전차선 전류 분류비를 이용한 교류전기철도 고장점 표정기법에 관한 연구 A Study on Fault Location Estimation Technique Using the distribution Ratio of Catenary Current in AC Feeding System원문보기
AT 방식의 교류 급전시스템에서는 고장점 표정하기 위해 리액턴스 방식과 AT흡상전류비 방식을 채택하고 있다. 하지만 이 방식들은 여러 이유로 인해 표정 오차가 발생할 수 있다. 기존 방식의 이러한 단점을 해결하기 위해 전차선 전류 분류비를 이용하여 고장점을 표정하는 새로운 기법을 제안한다. 전차선 전류 분류비 방식은 기존에 전차선에 연결되어 있는 보호계전기를 사용하여 각 전차선의 전류를 측정하고 취합하여, 그 비(ratio)를 이용하여 고장지점을 표정한다. 이 방식은 기존의 기법보다 더 정확한 고장점을 표정할 수 있으며, 기존의 설치되어있는 계전기를 사용함으로써 추가 설비의 비용을 절감할 수 있다.
AT 방식의 교류 급전시스템에서는 고장점 표정하기 위해 리액턴스 방식과 AT흡상전류비 방식을 채택하고 있다. 하지만 이 방식들은 여러 이유로 인해 표정 오차가 발생할 수 있다. 기존 방식의 이러한 단점을 해결하기 위해 전차선 전류 분류비를 이용하여 고장점을 표정하는 새로운 기법을 제안한다. 전차선 전류 분류비 방식은 기존에 전차선에 연결되어 있는 보호계전기를 사용하여 각 전차선의 전류를 측정하고 취합하여, 그 비(ratio)를 이용하여 고장지점을 표정한다. 이 방식은 기존의 기법보다 더 정확한 고장점을 표정할 수 있으며, 기존의 설치되어있는 계전기를 사용함으로써 추가 설비의 비용을 절감할 수 있다.
In AC feeding system, the fault location is calculated by using ratio of current absorbed in the neutral point of AT(Automatic Transformer) or by measuring reactance. In this way, however, an estimation error can be happened due to the many reasons. In addition, for measuring currents in the neutral...
In AC feeding system, the fault location is calculated by using ratio of current absorbed in the neutral point of AT(Automatic Transformer) or by measuring reactance. In this way, however, an estimation error can be happened due to the many reasons. In addition, for measuring currents in the neutral point of AT, other measuring devices and communication equipments are additionally required. In order to solve the disadvantages, this paper suggests a novel technique using the distribution ratio of catenary current. The proposed technique uses existing protective relays and measures catenary current. With the measured data, we can calculate the distribution ratio of catenary current and determine fault location. Through the simulated results, we derived the correlation between current ratio and fault location. Using this technique, additional equipments and expenses can be reduced. Besides, fault location can be determined more correctly.
In AC feeding system, the fault location is calculated by using ratio of current absorbed in the neutral point of AT(Automatic Transformer) or by measuring reactance. In this way, however, an estimation error can be happened due to the many reasons. In addition, for measuring currents in the neutral point of AT, other measuring devices and communication equipments are additionally required. In order to solve the disadvantages, this paper suggests a novel technique using the distribution ratio of catenary current. The proposed technique uses existing protective relays and measures catenary current. With the measured data, we can calculate the distribution ratio of catenary current and determine fault location. Through the simulated results, we derived the correlation between current ratio and fault location. Using this technique, additional equipments and expenses can be reduced. Besides, fault location can be determined more correctly.
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문제 정의
AT흡상전류비 방식은 정확한 타선흡상현상 등으로 인한 표정오차가 발생할 수 있으며, 통신설비 등 추가적인 장비를 설치해야 하는 비용적 문제도 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 AT흡상 전류비 방식의 단점을 보완하기 위해 기존의 보호 계전기를 활용하여 전차선 전류 분류비를 통한 새로운 방식을 제시하였다.
본 논문은 기존 방식의 이러한 단점을 해결하기 위해 전차선 전류 분류비를 이용하여 고장점을 표정하는 새로운 기법을 제안한다. 전차선 전류 분류비 방식은 기존에 전차선에 연결되어 있는 보호계전기를 사용하여 각 전차선의 전류를 측정하고 취합하여, 그 비를 이용하여 고장지점을 표정한다.
제안 방법
제안한 기법과 기존의 방식인 AT흡상전류비 기법 과의 고장점 표정의 정확도를 비교하기 위하여 전차선-레일 단락사고를 모의하였다. AT의 간격은 10km로 선정하였으며 AT와 다른 AT 사이에 10% (1km)씩 지점 을 변화시키면서 전차선과 레일의 단락 사고를 발생 시켰다.
본 논문에서는 전력계통 해석프로그램 PSCAD/EMTDC를 사용하여 교류 급전시스템을 모델링하고 다양한 고장 시뮬레이션을 수행하였다. 그리고 고장 시뮬레이션 결과 추출된 전차선 전류 분류비를 연산하여 고장지점의 정확성을 검증하였다. 이 방식은 기존의 기법보다 더 정확한 고장점을 표정할 수 있으며, 기존에 설치되어있는 계전기를 사용함으로써 추가 설비의 비용을 절감할 수 있다.
보호계전기에 취득된 전류의 크기를 비교함으로써 전차선 전류가 가장 큰 구간을 고장 구간으로 판별한다. 그리고 판별된 구간 안에서 고장지점을 찾기 위해 측정된 전류값을 취합하여 전차선 전류 분류비를 계산 하고, 이미 정해놓은 그 구간의 분류비와 고장지점의 직선식을 가지고 사고위치를 결정한다.
먼저 변전소를 모델링하고 변전소와 변전소 사이에 두 개의 병렬급전 구분소(PP)와 하나의 급전구분소(SP)를 모델링하였다. 또한 전차선, 급전선, 레일을 하나의 모듈(Catenay model)로 모델링하여 다양한 고장 상황(전차선-레일 단락사고, 전차선-급전선 단락사고, 급전선-레일 단락 사고, AT의 간격이 다를 때의 사고, 사고 전류가 다를 시의 사고)을 모의하여 전차선 전류 분류비 방식의 정확성 및 선형성을 검증하였다. Fig.
5kV의 전압을 차량에 공급한다. 먼저 변전소를 모델링하고 변전소와 변전소 사이에 두 개의 병렬급전 구분소(PP)와 하나의 급전구분소(SP)를 모델링하였다. 또한 전차선, 급전선, 레일을 하나의 모듈(Catenay model)로 모델링하여 다양한 고장 상황(전차선-레일 단락사고, 전차선-급전선 단락사고, 급전선-레일 단락 사고, AT의 간격이 다를 때의 사고, 사고 전류가 다를 시의 사고)을 모의하여 전차선 전류 분류비 방식의 정확성 및 선형성을 검증하였다.
고장이 발생하면 급전계통을 보호하기 위해 전차선에 설치되어 있는 보호계전기가 동작한다. 보호계전기에 취득된 전류의 크기를 비교함으로써 전차선 전류가 가장 큰 구간을 고장 구간으로 판별한다. 그리고 판별된 구간 안에서 고장지점을 찾기 위해 측정된 전류값을 취합하여 전차선 전류 분류비를 계산 하고, 이미 정해놓은 그 구간의 분류비와 고장지점의 직선식을 가지고 사고위치를 결정한다.
본 논문에서는 전력계통 해석프로그램 PSCAD/EMTDC를 사용하여 교류 급전시스템을 모델링하고 다양한 고장 시뮬레이션을 수행하였다. 그리고 고장 시뮬레이션 결과 추출된 전차선 전류 분류비를 연산하여 고장지점의 정확성을 검증하였다.
사고 시에 사고 저항의 변화에 따른 전류 분류비의 변화를 확인하기 위해 사고 저항을 0.001, 10, 100 [Ω]으로 변화시켜가며 동일한 지점에서 시뮬레이션을 수행 하였다. Table 4는 사고전류가 다를 때의 전류 분류비를 나타낸다.
실제 교류 급전계통에서 AT의 간격은 일정하지 않기 때문에 AT 간격이 각각 다를 때의 사고를 모의하기 위해 AT의 간격을 전철변전소(SS)와 병렬급전구분소 (PP1)의 간격을 8km 하고 병렬급전구분소(PP1)와 병렬 급전구분소(PP2)의 간격을 12km, 병렬급전구분소(PP2) 와 급전구분소(SP)의 간격을 10km로 모든 AT의 간격을 다르게 하여 전차선-레일 단락 사고를 시뮬레이션 했다. Table 3과 Fig.
전차선 전류 분류비 방식의 선형성을 검증하기 위해 교류 급전 시스템을 모델링하고 다양한 고장 상황을 모의하여 고장지점과 전차선 전류 분류비를 확인하였다.
제안한 기법과 기존의 방식인 AT흡상전류비 기법 과의 고장점 표정의 정확도를 비교하기 위하여 전차선-레일 단락사고를 모의하였다. AT의 간격은 10km로 선정하였으며 AT와 다른 AT 사이에 10% (1km)씩 지점 을 변화시키면서 전차선과 레일의 단락 사고를 발생 시켰다.
성능/효과
11은 AT 간격이 다를 때의 전차선 전류 분류비를 나타낸다. 그 결과, AT의 간격이 다르더라도 AT와 AT 구간 안에는 고장지점과 전류 분류비의 관계가 선형적임을 확인할 수 있다.
10는 급전선-전차선간의 단락사고와 급전선-레일 간의 단락사고 시의 전차선 전류 분류비를 이용한 결과를 나타낸 것이다. 급전선, 전차선, 레일의 임피던스가 모두 다르기 때문에 직선의 특성 및 기울기가 다르게 나타났지만, 두 경우 모두 사고 전류의 분류비가 사고지점에 따라 선형적으로 비례함을 확인할 수 있다.
본 논문에서 제안하는 전차선 전류 분류비 방식은 기존의 전차선과 급전선에 설치되어 있는 보호계전기를 사용하고, 전류 계측을 위한 일부 설비를 보완함으로써 추가 설비비용을 절감할 수 있다. 또한 다양한 사고 시뮬레이션을 통해 고장거리에 따른 사고전류 분류비가 선형성을 검증하였으며, 또한 상하행선 고장 구분이 가능하고 전차선과 급전선의 단락 사고, 급전선과 레일의 사고도 구분하여 고장 위치를 결정할 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 논문에서 제안하는 전차선 전류 분류비 방식은 기존의 전차선과 급전선에 설치되어 있는 보호계전기를 사용하고, 전류 계측을 위한 일부 설비를 보완함으로써 추가 설비비용을 절감할 수 있다. 또한 다양한 사고 시뮬레이션을 통해 고장거리에 따른 사고전류 분류비가 선형성을 검증하였으며, 또한 상하행선 고장 구분이 가능하고 전차선과 급전선의 단락 사고, 급전선과 레일의 사고도 구분하여 고장 위치를 결정할 수 있음을 확인할 수 있었다.
기존의 고장점 표정 방식인 AT흡상전류비 방식 으로는 급전선-전차선 단락사고 시에는 고장점을 표정 할 수 없다. 본 논문이 제안하는 전차선 전류 분류비 방식은 급전선-전차선, 급전선-레일 단락사고 시에도 보호계전기에 취득되는 전류를 비교함으로써 사고 및 고장점을 감지할 수 있다. Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
AT흡상전류비 방식의 문제점은 무엇인가?
우리나라 철도의 교류 급전방식에서는 고장점 표정을 위해 리액턴스 방식과 AT 흡상전류비 방식이 적용되고 있다. AT흡상전류비 방식은 정확한 타선흡상현상 등으로 인한 표정오차가 발생할 수 있으며, 통신설비 등 추가적인 장비를 설치해야 하는 비용적 문제도 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 AT흡상 전류비 방식의 단점을 보완하기 위해 기존의 보호 계전기를 활용하여 전차선 전류 분류비를 통한 새로운 방식을 제시하였다.
우리나라 철도의 교류 급전방식에는 어떤 방식이 적용되는가?
우리나라 철도의 교류 급전방식에서는 고장점 표정을 위해 리액턴스 방식과 AT 흡상전류비 방식이 적용되고 있다. AT흡상전류비 방식은 정확한 타선흡상현상 등으로 인한 표정오차가 발생할 수 있으며, 통신설비 등 추가적인 장비를 설치해야 하는 비용적 문제도 가지고 있다.
단권변압기의 중성점에서 전류를 측정하는 방식의 단점은 무엇인가?
AT흡상전류비 방식은 단권변압기(AT)의 중성점에서 전류를 측정하여 그 전류들의 비(ratio)로 고장점을 검출하여 보다 정확한 표정이 가능하지만 타선흡상현상 등 여러 이유들로 인해 표정 오차가 발생할 수 있다. 또한 AT 중성점에서 전류를 측정하기 위해서는 별도의 측정 장치와 통신장비 등의 추가 설비가 필요하기 때문에 비용이 많이 든다는 단점이 있다[1,2].
참고문헌 (8)
S.-H. Chang, J.-M. Lee (1998) The Analysis of Protection- Characteristics and Fault-Locator Simulation on the Electrical Railway, Journal of the Korean Society for Railway Fall Conference 1998, pp. 262-269.
Yusuke Hayashi (2006) Real Time Fault Detection of Railway Vehicles and Tracks, The Institution of Engineering and Technology International Conference, pp. 20-25.
H.S. Jung, M.S. Han, H.C. Kim, M.H. Min (2010) Analysis on Effect of another Booster Current in Fault Location Estimation Technique Using the AT Booster Current Ratio, The Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 417-422.
Korea Railroad Research Institute (2002) Develop Digital Fault Location Estimation system in AC Feeding System, Korea Railroad Research Institute.
H.S. Jung (2005) A study on relay setting for AT feeding system protection using PSCAD/EMTDC, ICEE 2005, pp. A76-A76.
H.S. Jung, S.Y. Kwon, Y. Park (2006) A Study on Deicing Current Estimation Technique and Configuration Process for Deicing System in the Conventional Line, Journal of the Korean Society for Railway, 9(2), pp. 131-254.
J.B. Seo, S.H. Kang, S.J. Lee, B.T. Jung (2001) Algorithm for Fault Location in AT Feeding Railway System, The Korean Institute of Electrical Engineers Fall Conference 2001, pp. 333-335.
J.C. Kim (2008) Analysis of power supply system and Understanding of Korean Electric Railway, Gidari Press.
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