KR102212107B1 - 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정지 중에 고압전동기 고정자 권선에서 내시경 카메라를 활용하여 고압전동기 절연열화를 종합적으로 분석하여 판정할 수 있는 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치에 관한 것으로서, 광 이미지가 입사되는 렌즈를 포함하는 하우징과 내부 광원을 포함하고, 일정길이를 갖는 연성의 내시경 케이블에 연결되며, 상기 렌즈를 통과한 광 이미지를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서가 실장된 내시경 카메라; 상기 내시경 카메라와 내시경 케이블을 제어하는 제어부;를 포함하되, 고압전동기 고정자 권선의 일정 부분에 내시경 카메라를 삽입하여 권선 상태를 점검하고, 상기 내시경 카메라를 활용하여 권선의 절연상태를 초기 열화, 요주의 및 심각한 열화로 인한 재권선 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정지 중에 고압전동기 고정자 권선에서 내시경 카메라를 활용하여 고압전동기 고정자 권선의 절연 및 열화를 종합적으로 분석하여 판정할 수 있는 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 내시경 장치는 내장 장기 또는 체강(體腔)에 삽입되어 직접 수술을 하지 않고서도 그 내부를 볼 수 있도록 해주는 의료기구로서, 1863년 kussmaul에 의해 처음 고안된 이래 의학 발전에 지대한 공헌을 해왔다.
초기의 금속관 형태로 시작한 내시경 검사는 과학 기술의 발달로 전자 내시경이 도입되면서 다양한 방법들이 고안되게 이르렀다.
한편, 종래 고압전동기 고정자 권선의 절연진단 시험에서 절연저항, 성극지수, 교류전류, 유전정접 및 부분방전 크기를 측정하여 절연상태를 분석하고 있으며, 여기에 육안점검을 병행함으로서 종합적으로 양호, 요주의, 세척건조, 절연보강 및 재권선을 판정하고 있다.
실제로 절연진단 시험과 육안점검 결과 양호하게 판정된 고압전동기는 기동과 운전중에 절연파괴 사례가 자주 발생함에 따라 신뢰성이 저하하고 있으며, 이러한 방법만으로는 고압전동기 절연열화를 사전에 예측하기가 어려운 실정이다.
따라서 절연진단 시험과 육안점검만으로 확인할 수 없는 것을 내시경 카메라를 활용하여 보완함으로써 진단의 신뢰성을 현저하게 높일 수 있는 기술이 필요하다.
또한, 고압전동기 고정자 권선의 재권선을 위해서는 고비용과 장시간이 소요되기 때문에 기존의 시험방법을 보완하여 안정적인 운전뿐만 아니라 신뢰성을 향상시킬 수 있는 새로운 진단기법이 추가되어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 정지 중에 고압전동기 고정자 권선에서 절연상태를 시험할 때 절연진단 시험, 육안점검 및 내시경 카메라를 활용하여 고압전동기 고정자 권선의 절연열화를 종합적으로 분석하고 판정하여 진단의 신뢰성을 극대화할 수 있는 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 육안점검을 수행할 수 없는 영역인 고압전동기 전원 리드 케이블이 연결되는 Circuit Ring Buses 뒤편에서 권선 사이의 절연열화 상태를 정확히 확인할 수 있는 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고압전동기 고정자 권선의 종합적인 판정기준에 따라 절연열화 상태는 양호, 세척건조, 절연보강, 재권선 및 주기적 절연진단과 내시경 점검을 수행하도록 세부적인 평가 기준을 확립하고 정확한 진단을 통해 정비시간과 비용을 크게 절감할 수 있는 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 광 이미지가 입사되는 렌즈를 포함하는 하우징과 내부 광원을 포함하고, 일정길이를 갖는 연성의 내시경 케이블에 연결되며, 상기 렌즈를 통과한 광 이미지를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서가 실장된 내시경 카메라; 상기 내시경 카메라와 내시경 케이블을 제어하는 제어부;를 포함하되, 고압전동기 고정자 권선의 일정 부분에 내시경 카메라를 삽입하여 권선 상태를 점검하고, 상기 내시경 카메라를 활용하여 권선의 절연상태를 초기 열화, 요주의 및 심각한 열화로 인한 재권선 여부를 판정한다.
상기 내시경 카메라를 통해 냉각 홀 내부의 슬롯 코로나 테이프가 손상되는 초기 상태부터 주절연물인 마이카 테이프가 마모되어 절연 두께가 얇아지는 상태까지 분석하여 내시경점검부에 저장한다.
상기 고압전동기 고정자 권선 사이의 절연열화 상태의 육안점검을 수행할 수 없는 영역인 고압전동기 전원 리드 케이블이 연결되는 서킷 링 버스(Circuit Ring Buses) 뒤편에서 확인하여 내시경점검부에 저장한다.
상기 고압전동기 고정자 권선의 절연열화 판정기준은, 절연진단부를 통한 절연진단 시험결과 50%, 육안점검부를 통한 육안점검 10%, 및 내시경점검부를 통한 내시경 점검결과 40%로 배분하여 종합판정부를 통해 판정한다.
상기 종합판정부를 통해 판단한 결과 85∼100% 이상은 양호로 판단하고, 80∼85% 이상은 주기적 절연진단 시험 혹은 내시경 점검으로 판단하며, 70% 이상이면 내시경 점검결과 불량인 경우 절연보강으로 판정하고, 65% 이상이면 유전정접이 불량 혹은 유전정접과 교류전압 사이의 비정상적인 패턴을 나타내고 오염으로 인해 부분방전이 요주의로 판정될 경우에 세척건조로 판정하며, 60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 슬롯방전인 경우 절연보강으로 판정하고, 60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 내부방전인 경우 재권선으로 판정하며, 50% 미만은 재권선으로 판정한다.
상기 절연진단부를 통한 고압전동기 고정자 권선의 절연열화의 가중치판정 기준은, 교류전류 5%, 유전정접 5%, 부분방전 40%이고, 상기 내시경점검부를 통한 고압전동기 고정자 권선의 절연열화의 가중치 판정 기준은 초기열화 5%, 요주의 15%, 심각한 열화 20%이다.
본 발명은 광 이미지가 입사되는 렌즈를 포함하는 하우징을 포함하고, 상기 렌즈를 통과한 광 이미지를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서가 실장된 내시경 카메라;를 준비하는 단계; 고압전동기 고정자 권선에서 냉각을 위한 공기 통풍구에 내시경 카메라를 삽입하여 권선 상태를 점검하는 단계; 상기 내시경 카메라를 활용하여 권선의 절연상태를 초기 열화, 요주의 및 심각한 열화로 인한 재권선 여부를 판정하는 단계;를 포함한다.
상기 고압전동기 고정자 권선의 절연열화 판정기준 중 진단종류는, 절연진단 시험결과를 50%, 육안점검을 10%, 내시경 점검결과를 40% 점수로 하여 종합판정부를 통해 판단한 결과 85∼100% 이상은 양호로 판단하고, 80∼85% 이상은 주기적 절연진단 시험 혹은 내시경 점검으로 판단하며, 70% 이상인 경우 내시경 점검결과 불량인 경우 절연보강으로 판정하고, 65% 이상인 경우 유전정접이 불량 혹은 유전정접과 교류전압 사이의 비정상적인 패턴을 나타내고 오염으로 인해 부분방전이 요주의로 판정될 경우에 세척건조로 판정하며, 60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 슬롯방전인 경우 절연보강으로 판정하고, 60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 내부방전인 경우 재권선으로 판정하며, 50% 미만은 재권선으로 판정한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 정지 중에 고압전동기 고정자 권선에서 내시경 카메라를 활용하여 냉각 홀 내부의 권선 표면 마모 정도를 신뢰성 높게 판정할 수 있어, 종래의 절연진단과 육안점검에서 확인하지 못했던 열화상태를 더욱 정확하게 평가할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 정지 중에 고압전동기 고정자 권선에서 내시경 카메라를 활용하여 냉각 홀 내부 권선상태와 Circuit Ring Buses 뒤편 권선의 표면 상태 확인이 가능하기 때문에 진단 상태에 따라 적절한 조치를 통해 지속적인 활용이 가능하다.
본 발명은 고압전동기 고정자 권선에서 내시경 카메라를 활용하여 냉각 홀 내부의 권선 표면 마모 정도를 판정하여 절연파괴를 사전에 예측하고, 고압전동기 고정자 권선의 표면 마모 정도와 육안점검에서 확인이 불가능한 부분까지 정확하게 분석하여 사전에 절연파괴 사고를 미연에 예방함으로써 고압전동기의 파손 및 화재의 위험성을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 발명에 따른 내시경을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 내시경 카메라를 냉각 홀에 삽입하여 권선 상태 점검을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 코로나 테이프 초기 손상 상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 코로나 테이프 손상으로 마이카 테이프가 부분적으로 손상된 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이카 테이프의 심각한 손상 상태를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압전동기 Circuit Ring Buses의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
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도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 코로나 테이프 초기 손상 상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 코로나 테이프 손상으로 마이카 테이프가 부분적으로 손상된 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이카 테이프의 심각한 손상 상태를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압전동기 Circuit Ring Buses의 구조를 보여주는 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
본 발명은 광 이미지가 입사되는 렌즈를 포함하는 하우징과 내부 광원(25)을 포함하고, 일정길이를 갖는 연성의 내시경 케이블에 연결되며, 상기 렌즈를 통과한 광 이미지를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서가 실장된 내시경 카메라(20); 및 상기 내시경 카메라(20)와 내시경 케이블을 제어하는 제어부(30);를 포함한다.
본 발명은 고압전동기 고정자 권선의 일정 부분(예 : 냉각 홀 등)에 내시경 카메라(20)를 삽입하여 권선 상태를 점검하고, 상기 내시경 카메라(20)를 활용하여 권선의 절연상태를 초기 열화, 요주의 및 심각한 열화로 인한 재권선 여부를 판정한다.
구체적으로 살펴보면, 촬영 모듈은 적외선 열화상 카메라 및 CCD(charge-coupled device) 카메라를 포함할 수 있다.
즉, 일반적인 상황에선 적외선 열화상 카메라를 이용하여 전력 설비를 촬영하되, 열화상 카메라로 적출이 곤란한 고압전동기 고정자 권선 표면의 균열, 크랙 등의 외관 진단을 요구되는 경우, CCD 카메라로 촬영을 수행할 수 있다.
내시경 카메라 끝단은 복수의 기설정된 각도의 크기로 상기 조절에 따라 각도가 변환될 수 있다.
상기 내시경의 카메라(20) 끝단과 연결되는 부위에 주름부가 형성되어 상기 조절에 따라 상기 주름부의 수축 및 팽창에 의해 내시경의 카메라 끝단이 이동되어 내시경의 장축으로부터의 각도가 변환될 수 있다.
즉, 내시경의 카메라 끝단과 연결되도록 주름부가 형성되어 조절에 따라 주름부가 수축되어 상대적으로 크기가 작은 각도의 크기를 가질 수 있으며, 주름부가 팽창되어 일정 크기의 각도를 가질 수 있어 고압전동기 고정자 권선의 일정 부분에 내시경 카메라(20)를 삽입하여 권선 상태를 용이하게 점검할 수 있다.
또한, 상기 내시경카메라(20)의 적정한 화상 능력과 적절한 확대 비율을 산정 하여 실물과의 오차가 나지 않도록 하여야 한다.
예를 들어, 고정된 내시경 카메라(20)를 이용하여 정지된 상태에서 고압전동기 고정자 권선의 특정 부위에 대한 화상이미지를 캡쳐하고 캡쳐된 화상이미지를 제어부(30)의 내시경점검부(33)로 출력한다.
일실시예에 따라 상기 내시경의 카메라(20)가 출력하는 영상 데이터를 내시경점검부(33)가 수신하여 IoT 통신 센서를 통해 모바일 디바이스로 전송되도록 제어될 수도 있다.
상기 특정 부분은 냉각 홀(냉각을 위한 공기 통풍구)에 삽입하여 권선 상태를 점검하는 것일 수 있다.
일실시예에 있어서 상기 내시경 카메라를 통해 냉각 홀(냉각을 위한 공기 통풍구) 내부의 슬롯 코로나(방지) 테이프가 손상되는 초기 상태부터 주절연물인 마이카 테이프가 마모되어 절연 두께가 얇아지는 상태까지 분석하여 내시경점검부(33)에 저장한다.
상기 고압전동기 고정자 권선 사이의 절연열화 상태의 육안점검을 수행할 수 없는 영역인 고압전동기 전원 리드 케이블이 연결되는 서킷 링 버스(Circuit Ring Buses) 뒤편에서 확인하여 내시경점검부(33)에 저장할 수 있다.
이 때 내시경점검부(33)는 IoT 통신 센서를 통해 모바일 디바이스로 전송되도록 제어될 수도 있어 관리자가 모바일 단말기로 즉시 확인할 수도 있다.
만일 상기 고압전동기 고정자 권선 사이의 절연열화 상태를 Circuit Ring Buses 뒤편에서 확인하지 않을 경우, 상간 절연파괴 발생빈도가 증가하고 있으며, 2∼3곳에서 멀티로 동시에 절연파괴 되는 경우도 발생하고 있다.
한편, 상기 고압전동기 고정자 권선의 절연열화 판정기준은, 절연진단부(31)를 통한 절연진단 시험결과 50%, 육안점검부(32)를 통한 육안점검 10%, 및 내시경점검부(33)를 통한 내시경 점검결과 40%로 배분하여 종합판정부(34)를 통해 판정한다.
이 때 일실시예로서 절연진단부(31)는 절연진단센서를 통해 고압전동기 고정자 권선 내부에서 발생하는 전자파 등을 검출하여 식별할 수도 있다.
싱기 육안점검부(32)는 육안을 통해 식별된 사항을 일정 기준에 의해 저장할 수 있는 장치로서, 일정 기준에 따라 나누어 현재 상태를 표시하여 저장한다.
상기 내시경점검부(33)는 열화상 내시경 또는 일반 내시경을 통해 열화된 권선이나 마모 상태 등을 이미지로 자동 파악하여 저장할 수 있다.
이 때 기준 이미지를 준비하여 이미지의 변화 여부를 딥러닝 기법 등을 통해 파악하여 저장할 수 있다.
상기 종합판정부(34)를 통해 판단한 결과 85∼100% 이상은 양호로 판단하고, 80∼85% 이상은 주기적 절연진단 시험 혹은 내시경 점검으로 판단하며, 70% 이상인 경우 내시경 점검결과 불량인 경우 절연보강으로 판정하고, 65% 이상인 경우 유전정접(誘電正接, dissipation factor, DF)이 불량 혹은 유전정접과 교류전압 사이의 비정상적인 패턴을 나타내고 오염으로 인해 부분방전이 요주의로 판정될 경우에 세척건조로 판정하며, 60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 슬롯방전인 경우 절연보강으로 판정하고, 60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 내부방전인 경우 재권선으로 판정하며, 50% 미만은 재권선으로 판정한다.
상기 절연진단부(31)를 통한 고압전동기 고정자 권선의 절연열화의 가중치판정 기준은, 교류전류 5%, 유전정접 5%, 부분방전 40%이고, 상기 내시경점검부(33)를 통한 고압전동기 고정자 권선의 절연열화의 가중치 판정 기준은 초기열화 5%, 요주의 15%, 심각한 열화 20%이다.
도 2b와 도 3에 나타낸 바와 같이 절연진단부(31), 육안점검부(32), 내시경점검부(33) 중 하나를 이용하여 정지 중에 고압전동기 고정자 권선에서 절연상태를 시험할 때 육안 또는 내시경 카메라를 활용하여 냉각 홀(냉각을 위한 공기 통풍구) 내부의 권선 표면 마모 정도를 확인하여 슬롯 코로나 테이프가 손상되는 초기 상태부터 주절연물인 마이카 테이프가 마모되어 절연 두께가 얇아지는 심각한 상태까지 정확하게 분석할 수 있다.
그리고 육안점검을 수행할 수 없는 영역인 고압전동기 전원 리드 케이블이 연결되는 서킷 링 버스(Circuit Ring Buses) 뒤편에서 권선 사이의 절연열화 상태를 확인하여 내시경점검부(33)에 저장할 수 있다.
본 발명은 발전소와 일반산업체 등에서 사용 중인 고압전동기 고정자 권선을 정지중에 절연열화 상태를 정밀하게 진단하기 위해 기존의 절연진단 시험과 육안점검을 병행할 수 있는 새로운 진단방법으로서 내시경 카메라를 활용하여 건전성 여부를 신속하고 정확하게 판정이 가능하며, 세부 내용은 다음과 같다.
도 3은 내시경 카메라를 활용하여 고압전동기 고정자 권선의 냉각 홀 내부의 권선이 양호, 슬롯 코로나 테이프 손상이 시작되는 초기 열화, 슬롯 코로나 테이프가 완전히 손상되어 마이카 테이프가 확연히 보이는 요주의 및 마이카 테이프의 두께가 얇아지는 심각한 열화로 분류하여 내시경점검부(33)에 전달하여 자세히 분석할 수 있다.
즉, 초기 열화와 요주의로 판정되어 절연보강 작업을 마친 경우에 매년 내시경 점검을 필수적으로 수행하여야 하며, 마이카 테이프의 두께가 얇아지는 심각한 열화가 지속되면 절연파괴가 예측되기 때문에 사전에 재권선을 판정할 수 있다.
그리고 도 7의 고압전동기 고정자 권선에서 Circuit Ring Buses 뒤편 권선의 표면 상태는 상간에 이물질 유무와 백화현상 확인, 권선 두께 감소를 세부적으로 분석하여 진단 상태에 따라 재권선 여부를 판정할 수 있다.
따라서 절연진단 시험, 육안점검 및 내시경 카메라를 활용하여 고압전동기 절연열화를 종합판정부(34)를 통해 종합적으로 분석하여 판정함으로써, 진단의 신뢰성이 극대화되고 양호, 요주의, 세척건조, 절연보강 및 재권선을 정확하게 평가하여 정비시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.
이 때 육안점검의 경우 내시경 카메라에 열화상 센서를 달아 열화상 이미지에 포함된 고압전동기 고정자 권선에 대한 이상 여부를 진단하는 기능을 할 수도 있다. 구체적으로, 제어부(30)는 일반적인 내시경 카메라로 확인할 수 없는 열화상 이미지를 3개의 영역 즉, 분석 대상 설비 영역, 비분석 대상 설비 영역 및 배경 잡음 영역으로 구분하고, 분석 대상 설비 영역에 포함된 온도 정보를 근거로, 고압전동기 고정자 권선에 대한 이상 여부를 진단하는 기능을 수행하여 육안점검부(32)에 저장할 수도 있다.
| 진단종류 | 절연진단 시험결과(50%) | 육안점검(10%) | 내시경 점검결과(40%) | 종합판정 | ||||
| 세부항목 | 교류전류 | 유전정접 | 부분방전 | 초기열화 | 요주의 | 심각한 열화 | ||
| 가중치 | 5% | 5% | 40% | 10% | 5% | 15% | 20% | 100% |
| 사례 1 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 100% 양호 |
| 사례 2 | 양호 | 양호 | 양호 | 불량 | 불량 | 양호 | 양호 | 85% 주기적 내시경 점검 |
| 사례 3 | 양호 | 양호 | 요주의 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 80% 주기적 절연진단 |
| 사례 4 | 양호 | 불량 | 요주의 | 불량 | 양호 | 양호 | 양호 | 65% 세척건조 |
| 사례 5 | 양호 | 양호 | 양호 | 불량 | 불량 | 불량 | 양호 | 70% 절연보강 |
| 사례 6 | 양호 | 양호 | 불량 (슬롯방전) |
양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 60% 절연보강 |
| 사례 7 | 양호 | 양호 | 불량 (내부방전) |
양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 60% 재권선 |
| 사례 8 | 양호 | 양호 | 양호 | 불량 | 불량 | 불량 | 불량 | 50% 재권선 |
[종합적인 판정기준]
본 발명은 상술한 표 1에 따라 고압전동기 고정자 권선의 절연열화 판정기준의 진단 종류는 절연 진단시험, 육안 점검, 내시경 점검이 있으며, 이들은 중요도에 따라 50%, 10%, 40%로 각각 배정된다.
상기 절연 진단시험 결과의 항목으로 교류전류, 유전정접, 부분방전이 있으며, 내시경 점검결과로는 초기 열화, 요주의, 심각한 열화로 나뉘어진다.
고압전동기 고정자 권선의 절연진단 시험의 가중치판정 기준은, 전체 100% 중50%이며 세부적으로 교류전류 5%, 유전정접 5%, 부분방전 40%이고, 상기 내시경점검을 통한 고압전동기 고정자 권선의 절연열화의 가중치 판정 기준은 전체 100% 중 40%에서 세부적으로 초기열화 5%, 요주의 15%, 심각한 열화 20%이다.
표 1에 의한 종합판정부(34)를 통해 종합적인 판단 결과 85∼100% 이상은 양호로 판단하고, 80∼85% 이상은 주기적 절연진단 시험 혹은 내시경 점검으로 판단하며, 70% 이상인 경우 내시경 점검결과 불량인 경우 절연보강으로 판정하고, 65% 이상인 경우 유전정접(誘電正接, dissipation factor, DF)이 불량 혹은 유전정접과 교류전압 사이의 비정상적인 패턴을 나타내고 오염으로 인해 부분방전이 요주의로 판정될 경우에 세척건조로 판정하며, 60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 슬롯방전인 경우 절연보강으로 판정하고, 60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 내부방전인 경우 재권선으로 판정하며, 50% 미만은 재권선으로 판정한다.
예를들면, 사례 2의 경우 교류전류(5%) 양호, 유전정접(5%) 양호, 부분방전(40%) 양호하더라도, 육안점검(0%) 불량, 초기열화(0%) 불량, 요주의(15%) 양호, 심각한 열화(20%) 양호이면, 종합판정이 85%로 나와 제어부(30)가 종합판정부(34)를 통해 주기적 내시경 점검이 필요한 것으로 판정한다.
만일 사례 4에서 교류전류(5%) 양호, 유전정접(0%) 불량, 부분방전(40%) 요주의 이고, 육안점검(0%) 불량, 내시경 점검결과(40%)로서 초기열화(5%) 양호, 요주의(15%) 양호, 심각한 열화(20%) 양호이며, 종합판정이 65%로 나와 제어부(30)가 종합판정부(34)를 통해 세척건조 판정을 내린다. 여기서 부분방전(40%)이 요주의인 경우 20%로 판정한다.
또한, 만일 사례 7의 경우 교류전류(5%) 양호, 유전정접(5%) 불량, 부분방전(0%) 불량 이고, 육안점검(10%) 불량, 내시경 점검결과(40%)로서 초기열화(5%) 양호, 요주의(15%) 양호, 심각한 열화(20%) 양호 이며, 종합판정이 60%로 나와 제어부(30)가 종합판정부(34)를 통해 재권선 판정을 내린다.
이하 본 발명의 실시를 위한 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치를 통한 판정 방법에 대하여 자세히 설명한다.
먼저 광 이미지가 입사되는 렌즈를 포함하는 하우징을 포함하고, 상기 렌즈를 통과한 광 이미지를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서가 실장된 내시경 카메라;를 준비한다.
그리고 고압전동기 고정자 권선에서 냉각을 위한 공기 통풍구에 내시경 카메라를 삽입하여 권선 상태를 점검한다.
즉, 상기 내시경 카메라를 활용하여 권선의 절연상태를 초기 열화, 요주의 및 심각한 열화로 인한 재권선 여부를 판정한다.
도 4 내지 도 7은 고압전동기 고정자 권선에서 내시경 카메라를 활용하여 냉각 홀 내부의 권선이 양호, 슬롯 코로나 테이프 손상이 시작되는 초기열화, 슬롯 코로나 테이프가 완전히 손상되어 마이카 테이프가 확연히 보이는 요주의 및 마이카 테이프의 두께가 얇아지는 심각한 열화로 평가할 수 있다.
특히 도 6에 나타낸 바와 같이 고압전동기 고정자 권선에서 마이카 테이프의 손상 흔적과 주절연물의 두께가 0.2～0.3mm 이상 얇아지는 경우에 즉시 재권선 판정할 수 있다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이 고압전동기 고정자 권선에서 Circuit Ring Buses 뒤편 권선 표면 상태는 상간에 이물질 유무, 백화현상 확인 및 권선 두께 감소 등을 세부적으로 분석하여 재권선 여부를 판정할 수 있다.
상기 고압전동기 고정자 권선의 절연열화 판정기준 중 진단종류는, 절연진단 시험결과를 50%, 육안점검을 10%, 내시경 점검결과를 40% 점수로 판단하여 만일 절연진단 시험결과를 50% 이하나 이상으로, 내시경 점검결과를 40% 이하 또는 이상으로 하는 경우 냉각 홀 내부의 권선 표면 마모 정도를 신뢰성 높게 판정할 수 없고, 오랜 시간 동안 테스트 결과 절연파괴를 사전에 예측하는 데 문제가 발생하였다.
상술한 수치는 오랜 시간 동안 테스트 결과 최적화된 수치로서, 종합판정부(34)를 통해 판단한 결과 85∼100% 이상은 양호로 판단하고, 80∼85% 이상은 주기적 절연진단 시험 혹은 내시경 점검으로 판단하며, 70% 이상인 경우 내시경 점검결과 불량인 경우 절연보강으로 판정하고, 65% 이상인 경우 유전정접이 불량 혹은 유전정접과 교류전압 사이의 비정상적인 패턴을 나타내고 오염으로 인해 부분방전이 요주의로 판정될 경우에 세척건조로 판정하며, 60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 슬롯방전인 경우 절연보강으로 판정하고, 60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 내부방전인 경우 재권선으로 판정하며, 50% 미만은 재권선으로 판정한다.
본 발명은 정지 중에 고압전동기 고정자 권선에서 내시경 카메라를 활용하여 냉각 홀 내부의 권선 표면 마모 정도를 판정하여 절연파괴를 사전에 예측하고 진단의 신뢰성을 크게 향상 시킬 수 있다.
또한, 고압전동기 고정자 권선의 표면 마모 정도와 육안점검에서 확인이 불가능한 부분까지 정확하게 분석하여 사전에 절연파괴 사고를 예방함으로서 재권선 비용절감으로 인한 경제적 효과도 매우 크다. 즉 현재 5,000HP의 고압전동기 재권선 비용은 약 2억이 소요되고 있는 실정이다.
또한, 본 발명은 대용량 석탄화력발전소 1호기당 고압전동기가 50대 이상 설치되어 있으며, 일반산업체 현장에도 고압전동기 수 백만대가 설치되어 있기 때문에 권선 표면 마모 상태와 육안점검의 단점을 보완하기 위한 새로운 진단기술의 수요는 항상 존재할 것이다. 따라서 본 기술은 앞으로도 계속 사용될 기술수명이 긴 유망기술로 판단할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래 기술에 비해 명확하게 고압전동기 고정자 권선에서 내시경 카메라를 활용하여 냉각 홀 내부의 권선 표면 마모 정도와 Circuit Ring Buses 뒤편 권선의 표면 상태를 판정할 수 있고 고압전동기 진단기술의 다양성을 요구함에 따라 사용 전망이 확실하며, 신뢰성과 유용성도 크게 높일 수 있기 때문에 시장성은 매우 광범위하다.
또한 본 발명은 현재 국내 산업현장에서 수 백만대의 고압전동기가 운전되고 있으며, 20년 이상 장기간 사용으로 인해 노후화와 불시 정지가 진행됨에 따라 고정자 권선의 건전성 평가에 대한 관심이 증대하고 있다.
따라서 고압전동기 고정자 권선의 내시경 카메라를 활용한 진단에 대한 수요(수요성)도 지속적으로 증가할 것으로 예측할 수 있다.
또한, 본 발명은 정지중에 고압전동기 고정자 권선에서 내시경 카메라를 활용하여 냉각 홀 내부의 권선 표면 마모 정도와 Circuit Ring Buses 뒤편 권선의 표면 상태를 판정하여 절연파괴 사고를 사전에 예측할 수 있어 잠재적인 성장성은 매우 크다.
또한 본 발명은 정지 중에 고압전동기 고정자 권선에서 내시경 카메라를 활용하여 냉각 홀 내부의 권선 표면 마모 정도와 Circuit Ring Buses 뒤편 권선의 표면 상태를 판정할 수 있는 진단기법으로서 산업현장에서 적용성이 높고, 양호, 요주의 및 재권선 여부를 명확하게 구분할 수 있어 시장진입은 무난할 것으로 판단된다.
10 : 고압전동기 고정자
20 : 내시경 카메라
25 : 내부 광원
30 : 제어부
20 : 내시경 카메라
25 : 내부 광원
30 : 제어부
Claims (7)
- 광 이미지가 입사되는 렌즈를 포함하는 하우징과 내부 광원을 포함하고, 일정길이를 갖는 연성의 내시경 케이블에 연결되며, 상기 렌즈를 통과한 광 이미지를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서가 실장된 내시경 카메라;
상기 내시경 카메라와 내시경 케이블을 제어하는 제어부;를 포함하되,
고압전동기 고정자 권선의 일정 부분에 내시경 카메라를 삽입하여 권선 상태를 점검하고,
상기 내시경 카메라를 활용하여 권선의 절연상태를 초기 열화, 요주의 및 심각한 열화로 인한 재권선 여부를 판정하며,
상기 내시경 카메라를 통해 냉각 홀 내부의 슬롯 코로나 테이프가 손상되는 초기 상태부터 주절연물인 마이카 테이프가 마모되어 절연 두께가 얇아지는 상태까지 분석하여 내시경점검부에 저장하고,
상기 고압전동기 고정자 권선 사이의 절연열화 상태의 육안점검을 수행할 수 없는 영역인 고압전동기 전원 리드 케이블이 연결되는 서킷 링 버스(Circuit Ring Buses) 뒤편에서 확인하여 내시경점검부에 저장하며,
상기 내시경점검부는 IoT 통신 센서를 통해 모바일 디바이스로 전송되도록 제어하여 관리자가 모바일 단말기로 즉시 확인하는 것을 특징으로 하는 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 고압전동기 고정자 권선의 절연열화 판정기준은,
절연진단부를 통한 절연진단 시험결과 50%, 육안점검부를 통한 육안점검 10%, 및 내시경점검부를 통한 내시경 점검결과 40%로 배분하여 종합판정부를 통해 판정하는 것을 특징으로 하는 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 종합판정부를 통해 판단한 결과, 85∼100% 이상은 양호로 판단하고, 80∼85% 이상은 주기적 절연진단 시험 혹은 내시경 점검으로 판단하며,
70% 이상인 경우 내시경 점검결과 불량인 경우 절연보강으로 판정하고, 65% 이상인 경우 유전정접이 불량 혹은 유전정접과 교류전압 사이의 비정상적인 패턴을 나타내고 오염으로 인해 부분방전이 요주의로 판정될 경우에 세척건조로 판정하며,
60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 슬롯방전인 경우 절연보강으로 판정하고,
60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 내부방전인 경우 재권선으로 판정하며,
50% 미만은 재권선으로 판정하는 것을 특징으로 하는 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 절연진단부를 통한 고압전동기 고정자 권선의 절연열화의 가중치판정 기준은, 전체 50% 중에서 교류전류 5%, 유전정접 5%, 부분방전 40%로 배분하고,
상기 내시경점검부를 통한 고압전동기 고정자 권선의 절연열화의 가중치 판정 기준은 전체 40% 중에서 초기열화 5%, 요주의 15%, 심각한 열화 20%인 것을 특징으로 하는 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치. - 광 이미지가 입사되는 렌즈를 포함하는 하우징을 포함하고, 상기 렌즈를 통과한 광 이미지를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서가 실장된 내시경 카메라;를 준비하는 단계;
고압전동기 고정자 권선에서 냉각을 위한 공기 통풍구에 내시경 카메라를 삽입하여 권선 상태를 점검하는 단계;
상기 내시경 카메라를 활용하여 권선의 절연상태를 초기 열화, 요주의 및 심각한 열화로 인한 재권선 여부를 판정하는 단계;를 포함하며,
상기 고압전동기 고정자 권선의 절연열화 판정기준 중 진단종류는,
절연진단 시험결과를 50%, 육안점검을 10%, 내시경 점검결과를 40% 점수로 배분하여 종합판정부를 통해 판단하고,
상기 종합판정부의 판단 결과, 85∼100% 이상은 양호로 판단하고, 80∼85% 이상은 주기적 절연진단 시험 혹은 내시경 점검으로 판단하며,
70% 이상인 경우 내시경 점검결과 불량인 경우 절연보강으로 판정하고, 65% 이상인 경우 유전정접이 불량 혹은 유전정접과 교류전압 사이의 비정상적인 패턴을 나타내고 오염으로 인해 부분방전이 요주의로 판정될 경우에 세척건조로 판정하며,
60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 슬롯방전인 경우 절연보강으로 판정하고,
60% 이상이지만, 부분방전이 불량으로 판정되고 상기 절연진단 시험결과로 방전패턴이 내부방전인 경우 재권선으로 판정하며,
50% 미만은 재권선으로 판정하며,
상기 고압전동기 고정자 권선 사이의 절연열화 상태의 육안점검을 수행할 수 없는 영역인 고압전동기 전원 리드 케이블이 연결되는 서킷 링 버스(Circuit Ring Buses) 뒤편에서 확인하여 내시경점검부에 저장하고,
상기 내시경점검부는 IoT 통신 센서를 통해 모바일 디바이스로 전송되도록 제어하여 관리자가 모바일 단말기로 즉시 확인하는 것을 특징으로 하는 내시경 카메라를 활용한 고압전동기 고정자 권선의 열화상태 판정 장치를 이용한 방법.
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| KR20200069462A (ko) | 2018-12-07 | 2020-06-17 | 한국전기연구원 | 일체화된 카메라 모듈을 구비하는 내시경 장치 |
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