, 전력신호의 위상을 검출하고, 이를 동기화한다.
신호처리부(120)는 입력 또는 수신되는 센서의 신호를 증폭하고, 디지털 신호로 변환한다.
신호처리부(120)는 증폭부(121), 데이터변환부(122) 및 데이터처리부(123)를 포함한다.
증폭부(121)는 입력되는 아날로그 신호를 증폭한다. 증폭부(121)는 설정된 이득(Gain)에 따라 신호를 증폭한다.
데이터변환부(122)는 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 데이터변환부(122)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC, Analog to Digital Converter)를 포함하여 신호를 디지타이징(Digitazing) 한다.
데이터처리부(123)는 대용량 고속 데이터 처리(FPGA, Field Programmable Gate Array) 회로로 구성되어, 변환된 신호를 위상동기에 맞추어 처리한다.
통신부(170)는 복수의 통신모듈을 포함하여, 제어부(110)의 제어명령에 따라 유선 또는 무선으로 통신한다. 또한, 통신부(170)는 송배전 시스템(미도시)과 송배전과 관련된 데이터를 수신하고 지중케이블의 상태에 대한 정보를 전송할 수 있다.
통신부(170)는 분석결과를 서버(미도시)로 전송하고, 지중케이블에 이상 발생 시 경고를 전송하고, 기 등록된 담당자에게 경고 또는 상태정보를 전송한다. 통신부(170)는 메시지, 이메일, 전화 중 적어도 하나의 방법으로 담당자에게 경고 또는 상태정보를 전송할 수 있다.
제어부(110)는 복수의 센서로부터의 신호 입력 및 통신부(170)를 통해 송수신되는 데이터를 제어한다. 제어부(110)는 신호처리부(120)에 의해 변환된 데이터를 바탕으로 분석결과를 생성하여 출력하고, 지중케이블에 이상 발생 시 경고를 생성하여 통신부(170)를 통해 전송한다.
제어부(110)는 신호처리부(120)의 분석결과를 바탕으로 지중케이블 및 지중케이블 접속함의 결함을 판정한다. 제어부(110는 신호처리부에 의해 변환된 펄스 데이터에 대하여 부분방전 펄스의 신호전파 특성에 따른 시간차와 펄스모양(극성)을 분석한다.
제어부(110)는 펄스 데이터의 시간차를 분석하여 이상을 검출하는 시간차분석부(111)와 펄스의 극성을 판단하는 극성판정부(112)를 포함한다.
시간차분석부(111)는 신호처리부(120)에 의해 변환된 데이터를 데이터부에 누적하여 저장하고, 누적되는 데이터에 위상 분석 구간을 선택하여 커브 곡선을 변환하여 단순화된 커프 곡선을 비교하여 시간차를 분석한다.
극성판정부(112)는 펄스 데이터의 전압 크기를 기준으로 펄스 극성을 분석한다.
제어부(110)는 시간차분석부(111)의 펄스 데이터의 시간차 분석결과와 극성판정부(112)의 극성 분석결과를 바탕으로 부분방전 또는 노이즈에 의한 이상을 진단한다. 제어부(110)는 시간차와 극성 분석결과를 바탕으로 부분방전이 발생한 위치를 판단한다.
제어부(110)는 결함 판정에 따른 리포트를 생성하여 통신부(170)를 통해 서버(미도시) 전송한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 케이블 부분 방전 진단장치의 데이터 흐름이 도시된 도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 신호처리부(120)는 증폭부(121), 데이터변환부(122), 데이터처리부(123)를 포함하여, PD센서(150)의 복수의 검출신호(S110) 및 노이즈센서(160)의 노이즈 검출신호를 처리하고 위상센서(140)를 신호를 처리한다.
PD센서(150)는 제 1 검출센서 내지 제 3 검출센서를 포함하여, 전력케이블의 전압을 상별로 검출신호(S110)를 감지한다.
증폭부(121)는 전력케이블에 설치되는 PD센서(150)의 검출신호를 상별로 각각 입력받아 아날로그 신호를 증폭한다(S120). 증폭부(121)는 제 1 검출센서 내지 제 3 검출센서에 연결되는 제 1 증폭기 내지 제 3 증폭기(미도시)의 게인을 설정하여 신호를 증폭한다.
데이터변환부(122)는 증폭된 상별 신호를 제 1 ADC 내지 제 3 ADC(미도시)를 통해 각각 디지털신호로 변환한다(S130). 데이터변환부(122)는 제 1 ADC 내지 4 ADC(미도시)를 포함하여 고속 디지타이징 데이터를 출력한다.
또한, 증폭부(121)는 노이즈센서(160)의 노이즈신호(S115)를 제 4 증폭기(미도시)를 통해 증폭하고(S120), 제 4 ADC(미도시)를 통해 디지털신호로 변환한다(S130).
PD센서(150)의 신호와 노이즈센서(160)의 노이즈신호는 증폭되어 디지털 변환된 후 데이터처리부(123)로 인가된다.
위상센서(140)의 위상신호(S116)는 위상동기부(130)를 통해 위상이 동기화되어 데이터처리부(123)로 인가된다.
데이터처리부(123)는 ADC에서 실시간으로 처리된 고속 디지타이징 데이터를 위상 신호에 동기화 후(S140), 디지털 필터(Digital Filter) 기법을 이용해서 신호를 필터링하고(S150), 샘플링하여(S160) 데이터 압축(Resampling)을 수행한다.
또한, 데이터처리부(123)는 압축된 데이터로부터, PD패턴 데이터인 PRPS(Phase Resolved Pulse Sequence)를 측정하고, 동일 시점에 트리거 레벨 이상 신호의 고속 펄스 데이터를 신호 변조 없이 병렬로 측정하는 방식을 이용하여 데이터를 처리한다(S170, S180).
PD패턴 데이터는 1주기 위상(60Hz=16.66ms)에 맞추어 데이터를 저장하는 반면에 고속 펄스데이터는 트리거 시점의 짧은 시간(2~수us)의 데이터를 다수(N개)저장 하는 방식을 사용한다.
데이터처리부(123)는 디지털 필터(Digital Filter) 기법으로 데이터를 처리한 후, PRPS 분석(협대역)을 통해 처리하며 1주기 256sample 기본 데이터를 생성한다.
또한, 데이터처리부(123)는 트리거(Trigger) 기법을 통해 펄스 신호를 분석하여 1펄스(2us폭) 2000sample 의 펄스 데이터를 생성한다.
제어부(110)는 생성된 데이터를 데이터부에 누적하여 저장한다(S190).
진단장치(100)는 케이블 접속함의 크로스 본딩 구조로 인해서, PRPS(Phase Resolved Pulse Sequence) 패턴측정 신호는 A, B, C상 유사한 크기로 나타나서, 진성 신호의 원인을 분석기 어려운 문제가 있으나, 펄스 신호 분석을 통해 신호를 구분할 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 케이블 및 부분 방전 진단장치의 연결구성이 도시된 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 지중송전케이블의 A상 케이블(L1), B상 케이블(L2), C상 케이블(L3)에는 접속함(210)에 부분방전 센서(230)가 설치되고, 부분방전 센서(230)는 진단장치(100)와 연결된다.
부분방전을 검출하기 위하여 부분방전 센서(231, 232, 233)는 HFCT(High Frequency Current Transformer) 방식으로 접속함(210)(211, 212, 213)의 시스전압제한기(SVL, Sheath Voltage Limiter)(221, 222, 223)의 앞단에 체결된다.
부분방전 센서(231, 232, 233)는 신호의 극성이 동일한 특성을 나타나도록 복수의 센서의 체결방향이 일치하도록 설치한다.
진단장치(100)는 부분방전 센서(HFCT Sensor)(231, 232, 233)와 동축케이블로 연결하되, 동일한 길이를 사용해서 신호의 거리에 따른 감쇄 및 지연이 동일하도록 구성한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 센서를 이용한 지중 케이블 부분 방전 검출방법을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 지중송전케이블의 A상 케이블(L1)에는 제 1 접속함(211)이 연결되고, B상 케이블(L2)에는 제 2 접속함(212)이 연결되며, C상 케이블(L3)에는 제 3 접속함(213)이 연결된다. 접속함(210)에는 앞서 설명한 바와 같이 부분방전을 감지하기 위한 부분방전 센서(230)(231, 232, 233)가 각각 연결된다.
A상 케이블(L1)에 부분방전이 발생하는 경우, 접속함 간의 크로스 본딩(Cross-bonding)으로 접속함 간에 전파되어 제 1 내지 제3 부분방전 센서(HFCT)(231, 232, 233)에서 각각 측정된다.
제 1 부분방전 센서(231)는 부분방전에 대한 제 1 신호(S1)를 가장 먼저 감지하여 출력한다. 제 1 신호(S1)는 정극성의 펄스 극성을 갖는다.
제 2 부분방전 센서(232)는 접속함 크로스 본딩에 의해 제 1 접속함(211)으로부터 제 2 접속함으로 인가된 신호로부터 제 2 신호(S2)를 감지하여 출력한다. 제 2 신호(S2)는 부극성의 펄스 극성을 갖는다.
제 3 부분방전 센서(233)는 제 1 접속함(211) 및 제 2 접속함(212)을 통과한 제 3 신호(S3)를 감지하여 출력한다. 제 3 신호(S3)는 부극성의 펄스 극성을 갖는다.
부분방전 신호는 제 1 부분방전 센서(231)가 가장 먼저 감지하고, 제 3 부분방전 센서(133)가 가장 늦게 감지되고, 각 센서에서 감지되는 부분방전 신호의 펄스 극성은 상이하게 나타난다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 노이즈에 의한 지중 케이블 부분 방전을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 지중송전 케이블에 노이즈(N)가 발생할 수 있다.
노이즈 신호는 외부 접지를 통해 유입된 신호가 전파되는 것으로, 부분방전 센서(230)를 통해 측정할 수 있다.
노이즈신호는 A상 케이블(L1), B상 케이블(L2), C상 케이블(L3)에 설치된 각 접속함(210)에서, 접속함 간의 연결과 관계없이 복수의 부분방전 센서(231, 232, 233)을 통해 동일한 시간에 검출된다.
부분방전 센서(231, 232, 233)에서 각각 검출되는 검출신호(S4, S5, S6)는 동일하게 정극성 펄스를 갖는다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 누적 에너지 그래프 변환을 설명하는데 참조되는 도이다.
진단장치(100)는 부분방전 펄스의 검출 시간을 분석하기 위해, 펄스의 시간차 분석 방법을 이용한다.
진단장치(100)는 부분방전 센서(230) 간의 시간차를 분석하기 위해서, 부분방전 펄스의 발생 시점을 측정해야하나, 부분방전 펄스의 고주파성분과 신호전파과정에서 펄스 파형은 복잡하게 변형되어 나타나서, 펄스의 발생 시점을 측정하기가 어려운 문제가 있다.
그에 따라, 진단장치(100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 펄스의 시작점을 측정하기 위하여 부분방전 펄스를 다음의 수학식 1을 이용하여 단순화 시킨 후 누적 에너지 커브(Cumulated Energy Curve) 로 변경하여, 복잡한 형태의 파형을 단순화 하여 표시한다.
E(n)은 누적 에너지이고, i는 샘플 번호, t는 시간, n은 샘플수, V는 신호크기, R은 측정 임피던스이다.
도 6의 (a)와 같이 진단장치(100)는 시간에 따른 신호(L11)의 크기에 대하여, 신호의 크기가 낮은 제 1 구간(G1), 신호의 크기가 큰 제 2 구간(G2), 신호의 크기가 낮은 제 3 구간(G3)으로 구분하고, 도 6의 (b)와 같이 각각 구간별로 누적 에너지 그래프(L12)로 변환한다.
신호의 크기가가 낮은 값이 누적됨에 따라 제 1 구간(G1)은 제 4 구간(G4)으로 변경되고, 신호의 크기가 큰 제 2 구간(G2)은 누적값이 크게 변화하는 제 5 구간(G5)으로 변경되며, 신호가 크기가 낮은 제 3 구간(G3)은 누적값의 변경이 적은 제 6 구간(G6)으로 변경된다.
신호의 크기가 누적에너지 값으로 변경됨에 따라, 그래프의 기울기가 신호의 크기에 비례하여 나타나게 된다.
진단장치(100)는 신호의 크기를 누적에너지 그래프로 변환하여, 복잡한 펄스파형을 단순화 한 후에 다음 수학식 2의 상관계수 분석(Cross Correlation)계산식을 이용하여 두신호 펄스의 시간차(NCC, Normalized Cross Correlation)의 정도를 평가한다.
NCC는 X펄스 및 Y펄스의 시간차이고, N은 X, Y펄스의 공통 샘플수이고, X는 X펄스 데이터, Y는 Y펄스 데이터이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 간 시간차에 따른 NCC값이 도시된 도이다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 두 신호(L21, L22) 간의 시간차가 없으면 NCC의 유사성 값은 최대값 1에 근접하게 된다.
도 7의 (b) 및 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 두 신호(L23, L24)(L25, L26) 간의 시간차(t23)(t25)가 많이 날수록 NCC의 유사성 값은 점점 낮아지게 된다.
도 7의 (b)의 시간차(t23)는 제 7의 (c)의 시간차(t25)보다 작으므로, NCC는 도 7의 (a)에서의 NCC값보다 작고, 도 7의 (c)의 NCC값보다 커진다. 제 7의 (c)의 NCC가 가장 작은 값으로 산출된다.
그에 따라 진단장치(100)는 두 신호 간 시간차가 많아질수록 유사성이 낮아지는 특징을 검출할 수 있다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 신호 샘플 추출 및 교차 분석을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
진단장치(100)는 두 신호 중 어느 신호가 더 빠른지와 시간차 값을 분석하기 위해서, 두 펄스신호의 샘플을 추출하여, 상호 반복 교차 분석해서 n번 계산한 NCC 그래프를 산출한다.
도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 진단장치(100)는 추출하는 샘플의 사이즈는 S, 전체 샘플사이즈는 N로 하여 샘플을 추출하고 n회 교차 분석을 수행한다.
샘플 사이즈 S를 기준으로, 기준 샘플위치를 n1, n2 순으로 변경하면서 n회 반복하여 교차 분석한다. 진단장치(100)는 제 1 펄스신호가 빠르고 제 2 펄스신호가 지연되는 경우, 빠른 제 1 펄스 신호를 기준으로 교차 분석을 수행한다.
빠른 펄스 신호를 기준으로한 NCC 결과는 최소-최대-최소 순으로 변화하므로, 진단장치(100)는 두 펄스 신호 중 빠른 신호를 검출할 수 있다. 또한, 진단장치(100)는 최대값의 반복 횟수를 이용해서 펄스간의 시간차를 연산한다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 신호 샘플 추출 및 교차 분석을 설명하는데 참조되는 다른 예이다.
도 9의 (a) 내지 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 진단장치(100)는 제 1 펄스 신호가 제 2 펄스 신호보다 빠른 때에, 늦은 제 2 펄스 신호를 기준으로 교차 분석을 수행한다.
진단장치(100)는 제 2 펄스 신호를 기준으로 제 1 펄스 신호를 n0. n11, n12 등으로 기준샘플 위치와의 차이를 설정하여 n회 반복한다.
늦은 펄스 신호를 기준으로 한 NCC 결과는 최대-최소 순으로 변화하게 되므로 진단장치(100)는 두 펄스 신호 중 빠른 신호를 자동으로 산출할 수 있다. 또한 진단장치(100)는 최대값의 반복 횟수를 이용해서 펄스간의 시간차를 연산할 수 있다.
복수의 케이블에 각각 설치되는 부분방전 센서(230)는 노이즈 신호를 감지한다. 앞서 도 3에서 설명한 PD 신호와, 도 4에서 설명한 노이즈 신호와 관련하여, 신호가 전달되는 전파 특성에 의해, 부분방전 센서(230)는 센서별로 부분방전 펄스의 극성이 달라질 수 있다.
부분방전 펄스의 진폭은 정극성과 부극성으로 빠르게 진동하여서, 실제 정확한 극성을 측정하는 것은 상당히 어려우나, 펄스 간 신호 시간차 분석의 결과를 보완하기 위한 것이므로, 진단장치(100)는 측정된 부분방전 펄스의 최대값과 최소값의 절대값 크기를 비교하여 극성을 표시할 수 있다.
진단장치(100)는 진폭하는 부분방전 펄스에 대해서, 절대값이 가장 큰 지점의 신호의 극성을 표시할 수 있다. 노이즈 신호는 전압 신호의 0지점을 기준으로 상하로 진폭하므로, 펄스의 최대값과 최소값을 검출하여 극성을 설정한다.
진단장치(100)는 정극성의 최대값과, 부극성의 최소값을 각각 검출하여 정극성의 최대값의 절대값과 부극성의 최소값의 절대값을 비교하고, 절대값의 크기가 큰 극성으로 신호의 극성을 설정한다. 진단장치(100)는 최대값의 절대값이 최소값의 절대값보다 큰 경우 정극성, 최소값의 절대값이 큰 경우 부극성으로 표시할 수 있다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 펄스 데이터의 추출을 설명하는데 참조되는 도이다.
진단장치(100)는 부분방전 신호의 펄스를 분석하는데 있어서, 앞서 설명한 도 3의 부분방전 센서를 활용해서, 위상동기부(130)와 동기된 PRPS 데이터와 펄스(Pulse) 데이터를 저장하고, 저장된 데이터에 대해서 분석하고자하는 PRPD 데이터의 위상 구간을 선택하여, 선택된 위상구간에서 측정된 A, B, C상 부분방전 데이터를 추출할 수 있다.
도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 진단장치(100)는 PRPS 데이터를 이용해서, PRPD 데이터로 변환하고, 해당하는 위상(0~360ㅀ) 영역을 선택하면, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 해당하는 위상에 속하는 저장된 부분방전 펄스 데이터를 추출한다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 시 펄스 분석 방법이 도시된 순서도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 진단장치(100)는 PRPD 데이터 및 펄스 데이터를 데이터부에 누적하여 저장한다(S310).
신호처리부(120)는 센서로부터 입력되는 아날로그 신호를 증폭하고 디지털 신호로 변환한 후, 고속 디지타이징 데이터를 위상 신호에 동기화한 후 필터링하고, 샘플링한다. 샘플링된 데이터를 데이터부에 누적하여 저장된다.
시간차분석부(111)는 펄스 데이터를 분석하여 펄스의 두 신호 간의 시간차와 신호의 극성을 분석한다.
제어부(110)는 데이터부에 누적하여 저장된 데이터에 대하여 위상분석 구간을 선택하고(S320), 선택된 구간에 대한 A상, B상, C상에 대한 펄스 데이터를 추출한다(S330).
시간차분석부(111)는 1단계로, A상, B상, C상에 대한 신호를 앞서 설명한 도 6과 같이 에너지 커브로 변환한다(S340). 시간차분석부(111)는 시간차 분석을 위하여 펄스 데이터를 에너지 커브로 변환한다.
시간차분석부(111)는 에너지 커브로 변경된 A상, B상, C상의 신호에 대하여 앞서 설명한 도 9 및 도 10과 같이, n회 교차분석을 수행하여 시간차를 산출한다(S370).
시간차분석부(111)는 시간차 분석 그래프를 생성하여 표시한다(S380).
극성판정부(112)는 펄스의 극성을 분석한다(S350). 극성판정부(112)는 펄스 극성 분석에 있어서 원 펄스 데이터를 이용해서 분석한다.
극성판정부(112)는 펄스 시간의 최대값과 최소값을 검출하고, 최대값의 절대값과 최소값의 절대값을 비교하여, 절대값이 큰 극성을 해당 신호의 극성으로 판단한다. 정극성은 최대값을, 부극성을 최소값을 검출하고 각각의 절대값을 산출하여 비교함으로써, 신호의 극성을 판단한다.
극성판정부(112)는 펄스의 극성을 분석한 결과에 대응하여 극성 분석 그래프를 생성하여 표시한다(S360).
모든 펄스 데이터에 대한 분석을 완료하기 까지(S390) 펄스 데이터를 분석하고, 제어부(110)는 분석결과를 기반으로 부분방전 또는 노이즈로 인한 이상을 검출한다.
그에 따라 제어부(110)는 유사한 특성을 갖는 부분방전 또는 노이즈에 의한 신호를 시간차와 극성을 산출하여 A상, B상, C상의 신호를 구분하여, 부분방전 또는 노이즈가 발생된 위치를 검출하여 분석결과를 기반으로 부분방전 또는 노이즈에 의한 이상에 대하여 리포트를 생성한다.
제어부(110)는 분석결과 및 리포트는 데이터부에 저장하고, 통신부(170)를 통해 분석결과 또는 리포트를 지정된 서버(미도시)로 전송한다.
진단장치(100)의 부분방전을 검출하는 방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.
도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 커브 곡선 변환방법이 도시된 순서도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 부분방전 펄스 데이터(Vi)에 대하여, 진단장치(100)는 펄스 데이터를 앞서 설명한 바와 같이 시간차 분석을 위하여 에너지 커브로 변환한다.
시간차분석부(111)는 시간차 분석은 펄스 데이터를 도8에서 설명한 에너지 커브로 변환해서 분석하는 반면, 펄스 극성 분석은 원 펄스 데이터를 이용해서 분석하는 방식이다.
시간차분석부(111)는 데이터 변환을 위한 변수 E와 i를 초기화하고(S420), 전압의 제곱을 저항으로 나누어 에너지 E를 연산한다(S430).
시간차분석부(111)는 앞서 설명한 수학식1을 기반으로 에너지를 연산한다.
이때, 시간차분석부(111)는 에너지는 누적하는 과정에서, 측정된 임피던스 R을 에너지 연산에 반영한다(S425).
시간차분석부(111)는 이전 에너지(Ei-1)와 현재 산출된 에너지(Ei)를 합산하여 에너지값을 누적한다.
시간차분석부(111)는 설정된 임피던스R을 이용하여 앞서 설명한 수학식1에 따라 누적하여 에너지를 연산하고, 각각의 값을 배열로 구성하여 에너지 커브로 변환한다. 제어부(110)는 연산되는 에너지값을 배열에 추가(append(E))한다(S450).
시간차분석부(111)는 i를 1 증가시키고(S460) 에너지를 연산하여 누적하는 것을 에너지의 크기가 설정값에 도달하기 까지 반복한다(S470)(S420 내지 S470).
시간차분석부(111)는 A상, B상, C상에 대하여 각각 동일하게 적용하고 모든 펄스 데이터에 대하여 누적 에너지 커브로 변환한다.
시간차분석부(111)는 선택된 위상 구간에 대한 펄스 데이터에 대하여 에너지 커브를 생성한 후, 앞서 설명한 바와 같이 상별로 시간차를 분석하여 부분방전에 대한 이상을 검출한다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터의 상관계수 분석방법이 도시된 순서도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제어부(110)는 변환된 A상, B상, C상의 에너지 커브를 이용하여, 시간차를 분석한다.
시간차분석부(111)는 변환된 X, Y에너지 커브데이터(Xi, Yi)를 호출하고(S510), 에너지 커브 데이터에서 추출할 샘플수를 결정한다.
시간차분석부(111)는 신호 전파속도(v), ADC 샘플링 속도(SR), 센서 간 전파 경로 길이(D)를 기반으로 센서 간 최대 시간차 샘플수(MTS)를 산출한 후, 추출 샘플수(SS)를 결정한다. 제어부(110)는 입력 펄스 데이터의 사이즈(sample)(N)에서 센서간 최대 시간차 샘플수(MTS)를 감산하여 추출할 샘플수(SS)를 결정한다.
시간차분석부(111)는 추출 샘플수만큼 X 에너지 커브데이터를 추출한다(S520). 제어부(110)는 SXi = Xi [0:SS-1]를 이용하여, 샘플링된 X 에너지 커브데이터 SXi를 추출한다.
또한, 시간차분석부(111)는 i를 초기화하고(S530), 추출 샘플수만큼 Y 에너지 커브데이터를 추출한다(S540). 시간차분석부(111)는 SYi = Yi [i: SS+i]를 이용하여, 샘플링된 Y 에너지 커브데이터 SYi를 추출한다.
시간차분석부(111)는 샘플링된 X, Y 에너지 커브 데이터(SXi, SYi) 에 대하여 상관 계수 분석(Cross Correlation)을 수행한다. 시간차분석부(111)는 앞서 설명한 수학식2를 바탕으로 SXi, SYi에 대한 상관 계수를 분석한다.
또한, 시간차분석부(111)는 Y 에너지 커브를 이동 추출하는 것을 반복하여 상관 계수 분석 값을 배열에 추가하면서 상관계수 분석 곡선(CCi)으로 변환한다.
시간차분석부(111)는 센서간 최대 시간차 샘플수(MTS)를 적용하여, i가 센서간 최대 시간차 샘플수(MTS)에 도달하기 까지 Y 에너지 커브를 이동 추출하는 것을 반복한다(S540 내지 S580).
센서간 최대 시간차 샘플수(MTS)는 신호 전파속도(m/s)(v)를 측정장치의 ADC샘플링 속도(SR)와 센서 간 전파 경로 길이(D)의 곱으로 나누어 산출할 수 있다.
시간차분석부(111)는 i가 센서간 최대 시간차 샘플수(MTS)에 도달하면 상관계수 분석곡선 생성을 종료한다.
이때, R은 측정 임피던스(Ω)이고, D는 센서 간 전파 경로 길이(m), SR은 측정장치의 ADC 샘플링 속도(sample/sec) 이며, v는 신호 전파속도(m/s), MTS는 센서간 최대 시간차 샘플수(sample) 이고, SS는 추출 샘플수(sample)이고, N은 입력 펄스 데이터의 사이즈(sample) 이다.
도 14 는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터 분석에 따른 펄스 데이터 판정방법이 도시된 순서도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 진단장치(100)는 상관관계 분석을 바탕으로 펄스데이터를 상호 교차 분석하여 빠른 펄스 데이터를 판정한다.
진단장치(100)는 앞서 설명한 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 두 개의 펄스 데이터 중에서 어떤 펄스 데이터가 빠른 펄스 인지 시간차를 이용하여 판정한다.
시간차분석부(111)는 시간차 오류 샘플 범위(TER)에서 A상과 B상에 대한 펄스 데이터를 선정하고(S610), 앞서 설명한 도 13의 상관계수 분석을 수행한다(S620).
시간차분석부(111)는 A펄스 데이터를 Xi로 하고 B펄스 데이터를 Yi로 하여 상관관계분석을 수행하고, A-B에 대한 상관관계 분석곡선 A-B CCi를 생성한다.
또한, 시간차분석부(111)는 B펄스 데이터를 Xi로 하고 A펄스 데이터를 Yi로 하여 상관관계를 교차분석 한다(S630). 시간차분석부(111)는 교차분석을 통해 B-A에 대한 상관관계 분석곡선 B-A CCi를 생성한다.
시간차분석부(111)는 교차 분석한 두 상호 관계 분석 그래프(A상-B상 CCi, B상-A상 CCi)에 대하여, 인덱스값(index(Max(A-B CCi)))과 인덱스값(index(Max(B-A CCi)))을 비교하여(S640)(S650), 최대값이 위치하는 인덱스를 빠른 펄스로 판정한다.
시간차분석부(111)는 인덱스값을 비교하여 인덱스값(index(Max(B-A CCi)))이 더 큰 경우 B펄스가 빠른 것으로 판단한다(S690).
제어부(110)는 인덱스값(index(Max(B-A CCi)))을 시간차 오류 샘플 범위(TER)와 비교한다(S700). 시간차분석부(111)는 인덱스값(index(Max(B-A CCi)))이 더 크거나 같으면 빠른 펄스 데이터 (FP)를 B펄스로 판정한다(S710).
한편, 시간차분석부(111)는 인덱스값을 비교하여 인덱스값(index(Max(A-B CCi)))이 더 큰 경우 A펄스가 빠른 것으로 판단한다(S660).
시간차분석부(111)는 인덱스값(index(Max(A-B CCi)))을 시간차 오류 샘플 범위(TER)와 비교한다(S700). 제어부(110)는 인덱스값(index(Max(A-B CCi)))이 더 크거나 같으면 빠른 펄스 데이터(FP)를 A펄스로 판정한다(S670).
시간차분석부(111)는 인덱스값(index(Max(A-B CCi)))과 인덱스값(index(Max(B-A CCi)))이 동일한 경우(S650), A펄스와 B펄스에 시간차가 없는 것으로 판단한다(S720).
또한, 시간차분석부(111)는 인덱스값(index(Max(A-B CCi)))와 시간차 오류 샘플 범위(TER)의 비교, 인덱스값(index(Max(B-A CCi)))와 시간차 오류 샘플 범위(TER)의 비교를 통해, 그 결과 시간차 오류 샘플 범위(TER)가 더 크면, A펄스와 B펄스에 시간차가 없는 것으로 판단한다(S720).
시간차분석부(111)는 시간차가 없는 경우 빠른 펄스 데이터(FP)는 없는 것, 즉 0으로 판정한다(S730).
그에 따라 시간차분석부(111)는 시간차 분석을 통해 두 개의 펄스 데이터 중 빠른 펄스 데이터를 판정할 수 있다.
도 15 는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터 분석 및 최종 결과 출력방법이 도시된 순서도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 진단장치(100)는 A상, B상, C상에 대한 데이터를 비교하여 빠른 펄스를 최종 결정한다.
시간차분석부(111)는 도 14에서 FP값을 확인하여 FP가 A이거나 또는 0인지 판단한다(S750). FP가 A인 경우 A펄스가 빠른 펄스인 경우이고, FP가 0인 경우, A펄스와 B펄스가 동일하거나 빠른 펄스가 없는 경우이다.
시간차분석부(111)는 FP가 A인 경우 A펄스가 B펄스보다 빠른 펄스이므로, A펄스와 C펄스를 앞서 설명한 도 16과 같이 교차 분석하여 빠른 펄스를 판정한다.
시간차분석부(111)는 A펄스 데이터를 Xi로 하고 C펄스 데이터를 Yi로 하여 상관관계분석을 수행한다(S770).
시간차분석부(111)는 도 16과 같이 두 개의 펄스를 분석하여 A-C에 대한 상관관계 분석곡선 A-C CCi를 생성하고 교차 분석한다(S780).
시간차분석부(111)는 C펄스 데이터를 Xi로 하고 A펄스 데이터를 Yi로 하여 상관관계를 교차분석 한다. 제어부(110)는 교차분석을 통해 C-A에 대한 상관관계 분석곡선 C-A CCi를 생성한다.
한편, FP가 0 또는 A가 아닌 경우, 즉 FP가 B인 경우, B펄스가 A펄스보다 빠른 펄스이므로, 시간차분석부(111)는B펄스와 C펄스를 비교하여 앞서 설명한 도16과 같이 교차분석을 통해 빠른 펄스를 판정한다(S760).
시간차분석부(111)는 A펄스 데이터를 Xi로 하고 C펄스 데이터를 Yi로 하여 상관관계분석을 수행하고, A-C에 대한 상관관계 분석곡선 A-C CCi를 생성하여 빠른 펄스를 판정한다(S780).
또한, 시간차분석부(111)는 C펄스 데이터를 Xi로 하고 A펄스 데이터를 Yi로 하여 상관관계를 교차분석 한다. 제어부(110)는 교차분석을 통해 C-A에 대한 상관관계 분석곡선 C-A CCi를 생성할 수 있다.
시간차분석부(111)는 교차 분석한 두 상호 관계 분석 그래프(A상-C상 CCi, B상-C상 CCi)에 대하여, 인덱스값(index(Max(A-C CCi)))과 인덱스값(index(Max(B-C CCi)))을 비교하여, 최대값이 위치하는 인덱스를 빠른 펄스로 판정한다.
시간차분석부(111)는 인덱스값을 비교하여 인덱스값(index(Max(B-C CCi)))이 더 큰 경우 B펄스가 빠른 것으로 판단하고, 인덱스값(index(Max(A-C CCi)))이 더 큰 경우 A펄스가 빠른 것으로 판단하며, 인덱스값(index(Max(C-A CCi))) 또는 인덱스값(index(Max(C-B CCi)))가 더 큰 경우 C펄스가 빠른 것으로 판단하여 FP값을 설정한다.
시간차분석부(111)는 앞서 설명한 도 16을 통해 빠른 펄스판정이 완료되면, FP값을 확인하여, FP가 A인 경우 A펄스를 빠른 펄스로 판정하고(S790), FP가 B인 경우 B펄스를 빠른 펄스로 판정하고(S800), FP가 C인 경우 C펄스를 빠른 펄스로 판정하며(S810), FP가 0인 경우 A, B, C펄스가 동일한 것으로 판정한다(S820).
제어부(110)는 판정 결과를 바탕으로 펄스데이터를 상별로 구분하여 시간차 그래프를 생성하여 표시한다(S830).
도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 데이터의 극성 판정방법이 도시된 순서도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 진단장치(100)는 펄스 극성을 분석한다.
극성판정부(112)는 추출된 하나의 부분방전 펄스 데이터를 기준으로 최대값과 최소값의 절대값을 이용하여 극성을 판정한다.
극성판정부(112)는 부분방전 펄스 데이터(Vi)를 호출하고(S840). 펄스 데이터의 최대값의 절대값(MX)과 최소값의 절대값(MN)을 산출한다(S850).
극성판정부(112)는 A상의 펄스데이터, B상의 펄스데이터 및 C상의 펄스데이터에 대하여 각각 최대값과 최소값의 절대값을 산출한다.
극성판정부(112)는 최대값의 절대값(MX)과 최소값의 절대값(MN)을 비교하여(S860), 최대값의 절대값(MX)이 더 크거나 동일한 경우, 정극성 그래프로 판단하고(S870), 최소값의 절대값(MN)이 더 큰 경우 부극성 그래프로 판단한다(S880).
극성판정부(112)는 A상의 펄스데이터, B상의 펄스데이터 및 C상의 펄스데이터에 대하여 각각 최대값의 절대값(MX)과 최소값의 절대값(MN)을 각각 비교하여, 상별 극성을 판정한다.
도 17 은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분 방전 진단장치의 부분방전 분석에 대한 예시도이다.
진단장치(100)는 도 17의 (a)에 도시된 바와 같이, 상별 펄스 데이터를 디지털신호로 변환하고 샘플링하여 저장하고, 구간(G)을 설정하여 데이터를 선정한다.
진단장치(100)는 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이, 상별 펄스 데이터 중 데이터를 선별하고, A상, B상, C상의 펄스 데이터에 대하여 시간차를 분석한다(S31). 시간차는 앞서 설명한 바와 같이, 상별 교차분석을 통해 빠른 펄스를 한정할 수 있다.
또한, 진단장치(100)는 A상, B상, C상의 펄스 데이터에 대하여 극성을 판정한다(S32).
그에 따라 진단장치(100)는 도 17의 (c)에 도시된 바와 같이, 가장 빠른 펄스의 누적개수를 카운트하여 그래프로 표시한다(S33). 진단장치(100)는 가장 빠른 펄스를 확인하여, 부분방전이 발생한 상을 검출한다.
또한, 진단장치(100)는 펄스의 극성을 판정하여, 정극성 펄스의 누적개수와 부극성 펄스의 누적개수를 상별로 비교하여, 각 상별 극성을 판정한다.
진단장치(100)는 시간차와 극성 판정을 통해, PRPD 그래프만으로는 확인할 수 없었던 부분방전 위치를 최종 판정하고, 부분방전에 대한 경고를 생성하여 출력한다.
예를 들어 진단장치(100)는 시간차 분석에서 가장 빠른 펄스의 누적개수가 A상이 가장 높고, 정극성 펄스의 누적개수가 A상이 가장 높으므로, A상에서 부분방전 신호가 발생한 것으로 판정한다.
따라서 본 발명은 펄스 데이터에 대하여 시간차 분석과 펄스 극성 판정을 수행함으로써, 부분방전의 발생 여부 및 부분방전이 발생한 위치를 정확하게 판정하여 이상을 검출할 수 있다.
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.
110: 제어부 111: 시간차분석부
112: 극성판정부 120: 신호처리부
121: 증폭부 122: 데이터변환부
123: 데이터처리부 130: 위상동기부
140: 위상센서 150: PD센서
160: 노이즈센서 170: 통신부
112: 극성판정부 120: 신호처리부
121: 증폭부 122: 데이터변환부
123: 데이터처리부 130: 위상동기부
140: 위상센서 150: PD센서
160: 노이즈센서 170: 통신부
Claims (20)
- 지중케이블의 접속함에 설치되어 이상에 따른 펄스 신호를 감지는 부분방전 센서;
상기 부분방전 센서로부터 수신되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 신호처리부; 및
상기 신호처리부에 의해 변환된 펄스 데이터를 분석하여 부분방전 또는 노이즈에 의한 이상을 검출하는 제어부; 를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 펄스 데이터의 검사구간을 설정하여 상별 펄스 데이터의 시간차를 분석하고, A상, B상, C상의 펄스 데이터 중 빠른 펄스 데이터를 판단하는 시간차분석부; 및
상기 A상, B상, C상의 펄스 데이터의 극성을 판단하는 극성판정부; 를 포함하고,
상기 시간차분석부의 시간차 분석결과 및 극성 판단결과를 바탕으로 이상을 검출하고 상기 A상, B상, C상 중 이상이 발생한 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 시간차분석부는 상별 펄스 데이터 중 검사구간에 대한 펄스 데이터를 누적 에너지 커브로 변환하고,
상기 누적 에너지 커브를 기준으로 펄스 데이터간의 상관계수를 산출하여 각 상의 펄스 데이터간의 시간차를 판단하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 시간차분석부는 상별 펄스 데이터에 대하여 상관계수를 교차 분석하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 시간차분석부는 펄스 데이터의 상관계수 교차분석 결과에 대한 인덱스를 생성하여 인덱스값을 산출하고, 인덱스값이 큰 펄스 데이터를 빠른 펄스 데이터로 판단하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 시간차분석부는 A상의 펄스 데이터와 B상의 펄스 데이터의 상관관계 분석을 통해 빠른 펄스 데이터를 1차 판단한 후, 빠른 펄스 데이터를 C상의 펄스 데이터와 비교하여 빠른 펄스 데이터를 2차 판단하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 시간차분석부에 의해 빠른 펄스 데이터로 판정되면 상별 횟수를 누적하고, 누적값이 큰 상에 부분방전이 발생한 것으로 최종 판단하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 극성판정부는 펄스 데이터의 전압크기를 기준으로 전압크기의 최대값과 최소값을 산출하고, 상기 최대값의 절대값과 상기 최소값의 절대값을 비교하여 정극성과 부극성에 대한 상기 펄스 데이터의 극성을 판정하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 최대값의 절대값이 상기 최소값의 절대값보다 크거나 동일한 경우 상기 펄스 데이터를 정극성으로 판단하고
상기 최소값의 절대값이 상기 최대값의 절대값보다 큰 경우 상기 펄스 데이터를 부극성으로 판단하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는 정극성과 부극성에 대한 판단결과를 상별로 누적하고, 누적값이 큰 상에 노이즈가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 부분방전 센서는 펄스 신호의 극성이 동일하게 나타나도록 상기 지중케이블의 A상, B상, C상에 동일한 체결방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 부분방전 센서는 상기 접속함의 시스전압제한기(SVL, Sheath Voltage Limiter)의 앞단에 체결되는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단장치. - 지중케이블의 접속함에 설치되는 부분방전 센서로부터 펄스 신호가 입력되면, 신호처리부가 아날로그의 상기 펄스 신호를 디지털신호인 펄스 데이터로 변환하는 단계;
시간차분석부가 상기 펄스 데이터의 검사구간을 설정하고 A상, B상 및 C상에 대한 펄스 데이터의 시간차를 분석하는 단계;
상기 시간차분석부가 분석결과에 따라 상기 A상, B상 및 C상의 펄스 데이터 중 빠른 펄스 데이터를 검출하는 단계;
극성판정부가 상기 A상, 상기 B상, 및 상기 C상에 대한 펄스 데이터의 극성을 판단하는 단계; 및
시간차 분석을 통한 상기 빠른 펄스 데이터의 검출 결과 및 극성 판단결과를 바탕으로, 제어부가 부분방전 또는 노이즈에 의한 이상을 검출하고, 이상이 발생한 위치를 검출하여 이상을 진단하는 단계; 를 포함하는 지중 케이블 부분 방전 진단방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 시간차를 분석하는 단계는 상기 시간차분석부가,
상별 펄스 데이터 중 검사구간에 대한 펄스 데이터를 누적 에너지 커브로 변환하는 단계;
상기 누적 에너지 커브를 기준으로 펄스 데이터간의 상관계수를 산출하는 단계;
상기 상관계수를 교차 분석하는 단계;
상기 교차 분석에 대한 인덱스를 생성하여 인덱스값을 산출하는 단계; 및
상기 인덱스값을 상별로 비교하는 단계; 를 포함하는 지중 케이블 부분 방전 진단방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 빠른 펄스 데이터를 검출하는 단계는,
상기 시간차분석부가 상별 인덱스값이 가장 큰 펄스 데이터를 빠른 펄스 데이터로 판단하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 빠른 펄스 데이터를 검출하는 단계는 상기 시간차분석부가,
상기 A상, 상기 B상, 및 상기 C상의 펄스 데이터 중, 상기 A상과 상기 B상에 대하여 빠른 펄스 데이터를 1차 판단하는 단계; 및
1차 판단된 빠른 펄스 데이터와, 상기 C상의 펄스 데이터와 시간차를 분석하여 빠른 펄스 데이터를 최종 판단하는 단계; 를 포함하는 지중 케이블 부분 방전 진단방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 이상을 진단하는 단계는, 상기 제어부가
상기 시간차분석부에 의해 상기 빠른 펄스 데이터로 판단된 횟수를 상별로 누적하는 단계; 및
누적값이 큰 상에 부분방전이 발생한 것으로 판단하는 단계; 를 포함하는 지중 케이블 부분 방전 진단방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 극성을 판단하는 단계는, 상기 극성판정부가
상기 펄스 데이터의 전압크기를 기준으로 전압크기의 최대값과 최소값을 산출하고, 상기 최대값의 절대값과 상기 최소값의 절대값을 비교하여 정극성과 부극성에 대한 상기 펄스 데이터의 극성을 판정하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 극성을 판단하는 단계는, 상기 극성판정부가
상기 최대값의 절대값이 상기 최소값의 절대값보다 크거나 동일한 경우 상기 펄스 데이터를 정극성으로 판단하고,
상기 최소값의 절대값이 상기 최대값의 절대값보다 큰 경우 상기 펄스 데이터를 부극성으로 판단하는 것을 특징으로 하는 지중 케이블 부분 방전 진단방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 이상을 진단하는 단계는 상기 제어부가,
상기 극성판정부에 의해 상기 펄스 데이터의 극성이 판단되면, 정극성과 부극성에 대한 판단결과를 상별로 누적하는 단계; 및
누적값이 큰 상에 노이즈가 발생한 것으로 판단하는 단계; 를 포함하는 지중 케이블 부분 방전 진단방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 이상을 진단하는 단계는, 상기 제어부가
상기 시간차 분석에 대한 그래프를 생성하여 표시하는 단계;
상기 극성 판단결과에 대한 그래프를 생성하여 표시하는 단계; 및
진단결과를 리포트로 생성하여 서버로 전송하는 단계; 를 포함하는 지중 케이블 부분 방전 진단방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210181708A KR102656361B1 (ko) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | 지중 케이블 부분 방전 진단장치 및 그 동작방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210181708A KR102656361B1 (ko) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | 지중 케이블 부분 방전 진단장치 및 그 동작방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230092376A true KR20230092376A (ko) | 2023-06-26 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210181708A KR102656361B1 (ko) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | 지중 케이블 부분 방전 진단장치 및 그 동작방법 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010088708A (ko) * | 2001-08-23 | 2001-09-28 | 권문구 | 전력 설비의 부분방전 발생 위치 측정시스템 |
| JP2008209172A (ja) * | 2007-02-26 | 2008-09-11 | Mitsubishi Electric Corp | 部分放電計測装置 |
| KR100999575B1 (ko) | 2008-08-20 | 2010-12-08 | 한전케이디엔주식회사 | 전력 케이블에서 부분방전을 측정하기 위한 시스템 및 방법 |
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- 2021-12-17 KR KR1020210181708A patent/KR102656361B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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| KR100999575B1 (ko) | 2008-08-20 | 2010-12-08 | 한전케이디엔주식회사 | 전력 케이블에서 부분방전을 측정하기 위한 시스템 및 방법 |
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