[논문]UHF 센서 위치 최적화로 부분방전 신호 검출 방법

최문규; 차한주

doi:10.5370/kiee.2014.63.3.409

UHF 센서 위치 최적화로 부분방전 신호 검출 방법
UHF Sensor Location Optimization for Partial Discharge Signals Detection Method 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.63 no.3, 2014년, pp.409 - 413

최문규 (Dept of Transmission Diagnosis Team, KEPCO) , 차한주 (Dept of Electrical Engineering, Chungnam National University)

Abstract ▼ AI-Helper

GIS partial discharge that occurred in the UHF band signal is effectively detected by the method to IEC60270 5pc the apparent minimum discharge can be detected over the GIS arrangement of the sensor interior and exterior of the UHF in accordance with the optimized position signal by considering the damping ratio is selected so that the signals can be obtained to be mounted. 362kV, 800kV GIS is installed on the internal and external sensors are UHF band signal attenuation is set by measuring the reference value, but the operation, 170kV case 362kV, 800kV on the basis of the measurement data and to be installed and operated. When 170kV per 1Bay by installing the built-in sensor 1 for detecting a partial discharge signal, But, GIS signal attenuation is large in the case of an internal partial discharge signal is not detected in some cases. Where the attenuation is great UHF signal of the sensor by increasing the quantity of partial discharge signals were acquired to allow relocation. The greater the spacing between the sensor and the sensor is applied simplifies the installation and reduces the cost in terms of maintenance of appropriate optimal position is calculated to detect the partial discharge signal is needed. Thus 170kV GIS signal power attenuation of a partial discharge by measuring the UHF sensor, and by relocating the proper position is calculated in accordance with the sensor signal decay rate and minimize the error of omission in detecting a partial discharge signal was optimized.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서 부분방전 발생 시 신호를 검출할 수 있는 센서의 최적 위치와 구성방안에 대하여 살펴보았다.
기존, 362kV나 800kV GIS경우는 UHF센서의 설치기준에 준하여 운영하고 있으나, 현재 170kV 경우는 Bay당 1개의 내장센서 설치로 부분방전신호를 검출하고 있다. 본 논문에서는 170kV GIS의 부분별 부분방전 신호검출 장치의 감도를 측정하고, 최적의 센서 설치 위치를 결정하여 부분방전 신호의 맹점없이 검출할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 170kV GIS 경우 내부의 구조물에 따라 다양한 신호의 감쇠가 발생하고 있으며, GIS 제작사별로 차단부, 모선 등 동일 부위의 신호 감쇠율이 다르다.

가설 설정

5 GHz 이하에서는 공기중 코로나 방전 및 방송파 등에 의해 발생된 전자파 중 TEM mode를 제외한 다른 mode의 전자파가 GIS 내부에서 진행할 수 없어 측정대역으로 적합하지 않았다. 따라서 측정주파수 대역을 0.5 GHz에서 1.5 GHz사이로 정하였다. 내장형 및 외장형 UHF 센서의 출력은 그림 4(a)와 같은 방법으로 측정하였으며, 센서의 return loss (RL)를 그림 4(a)와 같이 확인하였다

제안 방법

GIS에서 네트워크 분석기 기능을 이용할 수 있는 스펙트럼 분석기의 네트워크 모드를 이용해 스위핑 되는 신호(스위핑 범위 : 9kHz ∼ 3GHz)를 스페이서에서 S11에 장착한 외장형 센서를 통해 GIS 내부에 주입한 후, 스페이서 S12, S13, S14에서 동일한 특성의 외장형 센서로 감쇠된 신호를 그림 6과 같이 측정하였다.
각 센서에 대한 P5pc을 측정하기 위해 먼저 3 GHz 대역 폭을 가진 오실로스코프로 부분방전신호를 측정한뒤 그림 5(a)와 같은 측정 주파수대역 내에서의 UHF 방전신호를 검출하였다.
그림 4과 같이 UHF센서의 취득신호를 스펙트럼 분석기로 부분방전신호의 스펙트럼을 측정하였다. 측정된 스펙트럼으로부터 센서들의 수신강도가 1.
본 논문에서는 170kV GIS에 설치하는 센서의 설치정확도를 향상시키기 위해 네트워크 분석기를 활용하여 GIS에 직접 1.0mW신호를 UHF 센서에 주입하여 GIB의 간격에 따라 UHF 부분방전 검출장치의 감도와 GIS내부에서 발생하는 신호의 감쇠를 0.5 ∼ 1.5GHz대역까지 Power을 측정 하였다.
운전중인 170kV GIS에서 UHF 신호의 감쇠를 외장형 센서로 감쇠율을 측정하였다. GIS에서 네트워크 분석기 기능을 이용할 수 있는 스펙트럼 분석기의 네트워크 모드를 이용해 스위핑 되는 신호(스위핑 범위 : 9kHz ∼ 3GHz)를 스페이서에서 S11에 장착한 외장형 센서를 통해 GIS 내부에 주입한 후, 스페이서 S12, S13, S14에서 동일한 특성의 외장형 센서로 감쇠된 신호를 그림 6과 같이 측정하였다.
이는 연속한 점을 평균처리하면 주파수에 대한 심한 편차가 없기 때문이다. 평상 시 환경노이즈의 영향을 적게 받기 위하여 시간차를 두고 주파수를 측정 하였다[8].

데이터처리

노이즈유입의 최소화를 위하여 FSP7에서 9회 측정한 주파수 데이터를 감쇠율 결과 산출을 위하여 그림 7의 상단과 같이 엑셀시트에서 추출 기능을 활용하여 평균값을 계산하였다. 이는 연속한 점을 평균처리하면 주파수에 대한 심한 편차가 없기 때문이다.

성능/효과

170kV GIS 내부에서 발생하는 UHF신호를 감쇠율을 고려하여 감출한 결과 기존 부분방전 신호 검출관련으로 미검출 부분이 발생 하였으나 제작사별 센서의 설치검토결과 신호취득을 100% 이상 취득 가능함으로서 부분방전 신호검출 정확도를 향상시킬 수 있었다.
기존의 800kV, 362kV GIS의 UHF신호측정 자료로 센서 위치를 산정하였으나, 금번 현장 시험을 통하여 170kV GIS 구간에 UHF대역의 부분방전 신호를 양호하게 검출할 수 있도록 최적의 센서위치를 선정할 수가 있었다.
또한 0.5∼1.5GHz까지의 주파수영역에서 GIS 내 부분방전신호의 감쇠율을 정확히 측정할 수 가 있었다.
추출된 데이타를 이용하여 부분방전 감쇠율을 검토하고 최적의 검출능력을 고려하여 GIS에 UHF센서를 설치함으로써 부분방전시호 검출 정확도를 100[%]로 향상시킬 수 있었다. 또한, 네트워크 분석기를 통하여 검증함으로써 170kV GIS내부에서 발생하는 부분방전신호를 검출할 수 있도록 최적의 센서 설치 위치를 도출할 수가 있었다.
작은 UHF신호가 발생하였을 경우에도 신호의 감쇠율 측정이 가능하였으며, 한번의 펄스 신호인가로 여러 부분의 GIS구간 감쇠율을 동시에 측정할 수 가 있었다. 이를 활용하여 GIS에서 발생하는 부분방전 신호를 설치된 개소의 모든 센서에서 정상적으로 허용 감쇠율 60dB내에서 신호검출이 가능하였다.
5GHz대역까지 Power을 측정 하였다. 추출된 데이타를 이용하여 부분방전 감쇠율을 검토하고 최적의 검출능력을 고려하여 GIS에 UHF센서를 설치함으로써 부분방전시호 검출 정확도를 100[%]로 향상시킬 수 있었다. 또한, 네트워크 분석기를 통하여 검증함으로써 170kV GIS내부에서 발생하는 부분방전신호를 검출할 수 있도록 최적의 센서 설치 위치를 도출할 수가 있었다.
그림 4과 같이 UHF센서의 취득신호를 스펙트럼 분석기로 부분방전신호의 스펙트럼을 측정하였다. 측정된 스펙트럼으로부터 센서들의 수신강도가 1.5 GHz 이상에서 매우 낮아 측정주파수 대역으로 1.5 GHz 이상은 적합하지 않았다. 또한 0.

후속연구

기존 170kV GIS에 설치된 UHF센서와 네트워크 분석기로 Bay별 신호감쇠율을 검출하여 센서위치를 검토한 결과 제 작사별 신호감쇠율이 다르며, 이를 적용한 센서의 적정한 배치 간격을 최대한 활용을 하게 되면 GIS내부에서 발생하는 부분방전신호를 검출할 수 있을 것 이라고 본다.
네트워크 분석기(FSP7)를 이용하여 GIS의 UHF 부분방전 신호를 검출할 수 있도록 최적의 위치선정에 대한 방법 제시와 함께 이를 기초로 센서의 배치 간격을 결정하였으며, 향후 GIS의 내장센서설치에도 응용이 가능하다[9]. 또한 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	GIS(Gas Insulated Switchgear)는 무엇인가?	GIS(Gas Insulated Switchgear)는 전력계통을 구성하는 설비의 한 부분으로써 전력공급에 중요한 설비로[1], 지속적인 GIS설비의 증가로 예방진단을 통한 고장의 사전 방지와 설비의 효율적 관리를 위하여 예방진단의 필요성이 점차 확대되고 증가하고 있는 추세이다. CIGRE(International Council on Large Electric Systems)는 UHF센서를 실제 GIS에 설치 할 때 부분방전신호를 취득할 수 있도록 IEC 60270법에 의한 최소 5 pc의 겉보기 방전을 검출할 수 있도록 추천을 하고 있다.
	GIS 내부 어느곳에서도 5pc의 부분방전이 발생하면 방전신호를 검출할 수 있도록 무엇을 설치하여야 하는가?	CIGRE(International Council on Large Electric Systems)는 UHF센서를 실제 GIS에 설치 할 때 부분방전신호를 취득할 수 있도록 IEC 60270법에 의한 최소 5 pc의 겉보기 방전을 검출할 수 있도록 추천을 하고 있다. 또한, GIS 내부 어느곳에서도 5pc의 부분방전이 발생하면 방전신호를 검출할 수 있도록 UHF센서를 설치하여야 한다[2]. 기존, 362kV나 800kV GIS경우는 UHF센서의 설치기준에 준하여 운영하고 있으나, 현재 170kV 경우는 Bay당 1개의 내장센서 설치로 부분방전신호를 검출하고 있다.
	170kV GIS의 특성을 감안하여 무엇을 측정해야하는가?	170kV GIS 경우 내부의 구조물에 따라 다양한 신호의 감쇠가 발생하고 있으며, GIS 제작사별로 차단부, 모선 등 동일 부위의 신호 감쇠율이 다르다. 이러한 특성을 감안하여 제작사별 신호 감쇠율을 측정하고, GIS 내부의 부분방전발생 시 신호 취득을 할 수 있도록 신호감쇠 특성을 측정하고, 최적의 센서 설치 위치에 관한 검토가 필요하다.

참고문헌 (9)

"Power Office Total Information System", the Korea Electric Power Corporation, 2013.
Jin-yeol Yoon, Gi-jun Park, and Sun-geun Goo, "Partial Discharge Detection of GIS Technology Research (Final Report), 2002. 08.
Sun-geun Goo, Gi-jun Park, and Jin-yeol Yoon, "A Novel Sensitivity Verification Method for the UHF Partial Discharge Detection System in Gas Insulated Switchgear (GIS)", 2001. 8.
"Application of Combined PD Sensor for GIS PD Detection and Condition Monitoring", 2008. International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis, Beijing, China, April, 2008.
Jin-yeol Yoon, Gi-jun Park, and Sun-geun Goo, "GIS for failure prevention technology research UHF partial discharge signal analysis," 2004. 8.
Jin-yeol Yoon, Gi-jun Park, and Sun-geun Goo, "GIS UHF partial discharge signal for the prevention of failure analysis technology research", the Korea Electric Power Corporation, 2005. 3.
Jin-yeol Yoon, Gi-jun Park, and Sun-geun Goo, "GIS partial discharge diagnosis Fact Sheet", the Korea Electric Power Corporation, 2008. 8.
Sun-geun Goo et al. "Novel Calibration Method of UHF Partial Discharge Sensor for GIS", Proc. of ICEE 2002, Jeju, 2002.
"Transmission equipment diagnosis experts group", the Korea Electric Power Corporation, 2011.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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