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KR20210014877A - An On-line Monitoring Method and Its Device Using the Circuit Constants Measurement of Electric Power Equipment - Google Patents

An On-line Monitoring Method and Its Device Using the Circuit Constants Measurement of Electric Power Equipment Download PDF

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Publication number
KR20210014877A
KR20210014877A KR1020190092865A KR20190092865A KR20210014877A KR 20210014877 A KR20210014877 A KR 20210014877A KR 1020190092865 A KR1020190092865 A KR 1020190092865A KR 20190092865 A KR20190092865 A KR 20190092865A KR 20210014877 A KR20210014877 A KR 20210014877A
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South Korea
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facility
circuit
power
voltage
equation
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김일동
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김일동
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to a monitoring method for identifying the abnormality and soundness of a large power facility (a power generator, a transformer, a power line or the like) in operation, which is installed in a power plant and a substation of an electric power company or a power receiving room of a factory or the like, and a hardware apparatus therefor. To achieve the purpose, the present invention employs a method of monitoring a facility by measuring an electric circuit integer in the facility, which inevitably changes when the facility is abnormal. In the method, a circuit integer is measured by establishing a primary algebraic equation (including unknown circuit integers) receiving voltages and currents of input and output terminals of a facility and indicating a voltage-current relation of each part in accordance with an equivalent circuit model suitable for the scale of the facility, and analyzing the same. Here, in the case of an equation with two unknown integers, two simultaneous equations are needed (when ″T″ and ″π″ are equivalent), and thus, the equation which has been measured and established on the first step, is stored via a predetermined procedure, and then, is retrieved afterward to be simultaneously used. Since each circuit integer obtained in such way indicates certain physical properties of the facility, when a change is observed, the abnormality of the facility can be predicted and monitored, and the facility can be monitored through its change trend, a graph and a diagram, a message and a warning means.

Description

운전 중인 전력설비 내부 전기회로정수 측정에 의한 설비 건전상태 감시 방법과 그의 장치{An On-line Monitoring Method and Its Device Using the Circuit Constants Measurement of Electric Power Equipment}An On-line Monitoring Method and Its Device Using the Circuit Constants Measurement of Electric Power Equipment {An On-line Monitoring Method and Its Device Using the Circuit Constants Measurement of Electric Power Equipment}

본 발명은 전압이 인가되어 상시 운전중인 전력설비의 이상유무 및 건전성을 확인하여 안전운전을 도모하고 사고발생을 회피 또는 예방할 수 있게 하는 감시방법에 대한 기술적 방법과 이를 위한 하드웨어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a technical method and a hardware device for a monitoring method that enables safe operation and avoids or prevents accidents by checking the abnormality and soundness of a power facility that is constantly operating by applying a voltage.

전력설비의 이상 유무나 상태변화는 1차적으로 그 내부의 회로정수들 (저항 r, 유도리액턴스

Figure pat00001
, 용량성리액턴스
Figure pat00002
, 누설저항
Figure pat00003
)의 변화에 의하여 비롯된다. 그러나 지금까지는 운전중인 전력설비의 회로정수를 측정하는 방법은 없었고 전력설비에 센서들을 부착하여 설비의 회로정수 변화로부터 발생된 2차적인 물리현상인 설비의 온도, 압력, 진동, 특정 가스 발생 및 부분방전 현상 등을 감지하여 전력설비의 상태를 예측하여 운전해오고 있는 실정이며, 이윽고 사고상태에 이르면 과전류나 전압, 차전류 등의 확대된 현상을 검출하는 보호계전장치 등을 이용하여 전력기기를 긴급 정지시키거나 경보를 발생하여 알려 주는 운전제어 방식을 사용한다.The presence or absence of an abnormality in the power facility or change of state is primarily related to the internal circuit constants (resistance r , inductive reactance
Figure pat00001
, Capacitive reactance
Figure pat00002
, Leakage resistance
Figure pat00003
). However, until now, there was no way to measure the circuit constant of the power facility in operation, and by attaching sensors to the power facility, the secondary physical phenomena arising from the change in the circuit constant of the facility, such as temperature, pressure, vibration, and specific gas generation and parts. Power equipment is being operated by predicting the state of power equipment by detecting discharge phenomena. In the event of an accident, the power equipment is emergency by using a protection relay device that detects enlarged phenomena such as overcurrent, voltage, and differential current. Use the operation control method to stop or generate an alarm to notify you.

예컨대, 온도에 의해 감시하는 경우, 설비의 모든 부분에 온도를 감지하는 것이 아니고 온도센서가 설치된 부위의 과열이나 온도 변화만을 검출하게 되며 감지할 수 없는 부위가 존재하게 되거나 이상 검출에 시간지연이 존재할 수 있는 등 이상여부 검출 및 감시 방식에 부족함이 있고 사고초기에는 더욱 그러하다. 특히 넓은 공간에 거처 설치되는 송전선로의 경우에는 다수의 센서들을 설치해야 하고 이들을 유지보수하는데 에도 많은 어려움이 있어 기존의 감시방식들은 실용성이 떨어지게 된다.For example, in the case of monitoring by temperature, it does not detect temperature in all parts of the facility, but only detects overheating or temperature change in the area where the temperature sensor is installed, and there are areas that cannot be detected or there is a time delay in detecting abnormalities There is a lack of detection and monitoring methods for abnormalities such as possible, and even more so at the beginning of the accident. In particular, in the case of a transmission line installed in a large space, a number of sensors must be installed and there is a lot of difficulty in maintaining them, so existing monitoring methods are less practical.

선행 특허(선행특허문헌 참조)에서는 동일한 목적을 추구하고 있으나 주로 송전선로를 대상으로 하는 방법으로써 2단계 연산과정을 거쳐 복잡한 해석과정이 필요 하며 설비에 대한 등가전기회로를 좌우대칭으로 고려하고 있어 선로가 아닌 발전기나 변압기에서는 적합하지 않는 측정결과를 준다.The preceding patent (refer to the preceding patent document) pursues the same purpose, but it is a method mainly targeting transmission lines, requiring a complex analysis process through a two-step calculation process, and considering the equivalent electric circuit for the facility as a left-right symmetry. It gives measurement results that are not suitable for generators or transformers that are not.

그러나 본 제안의 방법은 전력설비 입력단에서 출력단까지 전체 구간에 펼쳐있는 회로정수(각 도체의 상태, 접속부 상태와 설비들을 연결하는 접촉단자, 차단기, 개폐기류의 접촉부의 상태불량 등에 대하여는 회로저항(r)이, 설비 권선상의 측간 단락 등의 이상, 철심의 이상 등에 대하여는 유도성리액턴스(

Figure pat00004
), 절연체의 누전이나 절연 열화 등에 대하여는 누설저항(
Figure pat00005
) 및 용량성 리액턴스(
Figure pat00006
))의 값들이 설비의 여러가지 상태를 나타내주고 있음에 착안한 방법으로 감시효과와 실용성이 높은 새로운 방법으로 고가의 주요설비 상태감시에 적합하다.However, the method of this proposal is applied to the circuit resistance ( r) for the condition of each conductor, the condition of the connection and the contact terminal connecting the equipment, the faulty condition of the contact part of the circuit breaker and switchgear. ), inductive reactance (
Figure pat00004
), leakage resistance (
Figure pat00005
) And capacitive reactance (
Figure pat00006
This is a new method with high monitoring effect and practicality as a method conceived that the values of )) indicate various conditions of equipment, and is suitable for monitoring the condition of expensive main equipment.

국내특허 등록번호 10-1171027-0000(2012.05.05.) (특허의 대상 설비나 기능은 유사하나 방법과 장치가 다름)Domestic Patent Registration No. 10-1171027-0000 (2012.05.05.) (The target facilities and functions of the patent are similar, but the method and device are different)

최신 송배전공학 1999. 2. 송길영 공학박사 저, ISBN 89-381-0198-3 동일출판사The latest transmission and distribution engineering 1999. 2. Song Gil-young, Ph.D., Engineering, ISBN 89-381-0198-3 Identical Publishing House

본 발명은 운전중인 전력설비의 이상 유무나 건전성을 감시하기 위하여 설비의 내부 회로정수들을 측정해야 하는데 재래식 방법으로는 회로의 임피던스크기를 측정하는 거리계전기가 있으나 이 거리계전기는 전력설비의 임피던스 뿐 만 아니라 계통 및 부하측 임피던스도 함께 측정함으로써 자체만의 회로정수를 측정 할 수 없으며, 입출력 단에 2대의 임피던스 계전기를 설치하고 동시 측정된 임피던스의 차이값을 산출하여 측정하는 방법이 있겠으나 설비의 내부 회로정수가 직병열로 연결되어 각각의 정수를 정확히 산출하기가 어렵다.In the present invention, the internal circuit constants of the facility must be measured in order to monitor the presence or integrity of the power facility being operated. A conventional method is a range relay that measures the impedance of the circuit, but this range relay is only the impedance of the power facility. In addition, it is not possible to measure the circuit constant of its own by measuring both the system and load side impedances. There is a method to measure by installing two impedance relays at the input and output terminals and calculating the difference value of the measured impedance at the same time. Since integers are connected in series and parallel, it is difficult to accurately calculate each integer.

전력설비의 내부 전기회로정수를 측정하기 위하여 [도-1] 과 같이 마이크로프로세서를 중심으로 한 하드웨어 장치(1)를 전력설비에 연결하여 전압변성기들(2)과 변류기들(3)로부터 전압, 전류를 입력받아 소정의 소프트웨어적 방법으로 전기회로정수를 산출 측정하고 그 값들의 변화정도에 따라 설비의 상태를 판단하고 감시하게 된다.In order to measure the internal electric circuit constant of the power facility, a hardware device (1) centered on a microprocessor is connected to the power facility as shown in [Fig. 1], and the voltage from the voltage transformers (2) and current transformers (3), It receives the current, calculates and measures the electric circuit constant by a predetermined software method, and determines and monitors the state of the facility according to the degree of change of the values.

전력설비의 실제 내부 전기회로는 매우 복잡하지만 전기적 특성을 해석하기 위해서는 각 설비에 알맞은 등가회로 모델들을 사용하는 것처럼 본 발명에서도 발전기, 변압기, 송전선에 대한 등가회로 모델을 설비규모와 종류에 알맞도록 [도-2] , [도-3] , [도-4] 에 나타낸 바와 같은 3가지 형태로 정하고 해당 설비 입, 출력단으로 부터 측정된 순시치 전압, 전류들을 받아들여 소정의 디지털 연산 기법을 이용하여 그의 폐이저량(복소수 값) 크기를 산출하여 해당 모델회로에 맞는 2~3개의 회로방정식(1차방정식) 들을 수립하고 이 방정식을 해석함으로써 설비상태를 나타내는 전기회로 정수들을 측정한다.The actual internal electric circuit of the power facility is very complex, but in order to analyze the electrical characteristics, equivalent circuit models suitable for each facility are used. In the present invention, equivalent circuit models for generators, transformers, and transmission lines are adapted to suit the size and type of equipment [ 2], [Fig.-3] and [Fig.-4] are selected in three forms, and the measured instantaneous voltage and currents measured from the input and output terminals of the equipment are received, and a predetermined digital operation method is used. Calculate the size of his waste loss (complex number), establish two to three circuit equations (first-order equations) suitable for the model circuit, and analyze these equations to measure the electric circuit constants representing the equipment state.

여기서 미지수가 하나인 방정식으로 부터는 바로 미지의 회로정수를 산출하고, 미지의 회로정수가 2개인 방정식의 경우에는 앞서 측정하여 저장해둔 동종의 방정식들 중 현재 측정된 전압, 전류와는 ±5%이상 차이가 있는 것(설비 출력에 차이가 있는 것)을 검색하여 총 2개의 1차 연립방정식을 구성하여 이들로부터 2개의 미지 회로정수를 산출한다.Here, the unknown circuit constant is calculated immediately from the equation with one unknown, and in the case of the equation with two unknown circuit constants, ±5% or more of the currently measured voltage and current among the same equations measured and stored previously. A total of two first-order system equations are constructed by searching for differences (the ones with differences in the output of the facility), and two unknown circuit constants are calculated from them.

이와 같이 산출 측정되는 회로정수의 변화를 비교 검토하여 그 변화가 일정치이상 증가 또는 감소되는 경우에는 설비의 이상 또는 불량으로 판단하여 적절한 대응이 가능토록 감시하는 방법을 특징으로 하는 방법이다.This method is characterized by a method of comparing and reviewing the change in the calculated and measured circuit constant, and if the change increases or decreases by more than a certain value, it is judged as an abnormality or defectiveness of the facility and monitored so that an appropriate response is possible.

동일한 목적으로 선행된 특허에 의한 방법은 모든 전력설비를 송전선과 같이 좌우가 대칭인 4단자정수(

Figure pat00007
)를 가진 회로로 모델링하므로써 실제의 상세한 회로정수를 측정하는데 부적당하고 복잡한 수학함수 처리나 여러번의 연산처리가 필요함에 비하여 본 발명에서는 2개의 연립 1차방정식을 푸는 것만으로도 다양한 회로정수를 구할 수 있다.For the same purpose, the method according to the preceding patent is a 4-terminal constant (
Figure pat00007
), it is inappropriate to measure actual detailed circuit constants and requires complex mathematical function processing or computational processing several times, but in the present invention, various circuit constants can be obtained simply by solving two simultaneous linear equations. have.

본 발명은 전력설비에 이상 현상이 발생되면 필연적으로 변화되는 전기회로 정수들(직열저항:r, 직열리액턴스:

Figure pat00008
, 누설저항:
Figure pat00009
, 병열리액턴스:
Figure pat00010
등)과 이들로부터 절연상태를 알 수 있는 유전정접(tanδ)을 정략적으로 측정하여 운전 중에 그의 변화를 감시함으로써 사고가 크게 진전되기 이전에 전력설비의 이상유무 상태를 더 신속하고 정확하게 감시할 수 있어 지금까지의 기술적 방법보다 우수한 결과를 기대 할 수 있다. 이로써 설비 이용률 향상 및 수명연장에 크게 이바지 하여 전력회사들과 전기사용자들의 전력설비 운용성과 전력공급신뢰도 향상에 큰 도움을 기대할 수 있다.The present invention is an electric circuit constants that inevitably change when an abnormal phenomenon occurs in a power facility (direct heat resistance: r , direct heat reactance:
Figure pat00008
, Leakage resistance:
Figure pat00009
, Parallel reactance:
Figure pat00010
Etc.) and the dielectric loss tangent (tan δ ) that can be used to determine the insulation status from them, and by monitoring the change during operation, it is possible to more quickly and accurately monitor the abnormality status of the power facility before the accident progresses significantly. So, you can expect better results than the previous technical methods. This greatly contributes to improving the facility utilization rate and prolonging the lifespan, and can be expected to greatly help power companies and electric users to improve power facility operability and power supply reliability.

[도 1] 본 발명에 의한 상태감시 장치가 피감시 전력설비와 연결되어 사용되는 결선도이다.
[도 2] 본 발명에 의한 상태감시장치의 내부 구조 및 기능을 나타내는 블록도이다.
[도 3] 설비 전압, 용량본 발명의 원리를 적용하기 위한 "T"형 등가회로도이며 중소용량, 중단거리(전압 70kV,용량50MVA이상)설비에 해당된다.
[도 4] 본 발명의 원리를 적용하기 위한 "π"형 등가회로도며 중대용량, 중장거리 설비(전압 200kV, 용량 350MVA이상)설비에 해당된다.
[도 5] 본 발명의 원리를 적용하기 위한 "ㄱ"형 등가회로도이며 그 밖의 소규모 설비에 해당된다.
[도 6] 본 발명이 시행되는 절차를 도시한 순서 흐름도이다.
[부호의 설명]
1: 전력설비 상태감시 장치
2: 설비의 입력과 출력측 고전압을 저압으로 낮추어주는 전압변성기들
3: 고전압 대전류를 1~5암페어 수준으로 낮추어 주는 전류변성기들
4: 전압입력모듈
5: 전류입력모듈
6: 주변환경 정보(온도, 일기조건 등)를 받아들이는 모듈
7: 아나로그 정보들을 디지털 형태로 변환시키는 A/D변환모듈
8: 시간 동기를 이루기 위해 필요한 GPS수신 모듈이며
9: 디지털화된 정보를 메모리에 저장하는 모듈
10: 연산처리장치
11: HMI모듈
12: 인터페이스 모듈
13; 데이터 저장모튤
14: 전원 공급 모듈
[Fig. 1] A connection diagram in which the condition monitoring device according to the present invention is used in connection with the monitored power facility.
2 is a block diagram showing the internal structure and function of a state monitoring device according to the present invention.
[Fig. 3] Equipment voltage, capacity It is a "T" type equivalent circuit diagram for applying the principles of the present invention, and corresponds to small and medium capacity, short distance (voltage 70kV, capacity 50MVA or more) equipment.
[Fig. 4] It is a "π"-type equivalent circuit diagram for applying the principles of the present invention, and corresponds to medium and large capacity, medium and long distance equipment (voltage 200kV, capacity 350MVA or more) equipment.
[Fig. 5] It is an equivalent circuit diagram of "a" type for applying the principles of the present invention, and corresponds to other small scale facilities.
[Fig. 6] is a flow chart showing a procedure in which the present invention is implemented.
[Explanation of code]
1: Power facility condition monitoring device
2: Voltage transformers that reduce the high voltage of the input and output side of the facility to low voltage
3: Current transformers that reduce high voltage and high current to the level of 1 to 5 amps
4: voltage input module
5: current input module
6: A module that accepts environmental information (temperature, weather conditions, etc.)
7: A/D conversion module that converts analog information into digital form
8: GPS receiving module required to achieve time synchronization
9: module that stores digitized information in memory
10: operation processing device
11: HMI module
12: interface module
13; Data storage module
14: power supply module

첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 운전 중 회로정수 측정에 의한 전력설비 상태감시에 대한 실시방법에 대하여 상세하게 기술한다.With reference to the accompanying drawings, a detailed description will be given of a method for monitoring the state of power facilities by measuring circuit constants during operation according to the present invention.

입, 출력단 전압, 전류 정상분 산출 저장Input and output voltage and current normal value calculation and storage

상태감시장치(1)는 전력설비에 설치된 전압 변성기(2) 및 변류기(3)로부터 3상 전압 및 전류를 동시에 입력받아 전압 입력모듈(4)과 전류 입력모듈(5)에 입력되어 낮은 레벨의 신호로 조정과 필터링을 통한 잡음제거 과정을 거쳐 순차적으로 AD변환모듈(7)에서 디지털 데이터로 변환되어 Data처리 모듈을 통해 저장모듈(13)로 보내져 대기되어 있다가 필요에 따라 연산처리 모듈(10)에 보내져 퓨리에 변환과정의 연산처리를 통하여 각 전압, 전류 값들이 복소수형태로 얻어진다. 이 때 얻어진 전압, 전류에 대하여는 편의상 각각 [수 1] 및 [수 2] 와 같이 표기한다. 이 값들은 일단 Data저장모듈(13)로 보내져 저장되어 있다가 이후의 과정에서 사용된다.The state monitoring device (1) receives three-phase voltage and current from the voltage transformer (2) and current transformer (3) installed in the power facility at the same time, and is input to the voltage input module (4) and the current input module (5). After a noise reduction process through signal adjustment and filtering, the AD conversion module 7 is sequentially converted to digital data, and then sent to the storage module 13 through the data processing module and waited. If necessary, the operation processing module 10 ), and each voltage and current values are obtained in complex form through the computational processing of the Fourier transform process. The voltage and current obtained at this time are expressed as [Number 1] and [Number 2], respectively, for convenience. These values are once sent to the data storage module 13 to be stored and used in a later process.

[수 1][Wed 1]

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서

Figure pat00012
: 1차측 A상 전압(복소수값:phasor value)),here
Figure pat00012
: Primary A-phase voltage (complex value: phasor value)),

Figure pat00013
: 1치측 A상 전압의 실효값(real value)
Figure pat00013
: Real value of A-phase voltage on the 1-value side

Figure pat00014
: 1차측 A상 전압의 허수값(imaginary value)
Figure pat00014
: Imaginary value of the primary A-phase voltage

Figure pat00015
: 2차측 A상 전압(복소수값: phasor value)),
Figure pat00015
: Secondary A-phase voltage (complex value: phasor value)),

Figure pat00016
: 2치측 A상 전압의 실효값(real value)
Figure pat00016
: Real value of A-phase voltage on the binary side

Figure pat00017
: 2차측 A상 전압의 허수값(imaginary value)
Figure pat00017
: Imaginary value of the secondary side A-phase voltage

이하 다른 상(B상, C상) 전압도 같은 형식의 기호 표시를 가지며 각각의 표기는 생략 한다.Hereinafter, voltages of other phases (B-phase, C-phase) have the same type of symbol, and each notation is omitted.

[수 2][Wed 2]

Figure pat00018
Figure pat00018

여기서

Figure pat00019
: 1차측 A상 전류(페이저값: phasor value)),here
Figure pat00019
: Primary A-phase current (phasor value)),

Figure pat00020
: 1치측 A상 전류의 실효값(real value)
Figure pat00020
: Real value of the 1-value side A-phase current

Figure pat00021
: 1차측 A상 전류의 허수값(imaginary value)
Figure pat00021
: Imaginary value of the primary A-phase current

Figure pat00022
: 2차측 A상 전류(페이저값: phasor value)),
Figure pat00022
: Secondary A-phase current (phasor value)),

Figure pat00023
: 2치측 A상 전류의 실효값(real value)
Figure pat00023
: Real value of the A-phase current on the binary side

Figure pat00024
: 2차측 A상 전류의 허수값(imaginary value)
Figure pat00024
: Imaginary value of the secondary side A-phase current

이하 다른 상(B상, C상) 전류도 같은 형식의 기호 표시를 가지며 각각의 표기는 생략한다.Hereinafter, other phase (B-phase, C-phase) currents are marked with the same type of symbol, and each notation is omitted.

순수 정상분 전압, 전류 산출 저장 (비특허문헌 참조)Calculation and storage of pure normal voltage and current (refer to non-patent literature)

이어서 회로 정수측정에 오차를 유발할 수 있는 3상 계통의 영상분이나 역상분 전압, 전류를 산출하여 앞에서 구한 각상 전압, 전류값에서 감산함으로써 포함된 영상분, 역상분을 각각 제거해주어 회로정수측정에 오차를 최소화하는 과정이 필요하다. 여기서 영상분이나 역상분을 산출하는 과정과 상기 [수 1] 및 [수 2] 에서 구해진 각상 전압, 전류로부터 영상, 역상성분을 감산하여 순수한 정상 성분을 구하는 과정은 일반 송배전공학 또는 전력공학 교재에 나타나 있는 방법을 그대로 적용할 수 있어 본 명세서에서는 설명을 생략하며 이후부터는 [수 1] 및 [수 2] 로부터 구해진 각상 전압과 전류 값은 이미 영상분 및 역상분 및 고조파, 고주파 성분이 제거된 순수한 정상분 값으로 구해진 것으로 간주한다.Then, by calculating the video component or reverse phase voltage and current of the three-phase system that may cause an error in the measurement of the circuit constant, subtracting from each phase voltage and current value obtained previously removes the video component and the reverse phase component, respectively, to measure the circuit constant. There is a need for a process to minimize errors. Here, the process of calculating the image component or the reverse phase component and the process of subtracting the image and reverse phase components from each phase voltage and current obtained in [Number 1] and [Number 2] to obtain a pure normal component Since the method shown can be applied as it is, the description will be omitted in this specification. From then on, the voltage and current values of each phase obtained from [Number 1] and [Number 2] are already pure image, inverse phase, harmonic, and high-frequency components have been removed. It is regarded as obtained by the normal value

설비 등가회로 모델 채택Adoption of equipment equivalent circuit model

이어서 전력설비 내부회로정수를 산출하기 위하여 3가지 등가회로 모델을 설정하여 도입한다. 전력설비인 발전기, 변압기 및 송전선 등은 규모에 따라 이들의 전기적 특성을 가장 실제와 근접하게 표시할 수 있는 등가회로를 채택하여 이용하는 것이 일반적이다. 본 발명에서도 이와 같이 중소용량, 중단거리 설비(전압 70kV이상 또는 용량50MVA이상)에 대하여는 [도 3] 과 같은 "T"형 등가회로로, 중대용량, 중장거리 설비(전압 200kV이상 또는 용량 350MVA이상)에 대하여는 [도 4] 와 같은 "π"형 등가회로로, 그 미만 소규모 설비에 대하여는 [도 5] 와 같은 "

Figure pat00025
"형 단순등가회로를 적용하여 설비 내부의 전기회로정수를 산출하도록 한다. 등가회로는 각상이 동일하므로 단지 "A"상에 대하여만 나타내었다.Next, three equivalent circuit models are set and introduced in order to calculate the internal circuit constant of the power facility. In general, power facilities such as generators, transformers, and transmission lines adopt and use equivalent circuits that can display their electrical characteristics most closely to the actual, depending on the scale. In the present invention, as described above, for small and medium-sized, short-distance equipment (voltage 70kV or higher or capacity 50MVA or higher), it is a "T"-type equivalent circuit as shown in [Fig. ) Is a "π"-type equivalent circuit as shown in [Fig. 4], and for smaller facilities less than that, it is shown in [Fig. 5].
Figure pat00025
Apply "type simple equivalent circuit to calculate the electric circuit constant inside the facility. Since each phase of the equivalent circuit is the same, only the "A" phase is shown.

[실시예 1][Example 1]

"T"형 등가회로를 이용한 중소용량 전력설비(전압 70kV이상 또는 용량 50MVA이상) 회로정수 측정방법을 설명한다.The method of measuring the circuit constant of small and medium-sized power equipment (voltage 70kV or higher or capacity 50MVA or higher) using "T" type equivalent circuit will be described.

1) 직열 회로정수

Figure pat00026
구하기1) Series circuit constant
Figure pat00026
exoneration

[도 3] 의 등가회로에서 각 임피던스(

Figure pat00027
)의 양단에 나타나는 전압, 전류에 관한 전기회로이론을 방정식으로 표현하면 다음 수식 [수 3] [수 4] [수 5] 들과 같다. 여기서 실제로 전력설비들은 3상 회로이지만 각상이 동일한 형태이므로 대표적으로 a상에 대하여만 수식을 표기하였다.In the equivalent circuit of [Fig. 3], each impedance (
Figure pat00027
If the electric circuit theory about voltage and current appearing at both ends of) is expressed as an equation, it is as follows: [Number 3] [Number 4] [Number 5]. Here, the power facilities are actually three-phase circuits, but since each phase is of the same type, the formula is represented only for phase a.

[수 3][Wed 3]

Figure pat00028
Figure pat00028

여기서here

Figure pat00029
: 입력단측 a상 직열임피던스(
Figure pat00030
)
Figure pat00029
: A-phase direct thermal impedance on the input side (
Figure pat00030
)

Figure pat00031
: 입력단 a상 전압
Figure pat00031
: Input terminal a-phase voltage

Figure pat00032
: 중간점 a상 전압
Figure pat00032
: Mid-point a-phase voltage

Figure pat00033
: 입력단 a상 전류
Figure pat00033
: Input terminal a-phase current

[수 4][Wed 4]

Figure pat00034
Figure pat00034

여기서here

Figure pat00035
: 출력단측 a상 직열임피던스(
Figure pat00036
)
Figure pat00035
: Output a-phase direct thermal impedance (
Figure pat00036
)

Figure pat00037
: 출력단 a상 전압
Figure pat00037
: Output a-phase voltage

Figure pat00038
: 중간점 a상 전압
Figure pat00038
: Mid-point a-phase voltage

Figure pat00039
: 출력단 a상 전류
Figure pat00039
: Output a-phase current

[수 5][Wed 5]

Figure pat00040
Figure pat00040

여기서here

Figure pat00041
: 중간점 a상 전압
Figure pat00041
: Mid-point a-phase voltage

Figure pat00042
: 설비내부 a상 병렬임피던스
Figure pat00042
: A-phase parallel impedance inside the facility

Figure pat00043
: 입력단 a상 전압
Figure pat00043
: Input terminal a-phase voltage

Figure pat00044
: 출력단 a상 전류
Figure pat00044
: Output a-phase current

미지의 정수

Figure pat00045
를 산출하기 위하여 [수 5] 의
Figure pat00046
를 [수 3] 및 [수 4] 에 각각 대입하고 이들을 종합적으로 정리하면 아래 [수 6] 식과 같이 된다.Unknown essence
Figure pat00045
To calculate [number 5] of
Figure pat00046
Substituting in [Equation 3] and [Equation 4] respectively, and summarizing them collectively, it is as shown in [Equation 6] below.

[수 6][Wed 6]

Figure pat00047
Figure pat00047

상기 [수 6] 에서 4개의 상태변수인

Figure pat00048
는 측정된 값으로 기지수이고
Figure pat00049
2개는 구하고자 하는 미지수이다. 따라서 이 2개의 미지수를 산출(측정)하기 위하여는 또 다른 운전조건(전압,전류가 다른)에서 수립된 [수 6] 과 같은 형태의 1차 방정식이 1개 이상 더 필요하다. 따라서 앞서 측정되고 방정식으로 수립되어 저장된 [수 6] 형태의 다른 방정식 중 출력단 전압, 전류 값(
Figure pat00050
)이 현재 것과 일정치 이상 차이(예 ±5%이상)가 있는 것 중 차이가 크고 기타 운전환경(외기 온도 등)은 현재와 유사한 경우를 검색하여 2개의 1차 연립방정식을 구성하고 이로부터 미지의 회로정수를
Figure pat00051
를 구한다. 따라서 매번 측정하여 수립되는 [수 6] 형태의 방정식은 저장하는 것은 원칙으로 하되 이미 저장된 방정식의 전압, 전류의 크기와 위상각이 각각 ±5%이상 차이가 나는 것들을 저장하여 이후과정에서 필요에 따라 선택 사용 할 수 있도록 해야 한다. 다만 2일 이상 오래 저장된 방정식은 자동으로 삭제 되도록 하여 오래된 데이터로부터 오차 발생이 생기지 않도록 한다. 아울러 설비 별 현장별 여건에 따라 적합하게 이들의 크기 레벨을 수동으로 조정 할 수 있도록 장치를 설계 제작한다.Four state variables in [Number 6] above
Figure pat00048
Is the measured value and is known
Figure pat00049
Two are the unknowns you want to find. Therefore, in order to calculate (measure) these two unknowns, one or more linear equations in the form of [Number 6] established under another operating condition (different voltage and current) are required. Therefore, among other equations in the form of [Number 6] previously measured and established and stored as an equation, the output voltage and current values (
Figure pat00050
) Is larger than the current one (e.g. ±5% or more), the difference is large, and other operating environments (external temperature, etc.) are similar to the current one, and two first-order systems of equations are formed and unknown therefrom. The circuit constant of
Figure pat00051
Find Therefore, it is a principle to store equations in the form of [Number 6], which are measured and established each time, but store those that have a difference of ±5% or more, respectively, in the voltage, current magnitude, and phase angle of the previously stored equation. It should be made available for selection. However, the equations stored longer than two days are automatically deleted so that errors do not occur from the old data. In addition, devices are designed and manufactured so that their size levels can be manually adjusted according to the conditions of each site.

2) 내부병렬 회로정수

Figure pat00052
구하기2) Internal parallel circuit constant
Figure pat00052
exoneration

설비의 내부 회로정수를 구성하는 어드미턴스(

Figure pat00053
)를 산출하기 위하여는 중간점 전압
Figure pat00054
을 알아야 하므로 식 [수 7] 을 이용하고 이어서 전압, 전류간의 관계에 따라 식 [수 8] 과 같이 연산하여 산출 한다. 여기서 설비가 변압기나 리액터가 아닌 경우는
Figure pat00055
성분은 존재하지 않아 생략된다.Admittance constituting the internal circuit constant of the facility (
Figure pat00053
) To calculate the midpoint voltage
Figure pat00054
Since you need to know Eq. [Equation 7], then calculate it as Equation [Equation 8] according to the relationship between voltage and current. Here, if the facility is not a transformer or reactor,
Figure pat00055
Ingredients do not exist and are omitted.

[수 7][Wed 7]

Figure pat00056
Figure pat00056

Figure pat00057
을 산출한 후 식 [수 5]
Figure pat00058
로부터
Figure pat00057
After calculating the equation [Equation 5]
Figure pat00058
from

[수 8][Wed 8]

Figure pat00059
Figure pat00059

이로써 병열회로를 이루는 누설저항과 철손 저항이 종합된 (

Figure pat00060
) 성분과 리액턴스 성분인 정전용량(
Figure pat00061
)과 유도성 성분(
Figure pat00062
:변압기, 리액터의 경우만 존재) 측정이 가능하며 그들의 변화에 따라 설비에 이상을 예측 할 수 있게 된다.In this way, the leakage resistance and the iron loss resistance forming the parallel circuit are combined (
Figure pat00060
) Component and reactance component (
Figure pat00061
) And inducible components (
Figure pat00062
: Only in the case of transformers and reactors) Measurement is possible, and abnormalities in the facility can be predicted according to their changes.

[실시예 2][Example 2]

"π"형 등가회로를 이용한 중대용량 전력설비(전압 200kV이상 또는 용량350MVA이상)회로 정수 산출Calculation of the constant of medium and large-capacity power equipment (voltage 200kV or higher or capacity 350MVA or higher) using "π" type equivalent circuit

1) 내부병렬 회로정수 산출1) Internal parallel circuit constant calculation

Figure pat00063
구하기
Figure pat00063
exoneration

등가회로도 [도 4] 에서 π회로의 좌우측 분기점에서의 전류관계를 수식으로 나타내면 [수 9] 이 성립되며 역시 변압기나 리액터가 아닌 경우는

Figure pat00064
성분은 존재하지 않는다.In the equivalent circuit diagram [Fig. 4], if the current relationship at the left and right branch points of the π circuit is expressed by an equation, [number 9] is established. In the case of a non-transformer or reactor,
Figure pat00064
There are no ingredients.

[수 9][Wed 9]

Figure pat00065
Figure pat00065

상기 [수 9] 식에 양단의 전압(

Figure pat00066
)을 도입하여 회로의 전압-전류간의 관계를 1차 회로방정식으로 나타내면 [수 10] 으로 표현된다.The voltage across both ends (
Figure pat00066
) Is introduced and the relationship between voltage and current of a circuit is expressed as a first-order circuit equation, expressed as [number 10].

[수 10][Wed 10]

Figure pat00067
Figure pat00067

여기서 역시 [수 10] 에는 기지수(측정된 값)가 4개에 미지수가 2개인 1차 방정식으로써 앞의 "T"모델 에서와 같이 2개의 연립방정식이 필요한바 앞서 측정 수립된 설비의 다른 운전조건에서의 [수 10] 형태의 방정식이 필요하다. 이에 대하여 상기 "T"형 에서와 같이 앞 단계에서 저장된 과거의 방정식들 중 차이가 큰 것을 선별하여 2개의 연립방정식으로부터 미지 회로정수

Figure pat00068
를 구한다. (이 부분에서 앞의 "T"형 등가회로에서와 동일한 처리가 필요하다.)Here, again, [Number 10] is a linear equation with four known (measured values) and two unknowns. As in the previous "T" model, two simultaneous equations are required. We need an equation of the form [number 10] under conditions. On the other hand, as in the "T" type above, an unknown circuit constant from two systems of equations is selected by selecting the one with a large difference among the previous equations stored in the previous step.
Figure pat00068
Find (In this part, the same processing as in the previous " T " type equivalent circuit is required.)

2) 직열 회로정수

Figure pat00069
구하기2) Series circuit constant
Figure pat00069
exoneration

[도 4] 의 양 분기점에서 성립되는 전압, 전류에 대한 수식 [수 11] 으로 부터 첫번째 분기점의 전류

Figure pat00070
를 구하고, 두지점간의 전압강하 식 [수 12] 으로 부터 회로정수
Figure pat00071
을 구한다.Current at the first branch point from the equation [Number 11] for voltage and current established at both branch points in [Fig. 4]
Figure pat00070
And the circuit constant from the voltage drop equation [Equation 12] between the two points
Figure pat00071
Find

[수 11][Wed 11]

Figure pat00072
Figure pat00072

[수 12][Wed 12]

Figure pat00073
Figure pat00073

[실시예 3][Example 3]

"

Figure pat00074
"형 등가회로: 소용량 전력설비(전압 70kV이하, 용량50MVA미만)회로 정수 산출 방법을 설명한다"
Figure pat00074
"Type equivalent circuit: Explains how to calculate the constants of small-capacity power equipment (voltage 70kV or less, capacity 50MVA or less)

1) 내부병렬 회로정수

Figure pat00075
구하기1) Internal parallel circuit constant
Figure pat00075
exoneration

[도 5] 등가회로에서

Figure pat00076
회로 분기점 전압
Figure pat00077
은 출력측 전압
Figure pat00078
과 같으며 따라서 바로 [수 13] 를 통하여 병렬회로의 회로정수
Figure pat00079
를 구할 수 있다. (역시 변압기나 리액터가 아닌 경우
Figure pat00080
성분은 존재하지 않음.)[Fig. 5] In the equivalent circuit
Figure pat00076
Circuit breakout voltage
Figure pat00077
Is the output side voltage
Figure pat00078
And thus the circuit constant of the parallel circuit through [Number 13]
Figure pat00079
Can be obtained. (If it is not a transformer or reactor again
Figure pat00080
Ingredients are not present.)

[수 13][Wed 13]

Figure pat00081
Figure pat00081

2) 직렬 회로정수

Figure pat00082
구하기2) Series circuit constant
Figure pat00082
exoneration

[도 5] 에서 알 수 있는 바와 같이 양단 전압차(

Figure pat00083
)를 이에 흐르는 전류 (
Figure pat00084
)로 나누는 전압, 전류방정식 [수 14] 을 이용하여 구한다.As can be seen from [Fig. 5], the voltage difference between both ends (
Figure pat00083
) To the current flowing through it (
Figure pat00084
It is calculated using the voltage and current equation [Number 14] divided by ).

[수 14][Wed 14]

Figure pat00085
Figure pat00085

[실시예 4][Example 4]

전력설비 절연상태를 나타내는 유전정접(tanδ) 산출 감시방법을 설명한다.A method of monitoring the calculation of the dielectric loss tangent (tan δ ) representing the insulation state of power facilities will be described.

일반적인 전기설비 또는 송전선(특히 지중 케이불 선로)의 절연상태를 나타내는 데 [수 15] 와 같이 정의되는 유전정접(tanδ a : a상분)를 사용하며 이를 측정하기 위하여는 전력설비를 운전정지 시킨 상태에서 별도의 전압 인가장치와 전류 측정기가 조합된 시험장치를 사용하여 측정한다.Dielectric loss tangent (tan δ a) is defined as [Number 15] to indicate the insulation state of general electrical equipment or transmission lines (especially underground cable lines). : Phase a) is used, and to measure this, measure by using a test device in which a separate voltage application device and a current measuring device are combined while the power facility is stopped.

[수 15]

Figure pat00086
[Wed 15]
Figure pat00086

여기서

Figure pat00087
: 설비의 절연부분(가압된 a상 회로와 대지사이)에 존재하는 정전용량 (
Figure pat00088
)here
Figure pat00087
: Capacitance present in the insulating part of the facility (between the pressurized phase a circuit and the earth) (
Figure pat00088
)

Figure pat00089
: 설비의 절연부분(가압된 a상회로와 대지사이)을 통하여 누전되는 일종의 사고성 전기 저항값(=
Figure pat00090
)
Figure pat00089
: A kind of accidental electrical resistance value that is shorted through the insulation part of the facility (between the pressurized phase a circuit and the earth) (=
Figure pat00090
)

정전용량(C a )에 의한 전류와 누전되는 전류 사이에 위상각이 90°차이가 있어 누전전류가 미소량 증가하여도 tanδ a 값이 큰 값으로 증가하여 절연상태를 식별하기가 용이하여 이를 측정 사용하고 있다. 이에 본 발명에서는 앞에서 산출 측정한 회로정수를 이용하여 아래와 같은 방법으로 유전정접을 산출하여 설비 상태감시에 이용한다. 변압기나 리액터의 경우는 본 발명에서 측정하는 정전용량이나 누설저항 값이 여자회로와 복합되어있어 절연체에 대한 순수한 값과는 차이가 있으나 절연상태를 나타내는 준 유전정접(Qusi-tanδ a )값으로서 설비 운전중 절연상태 감시에는 유용성이 있다.There is a 90° difference in phase angle between the current due to the capacitance ( C a ) and the current to be shorted, so even if the leakage current increases, the value of tan δ a increases to a large value, making it easy to identify the insulation state. Measurement is being used. Accordingly, in the present invention, the dielectric loss tangent is calculated by the following method using the previously calculated and measured circuit constant, and is used for facility condition monitoring. In the case of a transformer or a reactor, the capacitance or leakage resistance values measured in the present invention are combined with the excitation circuit, so it is different from the pure value for the insulator, but it is a qusi-tan δ a value indicating the insulation state. It is useful for monitoring the insulation state during equipment operation.

이하는 앞에서 제시한 3가지 등가회로로 표시된 전력설비에서 유전정접(tanδ a )를 산출하는 방법을 설명한다.The following describes the method of calculating the dielectric loss tangent (tan δ a ) in the power facility indicated by the three equivalent circuits presented above.

1) 발전기, 송전선로인 경우를 설명한다.1) Explain the case of generators and transmission lines.

발전기나 송전선로는 앞서 제시된 3가지 등가회로( [도 3] ~ [도 5] )에서 병열회로의 인덕턴스(

Figure pat00091
)로 표시되는 부분은 실제로 없는 부분으로서 나머지 저항 성분(
Figure pat00092
)과 정전용량(
Figure pat00093
) 성분회로만이 존재하며 이에 흐르는 전류들("T" 및 "
Figure pat00094
"등가회로의 경우
Figure pat00095
, "π" 등가회로의 경우 (
Figure pat00096
)을 각각 산출한 후 해당 분기점 전압(
Figure pat00097
또는
Figure pat00098
Figure pat00099
)을 도입한 식 [수 15] 및 [수 16] 을 이용하여 각각의 실수 저항성분(
Figure pat00100
)과 허수 정전용량(
Figure pat00101
) 성분 구함으로써 각각의 tanδ a 를 산출 할 수 있다.The generator or transmission line is the inductance of the parallel circuit in the three equivalent circuits ([Fig. 3] to [Fig. 5])
Figure pat00091
The part indicated by) is the part that is not actually present and the remaining resistance component (
Figure pat00092
) And capacitance (
Figure pat00093
) Only the component circuit exists and the currents flowing through it ("T" and "
Figure pat00094
"In the case of an equivalent circuit
Figure pat00095
, In the case of "π" equivalent circuit (
Figure pat00096
) After each calculation, the corresponding branch voltage (
Figure pat00097
or
Figure pat00098
And
Figure pat00099
) Using equations [Equation 15] and [Equation 16], each real resistance component (
Figure pat00100
) And imaginary capacitance (
Figure pat00101
) Each tan δ a can be calculated by obtaining the component.

[수 15] : "T" 및 "

Figure pat00102
"등가회로의 경우[Number 15]: "T" and "
Figure pat00102
"In the case of an equivalent circuit

Figure pat00103
Figure pat00103

[수 16] : "π" 등가회로의 경우[Number 16]: In the case of "π" equivalent circuit

Figure pat00104
Figure pat00104

2) 변압기, 리액터 등의 경우를 설명한다.2) Describe the case of transformers and reactors.

이 설비에 대한 등가회로는 [도 3] 또는 [도 4] 에 해당되며 앞의 발전기, 송전선로와 다른 점은 병열회로에 권선에 의한 리액턴스(

Figure pat00105
) 성분과 철심의 철손저항(
Figure pat00106
)성분이 각각 용량성 리액턴스(
Figure pat00107
) 및 누설저항(
Figure pat00108
)에 병열로 합성되어 나타나므로 앞 단계에서 산출 측정한 회로정수 값에서 이들 성분을 분해시킨(병열회로 해석에 의해 배제시킨) 값을 산출하여야 한다. 여기서 변압기나 리액터가 가지는 철손저항(
Figure pat00109
) 값과 여자리액턴스 (
Figure pat00110
) 값은 주로 설계제작에 의해 정해지는 값들로써 개발시험이나 규격승인시험 또는 준공시험 결과 등을 통하여 얻을 수 있는 바 이 값들을 본 장치에 입력시켜 필요로 하는 용량성 리액턴스(
Figure pat00111
) 및 누설저항(
Figure pat00112
) 산출시 사용한다.The equivalent circuit for this facility corresponds to [Fig. 3] or [Fig. 4], and the difference from the previous generator and transmission line is the reactance (
Figure pat00105
) Component and iron loss resistance of iron core (
Figure pat00106
) Each component has a capacitive reactance (
Figure pat00107
) And leakage resistance (
Figure pat00108
), it is synthesized and displayed in parallel, so the values obtained by decomposing these components (excluded by parallel circuit analysis) from the circuit constant values calculated and measured in the previous step must be calculated. Here, the iron loss resistance of the transformer or reactor (
Figure pat00109
) Value and excitation reactance (
Figure pat00110
) Values are values determined mainly by design and manufacture, and can be obtained through development tests, standard approval tests, or completion test results, etc. These values are entered into the device and required capacitive reactance (
Figure pat00111
) And leakage resistance (
Figure pat00112
) Used when calculating.

이 부분에 대하여 [도 6] 을 통하여 보다 자세히 설명하기로 한다. 등가회로의 병렬회로 부분을 세부적으로 나타내면 저항성분(

Figure pat00113
)에는 철손저항(
Figure pat00114
) 과 누설저항(
Figure pat00115
)이 병렬연결 되어 나타나므로 구하고자 하는 미지의 누설저항(
Figure pat00116
)은 측정된 병렬회로 전체의 임피던스중 실수부(Real Part)에서 병렬 연결된 철손저항(
Figure pat00117
)을 배제시키는 회로방정식 [식 17] 으로 산출할 수 있다.This part will be described in more detail through [Fig. 6]. If the parallel circuit part of the equivalent circuit is shown in detail, the resistance component (
Figure pat00113
) Is the iron loss resistance (
Figure pat00114
) And leakage resistance (
Figure pat00115
) Is displayed in parallel, so the unknown leakage resistance (
Figure pat00116
) Is the iron loss resistance connected in parallel at the real part of the measured impedance of the entire parallel circuit (
Figure pat00117
) Can be calculated by the circuit equation [Equation 17] that excludes.

[식 17][Equation 17]

Figure pat00118
Figure pat00118

아울러 병열회로 리액턴스 부분에 대하여도 저항성분과 같은 방법으로 합성임피던스의 허수부분(Imaginary Part)에서 변압기의 여자리액턴스 값(

Figure pat00119
)을 감산하면 순수한 정전용량을 내포한 용량성 리액턴스 값(
Figure pat00120
)을 얻을 수 있으며 식으로 표시하면 [식 18] 과 같다.In addition, for the reactance part of the parallel circuit, in the same way as the resistance component, the excitation reactance value of the transformer in the imaginary part (
Figure pat00119
) Is subtracted, the capacitive reactance value with pure capacitance (
Figure pat00120
) Can be obtained and expressed as an equation as in [Equation 18].

[식 18][Equation 18]

Figure pat00121
Figure pat00121

이렇게 하여 구한 누설저항(

Figure pat00122
) 과 용량성리액턴스 (
Figure pat00123
) 값으로 부터 유전정접(tanδ a )을 산출 할 수 있고 그 크기의 변화시 이상 유무를 감시할 수 있게 된다. 변압기 및 리액터에 관한 유전정접은 회로 구조상 엄밀한 의미의 유전정접이 아닌 준 유전정접(Quasi tanδ a )에 해당되지만 절연 불량 상태로 되면 이 값에도 변화가 발생하여 상태감시에 유용하게 된다.Leakage resistance obtained in this way (
Figure pat00122
) And capacitive reactance (
Figure pat00123
) From the value, the dielectric loss tangent (tan δ a ) can be calculated, and when the size is changed, the presence or absence of an abnormality can be monitored. Dielectric loss tangent for transformers and reactors corresponds to quasi tan δ a , not dielectric loss tangent in the strict sense of the circuit structure, but when insulation becomes defective, this value also changes, making it useful for monitoring the state.

[실시예 5][Example 5]

전력설비 상태감시를 위한 이상 유무 판별 방법을 설명한다.Describes the method of determining whether there is an abnormality for monitoring the state of power facilities.

전력설비 내부에 이상이 발생되면 앞의 실시 예들을 통하여 산출 된 회로정수들과 유전정접(tanδ)의 값들 중 일부 또는 다수에 필연적으로 변화가 나타나게 되는바 본 방법과 장치를 통하여 이들의 값을 상시 운전중 측정하여 이들의 변화를 비교 분석하여 설비상태를 제공함으로써 해당 전력설비의 건전성 및 운전 상태를 감시 파악 할 수 있게 된다.When an abnormality occurs inside the power facility, some or many of the values of the circuit constants and dielectric loss tangent (tan δ ) calculated through the above embodiments inevitably change. These values are determined through this method and apparatus. It is possible to monitor and grasp the health and operation status of the power facility by providing the facility status by comparing and analyzing their changes by measuring during regular operation.

본 발명의 방법과 장치를 적용하면 평소 운전 상태가 조금씩 나빠지고 있는 경우에도 모르고 운전을 하던 과거의 설비운영 방식에서 소량의 상태변화 일 지라도 사전에 검출 조치함으로써 사고를 미연에 방지 할 수 있음에 본 발명의 큰 가치가 있는 것이다.When the method and apparatus of the present invention is applied, accidents can be prevented in advance by detecting even a small amount of state change in the past facility operation method, which was operated without knowing, even if the usual operation condition is getting worse. The invention is of great value.

설비의 회로연결 및 접속부 상태 불량시 측정되는 현상을 설명한다.Describes the phenomenon measured when the circuit connection of the facility and the connection part are defective.

전력설비가 운전 중 각 모델회로 [도 3] [도 4] [도 5] 의 직렬회로정수의 절대값(

Figure pat00124
)이나, 저항 성분(r,r 1,r 2)이 증가 된다면 그 전력설비의 주 회로를 구성하는 권선이나 도체 접속부, 차단기 또는 스위치류의 접속 내지 접촉부, 변압기의 경우 부하시 탭절환기 등의 접촉부, 송전선의 경우는 전선이나 케이블 접속부 등의 전기적인 접속상태 불량으로 판단할 수 있다. 접속 상태가 불량하면 초기에는 국부과열을 일으키지만 지속되면 접속부의 저항이 증가되어 과열이 심화되고 점차 넓은 범위의 과열로 진전되어 이윽고 대형사고로 확대 될 수 있다.The absolute value of the series circuit constant of each model circuit [Fig. 3] [Fig. 4] [Fig. 5] while the power facility is operating (
Figure pat00124
), or if the resistance component ( r , r 1 , r 2 ) increases, the winding or conductor connection part of the main circuit of the power facility, the connection or contact part of a circuit breaker or switch, and in the case of a transformer, a contact part such as an on-load tap-changer In the case of transmission lines, it can be judged as poor electrical connection conditions such as wires or cable connections. If the connection is poor, local overheating occurs initially, but if it persists, the resistance of the connection is increased, which intensifies the overheating and gradually progresses to a wide range of overheating, which may eventually lead to a major accident.

설비 내부 회로 및 절연체 절연상태 불량시 측정되는 현상을 설명한다.Describes the phenomenon measured when the equipment's internal circuit and insulator insulation is defective.

전력설비 절연체의 성능이 열화되거나, 부분적인 단락사고가 발생되면 병열회로 정수인 누설저항(

Figure pat00125
)이나, 리액턴스(
Figure pat00126
또는
Figure pat00127
) 값들 및 유전정접(tanδ a ) 값에 변화가 나타나게 된다. 이들에 대한 변화량과 당시의 부하 운전 조건 및 설비의 기타 일반적인 운전조건(온도, 압력, 외기 상태 등)를 종합 고려하여 설비상태를 표시 또는 제시할 수 있으며, 이로부터 운전, 유지보수 전략이나 방향을 정하여 중요한 고가의 전력설비 자산관리 및 전력회사 경영을 크게 개선 할 수 있게 된다.When the performance of the power facility insulator is deteriorated or a partial short circuit occurs, the leakage resistance (
Figure pat00125
) Or reactance (
Figure pat00126
or
Figure pat00127
) Values and the dielectric loss tangent (tan δ a ). It is possible to display or present the facility status by comprehensively considering the amount of change, the load operating condition at the time, and other general operating conditions of the facility (temperature, pressure, outside air condition, etc.), from which operation and maintenance strategies or directions can be determined. It will be able to significantly improve the asset management of important expensive power facilities and power company management.

세부적으로는 전력설비 종류에 따라 전기적인 회로 구성이나 물리적인 구성이 다름을 고려하여 다음 [표 1] 과 같은 세부적인 방법을 적용하여 상태를 감시 할 수 있다. 특별히 이 부분에서는 각 전력설비 설계, 제작, 운전, 유지, 보수 분야의 전문가들의 경험과 지식을 총합하여 대책을 결정하는 의사결정과정에 인공지능기법을 적용하면 매우 효과적일 것으로 생각된다.In detail, considering that the electrical circuit configuration or physical configuration differs depending on the type of power facility, the state can be monitored by applying the detailed method as shown in [Table 1] below. In particular, in this part, it is considered to be very effective if the artificial intelligence technique is applied to the decision-making process in which the experience and knowledge of experts in the fields of design, manufacturing, operation, maintenance, and repair of each power facility are combined to determine countermeasures.

Figure pat00128
Figure pat00128

Figure pat00129
Figure pat00129

4) 운전중 전력설비 상태 감시 종합 절차를 설명한다.4) Describe the overall procedure for monitoring the state of power facilities during operation.

이제까지 설명한 방법들과 절차를 블록도로 나타내면 그림 [도 7] 과 같다.A block diagram of the methods and procedures described so far is shown in Fig. 7.

본 발명에 따른 전력설비 회로정수 변화를 측정하여 전력설비상태를 감시하는 시스템은 피 감시 전력설비로 부터 입, 출력 전압 및 전류들을 받아들이고 이어서 측정 오차를 줄이기 위하여 영상 및 역상분을 제거함과 동시 고조파 및 고주파 성분을 제거 하고, 해당 설비에 알맞은 등가회로 모델을 선택하여 전압, 전류와 회로정수들로 구성되는 전기회로 방정식(2~3개의 1차방정식)을 구성한다.The system for monitoring the state of the power facility by measuring the change in the circuit constant of the power facility according to the present invention receives input and output voltages and currents from the monitored power facility, and then removes the image and the reverse phase to reduce the measurement error, and simultaneously harmonics and By removing high-frequency components and selecting an equivalent circuit model suitable for the facility, an electric circuit equation (2~3 linear equations) consisting of voltage, current and circuit constants is formed.

이때 미지수가 2개인 방정식은 전에 저장해두었던 방정식 중 출력 또는 전압, 전류 값이 이번 것과 ±5%이상 차이가 있는 것을 검색하여 2개의 연립방정식을 구성하여 미지의 회로정수를 산출하여 값을 측정 한다.At this time, for the equation with two unknowns, the output, voltage, and current values among the previously stored equations are searched for more than ±5% from the current one, and the two system of equations are formed to calculate the unknown circuit constant and measure the value.

이어서 본 발명 장치는 측정된 회로정수들의 변화를 감시하고 미리 정해둔 값 이상의 변화를 보이거나 변하가 지속되면 앞에서 설명한 방법에 따라 HMI를 이용하여 예상되는 설비 이상 내지 불량사항을 그래프나 메시지를 통하여 제시하며 필요한 조치사항들을 안내하거나 자동으로 설비를 차단 및 정지시킬 수 있다.Subsequently, the present invention monitors the change of the measured circuit constants, and if the change is more than a predetermined value or the change continues, the expected facility abnormality or defects are presented through a graph or message using the HMI according to the method described above. It can guide necessary measures or automatically shut off and stop the facility.

여기서 방정식을 수립 할 때 미지수가 2개인 방정식이 수립되면 이후 다른 순간에 수립되는 미지수가 2개인 방정식과 연립하여 미지수를 구할 수 있도록 하기 위하여 저장해두는 과정이 필요하다.Here, when an equation with two unknowns is established when establishing an equation, it is necessary to store the equation in order to obtain the unknown in parallel with the equation with two unknowns established at another moment.

본 발명에서 회로정수 측정시 나타나는 오차는 전압전류변성기에서 발생하는 오차와 장치 및 연산과정에서 발생하는 오차가 있는데 이들은 거의 일정한 수준으로써 본 상태감시에는 그 정수들의 참값을 이용하는 것이 아니라 측정 된 값의 변화를 대상으로 전력설비 상태를 감시하는 것으로써 특별한 문제가 되지 않는다.In the present invention, errors that appear when measuring circuit constants are errors that occur in voltage and current transformers and errors that occur in devices and calculations. These are almost constant levels. This state monitoring does not use the true values of the constants, but changes in the measured values. It is not a special problem as monitoring the state of the power equipment for the target.

본 발명은 전력회사의 발변전소나 전기사용 장소에 설치된 발전기나 변압기 및 송전선로 등의 전력설비에 부설하여 지금까지는 설비를 운휴시켜야 측정 할 수 밖에 없었던 회로정수(

Figure pat00130
)와 절연상태 지수인 유전정접(Tanδ)등을 운전 중에 측정 할 수 있는 방법과 장치를 개발 적용함으로써 전력설비의 이상 유무 상태를 실시간으로 파악하여 고가의 중요 설비가 사고에 이르기 전에 조치 할 수 있도록 자동 감시하는 새로운 고안이다. 이를 위한 측정방법이나 변화 감지 방법은 현재의 일반적인 디지털 기술 및 소프트웨어로 어렵지 않게 구현이 가능하며 현재 사용중인 전압, 전류 변성기와 기타 센서들로 부터 필요한 입력을 받아들일 수 있어 현실 산업현장에서 용이하게 이용이 가능하고 설비 안전 및 장수명화 등에 기여 할 새로운 고안이다.The present invention is attached to power facilities such as generators, transformers, and transmission lines installed in power generation substations or places where electricity is used, and the circuit constant (
Figure pat00130
) And dielectric loss tangent ( Tanδ ), which is an insulation state index, during operation, by developing and applying a method and device to determine the abnormality of power facilities in real time and take action before an accident occurs. It is a new device for automatic monitoring. The measurement method or change detection method for this can be implemented without difficulty with the current general digital technology and software, and it can be easily used in the actual industrial field as it can accept the required input from the voltage, current transformer and other sensors currently in use. This is a new design that will make this possible and contribute to facility safety and long life.

Claims (5)

가압되어 운전중인 전력설비(발전기, 변압기, 송전선로 등)로부터 입·출력단의 전압 및 전류들을 받아들여 이들과 함께 해당 설비의 특성을 나타내는 전기회로정수들로 이루어지는 등가 전기회로의 1차대수방정식들을 수립하는 단계,
상기 방정식들로부터 미지수인 설비의 회로정수 값들(저항, 유도리액턴스, 용량리액턴스, 누설저항 및 유전정접)을 산출 측정하는 단계,
상기 단계에서 구해진 회로정수들의 변화량이 증가 또는 감소하는 것으로부터 설비의 이상 유무를 판단하여 감시할 수 있게 하는 단계를 포함하는 전력설비 이상상태 검출 및 사고 확대를 예방할 수 있도록 하여 주는 방법과 이를 위한 하드웨어 장치.
The first order algebraic equations of an equivalent electric circuit consisting of electric circuit constants representing the characteristics of the equipment by receiving the voltages and currents of the input and output terminals from the power equipment (generator, transformer, transmission line, etc.) being operated under pressure. The steps to establish,
Calculating and measuring circuit constant values (resistance, inductive reactance, capacitive reactance, leakage resistance, and dielectric loss tangent) of unknown facilities from the above equations,
A method for detecting abnormal conditions of power facilities and preventing expansion of accidents, including the step of determining and monitoring the presence or absence of an abnormality in the facility from an increase or decrease in the amount of change in the circuit constants obtained in the above step, and hardware therefor Device.
청구항 1에 있어서 미지수(회로정수)가 두 개인 1차회로방정식으로부터 미지수들을 산출하기 위하여 두개 이상의 연립 1차방정식이 필요한바 한번 측정 수립된 회로 방정식을 버리지 않고 저장해두어 나중에 수립되는 방정식과 연립사용 할 수 있게 함으로써 두 개의 미지 회로정수를 산출 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 감시방법과 하드웨어 장치The method of claim 1, in order to calculate the unknowns from the first-order circuit equation with two unknowns (circuit constants), two or more systems of linear equations are required. A monitoring method and a hardware device, characterized in that it enables two unknown circuit constants to be calculated by enabling 청구항 1에 있어서 산출된 회로정수들 중 각기 다른 변화를 나타낼 때 설비에 어떤 종류의 이상 현상이 예상되는지를 회로정수 변화 형태에 따라 식별 할 수 있는 방법을 가진 것을 특징으로 하는 감시방법과 하드웨어 장치The monitoring method and hardware device according to claim 1, further comprising a method of identifying what kind of abnormal phenomenon is expected in a facility when different changes are indicated among the calculated circuit constants according to the change type of the circuit constant. 청구항 1에 있어서 외부전력계통의 운전 조건들이 해당 설비 회로정수 산출에 오차발생을 배제하기 위하여, 측정되는 전압 전류들로부터 역상분 및 영상분과 고조파 및 고주파 성분도 제거해주는 방법을 적용하는 것을 특징으로 하는 측정방법과 하드웨어 장치The measurement according to claim 1, wherein the operation conditions of the external power system apply a method of removing negative phase and image components, harmonics and high frequency components from the measured voltage and currents in order to exclude errors in calculating the corresponding facility circuit constant. Method and hardware device 청구항 1에 있어서 산출된 회로 정수 중 병열회로 저항성분(
Figure pat00131
)과 용량성 리액턴스분(
Figure pat00132
)를 구분 산출하여 설비의 절연성능을 알아볼 수 있는 유전정접(tanδ)을 산출함으로써 상시 설비의 절연상태를 감시 운전할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법과 하드웨어장치
The resistance component of the parallel circuit among the circuit constants calculated according to claim 1 (
Figure pat00131
) And capacitive reactance (
Figure pat00132
), and by calculating the dielectric loss tangent (tan δ ), which can identify the insulation performance of the facility, it is possible to monitor and operate the insulation state of the facility at all times.
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