WO2023113166A1 - 정밀 시간 동기 표준(ptp) 기반 부분방전 발생위치 추정 시스템 - Google Patents

정밀 시간 동기 표준(ptp) 기반 부분방전 발생위치 추정 시스템 Download PDF

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prpd
partial discharge
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data acquisition
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권현호
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강광구
이진호
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    • G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits

Definitions

  • the present invention relates to a system for estimating a partial discharge occurrence location based on a precise time synchronization standard.
  • Power facilities such as switchboards, transformers, and gas insulated switchgear (GIS) are building insulation systems to prevent safety accidents.
  • GIS gas insulated switchgear
  • PD partial discharge
  • PTP Precision Time-synchronization Protocol
  • An object of the present invention is to provide a system for estimating a partial discharge occurrence position without a separate hardware ring by performing network-based time synchronization through PTP.
  • a plurality of data acquisition devices installed in one area of a measurement target and acquiring sensing data simultaneously through time synchronization using PTP (Precision Time-Synchronization Protocol) Device; and a determination device for determining a partial discharge occurrence location of the measurement target by using a plurality of sensing data received from the plurality of data acquisition devices.
  • PTP Precision Time-Synchronization Protocol
  • the plurality of data acquisition devices are composed of one master device and a plurality of slave devices, and each of the plurality of data acquisition devices includes: a precision time synchronization unit for transmitting a PTP-based time synchronization signal based on the master device; a sensor data processing unit that collects the sensing data based on the time synchronization signal received from the precise time synchronization unit and processes the collected sensing data; and a PRPD generation unit configured to generate PRPD data by mapping the plurality of processed sensing data received from the sensor data processing unit for a predetermined time period with a time synchronization signal received from the precise time synchronization unit.
  • the determining device may include a communication unit; Receiving the plurality of PRPD data from the plurality of data acquisition devices through the communication unit, identifying a pattern corresponding to the plurality of received PRPD data, and generating the plurality of PRPD data based on the mapped time synchronization signal. and a processor for listing in chronological order and identifying the partial discharge occurrence location based on the installation locations of the plurality of data acquisition devices and the listed plurality of PRPD data.
  • the processor may identify characteristic information of a waveform of each PRPD data according to the identified pattern, and list the plurality of PRPD data in chronological order based on the identified characteristic information.
  • the processor may identify a partial discharge propagation path based on the installation positions of the plurality of data acquisition devices and the plurality of PRPD data listed above, and may identify the partial discharge occurrence position through the partial discharge propagation path.
  • the processor may identify the partial discharge location based on a model learned to perform an operation on the partial discharge location according to the installed locations of the plurality of data acquisition devices and the listed PRPD data.
  • the processor may identify the location of the partial discharge when patterns corresponding to the plurality of PRPD data are identified as the same pattern.
  • the sensor data processing unit may receive the time synchronization signal periodically updated from the precise time synchronization unit.
  • the algorithm for determining the location of partial discharge based on precise time synchronization not only protects power facilities and connects with relay systems, but also invests in equipment for abnormal situations in power facilities in which various abnormal phenomena may coexist. can increase efficiency.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system for estimating a partial discharge occurrence location according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a data acquisition device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a determination device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating time precision synchronization according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing PRPD data according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of a determination device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing waveforms of PRPD data according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to a system for measuring a partial discharge phenomenon that may occur in a power facility used in an industrial field, and more specifically, to more precisely determine the location of a partial discharge by using a network-based time synchronization technology implemented through PTP. It is about a system that can be clearly identified. Hereinafter, this will be described in detail.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system for estimating a partial discharge occurrence location according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 schematically shows a partial discharge location estimation system 100 (hereinafter referred to as the system 100), and the system 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of data acquisition devices 200 and a determining device 300.
  • the data acquisition device 200 is installed in one region of the measurement target and measures high frequencies generated from the measurement target.
  • the data acquisition device 200 includes a sensor, and the type of sensor to be used may vary according to an insulation characteristic in which a partial discharge occurs. Therefore, it is possible to appropriately select a sensor according to the frequency band of electromagnetic waves generated from partial discharge.
  • a measurement target is a high-voltage power facility, and may be, for example, a switchboard, an oil-immersed transformer, a gas insulated switchgear (GIS), and the like, but is not limited thereto.
  • a plurality of data acquisition devices 200 are respectively installed in one region of the measurement target to acquire sensing data. In identifying the location of the partial discharge, synchronization of the time at which sensing data is measured by each data acquisition device 200 is a very important factor. A location where a partial discharge has occurred can be identified based on a propagation path through which the partial discharge is detected, and the propagation path can be obtained by chronologically arranging detected data from a plurality of data acquisition devices 200 . That is, since the waveform of the partial discharge appears in the sensing data in the order of the data acquisition device 200 installed in a location close to the location where the partial discharge occurred, if the measurement times of the data acquisition devices 200 are different, how the propagation path is formed can be known. difficult.
  • the sensing data collection period is set in units of microseconds. Therefore, in the case of the Network Time-synchronization Protocol (NTP) capable of time synchronization up to milliseconds (ms) unit, it cannot be utilized.
  • NTP Network Time-synchronization Protocol
  • ms milliseconds
  • ns nanoseconds
  • the determination device 300 receives a plurality of sensing data measured at the same time from the plurality of data acquisition devices 200 and determines the location of the partial discharge in the measurement target by using the received plurality of sensing data.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a data acquisition device 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the data acquisition device 200 includes a precise time synchronization unit 210, a sensor data processing unit 220, and a phase resolved partial discharge (PRPD) generation unit 230.
  • PRPD phase resolved partial discharge
  • the precise time synchronization unit 210 transmits a time synchronization signal based on the PTP based on the master device.
  • the precise time synchronizing unit 210 includes PTP software and configures a reference time and time synchronizing network through a LAN network.
  • the precise time synchronization unit 210 performs a function of synchronizing the system clocks of the plurality of data acquisition devices 200 according to the reference time by performing PTP, and controls using 1 PPS (pulse per second). Adjust the timing.
  • a plurality of data acquisition devices 200 connected to the same network may be time-synchronized using a precise time synchronization algorithm provided by PTP.
  • the precision time synchronization algorithm can operate in either mode of Master or Slave.
  • the data acquisition device 200 operating in master mode is referred to as a master device
  • the data acquisition device 200 operating in slave mode is referred to as a slave device.
  • the remaining slave devices synchronize time based on this one master device.
  • the plurality of data acquisition devices 200 are devices having the same function and do not have priority, there is no limit to the criteria for selecting the master device.
  • PTP basically compensates for the path delay of the network through 2-step time information exchange and performs clock frequency synchronization based on the time synchronization correction information value. Details of time synchronization will be described with reference to FIG. 4 .
  • the precise time synchronization unit 210 of the plurality of data acquisition devices 200 may transmit a time synchronization signal to the sensor data processing unit 220 at the same timing.
  • the precise time synchronization unit 210 may transmit a time synchronization signal to be used when generating PRPD data to the PRPD generation unit 230 .
  • the sensor data processing unit 220 may collect sensing data based on the time synchronization signal received from the precise time synchronization unit 210 and process the collected sensing data.
  • the sensing data refers to data obtained by detecting a high frequency generated when a partial discharge occurs in a measurement target.
  • the sensor data processing unit 220 may perform analog/digital conversion (A/D converting) of converting the collected sensing data of the analog signal into a digital signal. In addition, the sensor data processing unit 220 may perform sampling in which a waveform appearing in the sensing data is cut based on a phase of 0 degrees to 360 degrees.
  • A/D converting analog/digital conversion
  • the sensor data processor 220 transmits the sampled sensing data to the PRPD generator 230 .
  • the transmission period may be based on one cycle of the power line supplied to the sensor data processing unit 220 . For example, when a signal input through a power line is input at 60 Hz, one cycle is 16.67 msec.
  • A/D conversion or sampling can be performed using an FPGA board or by placing a separate DSP CPU.
  • the PRPD generation unit 230 uses a plurality of processed sensing data received from the sensor data processing unit 220 for a predetermined time and a time synchronization signal received from the precise time synchronization unit 210. Mapping to generate PRPD data. A specific example of PRPD data is shown in FIG. 5 .
  • the PRPD generation unit 230 receives a plurality of processed sensing data from the sensor data processing unit 220 during a predefined time period. That is, as described above, the sensor data processing unit 220 transmits the sensing data to the PRPD generation unit 230 per cycle based on the power frequency, and the PRPD generation unit 230 converts the received sensing data to one cycle. It is set as a phase (0 to 360 degrees) and accumulated for a predefined time. At this time, the predefined time may be 1 second, but is not limited thereto.
  • the PRPD generation unit 230 generates PRPD data according to the PRPD data format from the accumulated plurality of sensing data, and then transmits the PRPD data to the determination device 300 . At this time, the PRPD generation unit 230 generates PRPD data by mapping the time synchronization signal received from the precise time synchronization unit 210 to the accumulated sensing data. More specifically, the PRPD generation unit 230 may tag a time at which sensing data included in the time synchronization signal was collected.
  • the precise time synchronization unit 210 may transmit a time synchronization signal to the PRPD generation unit 230 .
  • the OS time at the moment when the precise time synchronization unit 210 transmits the time synchronization signal to the sensor data processing unit 220 may be used as time information mapped to the PRPD data to perform synchronization on the same time axis.
  • the collection time of the sensing data accumulated in one generated PRPD data can be calculated based on one sensing data, so the time at which one sensing data was collected is tagged. can do.
  • the sensing data processing units 210 of all the data acquisition devices 200 can simultaneously collect sensing data using PTP, and collect PRPD data. Since information on time is included so that the determination device 300 can analyze it, it is possible to collect analysis data for more accurate location identification of the partial discharge.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a determination device according to an embodiment of the present invention.
  • the determination device 300 for determining the location of the partial discharge of the measurement target includes an input unit 310, a communication unit 320, a display unit 330, a memory 340 and a processor 350. do.
  • the input unit 310 generates input data in response to a user input of the determination device 300 .
  • the input unit 310 includes at least one input means.
  • the input unit 310 includes a keyboard, a key pad, a dome switch, a touch panel, a touch key, a mouse, a menu button, and the like. can include
  • the communication unit 320 performs communication for receiving a plurality of PRPD data from a plurality of data acquisition devices 200 . To this end, the communication unit 320 performs communication such as Ethernet, 5th generation communication (5G), long term evolution-advanced (LTE-A), long term evolution (LTE), and wireless fidelity (Wi-Fi). can do.
  • 5G 5th generation communication
  • LTE-A long term evolution-advanced
  • LTE long term evolution
  • Wi-Fi wireless fidelity
  • the display unit 330 displays display data according to the operation of the determination device 300 .
  • the display unit 330 may be a liquid crystal display (LCD), a light emitting diode (LED) display, an organic LED (OLED) display, or a micro electro mechanical systems (MEMS) display. and electronic paper displays.
  • the display unit 330 may be combined with the input unit 310 and implemented as a touch screen.
  • the memory 340 stores operation programs of the determination device 300 .
  • the memory 340 is a non-volatile storage that can retain data (information) regardless of whether or not power is provided, and data to be processed by the processor 350 is loaded. It includes memory of volatile properties that cannot preserve . Storage includes flash-memory, hard-disc drive (HDD), solid-state drive (SSD), read-only memory (ROM), and buffer and random access memory (RAM). etc.
  • the memory 340 may store PRPD data or information about a pattern corresponding to the PRPD data. In addition, the memory 340 may store information on a model learned to perform an operation on a partial discharge occurrence location according to a pattern corresponding to PRPD data and a propagation path.
  • the processor 350 may execute software such as a program to control at least one other component (eg, a hardware or software component) of the determination device 300 and may perform various data processing or calculations.
  • software such as a program to control at least one other component (eg, a hardware or software component) of the determination device 300 and may perform various data processing or calculations.
  • the processor 350 receives a plurality of PRPD data from a plurality of data acquisition devices through the communication unit 320, identifies a pattern corresponding to the received plurality of PRPD data, and based on the mapped time synchronization signal. Accordingly, an operation of listing a plurality of PRPD data in chronological order and identifying a partial discharge occurrence location based on the installation locations of the plurality of data acquisition devices and the listed plurality of PRPD data may be performed.
  • the processor 350 performs at least a part of data analysis, processing, and result information generation for calculating the location of partial discharge as a rule-based or artificial intelligence algorithm, which is machine learning, neural network, Alternatively, it may be performed using at least one of deep learning algorithms.
  • a rule-based or artificial intelligence algorithm which is machine learning, neural network, Alternatively, it may be performed using at least one of deep learning algorithms.
  • the neural network may include models such as a Convolutional Neural Network (CNN), a Deep Neural Network (DNN), and a Recurrent Neural Network (RNN).
  • CNN Convolutional Neural Network
  • DNN Deep Neural Network
  • RNN Recurrent Neural Network
  • the accuracy of the analysis can be further increased.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating time precision synchronization according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 describes time synchronization in the precise time synchronization unit 210 of the data acquisition device 200 described with reference to FIG. 2 .
  • Network-based time synchronization technology implemented through PTP uses an Ethernet port that supports time-stamping.
  • time stamping for each packet containing information for time synchronization between the data acquisition devices 200 is provided by the Ethernet port, not the OS stage that performs processing such as the CPU in the data acquisition device 200.
  • the background of supporting time stamping in the Ethernet port is that even if the data acquisition device 200 receives a packet, a time synchronization packet is sent from the Ethernet port to the OS stage that performs processing, such as the sensor data processing unit 210 in the data acquisition device 200. This is because it may take some time to deliver. In addition, a delay occurs in identifying information included in an actual packet according to the scheduling and packet processing order of the OS stage. Therefore, for precise time synchronization, the time of arrival at the Ethernet port is stamped and inserted into the header of the packet.
  • the packet obtained in this way satisfies the hardware condition required for nano second time synchronization in the PTP standard.
  • FIG. 4 shows a flowchart 400 of time synchronization between devices based on a master device.
  • s seconds
  • n nanoseconds
  • the times described in the flowchart 400 refer to the time when packets are transmitted or received by the Ethernet ports of the master device and the slave device, and in particular, the boxed time indicates the time when time stamping is required.
  • the master device sends a packet containing the information of 01:00:00 at 01:00:00, and the packet is received at 07:00:27 through the Ethernet port of the slave device.
  • the slave device transmits the packet for delay measurement through the slave device's Ethernet port at 07:00:29, and the master device receives the delay measurement packet at 01:00:08 through the master device's Ethernet port.
  • the master device again sends a packet containing information of 8s, which is an interval from the time when the first packet is sent (01:00:00) to the time when the packet for delay measurement is received (01:00:08), to the slave device.
  • the slave device can calculate the delay time (3s) by subtracting 2s from 8s and dividing the remaining 6s by 2. That is, since the slave device received the information of 01:00:00 at 07:00:27, it identifies that synchronization with 01:00:03 is sufficient. The slave device applies the current time (07:00:35) to synchronize the current time with the master device.
  • the sensor data processing unit 220 receives the time synchronization signal periodically updated from the precise time synchronization unit 210 .
  • the period of updating the time synchronization signal can be optimized in the field from 1 ms to 16 s.
  • network-based time synchronization between a plurality of data acquisition devices is enabled, thereby enabling precise partial discharge location identification.
  • FIG. 5 is a diagram showing PRPD data according to an embodiment of the present invention.
  • the PRPD data of FIG. 5 is generated through the PRPD generation unit 230 of the data acquisition device 200 of FIG. 2 described above.
  • a PRPD pattern identifiable from the PRPD data is formed by stamping 120 points per phase.
  • occurrence patterns 510 to 560 identified from PRPD data will be described.
  • the corresponding data is generated from sensing data collected by partial discharge of GIS.
  • the corona pattern 510 signals are mainly generated around 90 degrees or 270 degrees in phase.
  • the corona pattern 510 is generated from a protruding conductor part, a high voltage part, or a conductor protrusion formed on a grounding part conductor under abnormal ambient conditions.
  • the void pattern 520 signals are generated around phases of 0 degrees to 70 degrees, 175 degrees to 230 degrees, and 360 degrees.
  • the void pattern 520 is caused by voids or foreign substances in the insulator, voids between the busbar and the barrier, internal defects in the CT insulator, and defects in the cable insulation.
  • the Free Moving Particle pattern 530 generates signals in all phases, and is generated in the free conductor inside the GIS, the bottom of the CB/DS, and the conductive powder formation part due to mechanical vibration.
  • the floating electrode pattern 540 generates signals at phases of 15 degrees to 40 degrees, 60 degrees to 70 degrees, 200 degrees to 210 degrees, and 250 degrees.
  • the floating electrode pattern 540 is generated from loose bolts, penetration of floating foreign substances, foreign substances on the conductor inside CT or bus bar insulation, and ungrounded conductors.
  • surface defect pattern 550 signals are generated around phases of 10 degrees to 80 degrees and 190 degrees to 270 degrees.
  • Surface defect pattern 550 occurs in damaged insulators (insulators, barriers) and aged insulators (busbars, barriers).
  • External noise pattern 560 Generally, signals are generated in all phases, and external signals are introduced by using motors and radios.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of a determination device according to an embodiment of the present invention.
  • the processor 350 may receive a plurality of PRPD data from the plurality of data acquisition devices 200 through the communication unit 320 and identify a pattern corresponding to the received plurality of PRPD data. Yes (S10).
  • a pattern corresponding to a plurality of PRPD data is as described above with reference to FIG. 5 .
  • the processor 350 recognizes tagged time information based on a time synchronization signal mapped to a plurality of PRPD data, and identifies PRPD data having the same tagged time as a set.
  • the processor 350 prepares to identify the partial discharge occurrence position when patterns corresponding to a plurality of PRPD data generated based on the same time synchronization signal are all identified as the same pattern. However, it is not limited to this, and when 8 data acquisition devices are installed in the measurement target, two or more different types of partial discharges may occur, or the same pattern may not appear due to a measurement error of any one data acquisition device. You can make an appropriate decision according to the situation.
  • the processor 350 may list a plurality of PRPD data in chronological order based on a time synchronization signal mapped to the plurality of PRPD data (S20).
  • the processor 350 may identify characteristic information of the waveform of each PRPD data according to the identified pattern, and list a plurality of PRPD data in chronological order based on the identified characteristic information.
  • Electromagnetic waves generated from partial discharge are detected more slowly as they are farther away from the location of occurrence, and more rapidly as they are closer. Therefore, using these characteristics, the propagation path of partial discharge can be estimated and the location of partial discharge occurrence can be determined.
  • FIG. 7 is a diagram showing a waveform 700 of PRPD data according to an embodiment of the present invention, which will be understood with reference to this.
  • a PRPD pattern identifiable from the PRPD data is formed by printing 120 points per phase, and the processor 350 increases the resolution of the point having the highest value among the 120 points per cycle to 1 point per 10 nanoseconds to approximately 50 microseconds. Identifies the waveform of the interval of seconds.
  • Waveform characteristic information includes information about a peak value or an inflection point section of each PRPD data waveform in the PRPD data set.
  • the time at which the waveform generated by the partial discharge is detected from the PRPD data received from each data acquisition device 200 is have to change
  • characteristic waveforms commonly appearing in the PRPD data set are identified, and the PRPD data is listed in chronological order according to the time at which the waveform was recorded.
  • the processor 350 may identify the partial discharge location based on the installation locations of the plurality of data acquisition devices 200 and the plurality of PRPD data listed in chronological order (S30).
  • the processor 350 may identify the partial discharge propagation path based on the installation positions of the plurality of data acquisition devices 200 and the plurality of PRPD data listed in chronological order.
  • the partial discharge propagation path may include a plurality of This means a path where partial discharge is observed based on the installation location of the data acquisition device 200, and the processor 350 may identify the partial discharge propagation path by listing them in order from the time point at which the partial discharge is observed the fastest.
  • the processor 350 calculates the location of partial discharge occurrence based on a model learned to perform an operation on the location of occurrence of partial discharge according to the installation locations of the plurality of data acquisition devices 200 and the plurality of PRPD data listed in chronological order. can be identified. That is, the position of the partial discharge according to the propagation path for each power facility may be standardized and the model may be trained.
  • an algorithm for obtaining partial discharge data based on precise time synchronization and determining the location of partial discharge occurrence enables network-based time synchronization between various electronic equipment constituting a substation. let it Accordingly, equipment investment efficiency can be increased not only in connection with power facility protection and a relay system, but also in case of abnormal situations in power facilities in which various abnormal phenomena may coexist.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 발생위치 추정 시스템에 있어서, 측정 대상의 일 영역에 설치되고, PTP(Precision Time-synchronization Protocol)를 이용한 시간 동기화를 통해 동시에 센싱 데이터를 획득하는 복수의 데이터 획득 장치; 및 상기 복수의 데이터 획득 장치로부터 수신한 복수의 센싱 데이터를 이용하여 상기 측정 대상의 부분방전 발생위치를 판별하는 판별 장치;를 포함한다.

Description

정밀 시간 동기 표준(PTP) 기반 부분방전 발생위치 추정 시스템
본 발명은 정밀 시간 동기 표준 기반 부분방전 발생위치 추정 시스템에 관한 것이다.
배전반, 트랜스포머, 가스 절연 개폐 장치(Gas Insulated Switchgear, GIS)와 같은 전력 설비들은 안전사고를 방지하기 위해 절연 시스템을 구축하고 있다. 그러나, 전력 설비의 장기간 운전에 의한 절연열화나, 전기적, 기계적 스트레스에 의해 발생한 크랙 등 결함에 의해 부분방전(Partial Discharge, PD)이 발생할 수 있다.
절연체에 발생한 부분방전은 절연파괴로 진행되어 계통 사고로 이어질 수 있기 때문에 조기 검출 및 정확한 위치 파악이 중요하다.
부분방전에 대한 위치 판별 작업은 현장 전문가들이 계측장비를 동원하여 직접 절연체의 여러 지점으로부터 측정함으로써 가능하였다. 이는, 현장 전문가들이 직접 투입되어야 하므로 안전 문제가 발생하고, 전력 설비에 설치할 수 있는 계측장비에는 경제적, 물리적 한계가 존재하였다.
따라서, 온라인 진단 시스템으로 대체하고자 하였으나, 복수의 계측장비에 대한 정밀한 시간동기 방법이 부재하였기에 부분방전의 발생 여부에 대한 판별은 가능하나 전력 설비 내에서 부분방전의 국소적 위치는 파악이 어려운 실정이다.
최근 스마트팩토리 및 전력계통 자동화 표준이 등장함에 따라, 나노 초(nano second)까지 시간 동기화가 가능한 정밀 시간 동기 표준(Precision Time-synchronization Protocol, PTP)이 제안되었다. 이로서 전력계통에서 사용되는 장치 간 상호 호환성을 유지하며 정밀히 동기된 시간 축 하에 스마트 보호 및 온라인 진단 기술이 가능하게 되었다.
본 발명의 목적은 PTP를 통해 네트워크 기반의 시간 동기화를 수행함으로써, 별도의 하드웨어링 없이도 부분방전 발생위치를 추정하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 발생위치 추정 시스템에 있어서, 측정 대상의 일 영역에 설치되고, PTP(Precision Time-synchronization Protocol)를 이용한 시간 동기화를 통해 동시에 센싱 데이터를 획득하는 복수의 데이터 획득 장치; 및 상기 복수의 데이터 획득 장치로부터 수신한 복수의 센싱 데이터를 이용하여 상기 측정 대상의 부분방전 발생위치를 판별하는 판별 장치;를 포함한다.
상기 복수의 데이터 획득 장치는 하나의 마스터 장치 및 복수의 슬레이브 장치로 구성되고, 상기 복수의 데이터 획득 장치 각각은, 상기 마스터 장치를 기준으로 PTP에 기초한 시간 동기화 신호를 전송하는 정밀 시간 동기부; 상기 정밀 시간 동기부로부터 수신한 시간 동기화 신호에 기초하여 상기 센싱 데이터를 수집하고, 상기 수집한 센싱 데이터를 처리하는 센서 데이터 처리부; 및 상기 센서 데이터 처리부로부터 기 정의된 시간 동안 수신한 복수의 상기 처리된 센싱 데이터와 상기 정밀 시간 동기부로부터 수신한 시간 동기화 신호를 매핑하여 PRPD 데이터를 생성하는 PRPD 생성부를 포함할 수 있다.
상기 판별 장치는, 통신부; 상기 복수의 데이터 획득 장치로부터 상기 통신부를 통해 상기 복수의 PRPD 데이터를 수신하고, 상기 수신한 복수의 PRPD 데이터에 대응하는 패턴을 식별하고, 상기 매핑된 시간 동기화 신호에 기초하여 상기 복수의 PRPD 데이터를 시간 순으로 나열하고, 상기 복수의 데이터 획득 장치의 설치 위치와 상기 나열된 복수의 PRPD 데이터에 기초하여 상기 부분방전 발생위치를 식별하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 식별된 패턴에 따른 각 PRPD 데이터의 파형의 특징 정보를 식별하고, 상기 식별된 특징 정보에 기초하여 상기 복수의 PRPD 데이터를 시간 순으로 나열할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 복수의 데이터 획득 장치의 설치 위치와 상기 나열된 복수의 PRPD 데이터에 기초하여 부분방전 전파 경로를 식별하고, 상기 부분방전 전파 경로를 통해 상기 부분방전 발생위치를 식별할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 복수의 데이터 획득 장치의 설치 위치와 상기 나열된 복수의 PRPD 데이터에 따라 상기 부분방전 발생위치에 관한 연산을 수행하도록 학습된 모델에 기초하여 상기 부분방전 발생위치를 식별할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 복수의 PRPD 데이터에 대응하는 패턴이 동일한 패턴으로 식별되는 경우 상기 부분방전 발생위치를 식별할 수 있다.
상기 센서 데이터 처리부는, 상기 정밀 시간동기부로부터 주기적으로 업데이트된 상기 시간 동기화 신호를 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정밀 시간동기 기반의 부분방전 발생위치 판별 알고리즘은 전력 설비 보호 및 계전 시스템과의 연계뿐 아니라, 다양한 이상 현상이 혼재할 수 있는 전력 설비의 이상 상황에 대해서도 설비투자 효율성을 높여줄 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 동시에 수집된 센싱 데이터를 통해 보다 정확한 부분방전의 발생 위치 식별을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 발생위치 추정 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 획득 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 판별 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 정밀 동기화 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PRPD 데이터를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 판별 장치의 동작 흐름도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PRPD 데이터의 파형을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.
본 발명은 산업 현장에서 사용되는 전력 설비에서 발생할 수 있는 부분방전 현상을 측정하는 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 PTP를 통해 구현되는 네트워크 기반의 시간 동기화 기술을 이용하여 부분방전이 발생한 위치를 더욱 정밀하게 식별할 수 있는 시스템에 관한 것이다. 이하 이를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부분방전 발생위치 추정 시스템을 도시한 도면이다.
도 1은 부분방전 발생위치 추정 시스템(100)(이하 시스템(100)이라 한다.)을 개략적으로 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)은 복수의 데이터 획득 장치(200)와 판별 장치(300)를 포함한다.
데이터 획득 장치(200)는 측정 대상의 일 영역에 설치되어, 측정 대상에서 발생되는 고주파를 측정한다. 데이터 획득 장치(200)는 센서를 포함하고, 부분방전이 발생하는 절연특성에 따라 사용해야 하는 센서의 종류는 달라질 수 있다. 따라서, 부분방전에서 발생하는 전자파의 주파수 대역에 따라 센서를 적절하게 선택할 수 있다. 측정 대상은 고전압 전력 설비로써, 예를 들어, 배전반, 유입식 트랜스포머, 가스 절연 개폐 장치(GIS) 등이 될 수 있으며, 어느 하나에 한정하지 않는다.
복수의 데이터 획득 장치(200)는 측정 대상의 일 영역에 각각 설치되어 센싱 데이터를 획득한다. 부분방전의 위치를 식별함에 있어서, 각 데이터 획득 장치(200)에 의해 센싱 데이터가 측정되는 시간의 동기화는 아주 중요한 요소이다. 부분방전이 발생한 위치는 부분방전이 감지되는 전파 경로에 기초하여 식별할 수 있는데, 전파 경로는 복수의 데이터 획득 장치(200)로부터 감지된 데이터를 시간 순으로 나열함으로써 획득할 수 있다. 즉, 부분방전이 발생한 위치와 근접한 위치에 설치된 데이터 획득 장치(200) 순으로 센싱 데이터에서 부분방전의 파형이 나타나므로, 데이터 획득 장치(200)의 측정 시간이 서로 다르면 전파 경로가 어떻게 형성된 것인지 알기 어렵다.
이때, 1 사이클 당 60Hz 기준 16.67msec로 하고, 각 사이클 당 대략 120개의 센싱 데이터를 수집하게 되면 센싱 데이터를 수집하는 주기는 마이크로 초 단위로 설정된다. 따라서, 밀리 초(ms) 단위까지 시간 동기화가 가능한 네트워크 시간 동기 표준(Network Time-synchronization Protocol, NTP)의 경우 활용될 수 없는 바, 본 발명에서는 나노 초(ns) 단위까지 시간 동기화가 가능한 정밀 시간 동기 표준(Precision Time-synchronization Protocol, PTP)을 사용하여 시간 동기화를 수행한다.
판별 장치(300)는 복수의 데이터 획득 장치(200)로부터 동일 시간에 측정한 복수의 센싱 데이터를 수신하고, 수신한 복수의 센싱 데이터를 이용하여 측정 대상의 부분방전 발생위치를 판별한다.
데이터 획득 장치(200)와 판별 장치(300)의 구성 및 동작에 관한 자세한 내용은 이하 도면들을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 획득 장치(200)의 구성을 도시한 블럭도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 획득 장치(200)는 정밀 시간 동기부(210), 센서 데이터 처리부(220), PRPD(Phase Resolved Partial Discharge) 생성부(230)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 시간 동기부(210)는 마스터 장치를 기준으로 PTP에 기초한 시간 동기화 신호를 전송한다.
정밀 시간 동기부(210)는 PTP 소프트웨어를 포함하고, LAN망을 통해 기준 시간과 시각동기용 네트워크를 구성한다. 정밀 시간 동기부(210)는 PTP를 수행함으로써 복수의 데이터 획득 장치(200)의 시스템 시간(System clock)을 기준 시간에 맞게 동기화하는 기능을 수행하고, 1 PPS(pulse per second)를 사용하여 제어 타이밍을 조절한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, PTP에서 제공하는 정밀 시간동기 알고리즘을 사용하여 동일 네트워크 망에 연결된 복수의 데이터 획득 장치(200)를 시간 동기화 시킬 수 있다. 정밀 시간동기 알고리즘은 마스터(Master) 또는 슬레이브(Slave) 중 하나의 모드로 동작할 수 있다. 본 발명에서는 마스터 모드로 동작하는 데이터 획득 장치(200)를 마스터 장치, 슬레이브 모드로 동작하는 데이터 획득 장치(200)를 슬레이브 장치라 한다. 이때 하나의 네트워크 망에 동시에 존재할 수 있는 마스터 장치는 하나이므로, 이 하나의 마스터 장치를 기준으로 나머지 복수의 슬레이브 장치들이 시간을 동기화시킨다. 이때, 복수의 데이터 획득 장치(200)는 동일 기능을 하는 장치들로 그 우선순위가 없는 바, 마스터 장치를 선정하는 기준에는 제한이 없다.
PTP는 기본적으로 2-step 시각정보 교환을 통해 네트워크의 전송 지연(path delay)을 보상하고, 시각동기 보정 정보 값을 바탕으로 클럭 주파수(clock frequency)에 대한 동기(syntonization)를 수행한다. 시간 동기화에 대한 자세한 내용은 도 4와 관련하여 서술한다.
마스터 장치를 기준으로 시간 동기를 시킴으로써 복수의 데이터 획득 장치(200)의 정밀 시간 동기부(210)는 동일한 타이밍에 센서 데이터 처리부(220)로 시간 동기화 신호를 전송할 수 있다. 또한, 정밀 시간 동기부(210)는 PRPD 생성부(230)로 PRPD 데이터 생성 시 사용할 시간 동기화 신호를 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센서 데이터 처리부(220)는 정밀 시간 동기부(210)로부터 수신한 시간 동기화 신호에 기초하여 센싱 데이터를 수집하고, 수집한 센싱 데이터를 처리할 수 있다. 센싱 데이터는 측정 대상에서 부분방전이 발생할 때 생성되는 고주파를 감지한 데이터를 의미한다.
센서 데이터 처리부(220)는 수집된 아날로그 신호의 센싱 데이터를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환(A/D Converting)을 수행할 수 있다. 그리고 센서 데이터 처리부(220)는 센싱 데이터에 나타나는 파형을 0도부터 360도의 위상을 기준으로 자르는 샘플링(Sampling)을 수행할 수 있다.
센서 데이터 처리부(220)는 샘플링 된 센싱 데이터를 PRPD 생성부(230)로 전송한다. 이때, 전송주기는 센서 데이터 처리부(220)에 공급되는 파워 라인의 1 사이클을 기준으로 할 수 있다. 예를 들어, 파워 라인을 통해 들어오는 신호가 60Hz로 들어오는 경우, 1 사이클은 16.67msec로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, A/D 변환이나 샘플링은 FPGA 보드를 사용하거나, DSP용 CPU를 따로 두어 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 PRPD 생성부(230)는 센서 데이터 처리부(220)로부터 기 정의된 시간 동안 수신한 복수의 처리된 센싱 데이터와 정밀 시간 동기부(210)로부터 수신한 시간 동기화 신호를 매핑하여 PRPD 데이터를 생성한다. PRPD 데이터에 대한 구체적인 예시는 도 5에 도시되어 있다.
PRPD 생성부(230)는 센서 데이터 처리부(220)로부터 기 정의된 시간 동안 복수의 처리된 센싱 데이터를 수신한다. 즉, 앞서 서술한 바와 같이 센서 데이터 처리부(220)는 전원 주파수 기준 1 사이클마다 센싱 데이터를 PRPD 생성부(230)로 전송하고, PRPD 생성부(230)는 1 사이클마다 수신한 센싱 데이터를 하나의 위상(0~360도)으로 삼고, 기 정의된 시간동안 누적한다. 이때, 기 정의된 시간은 1초일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
PRPD 생성부(230)는 누적한 복수의 센싱 데이터를 PRPD 데이터 포맷에 맞춰 PRPD 데이터를 생성한 후, 판별 장치(300)로 전송한다. 이때, PRPD 생성부(230)는 누적한 복수의 센싱 데이터에 정밀 시간 동기부(210)로부터 수신한 시간 동기화 신호를 매핑하여 PRPD 데이터를 생성한다. 보다 구체적으로, PRPD 생성부(230)는 시간 동기화 신호에 포함된 센싱 데이터가 수집된 시간을 태깅할 수 있다.
이를 위해 정밀 시간 동기부(210)는 시간 동기화 신호를 PRPD 생성부(230)로 전송할 수 있다. 또는, 정밀 시간 동기부(210)가 센서 데이터 처리부(220)로 시간 동기화 신호를 전송하는 순간의 OS 시간을 PRPD 데이터에 매핑되는 시간 정보로 사용하여 동일 시간축으로 동기시킬 수 있다.
이때, 샘플링된 센싱 데이터는 모두 길이가 동일하므로, 생성된 하나의 PRPD 데이터에 누적된 센싱 데이터의 수집 시각은 하나의 센싱 데이터를 기준으로 계산될 수 있으므로 어느 하나의 센싱 데이터가 수집된 시간을 태깅할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 데이터 획득 장치(200)는 PTP를 이용하여 모든 데이터 획득 장치(200)의 센싱 데이터 처리부(210)가 동시에 센싱 데이터를 수집할 수 있고, PRPD 데이터에 수집 시각에 대한 정보를 포함하여 판별 장치(300)에서 분석할 수 있도록 하는 바, 보다 정확한 부분방전의 위치 식별을 위한 분석 데이터 수집이 가능하게 된다.
부분방전 발생위치의 판별을 위해 요구되는 데이터 획득 장치의 개수를 하나의 계측 장비가 만족시키지 못할 경우, 본 발명에서 제안한 하드웨어 기반 인터럽트 통일을 통해 데이터 획득 장치의 개수에 한정받지 않고 동시 데이터 측정을 가능하게 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 판별 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 측정 대상의 부분방전 발생위치를 판별하는 판별 장치(300)는 입력부(310), 통신부(320), 표시부(330), 메모리(340) 및 프로세서(350)를 포함한다.
입력부(310)는 판별 장치(300)의 사용자 입력에 대응하여 입력데이터를 발생시킨다. 입력부(310)는 적어도 하나의 입력수단을 포함한다. 입력부(310)는 키보드(key board), 키패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치패널(touch panel), 터치 키(touch key), 마우스(mouse), 메뉴 버튼(menu button) 등을 포함할 수 있다.
통신부(320)는 복수의 데이터 획득 장치(200)로부터 복수의 PRPD 데이터를 수신하기 위한 통신을 수행한다. 이를 위해, 통신부(320)는 이더넷(Ethernet), 5G(5th generation communication), LTE-A(long term evolution-advanced), LTE(long term evolution), Wi-Fi(wireless fidelity) 등의 통신을 수행할 수 있다.
표시부(330)는 판별 장치(300)의 동작에 따른 표시 데이터를 표시한다. 표시부(330)는 액정 디스플레이(LCD; liquid crystal display), 발광 다이오드(LED; light emitting diode) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED; organic LED) 디스플레이, 마이크로 전자기계 시스템(MEMS; micro electro mechanical systems) 디스플레이 및 전자 종이(electronic paper) 디스플레이를 포함한다. 표시부(330)는 입력부(310)와 결합되어 터치 스크린(touch screen)으로 구현될 수 있다.
메모리(340)는 판별 장치(300)의 동작 프로그램들을 저장한다. 메모리(340)는 전원의 제공 유무와 무관하게 데이터(정보)를 보존할 수 있는 비휘발성 속성의 스토리지(storage)와, 프로세서(350)에 의해 처리되기 위한 데이터가 로딩되며 전원이 제공되지 않으면 데이터를 보존할 수 없는 휘발성 속성의 메모리(memory)를 포함한다. 스토리지에는 플래시메모리(flash-memory), HDD(hard-disc drive), SSD(solid-state drive) ROM(Read Only Memory) 등이 있으며, 메모리에는 버퍼(buffer), 램(RAM; Random Access Memory) 등이 있다.
메모리(340)는 PRPD 데이터나, PRPD 데이터에 대응하는 패턴에 관한 정보 등을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(340)는 PRPD 데이터에 대응하는 패턴 및 전파 경로에 따라 부분방전 발생위치에 관한 연산을 수행하도록 학습된 모델에 관한 정보를 저장할 수 있다.
프로세서(350)는 프로그램 등 소프트웨어를 실행하여 판별 장치(300)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(350)는 복수의 데이터 획득 장치로부터 통신부(320)를 통해 복수의 PRPD 데이터를 수신하고, 수신한 복수의 PRPD 데이터에 대응하는 패턴을 식별하고, 매핑된 시간 동기화 신호에 기초하여 복수의 PRPD 데이터를 시간 순으로 나열하고, 복수의 데이터 획득 장치의 설치 위치와 나열된 복수의 PRPD 데이터에 기초하여 부분방전 발생위치를 식별하는 동작을 수행할 수 있다.
프로세서(350)는 부분방전 발생위치에 관한 연산을 수행하기 위한 데이터 분석, 처리, 및 결과 정보 생성 중 적어도 일부를 규칙 기반 또는 인공지능(Artificial Intelligence) 알고리즘으로서 기계학습, 신경망 네트워크(neural network), 또는 딥러닝 알고리즘 중 적어도 하나를 이용하여 수행할 수 있다. 신경망 네트워크의 예로는, CNN (Convolutional Neural Network), DNN (Deep Neural Network), RNN (Recurrent Neural Network)과 같은 모델을 포함할 수 있다.
즉, 배전반, Tr, GIS 등 전력 설비 별로 정형화된 전파 경로에 따른 부분방전의 위치를 AI 기법을 적용하여 식별하므로 보다 분석의 정확도가 증가할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 정밀 동기화 모습을 도시한 도면이다. 도 4는 도 2와 관련하여 서술한 데이터 획득 장치(200)의 정밀 시간 동기부(210)에서 시간을 동기화하는 것을 설명한다.
PTP를 통해 구현되는 네트워크 기반의 시간 동기화 기술은 타임 스탬핑(Time-stamping)이 지원되는 이더넷 포트를 이용한다.
따라서, 데이터 획득 장치(200)간 시간 동기화를 위한 정보를 담은 패킷 별 타임 스탬핑을 데이터 획득 장치(200) 내 CPU 등 프로세싱을 수행하는 OS 단이 아닌, 이더넷 포트에서 제공한다.
이더넷 포트에서 타임 스탬핑을 지원하는 배경은, 데이터 획득 장치(200)가 패킷을 수신하더라도 이더넷 포트에서 데이터 획득 장치(200) 내 센서 데이터 처리부(210) 등 프로세싱을 수행하는 OS 단까지 시간동기 패킷이 전달되는 데에는 시간이 걸릴 수 있기 때문이다. 또한, OS 단의 스케줄링 및 패킷 처리 순서에 따라 실제 패킷에 포함된 정보를 식별하는 데에 지연이 발생한다. 따라서, 정밀한 시간 동기를 위해 이더넷 포트에 도달한 순간의 타임을 스탬핑하여 패킷의 헤더에 넣는다.
이렇게 취득한 패킷은 PTP 표준에서 나노 초(nano second)급 시간동기를 위해 요구하는 하드웨어 조건을 만족시키게 된다.
도 4는 마스터 장치를 기준으로 장치 간 시간 동기화를 하는 흐름도(400)를 도시한다. 이때, 초(s) 단위로 기재되어 있으나, 이는 시간 동기화를 수행하는 것을 보여주기 위한 예시일 뿐, 나노 초(ns) 단위로도 구현이 가능함은 당연하다. 이하 동작들은 각 데이터 획득 장치(200)의 정밀 시간 동기부(210)가 수행할 수 있다.
흐름도(400)에 기재된 시간들은 마스터 장치와 슬레이브 장치의 이더넷 포트에서 패킷을 전송 혹은 수신할 때의 시간을 의미하고, 특히 박스 표시된 시간은 타임 스탬핑이 필요한 시간을 의미한다.
먼저 마스터 장치에서 01:00:00 이라는 정보가 담긴 패킷을 01:00:00에 날리고, 슬레이브 장치의 이더넷 포트를 통해 07:00:27에 패킷을 수신하였다.
다시 슬레이브 장치는 지연(Delay) 측정용 패킷을 슬레이브 장치의 이더넷 포트를 통해 07:00:29에 전송하고, 마스터 장치는 마스터 장치의 이더넷 포트를 통해 01:00:08에 지연 측정용 패킷을 수신하였다.
마스터 장치는 다시 처음 패킷을 보낸 시간(01:00:00)에서 지연 측정용 패킷을 받은 시간(01:00:08)의 간격인 8s 라는 정보가 담긴 패킷을 슬레이브 장치로 보낸다.
슬레이브 장치는 8s에서 2s를 빼고 남은 6s를 2로 나눠서 지연 시간(3s)을 계산할 수 있다. 즉, 슬레이브 장치는 07:00:27에 01:00:00라는 정보를 받았으므로, 이때 01:00:03으로 동기시키면 된다는 것을 식별한다. 슬레이브 장치는 현재 시간(07:00:35)에 적용해주어 현재 시간을 마스터 장치에 동기시킨다.
그러나, 이러한 동기화 작업을 수행하더라도 일정 시간이 지나면 다시 동기화가 어긋날 가능성도 존재한다. 따라서, 센서 데이터 처리부(220)는 정밀 시간동기부(210)로부터 주기적으로 업데이트된 상기 시간 동기화 신호를 수신한다. 시간 동기화 신호를 업데이트 하는 주기는 1ms ~ 16s까지 현장에 최적화 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 데이터 획득 장치 간 네트워크 기반 시간 동기화를 가능하게 함으로써 정밀한 부분방전 위치 식별을 가능하게 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PRPD 데이터를 도시한 도면이다.
도 5의 PRPD 데이터는, 앞서 서술한 도 2의 데이터 획득 장치(200)의 PRPD 생성부(230)를 통해 생성된다. PRPD 데이터로부터 식별 가능한 PRPD 패턴은 한 위상 당 120개 점들이 찍혀서 형성된다. 이하 PRPD 데이터로부터 식별되는 발생 패턴(510 내지 560)에 대해 설명한다. 해당 데이터는 GIS의 부분방전에 의해 수집된 센싱 데이터로 생성된 것이다.
코로나(Corona) 패턴(510)은 주로 위상이 90도나 270도 주변에서 신호가 발생한다. 코로나 패턴(510)은 비정상적인 주변 환정 조건에서 돌출된 도체부나 고전압부, 접지부 도체에 형성된 도체돌기에서 발생한다.
보이드(Void) 패턴(520)은 위상이 0도에서 70도, 175도에서 230도, 360도 주변에서 신호가 발생한다. 보이드 패턴(520)은 절연물내부 공극 혹은 이물질, 부스바와 베리어 사이의 공극, CT절연물 내부 결함, 케이블 절연부 결함에 의해 발생한다.
자유 입자(Free Moving Particle) 패턴(530)은 모든 위상에서 신호가 발생하고, GIS 내부의 자유 도체, CB/DS 하부, 기계적 진동으로 인한 도체 가루 형성부에서 발생한다.
부유 전극 패턴(540)은 위상이 15도에서 40도, 60도에서 70도, 200도에서 210도, 250도에서 신호가 발생한다. 부유 전극 패턴(540)은 볼트풀림, 부유 상태의 이물질 침투, CT 혹은 부스바 절연물 내부의 도체 이물질, 비접지 상태의 도체에서 발생한다.
표면 결함 패턴(550)은 위상이 10도에서 80도, 190도에서 270도 주변에서 신호가 발생한다. 표면 결함 패턴(550) 오손된 절연물(애자, 베리어), 노화된 절연물(부스바, 베리어)에서 발생한다.
외부 노이즈 패턴(560) 일반적으로 모든 위상에서 신호가 발생하고, 전동기, 무전기 사용에 의한 외부 신호 유입에 의해 발생한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 판별 장치의 동작 흐름도를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(350)는 복수의 데이터 획득 장치(200)로부터 통신부(320)를 통해 복수의 PRPD 데이터를 수신하고, 수신한 복수의 PRPD 데이터에 대응하는 패턴을 식별할 수 있다(S10).
복수의 PRPD 데이터에 대응하는 패턴은 앞서 도 5에서 설명한 바와 같다.
프로세서(350)는 복수의 PRPD 데이터에 매핑된 시간 동기화 신호에 기초하여 태깅되어 있는 시간 정보를 파악하여, 태깅된 시간이 동일한 PRPD 데이터를 세트로 묶어 식별한다.
프로세서(350)는 동일한 시간 동기화 신호에 기초하여 생성된 복수의 PRPD 데이터에 대응하는 패턴이 모두 동일한 패턴으로 식별되는 경우 부분방전 발생위치를 식별할 준비를 한다. 다만 이에 한정되지는 않고, 측정 대상에 8개의 데이터 획득 장치가 설치된 경우, 2 이상의 서로 다른 유형의 부분방전이 발생하거나, 어느 하나의 데이터 획득 장치의 측정 오류에 의해 동일한 패턴이 나타나지 않을 수 있으므로, 상황에 따라 적절히 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(350)는 복수의 PRPD 데이터에 매핑된 시간 동기화 신호에 기초하여 복수의 PRPD 데이터를 시간 순으로 나열할 수 있다(S20).
이때, 프로세서(350)는 식별된 패턴에 따른 각 PRPD 데이터의 파형의 특징 정보를 식별하고, 식별된 특징 정보에 기초하여 복수의 PRPD 데이터를 시간 순으로 나열할 수 있다.
부분방전에서 발생된 전자파는 발생 위치로부터 멀어질수록 늦게 검출되고 가까울수록 빠르게 검출되므로, 이러한 특성을 활용하여, 부분방전의 전파 경로를 추정하고, 부분방전 발생위치를 판별할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PRPD 데이터의 파형(700)을 도시한 도면인 바, 이를 참조하여 이해한다. PRPD 데이터로부터 식별 가능한 PRPD 패턴은 한 위상 당 120개 점들이 찍혀서 형성되고, 프로세서(350)는 한 사이클 당 120개의 점들 중 가장 높은 값을 가지는 점을 10 나노 초당 1개로 resolution을 증가시켜 대략 50 마이크로 초의 구간의 파형을 식별한다.
파형의 특징 정보는 PRPD 데이터 세트 내의 각각 PRPD 데이터의 파형의 피크(Peak) 값이나 변곡점 구간 등에 대한 정보를 포함한다.
부분방전이 발생한 위치와 측정 대상의 곳곳에 설치된 복수의 데이터 획득 장치(200)의 위치 간 거리에 따라 각 데이터 획득 장치(200)로부터 수신한 PRPD 데이터에서 부분방전에 의해 발생한 파형이 검출되는 시간은 달라질 수밖에 없다.
따라서, PRPD 데이터 세트 내 공통적으로 나타나는 특징적인 파형을 식별하고, 그 파형이 기록된 시간에 따라 PRPD 데이터를 시간순으로 나열한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(350)는 복수의 데이터 획득 장치(200)의 설치 위치와 시간 순으로 나열된 복수의 PRPD 데이터에 기초하여 부분방전 발생위치를 식별할 수 있다(S30).
보다 구체적으로, 프로세서((350)는 복수의 데이터 획득 장치(200)의 설치 위치와 시간 순으로 나열된 복수의 PRPD 데이터에 기초하여 부분방전 전파 경로를 식별할 수 있다. 부분방전 전파 경로는 복수의 데이터 획득 장치(200)의 설치 위치를 기준으로 부분방전이 관찰된 경로를 의미하며, 프로세서(350)는 부분방전이 가장 빠르게 관찰된 시점부터 순서대로 나열하여 부분방전 전파 경로를 식별할 수 있다.
이때, 프로세서(350)는 복수의 데이터 획득 장치(200)의 설치 위치와 시간 순으로 나열된 복수의 PRPD 데이터에 따라 부분방전 발생위치에 관한 연산을 수행하도록 학습된 모델에 기초하여 부분방전 발생위치를 식별할 수 있다. 즉, 전력 설비 별로 전파 경로에 따른 부분방전의 위치를 정형화하여 이를 모델에 학습시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 디지털 및 Smart 자동화 변전소 환경 구축을 위해 정밀 시간동기 기반의 부분방전 데이터 취득 및 부분방전 발생위치 판별 알고리즘은 변전소를 구성하는 여러 전자장비들 간 네트워크 기반 시간 동기화를 가능하게 한다. 따라서, 전력 설비 보호 및 계전 시스템과의 연계뿐 아니라, 다양한 이상 현상이 혼재할 수 있는 전력 설비의 이상 상황에 대해서도 설비투자 효율성을 높여줄 수 있다.

Claims (8)

  1. 부분방전 발생위치 추정 시스템에 있어서,
    측정 대상의 일 영역에 설치되고, PTP(Precision Time-synchronization Protocol)를 이용한 시간 동기화를 통해 동시에 센싱 데이터를 획득하는 복수의 데이터 획득 장치; 및
    상기 복수의 데이터 획득 장치로부터 수신한 복수의 센싱 데이터를 이용하여 상기 측정 대상의 부분방전 발생위치를 판별하는 판별 장치;를 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 데이터 획득 장치는 하나의 마스터 장치 및 복수의 슬레이브 장치로 구성되고,
    상기 복수의 데이터 획득 장치 각각은,
    상기 마스터 장치를 기준으로 PTP에 기초한 시간 동기화 신호를 전송하는 정밀 시간 동기부;
    상기 정밀 시간 동기부로부터 수신한 시간 동기화 신호에 기초하여 상기 센싱 데이터를 수집하고, 상기 수집한 센싱 데이터를 처리하는 센서 데이터 처리부; 및
    상기 센서 데이터 처리부로부터 기 정의된 시간 동안 수신한 복수의 상기 처리된 센싱 데이터와 상기 정밀 시간 동기부로부터 수신한 시간 동기화 신호를 매핑하여 PRPD 데이터를 생성하는 PRPD 생성부를 포함하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 판별 장치는,
    통신부;
    상기 복수의 데이터 획득 장치로부터 상기 통신부를 통해 상기 복수의 PRPD 데이터를 수신하고,
    상기 수신한 복수의 PRPD 데이터에 대응하는 패턴을 식별하고,
    상기 매핑된 시간 동기화 신호에 기초하여 상기 복수의 PRPD 데이터를 시간 순으로 나열하고,
    상기 복수의 데이터 획득 장치의 설치 위치와 상기 나열된 복수의 PRPD 데이터에 기초하여 상기 부분방전 발생위치를 식별하는 프로세서를 포함하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 식별된 패턴에 따른 각 PRPD 데이터의 파형의 특징 정보를 식별하고,
    상기 식별된 특징 정보에 기초하여 상기 복수의 PRPD 데이터를 시간 순으로 나열하는 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 데이터 획득 장치의 설치 위치와 상기 나열된 복수의 PRPD 데이터에 기초하여 부분방전 전파 경로를 식별하고,
    상기 부분방전 전파 경로를 통해 상기 부분방전 발생위치를 식별하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 데이터 획득 장치의 설치 위치와 상기 나열된 복수의 PRPD 데이터에 따라 상기 부분방전 발생위치에 관한 연산을 수행하도록 학습된 모델에 기초하여 상기 부분방전 발생위치를 식별하는 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 PRPD 데이터에 대응하는 패턴이 동일한 패턴으로 식별되는 경우 상기 부분방전 발생위치를 식별하는 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 센서 데이터 처리부는,
    상기 정밀 시간동기부로부터 주기적으로 업데이트된 상기 시간 동기화 신호를 수신하는 시스템.
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