KR19990025593A - 부분방전 온-라인 진단시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고전압 전력설비인 변압기, GIS, 케이블 등에 대해 초음파센서(Acoustics Emission Sensor), 고주파전류센서(RFCT;Radio Frequency Current Transformer Sensor) 등을 외부에 부착한 후 전력설비의 내부에서 발생되는 부분방전을 검출하여 전력설비의 열화진행 정도나 열화상태를 진단, 분석하고 정상 작동상태 및 고장발생 징후를 사전에 인지하므로써 교체나 보수시기를 예측할 수 있으며, 검출된 신호는 RS-232C/485 통신케이블을 통해 컴퓨터로 전송하여 저장, 보고서 양식에 의한 출력 및 데이터 관리등이 가능한 부분방전 온-라인 진단시스템에 관한 것이다.
본 발명의 부분방전 온-라인 진단시스템은, 전력설비 내부의 부분방전 발생시 부분방전 펄스전류를 검출하는 고주파 전류센서와, 전기적 신호인 상기 검출된 펄스 전류와 수반되어 발생하는 초음파 신호를 검출하는 초음파센서와, 초음파 신호와 펄스전류 신호를 필터링 및 증폭하여 신호측정시 탐지된 실제 신호세기를 판독하는 필터 및 단위이득 조정회로부(100)와, 마이크로 프로세서 시스템(400)의 제어하에 펄스수 계산을 하기 위한 하나의 신호를 선택하여 원하는 센서 신호에 대한 펄스 발생수를 측정하는 펄스수 검출부(200)와, 마이크로 프로세서 시스템(400)의 제어하에 파형측정을 하기 위한 하나의 신호를 선택하여 원하는 센서 신호에 대한 고주파 아나로그파형 분석 및 데이터 처리를 행하는 고주파 아나로그 파형 측정 저장 판독부(300)와, 상기 펄스수 검출부(200)의 펄스 발생수 측정을 위한 디지털 계수 주기 및 계수시간을 제어하고, 상기 고주파 아나로그 파형 측정 저장 판독부(300)의 파형 측정, 저장, 판독을 위한 고주파 파형분석 및 데이터 처리를 제어하고, 원격측정 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)에 의한 운영컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)로의 데이터 및 상기 데이터 전송호로부로부터의 데이터 송,수신 및 통신상태를 제어하는 마이크로프로세서 시스템과, 마이크로프로세서 시스템(400)의 송신 데이터를 운용컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)로 송신하고, 상기 운용컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)로부터 송신된 데이터를 수신하는 원격측정 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)와, 운용컴퓨터(700)의 송신 데이터를 원격측정 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)로 송신하고, 상기 원격측정 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)로부터 송신된 데이터를 수신하는 운용컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)와, 부분방전 온-라인 진단시스템 전체를 운영 및 관리하고 펄스수 측정 및 파형 분석에 의한 전력설비 진단 결과를 사용자가 알 수 있도록 윈도우즈3.1이상의 환경에서 수행되는 프로그램 소프트웨어를 내장한 퍼스널 컴퓨터인 운용컴퓨터(700)를 포함하여 이루어진다.
종래에는 전력설비의 진단시 육안점검이나 근원적인 방법을 통해 점검하는 수준에 머물러 전기사고를 미연에 예방하기가 어려운 현실이었다. 하지만 본 발명은, 예방보전의 일환으로 온-라인(전기사용)상태에서 상시 전력설비를 감시 및 진단하여 변압기, 케이블, GIS 등 내부에서 일어나는 이상징후를 사전에 알려주므로, 컴퓨터에 의해 전력설비를 안전하게 유지하는 것이 가능하다.
Description
본 발명은 온 라인 상태에서 퍼스널 컴퓨터를 통하여 전력설비의 부분방전 상태를 감시, 진단할 수 있는 부분방전 온-라인 진단시스템에 관한 것으로 특히, 고전압 전력설비인 변압기, GIS, 케이블 등에 대해 초음파센서(Acoustics Emission Sensor), 고주파전류센서(RFCT;Radio Frequency Current Transformer Sensor) 등을 이용하여 전력설비의 외함에 부착하거나 접지측 차폐선에 관통시켜 전력설비 장치의 내부에서 발생되는 부분방전을 검출하고 전력설비의 열화진행 정도나 열화상태를 진단, 분석하여 정상 작동상태 및 고장발생 징후를 사전에 인지하므로써 교체나 보수시기를 예측하고, 검출된 신호는 RS-232C/485 통신케이블을 통해 컴퓨터로 전송하여 저장, 보고서 양식에 의한 출력 및 데이터 관리등이 가능한 부분방전 온-라인 진단시스템에 관한 것이다.
PCT 특허 공개 공보 제 WO 96/13730호(1996년 5월 9일)에는 발명의 명칭이, 부분방전 발생 및 발생위치를 탐지하는 음파 광학 시스템인 종래의 기술이 개시되어 있다. 상기 제 WO 96/13730 호에 개시된 기술을 요약하면 다음과 같다.
상기 부분방전 발생 및 발생위치를 탐지하는 음파 광학 시스템의 고전압 변압기에서의 부분방전을 검출하기 위한 장치는, 착탈가능하게 연결되는 금속 박스를 포함하는 라이브 탱크와, 제 1 주파수 대역의 (초)음파를 제 1 전기적 출력신호로 변환하는, 상기 금속 박스내부의 제 1 (초)음파 센서와, 상기 제 1 전기적 출력신호를 증폭 및 여파하는, 상기 금속 박스내부의 신호 컨디셔닝 회로와, 상기 증폭 및 여파된 제 1 전기적 출력신호를 광 신호로 변환하는, 상기 금속 박스내부의 전기 신호-광 신호 변환기와, 상기 변환된 광 신호를 상기 변압기로부터 떨어진 원격위치로 전달하는 광섬유 링크와, 상기 광섬유 링크에 의해 전달된 광 신호를 상기 라이브 탱크 내부의 부분방전을 나타내는 제 2 전기적 신호로 변환하는, 상기 원격위치에 있는 광 신호-전기 신호 변환기를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 제 2 전기적 신호는 부분방전의 발생을 결정하기 위해 오실로스코프 또는 기록 장비에 공급된다.
또다른 종래 기술로는 PCT 특허 공개 공보 제 WO 96/18112호(1996년 6월 13일)에 발명의 명칭이, 전기적 고전압 장비에서 부분방전를 탐지하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 상기 제 WO 96/18112 호에 개시된 기술을 요약하면 다음과 같다.
전력 변압기와 같은 전기적 고전압 장비의 부분방전 위치 검출하기 위해, 상기 전력 변압기는 내부가 절연 물질로 채워진 컨테이너로 배열되고, 외부에는 적어도 3개의 초음파 검출기가 상호 일정 거리만큼 이격되어 설치되어 있고, 상기 초음파 검출기로 음파측정을 행하기 위해 이 초음파 검출기와 접촉하고 있다.
따라서, 어 부분방전에 의해 발생되어 상기 초음파 검출기에 도달하는 상기 초음파의 파면 도달시간이 결정되고, 부분방전이 발생된 방향(예를들어,x,y 및 z 방향)이 결정된다.
또한, 상기 검출기를 갖춘 검출기유닛이 상기 고전압 변압기에 장착되어 상기와 같이 전기적 고전압 장비의 부분방전 위치를 검출한다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술은 부분방전 발생상태를 관찰하기 위하여 현재는 변압기, 케이블, 차단기, 발전기, 전동기,GIS 등 전력설비에 적합한 장비를 별도로 사용하고 있으나 측정기법이 본 개발품과 다르며 컴퓨터에 의해 부분방전 파형 및 방전에 의한 펄스전류를 검출하는 것이 아니다.
또한, 오실로스코프나 장비에 부착된 소형 LCD, CRT에 의해서 관찰하므로 인해 데이터관리 및 열화추이 분석 등이 전혀 이루어지지 않고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 전력설비 진단전용 프로그램을 내장한 컴퓨터를 이용하여 부분방전에 의해 검출되는 초음파 신호 및 펄스 전류신호에 대한 일정 문턱값 단계(Threshold Level) 이상의 신호수(펄스수) 및 부분방전 파형을 분석하므로써 부분방전 발생여부 및 진행정도를 온-라인 상태에서 진단할 수 있는 부분방전 온 라인 진단시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 부분방전 온라인 진단시스템의 전체구성 블록도.
도 2는 센서 출력신호에 대한 전치증폭, 필터링, 단위 이득조정을 하기 위한 필터 및 단위이득 조정회로부 구성 블럭도.
도 3은 부분방전에 의한 센서신호의 펄스수 측정을 위한 증폭 및 가변 문턱점 설정, 펄스수 계수를 하기 위한 펄스수 검출부 구성 블록도.
도 4는 부분방전에 의한 센서신호의 파형 측정·저장 및 데이터 판독을 하기 위한 고주파 아나로그파형 측정,저장,판독부 구성 블록도.
도 5는 원격측정시스템과 운영컴퓨터(PC)간의 데이터 송·수신을 위한 원격측정시스템측 동기식 직렬 전송회로부 구성 블록도.
도 6은 원격측정시스템과 운영컴퓨터(PC)간의 데이터 송·수신을 위한 운영컴퓨터측 동기식 직렬회로부 구성 블록도.
도 7은 원격측정시스템으로부터 전송된 데이터에 대해 운영컴퓨터에 내장된 소프트웨어 프로그램에 의한 센서 출력 신호의 펄스수, 파형의 측정 분석 및 결과 표시를 나타낸 블럭도.
도 8은 본 발명의 진단장치인 원격측정 시스템을 나타낸 도.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 부분방전 온-라인 진단시스템은, 전력설비 내부의 부분방전 발생시 부분방전 펄스전류를 검출하는 고주파전류센서와, 전기적신호인 상기 검출된 펄스 전류와 수반되어 발생하는 초음파 신호를 검출하는 초음파센서와, 초음파 신호와 펄스전류 신호를 필터링 및 증폭하여 신호측정시 탐지된 실제 신호세기를 판독하는 필터 및 단위이득 조정회로부(100)와, 마이크로 프로세서 시스템(400)의 제어하에 펄스수 계산을 하기 위한 하나의 신호를 선택하여 원하는 센서 신호에 대한 펄스 발생수를 측정하는 펄스수 검출부(200)와, 마이크로 프로세서 시스템(400)의 제어하에 파형측정을 하기 위한 하나의 신호를 선택하여 원하는 센서 신호에 대한 고주파 아나로그파형 분석 및 데이터 처리를 행하는 고주파 아나로그 파형 측정 저장 판독부(300)와, 상기 펄스수 검출부(200)의 펄스 발생수 측정을 위한 디지털 계수 주기 및 계수시간을 제어하고, 상기 고주파 아나로그 파형 측정 저장 판독부(300)의 파형 측정, 저장, 판독을 위한 고주파 파형분석 및 데이터 처리를 제어하고, 원격측정 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)에 의한 운영컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)로/로부터 의 데이터 송,수신 및 통신상태를 제어하는 마이크로프로세서 시스템과, 마이크로프로세서 시스템(400)의 송신 데이터를 운용컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)로 송신하고, 상기 운용컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)로부터 송신된 데이터를 수신하는 마이크로프로세서 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)와, 운용컴퓨터(700)의 송신 데이터를 마이크로프로세서 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)로 송신하고, 상기 마이크로프로세서 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)로부터 송신된 데이터를 수신하는 운용컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)와, 부분방전 온-라인 진단시스템 전체를 운영 및 관리하고 펄스수 측정 및 파형 분석에 의한 전력설비 진단 결과를 사용자가 알 수 있도록 윈도우즈3.1이상 또는 윈도우즈95이상의 환경에서 수행되는 프로그램 소프트웨어를 내장한 퍼스널 컴퓨터인 운용컴퓨터(700)를 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 부분방전 온라인 진단시스템의 바람직한 일실시예를 나타낸 블록도이다.
상기 도 1에 도시된 본 발명의 각각의 구성요소에 대해 도 2 내지 도 7을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 센서 출력신호에 대한 전치증폭, 필터링, 단위 이득조정을 하기 위한 필터 및 단위이득 조정회로부의 구성 블럭도이다.
부분방전시 발생되는 미소한 초음파신호 및 고주파의 펄스전류는 각각 상기 펄스전류센서인 고주파전류센서와 초음파센서를 통하여 검출한다.
상기 고주파전류센서와 초음파센서를 통하여 검출된 상기 초음파신호 및 고주파의 펄스전류 신호들은 매우 작고 또한 광범위한 주파수 대역에 걸쳐 불필요한 신호들이 함께 존재한다.
따라서, 우선 동상잡음제거 성능이 우수하고 정교한 증폭성능을 갖는 능동 증폭기로 구성된 전치증폭기(110)로 상기 초음파신호 및 고주파의 펄스전류의 신호레벨을 증폭한다.
상기 초음파 신호에 대하여는 유효신호대역인 100KHz - 300KHz 대역의 능동대역통과필터(Active Band Pass Filter) (120)를 통과시키고, 상기 펄스전류 신호에 대하여는 10KHz - 1MHz 대역폭의 능동대역통과 필터(140)를 통과시켜 유효신호대역 이외의 신호들을 제거한다.
이렇게 하여 상기 능동필터(120,140)를 통과한 초음파신호 및 고주파의 펄스전류 신호는 능동필터의 특성상 주파수별 신호의 이득(Gain)이 다르게 되어 능동필터에서 출력되는 신호 세기가 변한다.
그러므로, 단위이득(Unity Gain) 조정회로(130,150)를 사용하여 상기 전치증폭된 초음파신호 및 고주파의 펄스전류의 신호세기가 일정하게 유지되도록 하므로서 신호측정시 탐지된 실제 신호세기를 읽어낼 수 있도록 하였다.
도 3은 부분방전에 의한 센서신호의 펄스수 측정을 위한 증폭, 가변 문턱점 설정 및 펄스수 계수를 하기 위한 펄스수 검출부의 구성 블록도이다.
상기 필터 및 단위이득 조정회로부(100)를 거친 초음파센서 신호 및 고주파전류센서 신호는 펄스수 검출부(200) 및 고주파 아나로그 파형측정 저장 판독부(300)에서 부분방전의 세기 및 발생빈도수 분석을 행하기 위한 펄스발생수를 측정하고 탐지된 신호의 파형을 실시간적으로 측정·저장한다.
상기 펄스수 검출부(200)에 입력되는 상기 필터 및 단위이득 조정회로부(100)를 거친 초음파센서 신호 및 고주파전류센서 신호는 사용하는 센서의 수량에 따라 다수 입력이 가능하다.
따라서 마이크로프로세서 시스템(400)의 제어를 통하여 아나로그 멀티프렉서 (Analog Multiplexer)(230)에서 펄스수를 계수하기 위해 입력된 상기 센서신호중에서 하나의 신호를 선택한다. 이렇게 선택된 신호는 마이크로프로세서 시스템(400)에서 설정한 문턱값 단계(Threshould Level)와 신호 증폭값에 따라 아나로그비교기(250)에 의해서 디지탈 펄스로 변환된다.
이때 상기 문턱값은 디 프립플롭(D-Flip Flop) 형태의 랫치(Latch)(210)에서 유지되면서 제 1 D/A 변환기 (Digital-to-Analog Converter) (220)를 통하여 일정한 아나로그 전압값으로 변환된다.
상기 신호 증폭값은 역시 랫치(260)에서 유지 되면서 제 2 D/A변환기 (270)에서 일정값의 아나로그 전압값으로 변환되어 선형 전압제어 증폭기(240)를 구동한다.
이렇게하여 상기 아나로그 멀티프렉서(230)에서 선택된 신호를 펄스 변환이 용이한 신호세기로 증폭시킨다.
상기 문턱값 이상의 센서탐지 신호는 아나로그 비교기(250)에서 한 주기(Cycle)에 한 개의 디지탈 펄스로 변환되고, 슈미트 트리거 버퍼(280)를 거치면서 상승곡선 및 하강곡선의 기울기가 매우 급격한 펄스로 조정되어 디지탈계수기(290)로 입력된다.
상기 마이크로프로세서 시스템(400)에서는 디지털 계수주기(Period)에 따라 상기 디지탈 계수기(290)의 계수 시작을 제어하고, 계수 시간 (duration)동안 작동시킨후 계수 정지를 제어하므로서 사용자의 명령에 따라서 또는 상기 디지탈 계수기(290)에 의한 펄스 계수를 통하여 부분방전상태 진단에 효율적인 디지털 계수주기 및 계수시간을 제어한다.
도 4는 부분방전에 의한 센서신호의 파형 측정·저장 및 데이터 판독을 하기 위한 고주파 아나로그파형 측정,저장,판독부의 구성 블록도이다.
고주파 아나로그 파형 측정·저장부(300)에 입력되는 상기 필터 및 단위이득 조정회로부(100)를 거친 상기 초음파센서 신호 및 고주파전류센서 신호 역시 사용하는 센서의 수량에 따라 다수 입력이 가능하다.
그러므로 마이크로프로세서 시스템(400)의 제어에 따라 아나로그 멀티프렉서(301)에서 파형 측정을 하기 위해 다수 입력된 센서신호 중에서 하나의 신호를 선택한다.
이렇게 선택된 신호는 전압제어증폭기(302)를 통하여 증폭되어 A/D변환기 (Analog-to-Digital Converter)에 (309)입력된다. 상기 전압제어증폭기(302)에서의 증폭은 마이크로프로세서 시스템(400)에서 증폭된 값을 디지탈로 출력한다.
그러면, 상기 증폭된 값은 랫치(303)에서 유지되면서 제 3 D/A 변환기(304)에서 아나로그 전압값으로 변환되고, 변환된 이 아나로그 전압값에 따라서 상기 전압제어증폭기(302)에서의 증폭이 이루어진다.
이렇게하여 센서로부터 검출된 유효신호는 파형측정을 위한 적정한 신호세기까지 선형적으로 증폭된다.
A/D변환기(309)에 입력되는 전압제어 증폭기(302)의 출력신호는 마이크로프로세서 시스템(400)에서 제어하는 트리거레벨보다 큰 신호가 나타나는 순간부터 디지탈 변환을 시작하여 파형데이타 저장부(310)에 저장된다.
상기 트리거레벨은 마이크로프로세서 시스템(400)에서 디지탈 데이터로 출력되고, 랫치(305)에서 이 값을 유지하면서 제4 D/A 변환기(306)에서 아나로그 전압값으로 변환된다.
상기 전압제어 증폭기(302)를 거친 센서탐지 신호는 상기 트리거레벨과 아나로그비교기(307)에서 비교되어, 상기 센서탐지 신호가 상기 트리거레벨과 아나로그비교기(307) 보다 큰 순간부터 클럭(Clock)발생부(308)를 구동하여 A/D 변환기(309)를 작동하기 위한 클럭을 발생시킨다.
상기 A/D 변환기(309)는 클럭발생부(308)로부터 클럭이 공급되면 이 클럭 주파수에 따라 디지탈 변환을 행한다. 클럭발생부(308)에서 발생한 클럭 주파수는 마이크로프로세서 시스템(400)의 제어에 의해 결정된다.
따라서 마이크로프로세서 시스템(400)을 제어하여 입력되는 신호 주파수의 10배 이상의 A/D 변환속도를 선택할 수 있도록 하므로서 고주파 파형분석 및 데이터처리가 가능하다.
상기 클럭발생부(308)는 또한 고전압의 전압파형이 영전위(0 Voltage)인 시점에서 동기시켜 센서신호파형을 측정할 수 있도록 하므로서 부분방전의 발생현상 및 외부잡음신호와의 구별 분석이 가능하다.
상기 클럭발생부(308)로부터 클럭이 발생되어 파형의 디지탈 변환이 시작되면, 발생된 이 클럭에 따라 어드레스 카운터(Address Counter) (311)에서 파형 테이타저장부(310)의 데이터 저장 메모리의 어드레스를 계수하고 이 어드레스에 데이터가 저장된다.
이때 상기 파형 데이터 저장부(310)에 저장할 메모리 용량은 마이크로프로세서 시스템(400)에서 저장부제어(313)를 통하여 결정한다.
이렇게 설정된 메모리 용량에 데이터 저장이 완료되면 상기 저장부 제어(313)를 통하여 마이크로프로세서 시스템(400)에 데이터 저장 완료 신호가 전달되므로서 데이터 저장 완료후 마이크로프로세서 시스템(400)은 파형 데이터를 읽어서 신속하게 데이터를 분석·처리할 수 있다.
도 5는 원격측정시스템과 운영컴퓨터(PC)간의 데이터 송·수신을 위한 원격측정시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부의 구성 블록도이다.
원하는 센서신호에 대한 펄스수측정 또는 아나로그 파형 측정이 완료되면 이들 데이터는 시스템 운용컴퓨터인 PC(700)로 전송되어 분석되고, 그 결과가 사용자에게 표시 된다.
상기 원격측정시스템(10)과 PC(700)간의 데이터 전송은 많은 량의 데이터를 고속으로 전송하고, 동시에 양방향 데이터 전송이 가능하며, PC 한 대와 여러대의 원격 측정시스템(10)이 데이지 체인 (Daisy Chain)방식으로 연결되어 이루어 질 수 있도록 하였다.
원격 측정 시스템(10)에서의 데이터 송신은, 마이크로프로세서 시스템(400)에서 송신할 데이터를 쉬프트레지스터(502)에 기록하고, 송신클럭 발생기(503)에 송신시작 명령을 내린다.
그러면 상기 쉬프트레지스터(502)에 기록된 데이터가 클럭에 동기되어 직렬 데이터로 외부로 송신된다. 최종 출력되는 클럭과 이 클럭에 동기된 직렬 데이터인 송신데이타는 라인구동부(Line Driver) (501)에서 차동신호로 변환되어 출력되므로서 원거리 전송이 가능하다.
데이터 및 클럭이 입·출력되는 포트를 두 개로 하여 PC(700)1대와 다수의 원격측정시스템(10)들이 데이지 체인으로 연결될 수 있다.
원격 측정 시스템(10)에서의 데이터 수신은, 수신데이터와 클럭이 동기되어 라인수신부(Line Receiver) (504)에서 TTL 신호로 변환되어 쉬프트 레지스터(505)에 입력된다.
그러면, 쉬프트레지스터(505)에 입력된 데이터는 병렬데이타로 바뀌고, 이 병렬 데이터에 존재하는 원격측정시스템(10)의 통신주소와 통신주소 설정부(510)에서 미리 설정한 통신주소를 디지탈비교기(509)에서 비교한다.
만일 상기 두 통신주소가 서로 일치하면 관련 데이타인 것으로 인지하여 데이터 랫치(506)에 상기 수신데이타를 유지시킨후, 마이크로프로세서 시스템(400)에 데이터 수신을 알려 수신된 데이터를 처리한다.
그리고, 데이터 수신시 수신되는 클럭을 이용하여 지연클럭1 발생기(508)에서 일정시간동안 지연된 펄스 신호를 발생시키고, 이 펄스 신호로 수신 완료된 상기 쉬프트레지스터(505)의 데이터를 지워 줌으로서 항상 새로운 데이터 만을 랫치시킬수 있다.
또한, 지연클럭2 발생기(507)에서 수신클럭이 시작되는 시점부터 일정시간 지연된 펄스 신호를 발생시켜줌으로서 마이크로프로세서 시스템(400)에서는 자신 이외의 다른 시스템에서 통신하고 있는 상태를 알 수 있도록 하여 데이지 체인으로 연결된 통신환경에서도 충돌없이 양방향 통신이 이루어진다.
도 6은 원격측정시스템과 운영컴퓨터(PC)간의 데이터 송·수신을 위한 운영컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부의 구성 블럭도이다.
시스템 운용 컴퓨터인 PC(700)에서의 데이터 송·수신은 상기 운영컴퓨터측 고속 직렬데이터 전송회로부(600)를 통하여 이루어진다.
PC(700)에서의 데이터 송신은 PC에서 송신하고자 하는 데이터를 PC AT 버스 인터페이스(611)를 통하여 쉬프트레지스터(602)에 전달하고, 송신클럭발생기(603)에 송신시작 명령을 내린다.
그러면, 상기 쉬프트레지스터(602)에 전달된 데이터가 상기 송신클럭발생기(603)에서 발생된 클럭에 동기되어 쉬프트레지스터(602)에서 직렬데이타로 변환되고, 이 데이터 및 클럭은 라인구동부(601)에서 차동신호로 바뀌어 외부로 송신된다.
PC(700)에서의 데이터 수신은 상기 차동신호의 수신 데이터 및 클럭이 라인수신부(604)에 입력되므로서 시작된다.
상기 수신 데이터는 라인수신부(604)에서 TTL 신호로 변환되며 쉬프트레지스터(605)에서 병렬데이타로 바뀌고, 이 병렬데이터에 존재하는 통신주소와 회로상의 통신주소설정부(610)에서 설정한 통신주소를 디지탈 비교기(609)에서 비교한다.
만일, 상기 두 통신주소가 서로 일치하면 수신된 데이터를 FIFO 메모리(606)에 저장한다. FIFO 메모리(606)를 이용하므로서 고속의 데이터가 연속으로 수신된다 할지라도 상기 PC(700)에서의 데이터 처리속도 등으로 인하여 데이터를 잃어버리는 경우없이 완전한 데이터 수신이 가능하다.
수신되는 클럭은 지연클럭1 발생기(608)에서 일정시간 지연된 펄스 신호를 발생시켜 하나의 데이터 수신이 완료될 때마다 쉬프트레지스터의 (605)의 데이터를 지우므로서 항상 새로운 데이터가 출력된다.
또한, 지연클럭2 발생기(607)에서 수신클럭이 시작되는 시점부터 시작하여 일정시간 지연된 펄스 신호를 발생시켜줌으로서, PC(700)에서 이 신호를 점검하여 통신라인에 연결된 타 시스템이 통신선을 사용하고 있음을 알 수 있다.
이렇게하여 데이지 체인으로 연결된 통신 환경에서도 충돌없이 정상적인 통신이 이루어지도록 한다.
도 7은 운영컴퓨터에 내장된 소프트웨어 프로그램에 의한 센서 출력 신호의 펄스수, 파형의 측정 분석 및 결과 표시를 블록으로 나타낸 도이다.
PC(700)에서는 전체적인 시스템을 운영·관리하고 전력설비 진단 결과를 사용자가 쉽고 편리하게 알수 있도록 하였다.
이러한 모든 기능은 윈도우즈 3.1이상 바람직하게는 원도우즈 95 이상의 운영체계를 탑재한 시스템(701)에서 수행될 수 있는 프로그램 소프트웨어를 개발하여 상기 PC(700)에 내장하였다.
부분방전에 의한 초음파 신호나 펄스전류 신호의 펄스수의 측정을 통한 진단은 상기 내장된 프로그램 소프트웨어중 펄스수 측정·분석 관리자(702) 프로그램에서 수행한다.
상기 펄스수 측정·분석 관리자(702)는 진단대상 설비명, 측정주기, 측정시간, 문턱점, 신호증폭도 등을 필요시 사용자 설정관리(703)프로그램에서 수행한다.
진단 결과 출력(703)프로그램은 측정된 펄스수 데이터를 이용하여 지정 시간당 펄스수, 펄스발생 그래프 등을 표시하여 설정된 값에 따라 정상/주의/경보 상태를 자체적으로 판단하여 표시하며, 수십년 간의 데이터를 유지·관리한다.
파형분석에 의한 진단은 파형 측정·분석 관리자(705)프로그램에서 수행한다. 이 관리자(705) 프로그램은 파형 측정을 위한 측정대상 설비명, 측정주기, 트리거레벨, A/D변환속도, 저장 메모리용량 등을 필요시 사용자가 설정할 수 있는 설정관리(706)프로그램과, 측정된 신호파형의 확대/축소, 스펙트럼 분석, 소프트웨어적 파형 필터링, 신호파형의 세기 및 주파수 측정 등을 수행하는 신호분석(707)프로그램과, 분석처리된 신호파형표시, 주파수 스펙트럼(Freguency Spectrum)등을 표시하는 결과출력(708)프로그램등으로 구성된다.
상기한 바와 같은 구성에 의해, 본 발명은 다음과 같은 효과를 나타낸다.
1. 컴퓨터에 의해 온 라인(전기사용)상태에서 전력설비를 상시 감시, 열화진단(정전 불필요) 및 분석할 수 있어서 데이터관리와 열화추이 분석이 가능하다.
2. 별도의 인력없이 컴퓨터가 자동으로 전력설비를 열화진단할 수 있다.
3. 30년간의 방대한 데이터 저장관리에 의한 전력설비의 열화추이 분석 및 예측이 가능하다.
4. 전력 설비의 외함 및 접지선에 센서를 설치하므로 설치 및 측정 방법이 간단하다.
5. 변압기, GIS, 케이블등의 전력설비에 한 장비로 적용할 수 있으므로 활용도가 증대된다.
6. 전력설비의 부분 방전 발생여부가 파형으로 감시 가능하여 신뢰성이 증대된다.
7. PC에 전력설비 진단 전용 프로그램 소프트웨어를 내장하여
-각 센서별 다양한 화면 구성으로 파형관측 및 현재값 감시가 용이하고
-일보,월보,년보등 다양한 보고서 양식으로 진단 결과 출력하여
본 시스템의 운영 및 관리가 용이하고 전력설비의 진단 결과를 사용자가 편리하게 알 수 있다.
8. 컴퓨터에 의해 전기사용(On-Line) 상태에서
Claims (20)
- 전력설비 내부의 부분방전 발생시 외함을 통하여 접지선으로 흐르는 부분방전 펄스전류를 검출하는 펄스 전류센서 ;전력설비 내부의 부분방전 발생시 전기적신호와 수반되어 발생하는 초음파 신호를 검출하는 초음파센서;초음파센서에서 검출된 초음파 신호와 고주파전류센서에서 검출된 펄스전류 신호에 대해 각각 신호레벨을 전치증폭시키고 유효신호대역 이외의 신호들을 제거하고 전치증폭된 신호세기가 일정하게 유지하여신호측정시 탐지된 실제 신호세기를 판독하는 필터 및 단위이득 조정회로부(100A,100B);마이크로 프로세서 시스템(400)의 제어하에 펄스수 계산을 하기 위한 하나의 신호를 선택하여 상기 마이크로 프로세서 시스템에서 설정한 문턱점 값과 신호 증폭값에 따라 디지털 신호로 변환시켜 원하는 센서 신호에 대한 펄스 발생수를 측정하는 펄스수 검출부(200);마이크로 프로세서 시스템(400)의 제어하에 파형측정을 하기위한 한 신호를 선택하여 적정한 신호세기까지 선형적으로 증폭하고 트리거 레벨값과 비교되어 클럭을 발생시켜 디지털 신호로 변환시키고, 발생된 클럭에 따라 파형데이터를 저장하므로써 원하는 센서 신호에 대한 고주파 아나로그파형 분석 및 데이터 처리를 행하는 고주파 아나로그 파형 측정 저장부(300);상기 펄스수 검출부(200)의 펄스 발생수 측정을 위한 디지털 계수 주기 및 계수시간을 제어하고, 상기 고주파 아나로그 파형 측정 저장 판독부(300)의 파형 측정, 저장, 판독을 위한 고주파 파형분석 및 데이터 처리를 제어하고, 원격측정 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)에 의한 운영컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)로/로부터 의 데이터 송,수신 및 통신상태를 제어하는 마이크로프로세서 시스템(400);마이크로프로세서 시스템(400)의 송신 데이터를 운용컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)로 송신하고, 상기 운용컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)로부터 송신된 데이터를 수신하는 마이크로프로세서 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500);운용컴퓨터(700)의 송신 데이터를 마이크로프로세서 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)로 송신하고, 상기 마이크로프로세서 시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)로부터 송신된 데이터를 수신하는 운용컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600);부분방전 온-라인 진단시스템 전체를 운영 및 관리하고 펄스수 측정 및 파형 분석에 의한 전력설비 진단 결과를 나타내는 윈도우즈3.1이상 또는 윈도우즈95이상에서 수행되는 프로그램 소프트웨어를 내장한 퍼스널 컴퓨터인 운용컴퓨터(700)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 필터 및 단위이득 조정회로부(100A)는, 동상잡음제거 성능이 우수하고 정교한 증폭성능을 갖는 능동 증폭기로 구성되며 상기 초음파신호 및 고주파의 펄스전류의 신호레벨을 증폭하는 전치증폭기(110)와,유효신호대역 이외의 신호들을 제거하기 위해 상기 초음파 신호를 통과시켜 신호 세기가 변화된 초음파 신호를 출력하는 능동대역통과필터(120)와,상기 전치증폭된 초음파신호의 신호세기를 일정하게 유지하여 신호측정시 탐지된 실제 신호세기를 읽어 내는 단위이득 조정회로부(130)를 포함하여 이루어지고,상기 필터 및 단위이득 조정회로부(100B)는동상잡음제거 성능이 우수하고 정교한 증폭성능을 갖는 능동 증폭기로 구성되며 상기 초음파신호 및 고주파의 펄스전류의 신호레벨을 증폭하는 전치증폭기(110)와,유효신호대역 이외의 신호들을 제거하기 위해 상기 펄스전류 신호를 통과시켜 신호 세기가 변화된 펄스전류 신호를 출력하는 능동대역통과 필터(140)와,상기 전치증폭된 고주파의 펄스전류의 신호세기를 일정하게 유지하여 신호측정시 탐지된 실제 신호세기를 읽어 내는 단위이득 조정회로부(150)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 펄스수 검출부(200)는, 마이크로프로세서 시스템(400)에서 설정한 문턱값이 유지되는 랫치(210)와,상기 랫치(210)에 유지된 문턱값이 일정한 아나로그 전압값으로 변환되는 제 1 D/A 변환기(220)와,마이크로프로세서 시스템(400)의 제어를 통하여, 펄스수를 계수하기 위한 하나의 신호를 선택하는 아나로그 멀티프렉서(230)와,상기 아나로그 멀티프렉서(230)에서 선택된 신호를 펄스 변환이 용이한 신호세기로 증폭시키는 선형 전압제어 증폭기(240)와,상기 제 1 D/A 변환기 (220)와 선형 전압제어 증폭기(240)의 출력을 입력으로 하여 마이크로프로세서 시스템(400)에서 설정한 문턱값과 신호 증폭값에 따라 디지탈 펄스로 변환하는 아나로그비교기(250)와,선형 전압제어 증폭기(240)에서 증폭된 신호 증폭값이 유지되는 랫치(260)와,상기 랫치(260)에 유지된 신호 증폭값이 선형 전압제어 증폭기(240)를 구동하는 일정값의 아나로그 전압값으로 변환되는 제 2 D/A변환기(270)와,상기 아나로그비교기(250)에서 변환된 디지탈 펄스가 상승곡선 및 하강곡선의 기울기가 매우 급격한 펄스로 조정되어 디지탈계수기(290)로 입력되는 슈미트 트리거 버퍼(280)와,상기 마이크로프로세서 시스템(400)의 디지탈계수주기 및 계수시간의 제어하에 펄스 계수를 행하는 디지탈 계수기(290)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 고주파 아나로그파형 측정,저장,판독부(300)는,마이크로프로세서 시스템(400)의 제어에 따라, 파형 측정을 하기 위해 다수 입력된 센서신호중에서 하나의 신호를 선택하는 아나로그 멀티프렉서(301)와,상기 선택된 신호가 제 3 D/A 변환기(304)에서 변환된 아나로그 전압값에 따라 증폭되는 전압제어증폭기(302)와,상기 전압제어증폭기(302)를 통하여 증폭된 신호가 유지되는 랫치(303)와,상기 랫치(303)에 유지된 신호가 아나로그 전압값으로 변환되고 변환된 아나로그 전압값에 따라 상기 전압제어증폭기(302)에서의 신호증폭을 야기하는 상기 제 3 D/A 변환기(304)와,마이크로프로세서 시스템(400)에서 디지탈 데이터로 출력되는 트리거레벨을 유지하는 랫치(305)와,상기 랫치(305)에서 유지된 트리거레벨이 아나로그 전압값으로 변환되는 제4 D/A 변환기(306)와,상기 전압제어 증폭기(302)를 거친 센서탐지 신호와 상기 제4 D/A 변환기(306)에서 변환된 트리거레벨이 비교되는 아나로그비교기(307)와,상기 센서탐지 신호에 의해 구동되고 A/D 변환기(309)를 작동하기 위한 클럭을 발생시키는 클럭발생부(308)와,상기 클럭발생부(308)로부터 공급된 클럭의 클럭주파수에 따라 디지털 변환을 행하는 상기 A/D 변환기(309)와,어드레스 카운터(311)에 의해 계수된 파형 데이터 저장 메모리의 어드레스에 데이터를 저장하는 파형데이터 저장부(310)와,상기 파형데이터 저장부(310)에 저장된 어드레스를 계수하는 어드레스 카운터(311)와,상기 파형데이터 저장부(310)와 마이크로프로세서 시스템 사이에서 상기 파형 데이터를 임시 저장하는 데이터 버퍼(312)와,마이크로프로세서 시스템의 제어하에 상기 파형데이터 저장부(310)에 저장할 메모리의 용량을 결정하고, 이렇게 설정된 메모리 용량에 데이터 저장이 완료되면 마이크로프로세서 시스템(400)에 데이터 저장 완료 신호를 전달하는 저장제어부(313)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 원격측정시스템측 고속 직렬 데이터 전송회로부(500)는,마이크로프로세서 시스템(400)의 송신시작 명령에 의해 송신클럭을 발생하는 송신클럭 발생기(503)와,송신될 데이터가 기록되고 상기 송신클럭과 동기되어 라인구동부(501)에 입력되는 직렬 데이터를 출력하는 쉬프트레지스터(502)와,최종 출력되는 상기 송신클럭과 이 클럭에 동기된 직렬 데이터인 송신데이타가 원거리 전송이 가능하도록 차동신호로 변환되어 출력되는 라인구동부 (501)와,수신데이터와 클럭이 동기되어 TTL 신호로 변환되는 라인수신부(504)와,상기 라인수신부(504)에서 TTL 신호로 변환되어 입력된 데이터가 병렬데이타로 바뀌는 쉬프트레지스터(505)와,상기 병렬 데이터에 존재하는 원격측정시스템(10)의 통신주소와 통신주소 설정부(510)에서 미리 설정한 통신주소가 서로 일치하면 수신데이타를 유지시킨후, 마이크로프로세서 시스템(400)에 데이터 수신을 알리는 데이터 랫치(506)와,수신클럭이 시작되는 시점부터 일정시간 지연된 펄스 신호를 발생시켜 마이크로프로세서 시스템(400)에게 다른 시스템의 통신상태를 알리는 지연클럭2 발생기(507)와,상기 수신클럭을 이용하여 일정시간동안 지연된 펄스 신호를 발생시키고, 이 펄스 신호로 수신 완료된 상기 쉬프트레지스터(505)의 데이터를 지우는 지연클럭1 발생기(508)와,통신주소가 미리 설정되어 있는 상기 통신주소 설정부(510)와상기 병렬 데이터에 존재하는 원격측정시스템(10)의 통신주소와 상기 통신주소 설정부(510)에서 미리 설정한 통신주소를 비교하는 디지털 비교기(509)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 운영컴퓨터측 고속 직렬 데이터 전송회로부(600)는,PC AT 버스 시스템(611)의 송신시작 명령에 의해 송신클럭을 발생하는 송신클럭 발생기(603)와,송신될 데이터가 기록되고 상기 송신클럭과 동기되어 라인구동부(601)에 입력되는 직렬 데이터를 출력하는 쉬프트레지스터(602)와,최종 출력되는 상기 송신클럭과 이 클럭에 동기된 직렬 데이터인 송신데이타가 원거리 전송이 가능하도록 차동신호로 변환되어 출력되는 라인구동부 (601)와,수신데이터와 클럭이 동기되어 TTL 신호로 변환되는 라인수신부(604)와,상기 라인수신부(604)에서 TTL 신호로 변환되어 입력된 데이터가 병렬데이타로 바뀌는 쉬프트레지스터(605)와,상기 병렬 데이터에 존재하는 운영컴퓨터의 통신주소와 통신주소 설정부(610)에서 미리 설정한 통신주소가 서로 일치하면 수신데이타를 저장하는 FIFO 메모리와,수신클럭이 시작되는 시점부터 일정시간 지연된 펄스 신호를 발생시켜 PC AT 버스 시스템(611)에게 다른 시스템의 통신상태를 알리는 지연클럭2 발생기(607)와,상기 수신클럭을 이용하여 일정시간동안 지연된 펄스 신호를 발생시키고, 이 펄스 신호로 수신 완료된 상기 쉬프트레지스터(605)의 데이터를 지우는 지연클럭1 발생기(608)와,통신주소가 미리 설정되어 있는 상기 통신주소 설정부(610)와상기 병렬 데이터에 존재하는 운영컴퓨터의 통신주소와 상기 통신주소 설정부(610)에서 미리 설정한 통신주소를 비교하는 디지털 비교기(609)를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 프로그램 소프트웨어를 내장한 퍼스널 컴퓨터인 운용컴퓨터(700)는, 부분방전에 의한 초음파 신호나 펄스전류 신호의 펄스수의 측정을 통해 진단하는 펄스수 측정·분석 관리자(702) 프로그램과,파형분석에 의한 진단을 수행하는 파형 측정·분석 관리자(705)프로그램을 포함하는 상기 프로그램으로 된 소프트웨어를 내장하며,상기 펄스수 측정·분석 관리자(702) 프로그램은, 진단대상 설비명, 측정주기, 측정시간, 문턱점, 신호증폭도 등을 수행하는 사용자 설정관리(703)프로그램과, 측정된 펄스수 데이터를 이용하여 지정 시간당 펄스수, 펄스발생 그래프 등을 표시하여 설정된 값에 따라 정상/주의/경보 상태를 자체적으로 판단하여 표시하며, 수십년의 데이터를 유지·관리하는 진단 결과 출력(703)프로그램을 포함하고,상기 파형분석에 의한 진단을 수행하는 파형 측정·분석 관리자(705)프로그램은, 파형 측정을 위한 측정대상 설비명, 측정주기, 트리거레벨, A/D변환속도, 저장 메모리용량 등을 필요시 사용자가 설정할 수 있는 설정관리(706)프로그램과, 측정된 신호파형의 확대/축소, 스펙트럼 분석, 소프트웨어적 파형 필터링, 신호파형의 세기 및 주파수 측정 등을 수행하는 신호분석(707)프로그램과, 분석처리된 신호파형 및 주파수 스펙트럼등을 표시하는 결과출력(708)프로그램등을 포함하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전력설비는 변압기, 케이블, GIS 등인 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 펄스 전류 센서는 고주파전류센서인 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 2 항에 있어서, 상기 초음파 센서 신호 및 펄스 전류 센서신호는 사용하는 센서의 수에 따라 다수 입력이 가능한 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 10 항에 있어서, 상기 센서의 수는 최대 8개인 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 2 항에 있어서, 상기 능동대역통과필터(120)는 대역폭이 100KHz 내지 300KHZ이고, 상기 능동대역통과필터(140)는 대역폭이 10KHz 내지 1MHz 인 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 3 항에 있어서, 상기 아나로그비교기(250)는 상기 문턱점 값 이상의 센서 탐지 신호를 한 주기에 한 개의 디지털 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 3 항에 있어서, 상기 랫치(260)는 D 형 플리플롭 형태의 랫치인 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 3 항에 있어서, 상기 디지탈계수주기 및 계수시간은 사용자의 선택에 따라서 또는 상기 디지털 계수기(290)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 4 항에 있어서, 상기 A/D 변환기(309)에 입력되는 상기 전압제어증폭기(302)의 출력신호는 마이크로프로세서 시스템(400)에서 제어하는 트리거레벨보다 큰 신호가 나타나는 순간부터 디지탈 변환을 시작하여 상기 파형데이타 저장부(310)에 저장되는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 4 항에 있어서, 상기 전압제어 증폭기(302)를 거친 센서탐지 신호는 상기 센서탐지 신호가 상기 트리거레벨과 상기 아나로그비교기(307) 보다 큰 순간부터 상기 클럭발생부(308)를 구동하여 A/D 변환기(309)를 작동하기 위한 클럭을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 4 항에 있어서, 상기 A/D 변환기는 상기 마이크로프로세서 시스템(400)을 제어에 따라 입력되는 신호 주파수의 10배 이상의 A/D 변환속도로 디지털 변환을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 PC(700)1대와 다수의 원격측정시스템(10)은 데이터 및 클럭이 입·출력되는 포트를 두 개로 하여 데이지 체인으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 원격측정시스템측 동기식 직렬 전송회로부(500)와 상기 운영컴퓨터측 동기식 직렬 전송회로부(600)는 RS-485통신방식으로 RS-485 방식을 이용하며, 500bps의 전송속도로 통신하는 것을 특징으로 하는, 부분방전 온 라인 진단시스템.
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| KR1019970047283A KR19990025593A (ko) | 1997-09-13 | 1997-09-13 | 부분방전 온-라인 진단시스템 |
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| KR1019970047283A KR19990025593A (ko) | 1997-09-13 | 1997-09-13 | 부분방전 온-라인 진단시스템 |
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| KR19990025593A true KR19990025593A (ko) | 1999-04-06 |
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ID=66044314
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