[논문]GIS의 도파관 특성을 고려한 절연결함 위치판정에 관한 연구

김영홍; 이영조; 정승용; 류철휘; 이전선; 구자윤

GIS의 도파관 특성을 고려한 절연결함 위치판정에 관한 연구
A study for the fault location of insulation defects considering waveguide characteristics in GIS 원문보기

김영홍 (한양대학교) , 이영조 (한양대학교) , 정승용 (한양대학교) , 류철휘 (한양대학교) , 이전선 (LS 전선) , 구자윤 (한양대학교)

UHF 센서를 사용한 GIS의 절연결함 패턴분석 및 위치판독에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으나, 후자의 경우 GIS Bus bar의 형태에 의한 전자파의 전달속도를 고려한 결과들은 아직 보고된바 없다. 본 논문은 이러한 관점에서 부분방전 신호검출용 광대역 센서를 Fat-Dipole를 변형시켜 가장 넓은 대역을 얻도록 설계 제작하였으며, GIS Bus bar 내에서 발생하는 부분방전 신호의 전달 속도 계산결과 이론치의 약 2/3 정도였다. 또한 개발된 방법의 현장적용 가능성을 확인하기 위하여 자체 설계 제작한 외장형 UHF 센서를 중부발전소에서 운전중인 GIS에 부착하여 절연결함 위치를 추정 후 해체 작업을 통하여 확인한 결과 추정된 위치에서 결함이 발견되어 개발된 방법의 신뢰성을 입증하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 결함위치 판독 방법 개발을 위해 70kV GIS mock-up 에 장착 가능한 두 개의 동일한 UHF센서를 자체 설계 및 제작하였으며 센서 간격과 측정된 PD 신호의 시간차를 이용하였다. 또한 개발된 방법의 현장 적용가능성을 확인하기 위하여 한국전력의 실 계통에서 운전 중인 GIS에 개발된 외장형 센서를 이용하여 적용하였다.

제안 방법

그림 3 (a), (b)와 같이 GIS 내부의 결함의 위치판독을 위하여, 두개 센서의 간격을 각각 73cm, 139cm로 다르게 하여 오실로스코프 (1GHz, 20GS/S)에 연결된 센서로 방전 신호를 동시에 검출하였다. 아울러 방전의 크기는 Haefly사의 TE5기로 측정되었으며, 측정된 시간 차이와 결함과 센서간의 거리를 사용하여 전달속도가 산출되었다.
1. Fat-Dipole구조를 적용하여 Dimension을 축소시킬 수 있고 반사손실의 영역이 넓은 센서를 개발하였다.
간격과 측정된 PD 신호의 시간차를 이용하였다. 또한 개발된 방법의 현장 적용가능성을 확인하기 위하여 한국전력의 실 계통에서 운전 중인 GIS에 개발된 외장형 센서를 이용하여 적용하였다.
본 논문에서 그림 1과 같이 광대역 특성이 있는 Fat-dipole을 변형한 내장형 UHF 센서를 설계 제작하여 감시창 내부에 장착한 안테나형 센서는 GIS의 외함과 감시창 커버가 연결되어 외부와 차폐되기 때문에 노이즈에 의해 최소화된 영향을 받으며 GIS 내부에서 발생하는 부분방전 신호를 검출한다[1][2].
[3, 5, 6]. 본 논문은 70kV GIS Mock-up에 자체 설계 제작한 광대역 특성인 UHF센서 두 개를 서로 다른 위치에 설치하여 발생된 부분방전 신호의 검출 시간차이를 측정하고, 결함과의 거리를 이용하여 GIS에서 전달되는 전파의 속도를 실험적으로 산출하여 도파관 특성을 고려해야함을 입증하였다. 또한 개발된 방법의 현장 적용 가능성을 입증하기 위하여 자체 설계 제작한 외장형 UHF 센서를 중부발전소에서 운전 중인 GIS 에 부착하여 절연결함 위치를 추정 후 해체 작업을 통하여 확인한 결과 추정된 위치에서 결함이 발견되어 개발된 방법의 신뢰성을 입증하였다.
것으로 판단된 GIS를 실험 대상으로 하였다. 전력계통 현장에 운전 중인 GIS의 구조를 고려하여 본 연구실에서 자체 설계 제작된 외장형 센서를 채택하였으며 그림 7과 같이 GIS의 감시창과 Bus bar에 각각 장착 후 결함 위치 판독 실험을 수행하였다[1]. 변전소의 Power on 상태에서, 약 1.

대상 데이터

아울러 방전의 크기는 Haefly사의 TE5기로 측정되었으며, 측정된 시간 차이와 결함과 센서간의 거리를 사용하여 전달속도가 산출되었다.
자체 개발한 방법의 현장 적용 가능성 여부를 확인하기 위하여 서울 중부발전소에 설치되어 운전 중인 부분방전이 이미 검출되어 결함이 있는 것으로 판단된 GIS를 실험 대상으로 하였다. 전력계통 현장에 운전 중인 GIS의 구조를 고려하여 본 연구실에서 자체 설계 제작된 외장형 센서를 채택하였으며 그림 7과 같이 GIS의 감시창과 Bus bar에 각각 장착 후 결함 위치 판독 실험을 수행하였다[1].

성능/효과

2. GIS Bus bar는 동축 도파관으로 고려되어야 하며 실험결과에 의한 전달속도는 이론치의 2/3 정도임이 확인되었다.
3. 현장적용 결과, 측정된 PD의 신호들 간의 시간차를 이용하여 결함 위치 판독이 가능함이 입증되었다.
본 논문은 70kV GIS Mock-up에 자체 설계 제작한 광대역 특성인 UHF센서 두 개를 서로 다른 위치에 설치하여 발생된 부분방전 신호의 검출 시간차이를 측정하고, 결함과의 거리를 이용하여 GIS에서 전달되는 전파의 속도를 실험적으로 산출하여 도파관 특성을 고려해야함을 입증하였다. 또한 개발된 방법의 현장 적용 가능성을 입증하기 위하여 자체 설계 제작한 외장형 UHF 센서를 중부발전소에서 운전 중인 GIS 에 부착하여 절연결함 위치를 추정 후 해체 작업을 통하여 확인한 결과 추정된 위치에서 결함이 발견되어 개발된 방법의 신뢰성을 입증하였다.
005ns이다. 이를 이용한 전달 속도 산출은 각각 2.08xl08m/s, 2.31X108m/s로서, 이론치의 2/3 정도의 값이며, GIS에서의 부분 방전 신호의 전달이 동축 도파관(coaxial waveguide)에서의 신호 전달과 비슷한 특성임이 확인되었다.

후속연구

향후, 더 복잡하게 연결된 GIS 구조에서의 결함 위치 예측을 통해 현장 적용 가능한 실용적인 기술개발이 이루어질 수 있을 것이며, 다른 전력기기에도 적용 가능할 것이라 고려된다.

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