KR20230151599A - 전류 비율 차동 계전기 및 그의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

변압기 외부고장에 의한 큰 고장 전류나 직류 옵셋이 포함된 전류에 의하여 CT가 포화되어 전력용 변압기 보호 계전 요소의 오동작을 방지하기 위해 전류 비율 차동 방법과 변류기 포화 방지를 위한 위상비교방식 기반의 외부 고장 판별 방법에 관한 것이다. 본 방법은 순시 과전류 검출 단계, 직류 옵셋 노이즈 제거 단계, 고주파 및 고조파 노이즈 제거 단계, 변압기 보호영역 외부 고장 또는 내부 고장 결정 단계 및 변압기 보호영역 외부 고장으로 판단시, 차단 저지 신호를 발생하고 전류 비율 차동 요소와 결합하여 차단 저지하는 단계를 포함한다. 이를 적용하여, 전력용 변압기 보호영역(TRPA) 내부 고장과 전력용 변압기 보호영역(TRPA) 외부고장을 정확히 구별하여 변압기 보호영역 내부 고장 발생시에만 트립 신호를 발생시키고 변압기 보호영역 외부 고장 발생시에는 트립 신호가 발생하지 않도록 하여 전류 비율 차동 계전기의 오동작을 막는데 그 목적이 있다.

Description

전류 비율 차동 계전기 및 그의 동작 방법{CURRENT RATIO DIFFERENTIAL RELAY AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 전력 공급을 위한 전력용 변압기를 보호하기 위한 전류 비율 차동 계전기 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
국내 154kV 전력용 변압기의 주보호는 전류 비율 차동 계전 방식을 사용하고 있다. 전류 비율 차동 계전 방식은 동작 전류(Operating Current)와 억제전류(Restraint Current)의 비율로 고장을 판단하는 방식이며, 동작 전류와 억제 전류는 일반적으로 보호 대상의 입/출력단 전류의 스칼라합(억제 전류)과 벡터합(동작 전류)을 통해 산출될 수 있다.
변압기 보호용 전류 비율 차동 계전기(Current Ratio Differential Relay)의 동작영역은 소전류 영역과 대전류 영역으로 구분되는데, 소전류 영역은 계전기 및 비포화 영역의 CT(Current Transformer) 오차가 고려될 수 있으며, 대전류 영역은 CT 포화를 고려하여 정정(Setting)될 수 있다.
전력용 변압기 입/출력단 전력용변류기(이하 “CT”로 칭함)의 2차측 전류는 1차측 전류에 비례하여 생성되는데, 변압기 외부 고장이 발생하여 고장 전류가 매우 크게 흐르거나 직류 옵셋(DC Offset)을 포함하고 있는 경우, CT가 포화되면서 2차측 계전 전류가 1차측 계전 전류에 비례하여 증가하지 못할 수 있다.
CT 포화에 의해 왜곡된 CT 2차측 전류는 전류 비율 차동 계전기의 동작/억제 전류 연산에 오차를 유발하게 되며, 이로 인해 발생하는 차전류는 전류 비율 차동 계전기 오동작 윈인이 될 수 있다.
이에, 보다 안정적이면서도 정확하게 전력용 변압기를 보호하는 방법이 필요하다.
상술한 내용은 본 발명의 실시 예와 관련되는 배경 정보를 제공할 목적으로 기재된 것일 뿐이고, 기술되는 내용들이 당연하게 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
한국 등록특허공보 제10-1566270호 (등록일 : 2015.10.30.)
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 과제는 전력용 변압기 외부 고장 발생 시 큰 고장 전류로 인해 CT가 포화되어 변압기 보호 영역(TRPA) 외 외부 고장임에도 불구하고 전류 비율 차동 요소가 변압기 보호 영역(TRPA) 내 내부 고장으로 판단하여 오동작하는 것을 방지하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 과제는, 전력용 변압기 1차측 및 2차측 계전 전류 신호의 기본파 위상차를 계산하기 위해, 전력용 변압기 양단 계전 전류 신호에 적은 연산량을 갖고 실시간성을 보장하는 제1 필터를 이용하여 직류 옵셋 노이즈를 제거한 뒤, 고주파 및 고조파 노이즈를 제거하는 제2 필터를 사용하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 과제는, 제1 필터와 제2 필터를 적용한 전력용 변압기 1차측 및 2차측 계전 전류 신호의 위상 비교를 통해 전력용 변압기의 내부 고장 또는 외부 고장을 진단하는 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기를 보호하기 위한 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법은 변압기 양단의 각 상(phase)에 대한 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 측정하는 단계; 상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 전류 비율 차동 요소 및 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에 입력하는 단계; 및 전류 비율 차동 요소 및 상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에서 출력된 신호에 기초하여 트립 신호를 차단기로 전송할지 말지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 측정하는 단계는 보조 CT, anti-aliasing 필터 및 A/D 컨버터를 통해 상기 변압기 양단의 각 상(phase)에 대한 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 동작 방법은 상기 전류 비율 차동 요소에 입력하는 단계 이후에, 동작 전류 및 억제 전류의 비율에 기초하여, 전류 비율 차동 차단 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 동작 방법은 상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에 입력하는 단계 이후에, 상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호에 제1 필터를 적용하여 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 단계; 상기 제1 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호에 제2 필터를 적용하여 고주파 및 고조파 노이즈를 제거하는 단계; 상기 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 위상 비교를 통해 상기 변압기의 내부 고장 또는 외부 고장에 대응하는 위상 신호를 출력하는 단계; 및 상기 외부 고장에 대응하는 위상 신호가 출력되고 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호가 순시 과전류 정정치보다 큰 경우, 외부 고장 검출에 따른 차단 저지 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 외부 고장 검출에 따른 차단 저지 신호가 출력되어, 상기 전류 비율 차동 요소의 오동작이 방지될 수 있다.
상기 동작 방법은 상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에 입력하는 단계 이후에, 상기 내부 고장에 대응하는 위상 신호가 출력되는 경우, 상기 차단 저지 신호를 출력하지 않는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 위상 신호를 출력하는 단계는 기준 각도를 정정하는 단계; 및 상기 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 양단 전류 위상차가 상기 기준 각도보다 작은 경우 상기 변압기의 내부 고장에 대응하는 위상 신호를 출력하고, 상기 양단 전류 위상차가 상기 기준 각도보다 큰 경우 상기 변압기의 외부 고장에 대응하는 위상 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 위상 신호를 출력하는 단계는 상기 양단 전류 위상차()는 아래 [식 1]에 기초하여 산출되는 단계를 포함할 수 있다.
[식 1]
(여기서, 주기 당 샘플 수는 , 1차측 전류의 변조 신호는 , 2차측 전류의 변조 신호는 ).
상기 제1 필터는 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에 사용되는 계전 신호를 필터링하는 FIR 차분 필터일 수 있다.
상기 제2 필터는 상기 제1 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 고주파 및 고조파 노이즈를 제거하는 코사인 필터일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기를 보호하기 위한 전류 비율 차동 계전기는 변압기 양단의 각 상(phase)에 대한 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 측정하는 측정 요소; 상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 입력받아 동작 전류 및 억제 전류의 비율에 기초하여, 전류 비율 차동 차단 신호를 출력하는 전류 비율 차동 요소; 상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 입력받아 위싱비교방식 기반으로 외부 고장인지 내부 고장인지 검출하고, 외부 고장에 대응하는 차단 저지 신호를 출력하는 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소; 및 상기 전류 비율 차동 요소 및 상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에서 출력된 신호에 기초하여 트립 신호를 차단기로 전송할지 말지를 결정하기 위한 결정 요소를 포함할 수 있다.
상기 측정 요소는 보조 CT, anti-aliasing 필터 및 A/D 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소는 상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 제1 필터; 상기 제1 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 고주파 및 고조파 노이즈를 제거하는 제2 필터; 상기 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 위상 비교를 통해 상기 변압기의 내부 고장 또는 외부 고장에 대응하는 위상 신호를 출력하는 위상 신호 출력 모듈; 상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호가 순시 과전류 정정치보다 큰지 비교하는 순시과전류 요소; 및 상기 위상 신호 출력 모듈의 출력 위상 신호 및 순시과전류 요소의 출력 신호에 기초하여 외부 고장 검출에 따른 차단 저지 신호를 출력할지 말지를 결정하는 요소를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 외부 고장 검출에 따른 차단 저지 신호가 출력되어, 상기 전류 비율 차동 요소의 오동작이 방지될 수 있다.
상기 결정 요소는 상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소를 통해 상기 내부 고장에 대응하는 위상 신호가 출력되는 경우, 상기 차단 저지 신호를 출력하지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단은 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 과제의 해결 수단들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전력용 변압기의 보호 계전 방법 및 장치가 제공됨으로써, 전력용 변압기의 고장 상태가 정확하게 진단될 수 있으며, 이에 따른 적절한 동작이 수행될 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기의 보호 계전 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기를 보호하기 위한 전류 비율 차동 계전기의 개략적인 설명을 하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CT Knee-point 및 포화를 설명하기 위한 그래프,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 CT의 포화를 설명하기 위한 회로도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기의 보호 계전 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기를 보호하기 위한 전류 비율 차동 계전기의 구동을 설명하는 시퀀스도,
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차분 필터를 설명하기 위한 그래프들,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코사인 필터를 설명하기 위한 그래프,
도 9(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 양단의 전류 신호를 각각 나타내며, 도 9(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 양단의 전류 위상차에 기초하여 변압기의 외부 고장 또는 내부 고장을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 외부 고장 검출로 인한 차단 저지 신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 비율 차동 계전기의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기의 고장을 시뮬레이션할 때의 세부 구성 및 조건을 나타내는 표,
도 13 내지 도 17는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차측 외부 고장을 시뮬레이션한 경우의 관측 데이터를 나타내는 그래프들이며, 그리고,
도 18 내지 도 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기의 내부 고장을 시뮬레이션한 경우의 관측 데이터를 나타내는 그래프들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기(200)를 보호하기 위한 전류 비율 차동 계전기(100)를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
전류비율차동계전기(100)는, 전력계통의 보호대상인 전력용 변압기(200) 1차와 2차의 변류기(CT)에서 검출된 전류를 동일한 시기, 일정주기로서 샘플링하고, A/D 변환 후에 샘플링 데이터를 이용하여 보호대상 영역의 내외부 고장을 식별하고, 내부 고장인 경우에는 보호 영역(TRPA)을 전력계통에서 분리하기 위해 보호구간에 설치된 차단기를 개방한다.
전력용 변압기(200)는 송전원(TRS)에서 인가된 고전압(가령, 154kV)을 배전원(DIS)에서 사용할 수 있는 전압(가령, 22.9kV)으로 감압할 수 있다. 전력용 변압기(200)는 전자기 유도 현상을 이용하여 교류의 전압을 변화시키는 장치로, 3 상 변압기로 구현될 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
전류 비율 차동 계전기(100)는 변압기 보호영역(TRPA)의 배전반 내에 위치할 수 있으며, 전력용 변압기(200)의 고장을 감지하여 전원 공급을 차단할 수 있다. 전류 비율 차동 계전기(100)가 고장을 감지하면, 변압기 보호영역(TRPA)에 위치한 차단기(CB, circuit braker)에 트립 신호를 전송하여, 전력용 변압기(200)를 보호할 수 있다.
전류 비율 차동 계전기(100)는 변압기(200)의 일단인 A 지점에 위치한 1차측 CT(CT1) 및 타단인 B 지점에 위치한 2차측 CT(CT2)에서 측정된 전류에 기초하여, 순시 과전류 요소를 감시 요소로 사용하고, 여기서, 고장 전류는 변압기(200)의 정격 용량을 초과하는 전류라 할 수 있다.
전류 비율 차동 계전기(100)는 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 위상에 기초하여, 변압기(200) 내부의 고장 및 변압기(200) 외부의 고장을 결정할 수 있다. 이를 위해, CT1 및 CT2에서 전류의 방향은 변압기(200) 방향이 양의 방향으로 설정되도록 CT1 및 CT2의 구조(가령, 철심 구조)가 형성될 수 있다. 전류 비율 차동 계전기(100)는 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 위상을 정확하게 비교하기 위해서, 직류 옵셋 노이즈 및 고주파 노이즈를 제거할 수 있다.
여기서, 변압기(200) 내부의 고장은 변압 영역(TRPA) 내의 고장이며, 변압기(200) 외부의 고장은 변압 영역(TRPA) 밖의 고장일 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
전류 비율 차동 계전기(100)는 고장 전류가 검출된 상태에서, 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호가 역위상인 경우 외부 고장으로 결정하며, 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호가 동상인 경우 내부 고장으로 결정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기를 보호하기 위한 전류 비율 차동 계전기(100)의 개략적인 설명을 하기 위한 도면이다.
전류 비율 차동 계전기(100)는 측정 요소, 전류 비율 차동 요소, 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소 및 결정 요소 등을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 요소(Component)는 전류 비율 차동 계전기(100)의 구성요소로, 하드웨어 및/또는 필요한 소프트웨어를 포함할 수 있다.
먼저, 측정 요소는 변압기 양단(1차측 및 2차측)의 A 및 B, C 상의 각 상(phase)에 대하여 CT 2차측 계전 전류 신호를 입력받아, 보조 CT 및 Anti-aliasing 필터, A/D Converter를 통하여 전류 신호를 측정할 수 있다.
전류 비율 차동 요소는 상기 측정된 변압기 1차측 및 2차측 계전 전류로 부터 동작 전류와 억제 전류를 계산하여 전류 비율 차동 차단 신호를 출력할 수 있다.
위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소는 전류 비율 차동 요소의 오동작을 방지시키기 위한 모듈로, 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 입력받아 위싱비교방식 기반으로 외부 고장인지 내부 고장인지 검출하고, 외부 고장에 대응하는 차단 저지 신호를 출력할 수 있다.
위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소는 1차와 2차의 각 상(Phase)별로 포함하여 정정(Setting)치 보다 높은 과전류를 감지하는 순시과전류 요소, 1차와 2차의 각 상별로 직류 옵셋 노이즈를 제거하기 위한 제1 필터, 고주파와 고조파를 제거하기 위하여 제2 필터를 포함할 수 있다.
또한, 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소는 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 위상 비교를 통해 변압기의 내부 고장 또는 외부 고장에 대응하는 위상 신호를 출력하는 위상 신호 출력 모듈 및 위상 신호 출력 모듈의 출력 위상 신호 및 순시과전류 요소의 출력 신호에 기초하여 외부 고장에 따른 차단 저지 신호를 출력할지 말지를 결정하는 요소를 포함할 수 있다.
즉, 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소는 위상 비교하여 외부 고장이고 순시 과전류 요소에 의하여 정정치 이상의 전류가 흐르는 조건에서 '외부과장 검출 차단저지 신호'를 발생한다. 이 '외부고장 검출 차단저지 신호'가 차단 저지(Blocking) 상태이고 전류 비율 차동 요소가 CT포화로 인한 오동작으로 '전류비율차동 차단신호'가 차단(Trip) 상태 일때 차단기 트립 신호는 트립 해제 상태가 되어 기존의 전류비율차동 요소의 오동작을 방지하게 된다.
전류 비율 차동 계전기(100)는 기존 일반적인 전류 비율 차동 계전 방식에서 외부 고장에 의한 전류 비율 차동 계전기의 오동작을 방지하기 위하여 1차측 3상과 2차측 3상에 대하여 CT를 통해 측정된 6개의 전류 샘플에 대하여, 각 상에 대하여 차분 필터 (HPF) 와 코사인 필터 (LPF) 를 통하여 DC 오프셋 제거와 고조파 및 고주파를 제거한 순수한 기본파(60Hz) 성분을 추출한 후 위상 비교기를 통하여 전류의 방향을 검출하여 내부 고장인지 외부 고장 인지를 판별하여 외부 고장 발생시 전류 비율 차동 요소가 동작하는 것을 방지하는 회로 및 알고리즘을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CT Knee-point 및 포화를 설명하기 위한 그래프이며, CT 포화를 설명하기 위한 자화곡선이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변류기(CT)의 포화를 설명하기 위한 회로도이다. 함께 참조하기로 한다.
CT1 또는 CT2는 변압기(200)의 양 말단으로 유입되는 전류를 대전류에서 소전류로 낮출 수 있는 모듈이므로, 변압기(200)에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
CT1(또는 CT2)의 CT Knee-point(KP ; 변곡점)는 코아가 포화되기 시작하면서 비선형 특성을 나타내는 위치로 정의되며, CT Knee-point 지점 전까지는 비포화 영역이며, CT Knee-point 지점 후는 포화영역이 형성될 수 있다. 변류기가 포화 개시 또는 포화 종료되면, 변류기의 자화인덕턴스가 매우 급격하게 변한다.
즉, 내부 파라미터(Lm : 자화 인덕턴스)의 값이 심하게 변하여, 자화전류의 값이 급격히 증가하거나 감소하게 된다. 이로 인해 CT 2차 전류에도 영향을 주게된다. 자화곡선은 rms값으로 정의되므로, 일반적으로 CT 포화는 CT 에러가 10%를 초과하는 시점으로 정의한다.
CT 포화란 CT의 자화 인덕턴스의 값이 크게 변하여 자화전류의 값이 급격하게 증가하는 현상이다. 여기서, IP : CT 1차 전류 (전력계통 상전류), IS : CT 2차 전류, IST : 변류비(CT Ration)에 의한 CT 2차전류, R2 : CT 2차 권선저항, Rburden : CT 부담저항, Lm : CT 자화인덕턴스, Rm : CT 자화저항 라고 표현할 수 있다.
CT가 포화되지 않는 조건에서는 CT의 부담저항(Rburden)은 통상적으로 자화임피던스 (Zm = Rm || Lm)보다 훨씬 작으므로 자화임피던스 분로로 분기되는 여자전류는 무시할 수 있는 정도로 미미하다. 결국 이런 조건에서 CT 2차 전류(IS)는 CT 1차전류의 변류비에 따라 선형적으로 변하게 되므로 전력계통에서 보호 및 감시하는 계전요소에서 CT 2차 전류를 사용하는 경우에는 전류 비율 차동 요소를 연산하는데 오동작하지 않는다. 그러나 CT가 포화되면 자화임피던스가 비선형적으로 감소하게 되어 변류비에 의한 CT 2차전류(IST)는 자화임피던스 분로로 분기되는 여자전류(IE)가 비선형적으로 증가하여 CT 2차 전류의 오차를 발생하게 되어 전류비율차동 계전요소의 오동작의 원인이 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기(200)의 보호 계전 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
송전원은 154kV 모선을 통해 변압기(200)의 일단에 연결되며, 배전원은 23kV 모선을 통해 변압기(200)의 타단에 연결될 수 있다. 선택적 실시 예로, 송전원은 한국 전력에 의해 운영될 수 있으며, 배전원은 태양열 또는 태양광에 관련된 전원을 포함할 수도 있다.
여기서, FPBO는 Fault Primary Bus Outside 의 약자로 154kV 모선에서 발생 가능한 Fault 이며, FSBO는 Fault Secondary Bus Outside의 약자로 23kV 모선에서 발생 가능한 Fault 이고, FPTO는 Fault Primary Terminal Outside의 약자로 변압기 1차측과 CB 사이에서 발생 가능한 Fault 이며, FSTO는 Fault Secondary Terminal Outside의 약자로 변압기 2차측과 CB사이에서 발생 가능한 Fault 이고, FPT는 Fault Primary Terminal의 약자로 변압기 1차측에서 발생 가능한 Fault 이며, FST는 Fault Secondary Terminal의 약자로 변압기 2차측에서 발생 가능한 Fault 이고, FLT는 Fault Tertiary Terminal의 약자로 변압기 3차측에서 발생 가능한 Fault 일 수 있다. 변압기 보호 영역에서 외부고장은 FPBO 및 FSBO에 해당하고, 내부고장는 FPTO 및 FSTO, FPT, FST, FLT에 해당한다.
전류 비율 차동 계전기(100)는 전력용 변류기 CT1 및 CT2로부터 변압기(200) 양단의 전류 신호를 측정할 수 있으며, 변압기(200) 보호 영역(TRPA) 내 내부 고장이 발생되면, 차단 신호를 차단기(CB1, CB2)에 전송하여 변압기 보호영역(TRPA)를 보호할 수 있으며, 변압기 보호영역(TRPA) 외부의 정상(CT가 포화되지 않는)적인 외부 고장이라면 전류비율차동 요소에 따라 차단기를 트립하지 않는다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기를 보호하기 위한 전류 비율 차동 계전기(100)의 구동을 설명하는 시퀀스도이다.
우선, 전류 비율 차동 계전기(100)는 변압기 양단의 각 상(phase)에 대한 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 측정하여 전류를 검출할 수 있다(S710).
여기서, 전력용 변압기는 3 상으로 구현될 수 있으며, 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호는 CT(CT1, CT2)를 통해 측정될 수 있다.
그 다음으로, 전류 비율 차동 계전기(100)는 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호에 제1 필터를 적용하여 직류 옵셋 노이즈를 제거할 수 있다(S720).
여기서, 제1 필터는 차분 필터 중의 FIR(finite impulse response) 차분 필터로 구현될 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되지는 않는다.
그 후에, 전류 비율 차동 계전기(100)는 제1 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호에 제2 필터를 적용하여 고주파 노이즈를 제거할 수 있다(S730).
여기서 제2 필터는 코사인 필터일 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되지는 않는다.
그 다음으로, 전류 비율 차동 계전기(100)는 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 위상 비교를 통해 변압기의 외부 고장 또는 내부 고장을 결정할 수 있다(S740).
가령, 전류 비율 차동 계전기(100)는 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 위상이 동상인 경우 변압기의 내부 고장으로 결정하고, 역위상인 경우 상기 변압기의 외부 고장으로 결정할 수 있다.
그 후에, 전류 비율 차동 계전기(100)는 변압기의 외부 고장으로 결정된 경우(S750), 측정된 1차 전류가 1차 순시 과전류 정정치보다 크고, 측정된 2차 전류가 2차 순시 과전류 정정치보다 큰 경우, 차단 저지 신호를 전류 비율 차동 요소로 전송할 수 있다.
그 이외의 조건은 차단해제 신호를 발생한다. 전류 비율 차동 요소에 의한 차단신호와 외부고장 검출 차단저지 신호를 결합하여 최종 차단기 트립신호를 발생할 수 있다. 즉, 전류 비율 차동 요소에 의하여 변압기 보호영역(TRPA:Transformer Protection Area) 내의 내부고장으로 판단되어 차단신호가 차단상태이고, 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소의 신호가 외부고장 검출 차단해제 상태(Unblocking)에서는 전류 비율 차동 요소에 의하여 차단기를 트립하고, 전류 비율 차동 요소가 변압기 보호영역(TRPA)외의 외부 고장인데 CT 포화로 인하여 내부 고장으로 오동작하여 전류 비율 차동 요소의 차단신호가 트립상태가 되고 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소의 외부고장 검출 차단저지 신호가 차단저지상태(Blocking)에서는 차단기를 트립하지 않는다. 즉, 위상비교방식 기반 외부고장 요소를 사용하여 과전류에 의한 CT포화로 인하여 전류비율차동 요소의 오동작을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 전류 비율 차동 계전기(100)는 변압기의 외부에서 발생한 고장으로 인한 과전류에 의하여 CT가 포화되는 경우, 변압기 보호 영역의 차단기를 차단하지 않고 운영할 수 있다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차분 필터를 설명하기 위한 그래프들이다.
차분 필터는 FIR 필터를 포함하며, FIR 필터는 입력 신호의 일정한 값들만을 가지고 필터링을 수행할 수 있으며, 위상 응답을 독립적으로 제어할 수 있다.
차분 필터는 임의의 샘플 데이터 수로 구성되는 윈도우 내의 옵셋 성분을 상수로 가정한 것으로, 일정 윈도우 내의 입력 파형을 아래 [식 1]으로 표현할 수 있다.
[식 1]
여기서, n, , C 는 각각 고조파 차수, 크기, 그리고 직류 옵셋이다. 이 때 이 직류 옵셋 성분은 아래 [식 2]와 같은 차분 필터를 통해 제거할 수 있다.
[식 2]
여기서, m은 차분 샘플 간격이다. 고장 전류를 [식 2]로 표현되는 필터에 통과시킬 경우, 그 출력은 아래 [식 3]과 같이 표현할 수 있다.
[식 3]
여기서, , , , 등이 성립할 수 있다.
도 7(a) 및 도 7(b)를 참고하면, 주기당 샘플 수와 차분 간격을 각각 64[samples/cycle], m=1 로 가정했을 때, 직류 옵셋(DC Offset) 제거용 차분 필터의 주파수가 그래프와 같이 표현될 수 있다.
상기 차분 필터를 사용할 경우 입력신호에 포함되는 직류 옵셋은 상당 부분 제거될 수 있으며, 주파수가 60[Hz]인 기본파의 크기와 위상도 함께 변화되지만, 변압기 양단의 전류 모두 차분 필터를 통과하기 때문에 필터에 의한 왜곡 보상이 필요한 것은 아니다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코사인 필터를 설명하기 위한 그래프이다.
코사인 필터는 이산 푸리에 변환에 사용되는 두 개의 필터 중 하나로서, 디지털 시스템 설계와 신호처리 및 해석에 광범위하게 사용될 수 있으며, 코사인 필터의 계수는 아래 [식 4]와 같이 표현될 수 있으며, 이때, N 은 주기 당 샘플 수이다.
[식 4]
상기 [식 4]의 주파수 응답은 아래 [식 5]와 같이 정리될 수 있다.
[식 5]
,
여기서, , 는 각각 기본 전력 주파수, 샘플링 주파수이다.도 8은 상기 [식 5]를 이용하여 코사인 필터의 크기 응답을 0 ~ 600 [Hz]까지 도시한 것이며, 도 8을 통해 코사인 필터는 입력신호에 포함되어 있는 고조파 제거는 물론 비고조파 성분도 상당 부분 제거될 수 있다.
도 9(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 양단의 전류 신호를 각각 나타내며, 도 9(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 양단의 전류 위상차에 기초하여 변압기의 외부 고장 또는 내부 고장을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 국내 154kV 3권선 전력용 변압기 계통 단선도를 참고하면, 변압기(200) 양단의 CT(CT1, CT2)는 변압기(200)로 들어오는 전류가 양의 방향이 되도록 세팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 비율 차동 계전기(100)는 변압기(200) 양단에서 취득한 고장 전류 위상을 비교하여 내부고장인지 외부고장인지 판별할 수 있는데, 고장 전류 위상이 내부고장일 경우 동상으로 판별하고, 고장 전류 위상이 외부 고장일 경우 역위상으로 판별할 수 있다.
도 9(a) 및 도 9(b)를 참고하면, 전류 비율 차동 계전기(100)는 변압기의 양단 전류 위상차()가 설정된 기준 각도()보다 작은 경우 변압기의 내부 고장으로 결정하고, 양단 전류 위상차()가 기준 각도()보다 큰 경우 변압기의 외부 고장으로 결정할 수 있다.
변압기의 양단 전류 위상차()는 아래 [식 6]에 기초하여 산출될 수 있다.
[식 6]
여기서, 주기 당 샘플 수는 , 1차측 전류의 변조 신호는 , 2차측 전류의 변조 신호는 일 수 있다.
전류 비율 차동 계전기(100)의 고장 전류가 0 보다 크면, “+1” 로, 0 보다 작으면, “-1”로 변조할 수 있으며, 변압기 양단의 변조된 신호를 비교하여 내부 고장 및 외부 고장을 판별할 수 있다.
상기 [식 6]의 값은 양단 전류의 위상이 동상이면 0도일 수 있으며, 역위상이면 180 도일 수 있다. 또한, 기준 각도()는 90 도일 수 있으며, 양단 전류의 위상차가 의 경우 내부고장으로, 의 경우 외부고장으로 판단될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 외부 고장 검출로 인한 외부고장 차단 저지 신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 비율 차동 계전기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참고하면, 전류 비율 차동 계전기(100) 내의 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소는 상별로 양단 순시과전류 요소를 감시요소로 사용해서, 외부고장이 발생하여 양단 전류가 역위상이 됨과 동시에 순시 과전류 정정치를 초과하는 고장전류가 흐를 경우 외부고장이라고 판단하고 차단 저지 (blocking) 신호를 출력한다.
도 11을 참고하면, 위상비교방식 기반 외부고장 검출 요소를 적용한 전류 비율 차동 전류 계전기(100)의 로직을 표현하고 있다. 외부고장 검출 차단 저지 신호가 0인 경우, NOT 게이트를 통과하여 Active(1) 상태가 되어, 전류 비율 차동 요소가 동작될 수 있다. 또한, 변압기 외부 고장인데, CT 포화로 인하여 각상의 전류 비율 차동 요소가 동작하는 경우, 외부고장 검출 차단저지 신호가 Active 상태가 되어, A, B 및 C상(phase)의 전류 비율 차동 요소 동작을 저지하여 CT 포화로 인한 전류 비율 차동 요소의 오동작을 방지한다. 즉, 오동작으로 인한 변압기 차단을 방지한다.
전류 비율 차동 계전기(100)는 변압기 양단의 A, B 및 C상의 각 상(phase)에 대하여 CT 2차측 전류 신호를 입력받아, 보조 CT, Anti-aliasing 필터, A/D Converter를 통하여 전류 신호를 측정하는 측정 요소와 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호에서 직류 옵셋 노이즈를 제거하기 위한 제1 필터(가령, FIR 필터) 및 제1 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호에서 고주파 및 고조파 노이즈를 제거하기 위한 제2 필터(가령, 코사인 필터)를 포함할 수 있다.
위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소는 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 위상 비교를 통해 변압기의 외부 고장 또는 내부 고장을 결정하고, 변압기의 외부 고장으로 결정된 경우, 차단 저지 신호를 출력하여, 전류 차동 요소에 의한 트립을 저지(Blocking)할 수 있다.
위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소는 변압기의 내부 고장으로 결정된 경우, 각 상의 전류비율차동 요소에 의하여 차단신호를 차단기로 전송할 수 있다.
위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소는 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 위상이 동상인 경우 변압기의 내부 고장으로 결정하고, 역위상인 경우 변압기의 외부 고장으로 결정할 수 있다.
위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소는 기준 각도를 정정하고, 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 양단 전류 위상차가 기준 각도보다 작은 경우 변압기의 내부 고장으로 결정하고, 양단 전류 위상차가 기준 각도보다 큰 경우 변압기의 외부 고장으로 결정할 수 있다.
이하에서는, 전력용 변압기에 대한 전류 비율 차동 계전기(100) 의 동작을 시뮬레이션하는 방법을 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력용 변압기의 고장을 시뮬레이션할 때의 세부 구성 및 조건을 나타내는 표이다.
시뮬레이션을 위해 PSCAD/EMTDC(Power Systems Computer Aided Design/Electromagnetic Transient and DC) 가 사용될 수 있으며, 변압기 내부 및 외부의 A 상 지락 고장이 모의될 수 있으나, 시뮬레이션 상황은 다양할 수 있다.
시뮬레이션 장치는 도 12에 따른 구성 및 조건에 따라 변압기 내부 및 외부의 A 상 지락 고장 상황을 시뮬레이션할 수 있다.
시뮬레이션 장치는 연속신호의 이산화 시 발생할 수 있는 중첩(Aliasing) 방지를 위해 주기 당 640 샘플로 신호를 만든 이후, 32 고조파에서 이득 0.1 인 Butterworth 2차 저역 통과 필터를 이용하여 필터링하고(차단 주파수 : 1920 Hz) 주기 당 64 샘플로 다운 샘플링할 수 있다. 이렇게 얻은 신호는 변압기 보호용 전류 비율 차동 알고리즘(상술한 보호 계전 방법, 도 4 참고)의 입력으로 사용되었다.
시뮬레이션 장치는 를 90도로 설정할 수 있으며, 양단 전류 위상차가 의 경우 내부고장으로, 의 경우 외부고장으로 판단할 수 있다.
도 13 내지 도 17는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차측 외부 고장을 시뮬레이션한 경우의 관측 데이터를 나타내는 그래프들이다.
시뮬레이션 장치는 변압기 2차측 외부 모선 A상 지락고장 시, 변압기 양단의 A상 전류를 이용하여 상술한 보호 계전 방법이 수행됨을 그래프를 통해 디스플레이할 수 있다.
도 13을 참고하면, 시뮬레이션 장치는 변압기 양단의 A상 전류로 2차측 전류가 CT포화에 의해 왜곡되어 있음을 보여줄 수 있으며, 도 14를 참고하면, 시뮬레이션 장치는 양단 전류를 차분 및 코사인 필터를 통과시켰을 때의 결과를 나타낼 수 있으며, 도 15를 참고하면, 시뮬레이션 장치는 양단 전류의 변조 신호를 나타낼 수 있다. 도 16을 참고하면, 시뮬레이션 장치는 양단의 변조 신호가 같은 값을 가지며 겹치는 구간을 표시할 수 있고, 도 17은 상술한 보호 계전 방법을 이용하여 양단 전류의 위상차 결과를 나타낼 수 있다.
즉, 시뮬레이션 장치는 변압기 2차측 외부 모선에 A상 지락고장 발생 시 양단 고장전류가 크게 발생하면서 과전류요소가 고장을 감지(Pickup)하지만, 외부고장이 발생하였기 때문에 양단의 위상차는 보다 크므로, 최종적으로 상술한 보호 계전 방법은 외부고장으로 판단하여 비율 차동 계전 요소의 동작을 저지(block)할 수 있다.
도 18 내지 도 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기의 내부 고장을 시뮬레이션한 경우의 관측 데이터를 나타내는 그래프들이다.
즉, 시뮬레이션 장치는 변압기 2차측 내부 A상 지락고장 시, 1차측 전류는 크게 증가하지만, 변압기 2차측에 전원이 없으므로 2차측 CT로는 고장 전류가 흐르지 않는다. 2차측 A상 과전류 요소가 동작하지 못하기 때문에, 상술한 보호 계정 방법은 외부고장으로 판단하지 않고 비율차동 계전요소의 동작을 억제하지 않을 수 있다.
전술한 본 개시는, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 각 장치의 프로세서를 포함할 수도 있다. 여기서, 컴퓨터는 시뮬레이션 장치가 될 수 있다.
한편, 상기 프로그램은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 개시의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 개시에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.
본 개시에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 본 개시에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 개시를 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 개시의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 인자(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 개시의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 개시의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 전력용 변압기를 보호하기 위한 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법으로서,
    변압기 양단의 각 상(phase)에 대한 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 측정하는 단계;
    상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 전류 비율 차동 요소 및 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에 입력하는 단계; 및
    전류 비율 차동 요소 및 상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에서 출력된 신호에 기초하여 트립 신호를 차단기로 전송할지 말지를 결정하는 단계를 포함하는, 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는,
    보조 CT, anti-aliasing 필터 및 A/D 컨버터를 통해 상기 변압기 양단의 각 상(phase)에 대한 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 측정하는 단계를 포함하는, 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 비율 차동 요소에 입력하는 단계 이후에,
    동작 전류 및 억제 전류의 비율에 기초하여, 전류 비율 차동 차단 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는, 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에 입력하는 단계 이후에,
    상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호에 제1 필터를 적용하여 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 단계;
    상기 제1 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호에 제2 필터를 적용하여 고주파 및 고조파 노이즈를 제거하는 단계;
    상기 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 위상 비교를 통해 상기 변압기의 내부 고장 또는 외부 고장에 대응하는 위상 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 외부 고장에 대응하는 위상 신호가 출력되고 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호가 순시 과전류 정정치보다 큰 경우, 외부 고장 검출에 따른 차단 저지 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는, 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외부 고장 검출에 따른 차단 저지 신호가 출력되어, 상기 전류 비율 차동 요소의 오동작이 방지되는, 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에 입력하는 단계 이후에,
    상기 내부 고장에 대응하는 위상 신호가 출력되는 경우, 상기 차단 저지 신호를 출력하지 않는 단계를 더 포함하는, 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 위상 신호를 출력하는 단계는,
    기준 각도를 정정하는 단계; 및
    상기 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 양단 전류 위상차가 상기 기준 각도보다 작은 경우 상기 변압기의 내부 고장에 대응하는 위상 신호를 출력하고, 상기 양단 전류 위상차가 상기 기준 각도보다 큰 경우 상기 변압기의 외부 고장에 대응하는 위상 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 위상 신호를 출력하는 단계는,
    상기 양단 전류 위상차()는 아래 [식 1]에 기초하여 산출되는 단계를 포함하는, 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법
    [식 1]
    ,
    (여기서, 주기 당 샘플 수는 , 1차측 전류의 변조 신호는 , 2차측 전류의 변조 신호는 ).
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제1 필터는 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에 사용되는 계전 신호를 필터링하는 FIR 차분 필터인, 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 필터는 상기 제1 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 고주파 및 고조파 노이즈를 제거하는 코사인 필터인, 전류 비율 차동 계전기의 동작 방법.
  11. 전력용 변압기를 보호하기 위한 전류 비율 차동 계전기로서,
    변압기 양단의 각 상(phase)에 대한 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 측정하는 측정 요소;
    상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 입력받아 동작 전류 및 억제 전류의 비율에 기초하여, 전류 비율 차동 차단 신호를 출력하는 전류 비율 차동 요소;
    상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호를 입력받아 위싱비교방식 기반으로 외부 고장인지 내부 고장인지 검출하고, 외부 고장에 대응하는 차단 저지 신호를 출력하는 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소; 및
    상기 전류 비율 차동 요소 및 상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소에서 출력된 신호에 기초하여 트립 신호를 차단기로 전송할지 말지를 결정하기 위한 결정 요소를 포함하는, 전류 비율 차동 계전기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 측정 요소는,
    보조 CT, anti-aliasing 필터 및 A/D 컨버터를 포함하는, 전류 비율 차동 계전기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소는,
    상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 제1 필터;
    상기 제1 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 고주파 및 고조파 노이즈를 제거하는 제2 필터;
    상기 제2 필터가 적용된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호의 위상 비교를 통해 상기 변압기의 내부 고장 또는 외부 고장에 대응하는 위상 신호를 출력하는 위상 신호 출력 모듈;
    상기 측정된 1차측 전류 신호 및 2차측 전류 신호가 순시 과전류 정정치보다 큰지 비교하는 순시과전류 요소; 및
    상기 위상 신호 출력 모듈의 출력 위상 신호 및 순시과전류 요소의 출력 신호에 기초하여 외부 고장 검출에 따른 차단 저지 신호를 출력할지 말지를 결정하는 요소를 포함하는, 전류 비율 차동 계전기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 외부 고장 검출에 따른 차단 저지 신호가 출력되어, 상기 전류 비율 차동 요소의 오동작이 방지되는, 전류 비율 차동 계전기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 결정 요소는,
    상기 위상비교방식 기반 외부 고장 검출 요소를 통해 상기 내부 고장에 대응하는 위상 신호가 출력되는 경우, 상기 차단 저지 신호를 출력하지 않도록 구성되는, 전류 비율 차동 계전기.
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