KR970007770B1 - 개폐기의 동작감시장치 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

개폐기의 동작감시장치

제1도는 본 발명의 일실시예를 나타낸 계통도.

제2도는 제1도의 요부(要部)의 회로구성을 나타낸 블록도.

제3도는 본 발명의 다른 실시예의 요부를 나타낸 블록도.

본 발명이 전력용 차단기, 단로기(斷路器), 접지개폐기 등을 포함하는 개폐기에 관한 것이며, 특히 개폐기의 조작기구부의 이상(異常)을 조기에 발견하는 동작감시장치에 관한 것이다.

근년, 송변전기기의 예방보전(豫防保全)기술개발 경향이 높아지고, 전력수송의 신뢰성 향상, 특히 무정전송전(무정전送電)이 요망되고 있다. 그 중에서, 차단기등의 개폐기에 관한 고장통계에서는 조작기 구부의 이상에 의한 동작불량이 가장 많고, 과반수를 차지하기에 이르고 있다. 그러나, 조작기구부는 부품개수가 가장 많다. 그래서, 차단동작시의 가동(可動)전극의 동작, 즉 스트로크특성을 측정하고, 그 변형정도로부터 조작기구부의 이상을 조기에 발견하는, 이른바 예방보전기술의 개발이 요망되고 있다.

스트로크특성의 측정법은 종래부터 많은 방식이 개발되어 왔으며, 예를 들면 일본국 특개소 58(1983)-28615호 공보와 같이, 광파이버를 사용하여 측정기를 절연함으로써, 고전위부의 측정을 가능하게 한 것도 있다. 즉, 상기 제1의 선행기술에 의하면, 소정의 간격으로 반사율이 상이한 범위를 소정의 피치로 교호로 연속하도록 광학마크를 배치하고, 이 광학마크에 광원으로부터의 광을 광파이버에 의하여 투광(投光)하고, 이 광학마크로부터의 반사광을 수광하고, 이 수광신호를 전기신호로 변환하여 통과한 광학마크의 수를 카운트함으로써, 이동체의 이동량을 측정하고 있다.

본 발명의 목적은, 후술하는 바와 같이, 얻어진 스트로크특성의 변형으로부터 조작기구부의 이상의 유무를 판정하는 알고리듬(algorithm)을 얻는 것에 있으며, 스트로크특성의 측정법은 기존의 어떠한 수단을 사용해도 된다. 동작특성의 간이 측정법은, 예를들면 일본국 특개소 61(1986)-203820호 공보에 개시(開示)된 바와 같이, 차단기와 연동하는 보조접점의 동작소요시간을 측정함으로써 달성된다.

즉, 상기 제2의 선행기술에 의하면, 조작계의 동작에 연동하여 개폐되는 복수개의 보조접점을 배설하고, 차단기의 투입코일 또는 차단코일에의 신호입력시로부터 보저접점동작까지의 시간을 기준치와 비교함으로써, 조작계의 정상 또는 이상을 검출하고 있다. 즉, 이상판정에 관한 종래의 기술은 이와 같이 기준으로 되는 동작을 기억하여 두고, 차단동작시에 측정하여 얻어진 특성을 비교하여, 그 차로부터 이상을 검출하는 것이었다. 그런데, 종래의 기준동작특성은 모두 무부하시, 즉 전류를 차단하지 않을 때의 것이며, 유부하시, 즉 전류차단시의 고려가 되어 있지 않았다.

실제의 전류차단시에는, 정상의 동작이라도 다음에는 나타내는 스트로크특성의 3가지 변동요인이 있다.

그 첫째는, 전류차단시의 압력상승에 의한 조작반력(反力)의 변동에 따른 것이다. 구조상, 압력상승에 가장 민감한 퍼퍼형(puffer type) 가스차단기에서는, 조작반력의 변동폭이 최대 수톤에 이르는 경우도 있다. 조작반력은, 차단전류의 크기 그 자체 외에, 차단동작에 대한 차단전류의 시간적 위상관계에 따라서 크게 영향을 받는다. 차단기의 동작조건에 의한 동작특성의 변동요인은 이 점이 가장 크다.

둘째는 조작력의 변동이다. 예를 들면, 조작력원으로서 압축공기를 사용한 것에서는, 공기압은 허용범위 약10%로 제어되고 있다. 이 범위에서 공기압이 변동했을 때의 조작력 및 동작특성의 변화는 무시할 수 없다.

셋째는 분위기가스압의 변동이다. 소호(消弧)매체로서 SF₆가스를 충전한 가스 차단기의 가스압력관리범위는 허용범위가 약20%로 설정되어 있다. 이 변동요인에 의하여 조작기구에 이상이 생기지 않는 정상동작이라도 차단조건에 의한 스트로크특성의 변동폭은 크다. 따라서, 종래 기술과 같이, 정상상태의 스트로크특성과 비교하여 이상의 판정을 하는 방식에서는, 회선을 전환하는 계통전환, 사고전류차단 등의 일상 동작에서는 이 동작조건에 따른 변동분을 예측하여 허용범위를 넓게 설정하지 않을 수 없어, 이상의 검출감도향상의 저해요인으로 되어 있었다.

또, 상기에의 대응으로서 정기점검 등으로 계통으로부터 차단기를 분리하고, 무부하조작하여 동작특성을 측정하는 방법도 있으나, 차단기의 점검이 계통운용의 장해로 되고, 또 점검빈도가 감소하여 문제가 생긴다.

상기 종래 기술은, 조작력, 분위기가스압, 차단전류의 변동의 점에 대하여 고려되어 있지 않으며, 이상검출의 감도향상에 한계가 생기는 문제가 있었다.

본 발명의 주된 목적은, 조작력, 분위기가스압, 차단전류의 변동의 영향을 극력 배치하여, 차단기의 일상동작에서 얻어진 스트로크특성으로부터, 높은 검출감도로 조작기구부에 생긴 이상의 검출수단을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전류차단시의 스트로크특성으로부터 이상진단함으로써, 진단을 위하여 통전을 정지하여 개폐기를 무부하로 동작시켜 점검하는 작업을 필요로 하지 않는 점에 있다.

상기 여러가지 목적은, 개폐기 동작시의 조작력, 분위기가스압, 차단전류파형을 기초로, 차단기의 구조를 고려하여 계산에 의하여 정상동작의 스트로크특성을 구하고, 이것을 판단기준으로 하여 실측스트로크특성을 비교하여, 이상의 유무를 판정함으로써 달성된다.

전류차단시의 압력상승은, IEEE 트랜잭션(IEEE Transactions on Power Apparatus and systems, PAS-98권 3호, 1979년 5월/6월 제731면∼제737면)에 기재되어 있으며, 그 추정정밀도는 이미 실용적 레벨에 달하고 있다. 즉, 전류차단시의 조작력, 분위기가스압 및 차단전류파형 등의 동작조건과, 형상, 가동부 중량, 링크기구부의 링크비 등의 개폐기 고유의 상수를 입력하고, 정상시의 스트로크특성을 출력으로 하는 계산은 실용레벨의 정밀도로 가능하게 되었다. 여기서, 개폐시 동작시의 스트로크특성을 실측하는 동시에, 조작력, 즉 공기조작기 또는 유압조작기 등의 조작유체압, 분위기가스압, 즉 SF₆가스차단기에서는 SF₆가스압, 및 차단전류의 전류치와 차단동작에 대한 위상각, 즉 차단기 동작개시로부터 전류소멸까지에 요하는 시간을 측정하고, 이들의 제량(諸量)을 기초로 그 차단조건에 있어서의 정상동작시에 있어야 할 스트로크특성을 계산한다. 이 특성을 실측스트로크특성의 비교기준으로 함으로써, 전술한 차단조건에 의존하는 스트로크특성의 변동의 영향을 배제할 수 있고, 조작기구의 이상판정기준의 설정에 있어서, 허용범위를 불필요하게 넓게 하지 않아도 되므로, 이상검출정밀도가 향상된다.

본 발명의 개폐기의 동작감시장치는, 고정전극과, 상기 고정전극과 접촉하는 가동전극과, 상기 가동전극에 접속되어 회로투입위치 또는 회로차단위치에 상기 가동전극을 선택적으로 동작시키는 조작기와, 차단전류파형, 분위기가스압 및 조작유체압중의 복수를 동시에 측정하는 요인측정수단과, 상기 조작기 및 상기 요인측정수단에 접속된 이상검출장치로서, 상기 차단전류파형, 상기 분위기가스압 및 상기 조작유체압의 측정결과중의 하나 이상에 따라서 상기 조작기의 이론동작특성을 미리 연산하여 이 연산된 이론동작특성을 판정기준으로 하고, 상기 조작기의 실측동작특성을 상기 판정기준과 비교하여 상기 조작기의 동작의 이상의 유무를 검출하고, 상기 실측동작특성은 스트로크특성을 포함하고, 상기, 요인측정 수단에 의하여 측정되도록 구성한 이상검출장치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

다음에, 본 발명에 의한 개폐기의 동작감시장치의 일실시예에 대하여 제1도에 따라서, 설명한다. 제1도에 있어서, 전류 i는 전력계통에 점속된 도체(4), 내부도체(5), 고정전극(6), 가동전극(7)을 다른 족의 내부도체(5'), 다른 쪽의 전력계통에 접속된 도체(4')에 흐른다. 가스차단기(1)내에는 4∼6기압으로 관리된 SF₆가스가 봉입되어 있다. 가동전극(7)은 접지전위에 설치된 조작기(2)에 의하여 절연구동수단(8)을 통하여 투입 및 차단동작한다. 동작특성측정장치를 구성하는 이상검출장치(3)에는, 차단기(1) 및 조작기(2)로부터, 차단지령신호(9), 투입지령신호(10), 조작유체압(11), 스크로크특성(12), 전류파형(13) 및 가스압(14)이 각각 전용신호선을 거쳐 입력된다. 차단지령신호(9) 및 투입지령신호(10)는 전력계통 제어계로부터 차단기에 대하여 보내온 것을 분기(分岐)하여 사용하고 있다. 이것은 이상검출장치(3)가 동작개시하는 트리거로 되는 것이며, 투입지령신호(10)도 입력됨으로써 투입동작에 있어서도 동작을 진단할 수 있다. 조작유체압(11)은 조작력을 구하기 위한 것이며, 이상검출장치(3)의 내부에 기억된 조작기의 구조를 기초로 조작력이 산출된다. 스트로크특성(12)은 조작기(2)로부터 가동전극(7)까지의 사이에서 임의의 점의 동작을 측정한 것이라도 되지만, 절연신뢰성의 문제도 있어, 접지전위부위의 쪽이 바람직하다. 전류파형(13)은, 부싱(15)의 하부에 설치된 전류변성기(16)에서 얻고 있다. 전류측정법에 특히 제한은 없으나, 통상, 가스차단기에 장비되어 있는 것이며, 간단하게 전류파형을 얻는 것이 가능한 것을 고려하였다. 가스압력(14)은 압력계(18)를 가스급배용(給排用)으로 배설된 구멍(17)에 설치하여 측정하고 있다. 이것은, 이미 설치된 차단기에 적용했을 때 개선규모가 최소한으로 되기 때문이다. 이상검출장치(3)에는, 차단기(1) 및 조작기(2)의 가동부에 관한 구조제원(構造諸元)이 기억되어 있고, 차단 및 투입동작으로, 그 동작조건으로부터 정상시의 스트로크특성을 계산하고, 실측스트로크특성과 비교한 후, 동작 이상이 확인된 경우에, 이상신호(19)를 발하는 프로그램이 내장되어 있다. 이상검출장치(3)의 구성은, 아날로그회로로 구성되는 것, 디지탈회로로 구성되는 것, 양자(兩者)의 하이브리드구성 등 다양하지만, 기본적 기능을 나타낸 블록도는 다음의 제2도 및 제3도에 나타낸 것으로된다.

제2도는 제1도에 나타낸 이상검출장치(3)의 회로구성을 나타낸 블록도이며, 차단동작시의 동작특성을 리얼타임으로 연산하는 것을 나타낸다. 이상검출장치(3)는 신호선(20)에서 보내오는 차단지령신호(9)를 트리거로 하여 동작을 개시한다. 이때, 스트로크특성 연산회로(21)는 신호선(23, 24)에서 보내오는 조작공기압(P_A) (11), 분위기가스압(P_G) (14)을 샘플링유지한다. 또, 신호선(22)에서 보내는 전류파형에 대해서는 각각 샘플링하여 기억하여 둔다. 조작공기압(11), 분위기가스압(14) 및 전류파형의 값과 기억회로(25)에 보존되어 있는 가동부 중량 등의 구조데이터를 기초로 이상판정의 기준치로 될 산스트로크특성(26)을 연상에 의하여 구하여 비교 판정회로(27)에 출력한다. 비교판정회로(27)는 실측스트로크 데이터기억회로(31)를 통하여 신호(28)에서 보내오는 실측스트로크특성(12)과 계산스트로크특성(26)을 비교하여, 양자의 차가 미리 설정되어 있는 기준치보다 클 때에 이상신호(19)를 출력한다. 이상 판정방법 및 판정레벨의 설정은 여러가지 있고, 차단기의 구성에 따라서 최적방법은 상이하지만, 여기서는 모든 순간에 계산과 실측의 가동전극위치의 차가 전스트로크길이의 10% 이내를 허용치로 하고있다. 제2도에 나타낸 본 실시예에서는 차단전류의 위상과 크기, 가스압, 조작압의 실측치에 따라서 스트로크특성기준치를 계산하므로 모든 차단조건에 대응할 수 있다.

제3도는 본 발명의 다른 실시예의 이상검출장치(3)의 회로구성을 나타낸 블록도이고, 제2도는 스트로크연산회로가 대규모로 되는 것을 피하기 위하여, 또 다소 정밀도가 저하해도 응답시간을 단축하기 위하여, 차단조건을 파라미터로 하여 미리 연산으로 구하여 둔 복수의 스트로크특성을 기억회로(30)에 기억하여 두는 것이다. 제2도와의 상위점만을 다음에 설명한다. 제2도의 스트로크연산회로(21)에 대신에 제3도에서는 스트로크참조회로(29)를 배설하고, 스트로크참조회로(29)는 차단전류파형(13)의 크기와 위상, 조작유체압(11), 가스압(14)의 각각 실측치에 따라서, 기억회로(30) 중에서 실제 차단조건에 가장 가까운 조건으로 계산하여 구한 스트로크특성(26)을 찾아 취출하여, 이것을 비교판정회로(27)에 출력한다. 이와 같은 구성에서는, 간단한 기구에 의하여, 고속으로 이상판정결과를 출력할 수 있고, 차단기에 요구되는 고속재투입 사양(仕樣)과 같이, 차단 후 0.3초 후에 재투입지령이 나오는 경우에도, 차단동작에 이상이 있으면 투입동작을 로크할 수 있다.

본 실시예에 의하면, 가동부분의 구조데이터, 또는 스트로크특성데이터를 변경함으로써, 상이한 정격(定格)기종의 개폐기에 간단히 적용할 수 있는 이점이 있다. 또, 본 구성에 의하면 전류차단시의 스트로크특성으로부터 이상진단할 수 있으므로, 진단을 위하여 통전을 정지하여 무부하로 동작시켜 점검하는 작업은 불필요하게 된다. 이미 설치된 차단기에 본 발명을 적용할 때, 스트로크특성측정장치의 증설이 곤란한 경우, 일본국 특개소 61(1986)-203820호 공보와 같이, 보조접점의 동작소요시간을 측정하고, 마찬가지로 계산으로 구한 것과 비교할 수도 있다. 당연한 것이지만, 계산에는 조작력, 가스압력, 전류에 의한 조작반력의 변동이 고려되어 있지 않으면 안된다.

또, 개폐기의 투입동작에서도, 0.5사이클 정도의 선행방전전류가 흘러, 전류치 및 위상, 또한 분위기가스압, 조작유체압이 투입동작의 동작특성에 영향을 미치는 것은, 차단동작과 동일하다. 제2도 및 제3도의 실시예에서도 차단지령을 투입지령, 차단시의 스트로크특성을 투입시의 스트로크특성과 각각 치환함으로써, 본 발명을 적용할 수 있다.

이상 본 발명에 의하면 하기의 우수한 효과를 얻을 수 있다.

(1) 조작력, 분위기스압, 전류에 의한 조작반력의 변동에 의한 스트로크특성의 영향을 배제할 수 있고, 이상의 검출감도를 향상시킬 수 있다.

(2) 진단을 위하여 통전을 정지하여 개폐기를 무부하로 동작시켜 점검한다고 하는 작업이 불필요하게 된다.

(3) 동작특성특정장치에 스트로크특성연산회로를 사용함으로써 전류치나 분위기가스압의 값이 그대로 사용되어 이상검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

(4) 동작특성측정장치에 스트로크참조회로 및 기억회로를 사용함으로써 이상검출의 시간을 대폭 단축할 수 있다.

Claims (7)

1. 고정전극과, 상기 고정전극과 접촉하는 가동전극과, 상기 가동전극에 접속되어 회로투입위치 또는 회로차단위치에 상기 가동전극을 선택적으로 동작시키는 조작기와, 차단전류파형, 분위기가스압 및 조작유체압중의 복수를 동시에 측정하는 요인 측정수단과, 상기 조작기 및 상기 요인측정수단에 접속된 이상(異常)검출장치로서, 상기 차단전류파형, 상기 분위기가스압 및 상기 조작유체압의 측정결과중의 하나 이상에 따라서 상기 조작기의 이론동작특성을 미리 연산하여 이 연산된 이론동작특성을 판정기준으로 하고, 상기 조작기의 실측동작특성을 상기 판정기준과 비교하여 상기 조작기의 동작의 이상의 유무를 검출하고, 상기 실측동작특성은 스트로크특성을 포함하고, 상기, 요인측정 수단에 의하여 측정되도록 구성한 이상검출장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 개폐기의 동작감시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 이상검출장치는 상기 판정기준으로 하는 상기 이론동작특성을 상기 요인측정수단에 의하여 실측된 상기 차단전류파형, 상기 분위기가스압 및 상기 조작유체압에 따라서 리얼타임으로 계산하는 것을 특징으로 하는 개폐기의 동작감시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 이상검출장치는 상기 판정기준으로 하는 상기 이론동작특성을 상기 차단전류파형, 상기 분위기가스압 및 상기 조작유체압을 파라미터로 하여 미리 연산하여 이 연산된 이론동작 특성을 기억회로에 기억하는 것을 특징으로 하는 개폐기의 동작감시장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 이상검출장치는 상기 판정기준으로 하는 상기 이론동작특성을 상기 차단전류파형의 측정결과에 따라서 연산하는 것을 특징으로 하는 개폐기의 동작감시장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 이상검출장치는 상기 판정기준으로 하는 상기 이론동작특성을 상기 조작기와 연동동작을 하는 보조접점의 동작소요시간의 측정결과에 따라서 연산하는 것을 특징으로 하는 개폐기의 동작감시장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 이상검출장치는 상기 가동전극의 스트로크특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 개폐기의 동작감시장치.
7. 고정전극과, 상기 고정전극과 접촉하는 가동전극과, 상기 가동전극에 접속되어 회로투입위치 또는 회로차단위치에 상기 가동전극을 선택적으로 동작시키는 조작기와, 차단전류파형, 분위기가스압 및 조작유체압중의 복수를 동시에 측정하는 요인 측정수단과, 상기 조작기 및 상기 요인측정수단에 접속된 이상검출장치로서, 상기 차단전류파형, 상기 분위기가스압 및 상기 조작유체압의 측정결과의 모두에 따라서 상기 조작기의 이론동작특성을 미리 연산하여 이 연산된 이론동작특성을 판정기준으로 하고, 상기 조작기의 실측동작특성을 상기 판정기준과 비교하여 상기 조작기의 동작의 이상의 유무를 검출하고, 상기 실측동작특성은 스트로크특성을 포함하고, 상기 요인측정 수단에 의하여 측정되도록 구성한 이상검출장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 개폐기의 동작감시장치.

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