[논문]UHF 부분방전 진단법에 의한 가스절연 개폐장치의 성능검증

김정배; 정재룡; 김민수; 송원표; 김맹현; 고희석; 최인혁

문제 정의

우선, UHF 부분방전 측정법에 의한 측정 메카니즘을 소개하고, UHF센서의 특성시험을 통해 센서의 감도를 측정하여 부분방전 측정에 적합한 센서인지 판단한 후 부분방전의 원인에 따른 위상 패턴을 분석하여 부분방전 진단의 신뢰성을 입증하였다. 그리고, 외장형 UHF 센서와 측정장비를 이용하여 국내에서 운전중인 765kV 변전소의 800kV GIS에 시험한 결과에 대해 보고한다.
센서로부터 얻어진 신호는 주파수분석과 위상분석을 실시하여, 주파수분석을 통해 부분방전 발생유무와 방전량을 알 수 있었으며, 위상분석 결과에 대해 Database# 이용하여 부분방전 발생원인에 대해서도 진단이 가능하였다. 또한, 부분방전 신호로 측정된 전자파(단위 dBm)의 크기를 일반적인 부분방전량 단위인 pC으로 환산할 수 있는 관계식을 제시하였으며, UHF 센서의 신뢰성 검증 결과도 보고하였다.
본 논문에서는 시험살에서 수행된 UHF 센서의 감도특성과 UHF 부분방전 진단기법의 신뢰성 검증연구를 기초로 실제 운전중인 변전소의 GIS에 적용한 시험 결과를 보고 하고자 한다. 우선, UHF 부분방전 측정법에 의한 측정 메카니즘을 소개하고, UHF센서의 특성시험을 통해 센서의 감도를 측정하여 부분방전 측정에 적합한 센서인지 판단한 후 부분방전의 원인에 따른 위상 패턴을 분석하여 부분방전 진단의 신뢰성을 입증하였다.
있다. 본 논문에서는 시험실시에 수행한 부분방전측정장비의 감도특성, dBm-pC 환산관계 및 신뢰도를 시험결과를 통해 제시하였으며, 동일 측정시스템을 이용하여 실제 운전중인 800kV GIS에 적용한 사례를 보고하였다.
일반적으로 신설변전소에 납품되는 GIS에 대해서는 내장형 UHF 센서를 내부 점검창에 부착하지만, 본 논문에서는 기존 운전중인 GIS 스페이서 외벽에 부착할 수 있는 외장형 UHF 센서와 휴대용 진단장치에 대한 연구내용을 제시하였다. 센서로부터 얻어진 신호는 주파수분석과 위상분석을 실시하여, 주파수분석을 통해 부분방전 발생유무와 방전량을 알 수 있었으며, 위상분석 결과에 대해 Database# 이용하여 부분방전 발생원인에 대해서도 진단이 가능하였다.

제안 방법

1차 시험에는 실제 부하가 걸려 있지 않았지만, 2차 시험에는 800kV GIS에 실부하(전류동전)가 연결되어 있는 상태에서 즉, 발전소의 전압/전류가 계통에 연계되어 실전력계통으로 운전을 시작한 후에 부분방전 측정시험을 실시하였다. 3개 변전소 전 영역에 대해서는.
구성하였다. AC Power Supply는 Noise-free 변압기를 사용하였으며, ERA PD Detector (Robinson 사)를 통해 겉보기 부분방전량 단위인 pC으로 부분방전량을 확인하였다. 또한, PD Cell은 10pC, 20pC, 이 발생되는 Rolling Ball 형식으로 각각 수제작되었으펴, Pulse Generator는 NoiseKen사의 INS-4001 > 사용하였다.
본 논문에서 이용한 부분방전 측정장치의 구성도는 그림 1와 같다. UHF 센서는 에폭시 스페이서에 취부되는 외장형과 GIS 내부에 취부되는 내장형이 있는데, 본 논문에서는 대상 GIS가 기설치된 GIS이므로 외장형 UHF센서에 대해서만 고려하였다.
UHF센서로 측정한 신호는 그림 5고} 같이 Pre-Amp를 거쳐 Spectrum Analyzer로 주파수 분석을 실시하여 2.1 절에 설명한 바와 같이 부분방전 유무를 확인한 후, 노이즈 영역(TV방송파, 핸드폰, 비행기 송수신 대역 포함)을 제외한 나머지 주파수 영역에서 가장 큰 값을 갖는 주파수에 대해 위상분석을 수행하였다. 그림 6는 스페이서 부착이물(particle of surface in spacer, 660MHz)f 도체돌기 (protrusion, 1095MHz), 자유입자 (free parti 이 e, 532MHz), 스페이서 공극(void in spacer, 465MHz), 플로팅(floating, 540MHz)의 각 주파수 대역에서의 위상분석 결과이다.
먼저, 부분방전의 원인에 따라 부분방전을 발생시키기 위해, 그림 5 (b)와 같은 PD Cell을 제작하였다. 노체돌기, 도체이물질(자유입자), 플로팅 전극은 PD Cell로 부분방전을 모의하여 시험을 하고, 스페이서의 부착이물과 보이드는 스페이서에 강제로 제작하여 시험하였다.
이렇게 dBm으로 측정된 신호에 대해 일반적인 부분방전량 표시 방법인 pC과이 상관관계를 알 수 있다면, 운전중인 GIS외 위험도 평가의 수단으로 활용할 수가 있다. 또하 UHF 센서 감도 특성의 동일성을 주기적으로 확인하기 위해 다음과 같은 일련의 시험을 수행하여, 변전소 현장에서 사용할 외장형 UHF 센서의 감도 특성에 대한 신뢰도를 확인하였다.
이때 ERA PD Detector로 부분방전량이 각각 10pC, 20^3, 100pC이 발생되는지를 시각적으로 확인 후 인가전압을 고정시켰다. 발생된 부분방전에 대해 그럼 3의 Internal Smsor(B)로 부분방전량을 측정하여, 각각의 부분방전에 대해 dBm 출력을 확인하였다. 또한, PD Ceil의 측정위치는 UHF센서와 최단거리에 위치시켜 센서와의 거리에 따룐 신호감쇄율은 무시하였다.
본 논문에서는 비교기준을 찾기 위해 그림 5과 같이 부분방전 원인에 따른 측정시험을 수행하였다. 먼저, 부분방전의 원인에 따라 부분방전을 발생시키기 위해, 그림 5 (b)와 같은 PD Cell을 제작하였다.
정밀조사에 착수하였다. 부분방전 신호가 계측된 구역은붓싱 구간으로 근처의 스페이서를 통해 GIS 내부 부분방전 측정시험을 실시하였다. 또한, 외부노이즈가 스페이서를 통해 GIS내부로 들어갈 확률을 제거하기 위해 에폭시 스페이서에 대해서는 도전성 고무로 된 밸트를 취부하여 외부노이즈를 차폐하였다.
즉, 표준 Internal Sensor# Internal Sensor(B)에 설치하고* 표준 External Sensor를 스페이서 외벽에 설치한 후 센서의 출력이 그림 4의 10pC, 50pC, lOOpC 과 동일하게 되도록 Pulse Generator의 인가전압을 확인한다. 상거와 같은 방식으로 확인된 Pulse Generator의 인가전압으로 10pCf 50pC, 100pC 부분 방전을 발생시킨 후, 감도 동일성을 확언하고자 하는피시품 UHF 센서를 그림 3의 Internal Sensor (B) 혹은 External Sensor, 즉, 표준 Sensore] 부착하여 출력신호를 측정하였다. 그림 4의 출력 dBm에 대해 ±10%의 2차범위 내에서는 감도특성의 동일성으로 인정 하였다.
그림 4의 출력 dBm에 대해 ±10%의 2차범위 내에서는 감도특성의 동일성으로 인정 하였다. 상기의 간이 프로세스에 의해 확인된 외장형 UHF 센서에 대해 변전소에 운전중연 GIS에 대해 부분방전 측정을 실시하였다';
보고 하고자 한다. 우선, UHF 부분방전 측정법에 의한 측정 메카니즘을 소개하고, UHF센서의 특성시험을 통해 센서의 감도를 측정하여 부분방전 측정에 적합한 센서인지 판단한 후 부분방전의 원인에 따른 위상 패턴을 분석하여 부분방전 진단의 신뢰성을 입증하였다. 그리고, 외장형 UHF 센서와 측정장비를 이용하여 국내에서 운전중인 765kV 변전소의 800kV GIS에 시험한 결과에 대해 보고한다.
그림 8의 (a)에서 측정된 파형의 500-1500M 더z 대역중 가장 큰 신호를갖는 주파수 대역(705MHz)에서 위상 분석을 실시하여 그림 8(b)의 위상 파형을 얻었다. 위상분석시에는 Spectrum Analyser의 전원과 GIS 인가전압은 위상차를 갖고 있으므로, 위상측정기를 이용하여 위상차를 측정한 후 위상보정을 실시하였다. 그림 8(b)의 파형을 실험을 통해 구해진 부분방전 원인별 위상 패턴과 비교한 결과 그림 6 (e)의 위상파형과 가장 유사하므로, 부분방전 발생원인으로는 플로팅전극(Floati ng Electrode)으로 판단하였다.
이러한 관점에서 실제 3개 변전소에 대해 외장형 UHF센서를 이용하여 주기적인 부분방전 진단을 실시하였다.
1차 시험 때와 같이 어떠한 부분방전도 측정되지 않았지만. 특정구간에서 부분방전으로 예상되는 신호를 측정하여. 정밀조사에 착수하였다.

대상 데이터

AC Power Supply는 Noise-free 변압기를 사용하였으며, ERA PD Detector (Robinson 사)를 통해 겉보기 부분방전량 단위인 pC으로 부분방전량을 확인하였다. 또한, PD Cell은 10pC, 20pC, 이 발생되는 Rolling Ball 형식으로 각각 수제작되었으펴, Pulse Generator는 NoiseKen사의 INS-4001 > 사용하였다. 상기시험의 기본방식은 CIGRE TF 15/33.

이론/모형

또한, PD Cell은 10pC, 20pC, 이 발생되는 Rolling Ball 형식으로 각각 수제작되었으펴, Pulse Generator는 NoiseKen사의 INS-4001 > 사용하였다. 상기시험의 기본방식은 CIGRE TF 15/33.0305에서 제시한 기법을 적용하였다.

성능/효과

이 기간에는, 345kV 변전소를 이용한 역송전에 의해 전압만 800kV GIS에 인가되었으며, 이 기간에 측정된 UHF 대역의 신호를 그림 10에서 보여주고 있다. 500~1500MHz 대역에 있어서 주파수 분석을 실시한 결과 Mask 영역을 제외한 전대역에서는 5pC 이상의 어떠한 부분방전도 존재하지 않음을 확인하였다. 그림 7의 각 결과에 나타난 점선은 5pC을 나타내는 threshold 레벨을 나타내고 있다.
국내 최초로 개발되어 운전중인 800kV GIS에 있어서 “플로팅 전극”에 의한 부분방전을 절연파괴 전에 발생원인, 발생위치, 부분방전량 등을 진단하였으며 내부점검 결과로부터 충분한 신뢰성을 검증할 수 있었다.
따라서 UHF법에 의한 부분방전진단이 실제 변전소현장점검에서도 적용가능할 만큼 신뢰성이 높다는 것을 입증한 시험이었다.
물룬 풀어진 볼트 부위에는 부분방전에 의한 탄혼이 남아있었다. 문제부위에 대한 수정후 C상 No.l 스페이서에서 No.5 스페이서에 걸쳐 부분방전 계측을 실시한 결과, 그림 7의 1차 계측시 얻은 결과와 동일한 파형을 얻어 부분 방전으로 인한 전자파가 제거되었음을 확인하였다.
부분방전발생이 예상되는 구간의 GIS에 대해 내부정밀 점검을 실시한 결과, 붓싱 도체 연결부 부위의 볼트가 전자력에 풀려져 있음을 확인하였다. 물룬 풀어진 볼트 부위에는 부분방전에 의한 탄혼이 남아있었다.
부분방전으로 생각되는 파형이 그림 8과 같이 C상의 No.l 스페이서에서 검출되었고, 이때, C상의 No.l 스페이서 근처에서 측정한 외부노이즈가 그림 8의 신호보다 전대역에서 특히 1GHz 대역 이후에서는 낮은 출력 신호를 나타내기 때문에 부분방전은 내부에서 발생됨을 알 수 있었으며, 이때의 방전량은 그림 4의 외장형 UHF 센서의 감도특성 그래프로부터 약 400pC의 부분방전 발생가능성을 진단하였다. 또한, 스페이서 위치를 No.
결과률 그림 4에 나타내었다. 비록 10pC, 20pC, l00pC 세종류의 시험 결과를 통해 얻은 Data를 기준으로 약 5%의 오차율을 갖는 진선 관계식은 얻었지만, 일반적으로 MAdBme 선형판계[2]가 있음이 알려져 있으므로, 신뢰성은 가지고 있다고 볼 수 있타. 상기측정 시스템의 Background Noise가 약 -65dBm 정도이므로, 상기의 측정기법으로는 Internal Swisw 로는 춰대 약 0.
제시하였다. 센서로부터 얻어진 신호는 주파수분석과 위상분석을 실시하여, 주파수분석을 통해 부분방전 발생유무와 방전량을 알 수 있었으며, 위상분석 결과에 대해 Database# 이용하여 부분방전 발생원인에 대해서도 진단이 가능하였다. 또한, 부분방전 신호로 측정된 전자파(단위 dBm)의 크기를 일반적인 부분방전량 단위인 pC으로 환산할 수 있는 관계식을 제시하였으며, UHF 센서의 신뢰성 검증 결과도 보고하였다.

후속연구

본- 연구팀은 국내 변전소 현장에 대한 노이즈 Database화, 부분방전 종류별 위험지수, 부분방전진단 시스템 OnTine화등에 대해서도 지속적인 연구를 수행하여, GIS의 신뢰성 향상에 이바지할 계획을 갖고 있다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

UHF 부분방전 진단법에 의한 가스절연 개폐장치의 성능검증
Performance Verification of the Gas Insulated Switchgear using UHF Partial Discharge Diagnosis Method 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

UHF 부분방전 진단법에 의한 가스절연 개폐장치의 성능검증 Performance Verification of the Gas Insulated Switchgear using UHF Partial Discharge Diagnosis Method 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

UHF 부분방전 진단법에 의한 가스절연 개폐장치의 성능검증
Performance Verification of the Gas Insulated Switchgear using UHF Partial Discharge Diagnosis Method 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper