[학위논문]분포통계모델과 군집화에 의한 절연재료의 부분방전패턴 분석에 관한 연구 (A)Study on the Partial Discharge Pattern Analysis of Insulators Using Distribution Statistical Model and Clustering원문보기
변성기기의 내부 결함과 열화에 대한 정확한 진단은 안전한 전력수송과 매우 밀접한 관계를 가지고 있으며, 전기설비의 비파괴검사와 활선 중에서 이상증후의 감지 및 진단 기술은 매우 중요한 과제로 대두되고 있다. 그러나 전력용 기기는 여러 가지 구성부품을 사용하고 있으므로 한가지의 파라미터만으로 열화를 진단하는 것은 매우 어렵고 다양한 파라미터를 조합을 통해서만 열화진단이 가능하다. 최근 이러한 목적을 위해 전문가시스템(expert system)을 연구 개발하여 널리 적용되고 있으나, 아직 개발된 시스템의 진단 신뢰성이 미흡하다. 따라서 본 연구에서는 현재 초고압케이블 절연재료인 XLPE와 소형 고압변압기 및 대형 변성기기의 ...
변성기기의 내부 결함과 열화에 대한 정확한 진단은 안전한 전력수송과 매우 밀접한 관계를 가지고 있으며, 전기설비의 비파괴검사와 활선 중에서 이상증후의 감지 및 진단 기술은 매우 중요한 과제로 대두되고 있다. 그러나 전력용 기기는 여러 가지 구성부품을 사용하고 있으므로 한가지의 파라미터만으로 열화를 진단하는 것은 매우 어렵고 다양한 파라미터를 조합을 통해서만 열화진단이 가능하다. 최근 이러한 목적을 위해 전문가시스템(expert system)을 연구 개발하여 널리 적용되고 있으나, 아직 개발된 시스템의 진단 신뢰성이 미흡하다. 따라서 본 연구에서는 현재 초고압케이블 절연재료인 XLPE와 소형 고압변압기 및 대형 변성기기의 몰딩 절연재료로 많이 사용되고 있는 에폭시 수지를 시료로 선택하여 보이드와 열화가 절연재료에 미치는 영향을 부분방전을 이용하여 조사하였다. 와이블 해석과 K-means 군집분류 기법을 이용하여 측정된 부분방전 데이터의 통계분포 및 군집분포를 분석, 검토하였다. 시료의 결정구조 변화를 분석하기 위해 전자현미경을 이용하여 측정한 결과, 결정입자는 장시간열화로 인한 경화제나 첨가제의 재결합으로 입자가 크게 형성됨을 확인하였다 가교폴리에틸렌 절연재료의 보이드 유무에 따른 분포를 연구한 결과, 보이드가 존재하면 전압 증가에 따른 방전빈도수가 무보이드에 비해 5.7배 증가하였으며, 평균방전전하량도 무보이드에 보다 3배 증가하였으며, 방전패턴은 모두 유전체경계면의 방전패턴이 나타남을 확인하였다. 그리고 가교폴리에틸렌의 와이블 해석을 연구한 결과, 무보이드에서는 전압증가에 따라 형상파라미터는 랄리분포를 형성하고 있었으나, 보이드시료에서는 형상파라미터가 급속히 정규분포형태로 변화되는 것을 확인할 수 있었으며 보이드로 인해 평균수명의 감소가 커짐을 확인할 수 있었다. K-means 해석 결과 전압 증가에 따라 군집이 부극성영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있었으며, 보이드의 존재로 낮은 전압에서 많은 객체수를 포함하는 군집이 형성되었음을 확인할 수 있었다. 또한 K-means 분석의 신뢰성 확보를 위해 부분방전데이터를 K-means 처리한 후 전하량 및 방전빈도수에 대한 와이블 해석을 실시하였다. 그 결과, 무보이드시료에서 전압증가에 따라 전하량의 형상파라미터는 2.26에서 3.21로 변했으며, 빈도수는 1.28에서 1.62로 변했다. 또한 보이드시료는 전압증가에 따라 전하량의 형상파라미터는 5.56에서 6.43으로 증가하였으며, 빈도수는 5.05에서 5.08로 증가함을 확인했다. 에폭시 몰딩 변압기의 분포는 열화의 유무에 따라 방전전하량 및 방전빈도수의 변화폭이 비슷하게 형성되었으나, 열화시료는 13 ～ 14 [㎸]이었던 방전개시전압을 6 ～ 7 [㎸]로 낮아졌으며, 전압상승에 따라 전하량이 높은 방전의 발생빈도가 급격히 증가함을 확인할 수 있었고, 방전패턴이 원시료에서는 전극경계면의 방전패턴으로, 열화시료는 유전체 경계면의 방전패턴으로 바뀌는 것을 확인할 수 있었다. 와이블 해석 결과, 열화유무에 관계없는 전압의 증가에 따라 정규분포를 나타내지만, 원시료는 20 [㎸]에서, 열화시료는 10 [㎸]에서 나타내었다. 그리고 K-means 해석 결과, 열화에 유무에 관계없이 정극성영역에서의 군집이 더 많이 형성되었지만, 열화시료의 경우 전압 증가에 따라 부극성영역에서의 군집개수가 늘어남을 확인할 수 있었다. 또한 군집의 객체수는 열화시료에서 2배 이상의 증가를 나타내었으며, 객체간 편차도 최대 8.4의 값을 나타내었다.
변성기기의 내부 결함과 열화에 대한 정확한 진단은 안전한 전력수송과 매우 밀접한 관계를 가지고 있으며, 전기설비의 비파괴검사와 활선 중에서 이상증후의 감지 및 진단 기술은 매우 중요한 과제로 대두되고 있다. 그러나 전력용 기기는 여러 가지 구성부품을 사용하고 있으므로 한가지의 파라미터만으로 열화를 진단하는 것은 매우 어렵고 다양한 파라미터를 조합을 통해서만 열화진단이 가능하다. 최근 이러한 목적을 위해 전문가시스템(expert system)을 연구 개발하여 널리 적용되고 있으나, 아직 개발된 시스템의 진단 신뢰성이 미흡하다. 따라서 본 연구에서는 현재 초고압케이블 절연재료인 XLPE와 소형 고압변압기 및 대형 변성기기의 몰딩 절연재료로 많이 사용되고 있는 에폭시 수지를 시료로 선택하여 보이드와 열화가 절연재료에 미치는 영향을 부분방전을 이용하여 조사하였다. 와이블 해석과 K-means 군집분류 기법을 이용하여 측정된 부분방전 데이터의 통계분포 및 군집분포를 분석, 검토하였다. 시료의 결정구조 변화를 분석하기 위해 전자현미경을 이용하여 측정한 결과, 결정입자는 장시간열화로 인한 경화제나 첨가제의 재결합으로 입자가 크게 형성됨을 확인하였다 가교폴리에틸렌 절연재료의 보이드 유무에 따른 분포를 연구한 결과, 보이드가 존재하면 전압 증가에 따른 방전빈도수가 무보이드에 비해 5.7배 증가하였으며, 평균방전전하량도 무보이드에 보다 3배 증가하였으며, 방전패턴은 모두 유전체경계면의 방전패턴이 나타남을 확인하였다. 그리고 가교폴리에틸렌의 와이블 해석을 연구한 결과, 무보이드에서는 전압증가에 따라 형상파라미터는 랄리분포를 형성하고 있었으나, 보이드시료에서는 형상파라미터가 급속히 정규분포형태로 변화되는 것을 확인할 수 있었으며 보이드로 인해 평균수명의 감소가 커짐을 확인할 수 있었다. K-means 해석 결과 전압 증가에 따라 군집이 부극성영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있었으며, 보이드의 존재로 낮은 전압에서 많은 객체수를 포함하는 군집이 형성되었음을 확인할 수 있었다. 또한 K-means 분석의 신뢰성 확보를 위해 부분방전데이터를 K-means 처리한 후 전하량 및 방전빈도수에 대한 와이블 해석을 실시하였다. 그 결과, 무보이드시료에서 전압증가에 따라 전하량의 형상파라미터는 2.26에서 3.21로 변했으며, 빈도수는 1.28에서 1.62로 변했다. 또한 보이드시료는 전압증가에 따라 전하량의 형상파라미터는 5.56에서 6.43으로 증가하였으며, 빈도수는 5.05에서 5.08로 증가함을 확인했다. 에폭시 몰딩 변압기의 분포는 열화의 유무에 따라 방전전하량 및 방전빈도수의 변화폭이 비슷하게 형성되었으나, 열화시료는 13 ～ 14 [㎸]이었던 방전개시전압을 6 ～ 7 [㎸]로 낮아졌으며, 전압상승에 따라 전하량이 높은 방전의 발생빈도가 급격히 증가함을 확인할 수 있었고, 방전패턴이 원시료에서는 전극경계면의 방전패턴으로, 열화시료는 유전체 경계면의 방전패턴으로 바뀌는 것을 확인할 수 있었다. 와이블 해석 결과, 열화유무에 관계없는 전압의 증가에 따라 정규분포를 나타내지만, 원시료는 20 [㎸]에서, 열화시료는 10 [㎸]에서 나타내었다. 그리고 K-means 해석 결과, 열화에 유무에 관계없이 정극성영역에서의 군집이 더 많이 형성되었지만, 열화시료의 경우 전압 증가에 따라 부극성영역에서의 군집개수가 늘어남을 확인할 수 있었다. 또한 군집의 객체수는 열화시료에서 2배 이상의 증가를 나타내었으며, 객체간 편차도 최대 8.4의 값을 나타내었다.
It has been confirmed that the inner defect of transformer and the perfect diagnosis for aging are closely related to safe electric power transmission system and that the detection of accident and diagnosis technique turn out to be very important issues. Since electric power machinery consists of va...
It has been confirmed that the inner defect of transformer and the perfect diagnosis for aging are closely related to safe electric power transmission system and that the detection of accident and diagnosis technique turn out to be very important issues. Since electric power machinery consists of various kinds of components, however, it is very difficult to make a diagnosis for aging by one parameter. Thus, diagnosis for aging is feasible only through the combination of various parameters. Recently, various expert systems have been developed and applied to diagnosis for aging, but they are not yet reliable enough to apply to the real system. In this paper, two kinds of, XLPE which is ultra high voltage cable insulator material and epoxy resin that has widely been used as molding insulator, were chosen to investigate the influence of void and aging on insulator material using partial discharge. Obtained data have been processed by Weibull distribution function and K-means. And statistical and cluster distribution of partial discharge have been analysed and investigated. In order to analyze the change of the crystalline structure of samples, scanning electron microscopy was utilized and it was confirmed that, in long ageing of transformer, large particles were made by recombination of hardening agent or addition agent. As a result of studying distribution, it was confirmed that, in the presence of void in XLPE, discharge number by amplifying voltage has been increased by 5.7 times and average discharge by 3 times and that discharge patterns are similar to those of dielectric's boundary. As a result of analyzing Weibull distribution of XLPE, it was confirmed that, in the absence of void in XLPE, the shape parameter makes Ralyeigh distribution by amplifying voltage but that the shape parameter is changed rapidly to normal distribution in the presence of void. Consequently the average life span was decreased rapidly in the presence of void. By using K-means, it was confirmed that, by increasing voltage, cluster was shifted to negative area and that cluster including many object numbers was formed in low voltage by the presence of void. To ensure the reliability of K-means, we were investigated Weibull distribution of K-means result data. As a result, it was confirmed that shape parameter of discharge varied from 1.28 to 1.62 in no void specimens, and that shape parameter of discharge number varied from 1.28 to 1.62. In the void, shape parameter of discharge varied from 5.66 to 6.43, and shape parameter of discharge number varied from 5.05 to 5.08. The distribution of epoxy-molded transformer was verified to be similar to change width of discharge number and frequency due to presence of ageing. The discharge inception voltage of aged specimens was changed from 13 ～ 14 [㎸] to 6 ～ 7 [㎸]. It was confirmed that discharge number and frequency with high was rapidly increased by rising voltage and that discharge patterns were changed to those of electrode interfaces in original specimens and to those of dielectric's boundary in aged specimens. As a result of analyzing Weibull distribution, regardless of the presence or absence of ageing, normal distribution was shown due to rising voltage, but original specimens were verified to be normal distribution at 20[㎸] and aged specimen at 10[㎸]. As a result of analyzing K-means, it was confirmed that, regardless of the presence or absence of ageing, more clusters were formed in positive area and that, in aged specimen, cluster number in negative area was increased by amplifying voltage. The object number of cluster were increased by 2 times in aged specimen and the variation between objects was a maximum of 8.4.
It has been confirmed that the inner defect of transformer and the perfect diagnosis for aging are closely related to safe electric power transmission system and that the detection of accident and diagnosis technique turn out to be very important issues. Since electric power machinery consists of various kinds of components, however, it is very difficult to make a diagnosis for aging by one parameter. Thus, diagnosis for aging is feasible only through the combination of various parameters. Recently, various expert systems have been developed and applied to diagnosis for aging, but they are not yet reliable enough to apply to the real system. In this paper, two kinds of, XLPE which is ultra high voltage cable insulator material and epoxy resin that has widely been used as molding insulator, were chosen to investigate the influence of void and aging on insulator material using partial discharge. Obtained data have been processed by Weibull distribution function and K-means. And statistical and cluster distribution of partial discharge have been analysed and investigated. In order to analyze the change of the crystalline structure of samples, scanning electron microscopy was utilized and it was confirmed that, in long ageing of transformer, large particles were made by recombination of hardening agent or addition agent. As a result of studying distribution, it was confirmed that, in the presence of void in XLPE, discharge number by amplifying voltage has been increased by 5.7 times and average discharge by 3 times and that discharge patterns are similar to those of dielectric's boundary. As a result of analyzing Weibull distribution of XLPE, it was confirmed that, in the absence of void in XLPE, the shape parameter makes Ralyeigh distribution by amplifying voltage but that the shape parameter is changed rapidly to normal distribution in the presence of void. Consequently the average life span was decreased rapidly in the presence of void. By using K-means, it was confirmed that, by increasing voltage, cluster was shifted to negative area and that cluster including many object numbers was formed in low voltage by the presence of void. To ensure the reliability of K-means, we were investigated Weibull distribution of K-means result data. As a result, it was confirmed that shape parameter of discharge varied from 1.28 to 1.62 in no void specimens, and that shape parameter of discharge number varied from 1.28 to 1.62. In the void, shape parameter of discharge varied from 5.66 to 6.43, and shape parameter of discharge number varied from 5.05 to 5.08. The distribution of epoxy-molded transformer was verified to be similar to change width of discharge number and frequency due to presence of ageing. The discharge inception voltage of aged specimens was changed from 13 ～ 14 [㎸] to 6 ～ 7 [㎸]. It was confirmed that discharge number and frequency with high was rapidly increased by rising voltage and that discharge patterns were changed to those of electrode interfaces in original specimens and to those of dielectric's boundary in aged specimens. As a result of analyzing Weibull distribution, regardless of the presence or absence of ageing, normal distribution was shown due to rising voltage, but original specimens were verified to be normal distribution at 20[㎸] and aged specimen at 10[㎸]. As a result of analyzing K-means, it was confirmed that, regardless of the presence or absence of ageing, more clusters were formed in positive area and that, in aged specimen, cluster number in negative area was increased by amplifying voltage. The object number of cluster were increased by 2 times in aged specimen and the variation between objects was a maximum of 8.4.
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