초록 ▼

핵심기술
선택적 UV 필터와 MCP를 이용하여 코로나 방전을 확인함으로써 전력기기의 고장을 미연에 방지
최종목표
전력설비 코로나 방전측정 및 설비진단시스템 개발
개발내용 및 결과
○ 선택적 자외선 통과필터 내장형 이미지수집 모듈 개발
- 코로나 방전 측정용 반사 • 굴절 렌즈설계 및 제작기술 개발
- 자외선 광학필터(240~280nm 대역 통과) 설계 및 제작
- 자외선 이미지 검출기 설계 및 제작기술 개발
- 전력기기 감시용 Embedded 통신모듈개발
○ 코로나 방전 인식을

핵심기술
선택적 UV 필터와 MCP를 이용하여 코로나 방전을 확인함으로써 전력기기의 고장을 미연에 방지
최종목표
전력설비 코로나 방전측정 및 설비진단시스템 개발
개발내용 및 결과
○ 선택적 자외선 통과필터 내장형 이미지수집 모듈 개발
- 코로나 방전 측정용 반사 • 굴절 렌즈설계 및 제작기술 개발
- 자외선 광학필터(240~280nm 대역 통과) 설계 및 제작
- 자외선 이미지 검출기 설계 및 제작기술 개발
- 전력기기 감시용 Embedded 통신모듈개발
○ 코로나 방전 인식을 위한 고속영상처리 개발
- 디지털 비디오 Mixer 및 Encoder 설계 및 제작기술 개발
- UV CCD의 소형화, 경량화 제작기술 개발
- CCD의 영상신호 데이터 기록장치 제작기술 개발
- RF 안테나, 독립전원장치 설계 및 제작기술 개발
- 자외선, 실영상 합성기술 개발
○ 코로나 방전측정 및 설비진단시스템개발
- 코로나 방전영상 검출 및 영상 인식알고리즘 개발
- 컬러 디스플레이 인터페이스 기술개발
- 코로나 방전 영상진단 및 압축 알고리즘 개발
- 코로나방전 진단 Embedded Front-end 통신플랫폼 개발
- 네트워크 토폴로지에 따른 라우팅/관리 프로토콜 개발
- Embedded 통신네트워크 구축기술 개발
○ 코로나 방전측정 설비진단시스템 상용화
- 온라인 수신 데이터의 데이터베이스화 및 분석처리 엔진 개발
- Control Network 관리기술개발
- 원격모니터링 시스템 중계용 프로토콜 개발
- Embedded 네트워크 노드 성능시험
- 진단시스템 환경시험 및 평가
- 상용화 제품 현장시험 및 평가
기술개발배경
전력기기의 코로나 방전을 측정하기 위해서 사용되는 방법은 음파(전자파를 포함하지 않은 파) 방출, 전파장애 전압(RIV : Radio Interference Voltage) 측정, 적외선(Infra-red) 온도기록(Thermography), 전계 (Electric Field) 측정, 시각(Visual) 관측, UV 카메라로 낮 시간(Daytime) 코로나 방전 탐지 등이 있다.
위 방법 중에서 시각적 관측은 지상 또는 헬리콥터 중 어느 하나에서 기반 지식을 잘 알고 있는 사람에 의한 시각적 관측은 전력기기의 코로나 방전을 검출하기 위한 가장 효과적인 방법이다. 낮 시간에 코로나 방전을 검출하기 위한 특별한 UV 카메라는 주기적인 검사를 하기 위한 설비로서 그 사용이 점점 증가하고 있다. 코로나 방전시 발생하는 UV광을 검출할 수 있는 카메라는 코로나 방전에 대한 위치에 대한 정보를 정확하게 제공할 수 있으며 특히, UV 대역에 매우 민감하게 반응하는 카메라를 사용하는 경우 전력기기에서 발생한 코로나 방전을 자주 관측할 수 있다. 그러나 방전에 대한 어떠한 정보도 없기 때문에, 시각적 관측에서 절연체의 유지 또는 교체에 대한 어떠한 결정을 내리기 어렵고 장시간의 관측과 DB화에 의해서 코로나 방전의 패턴을 분석하여 전력 기기의 수명 및 교체 주기를 추정하는데 사용될 수 있다.
따라서 전력계통의 절연재료의 절연특성에 대한 추이를 분석하기 위해서 운전 중인 전력계통을 진단할 수 있도록 NT기술이 접목된 고감도 지능형센서를 설계하고 제작할 수 있는 기술이 필요로 하고, 코로나 방전을 측정할 수 있는 특수 필터, 인공지능형 패턴분석기술을 이용하여 측 정신호에 존재하는 잡음을 제거할 수 있는 디지털 신호처리 기술이 필요하다. 또한 전력계통의 중대한 문제가 되고 주변환경장해(통신장해, 전자유도장해 등) 코로나 방전 형태를 분석하여 전력계통에 사용되는 모든 재반 시설의 교체시기판단 기술과 케이블의 온라인 모니터링과 현장 데이터 피드백을 위한 시스템 종합화, 데이터베이스기술의 구축, 진단기술의 표준화 및 디지털 전력기기와 정보화기반의 연계할 수 있는 기술이 필요하다.
핵심개발기술의 의의
국내 전력계통에서 초고압(154KV) 이상은 주로 송전망의 가공송전선로로 구성되어 있고 고압케이블에 있어서 가장 중요한 것은 전력 공급의 신뢰성 확보이다. 신뢰성의 확보를 위해서는 우선 절연성능이 장기간에 걸쳐 확실히 유지되어야 하며 전력계통상에서 발생하는 코로나 방전은 다양한 형태로 장해를 제공하고 있다. 특히, 초고압 대형 송전선로로 인한 환경문제는 크게 전기적 환경장해코로나 방전 및 유도에 의한 전기적 환경장해와 철탑 구조물의 대형화에 따른 풍소음 및 TV Ghost 등의 기계적 환경 장해로 구분할 수 있으며 송전선로의 환경장해 중 전기적 장해가 주 검토항목이며 지역 조건과 기후에 따라 기계적 장해 항목도 중요한 검토항목이 될 수 있다. 전기적 항목 중 오존은 연구결과에 따르면 그 영향이 크지 않은 것으로 판명되었다. 가장 중요한 항목으로는 전기적 장해 중에서 코로나 방전에 의한 코로나 소음, 코로나 손으로 이것은 765kV의 전력설비에서 도체 선정에 가장 중요하게 고려되는 항목으로 전자파 장해와 더불어 주요 검토항목으로 취급되고 있다.
이를 해소하기위해 전력계통의 설비에서 발생되고 있는 이상 현상을 선택적 UV필터를 이용한 코로나 방전 진단시스템과 Embedded 통신네트워크를 구축하여 관측된 코로나 방전현상을 효율적으로 저장하고 원격지에 실시간으로 전송해야한다. 기존 오프라인 방식의 데이터 관리 방식을 Embedded 네트워크 시스템으로 대체한다면 설치 • 유지보수 비용과 인력비 등을 상당히 줄일 수 있고 실시간 모니터링과 유지보수가 편리하여 비용을 최소화 할 수 있고 선택적 UV 필터를 이용한 전력기기고장 예측용 코로나방전 진단시스템 개발을 이룰 수 있을 것이다.
따라서, 본 과제를 통하여 선택적 UV 필터를 이용한 전력기기고장 예측용 코로나방전 진단시스템을 Embedded 네트워크를 통해 적용한다면 전력산업의 지능화 및 신뢰성 향상은 물론 스마트센서기술과 관련한 분야에서 선진기술과 대등한 위치로 나갈 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것으로 사료된다.
적용분야
활선상태 고압 전력설비의 열화정도를 실시간으로 진단하고 원격 모니터링하여 정전시간(사고정전, 작업정전)감소, 전력수요에 대한 높은 신뢰성 확보와 열화진단에 소요되는 장비 및 인력을 경감함으로써 원활한 전력공급을 이룰 수 있다. 또한, 케이블 수명 연장 및 성능향상을 위한 기초연구자료의 데이터베이스를 구축할 수 있으므로 다양한 분야에 걸쳐 활용 가능한 기반이 될 것으로 예상된다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 16
• 목차 ... 22
• 제 1 장 서론 ... 25
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 25
• 제 2 절 국내.외 관련 기술의 현황 ... 29
• 1. 국외기술현황 ... 29
• 2. 국내 기술현황 ... 30
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적.경제적 파급 효과 ... 31
• 1. 기술적측면 ... 31
• 2. 산업.경제적측면 ... 32
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 34
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 34
• 1. 최종목표 ... 34
• 2. 평가방법 ... 35
• 가. 평가의 착안점 및 기술 ... 35
• 나. 정량적 목표 ... 36
• 제 2 절 연차별 개발 내용 ... 36
• 1. 1차년도 ... 36
• 가. 연구수행 내용 ... 36
• 1) 당해년도 연구개발 내용 ... 36
• 가) 국내.외 관련 연구동향 분석 및 검출장치 현황 조사 ... 36
• 나) 반사.굴절렌즈의 설계제작 ... 40
• 다) 자외선 광학필터의 제작 ... 42
• 라) 자외선 이미지 검출기 설계 및 제작기술 ... 47
• 마) 코로나 방전영상 검출 및 영상인식 알고리즘 개발 ... 51
• 바) 전력기기 감시용 Embedded 통신모듈 개발 ... 56
• 사) 시작품 제작 및 모의 테스트 ... 56
• 2) 연구개발 결과(특허출원 현황 등 연구개발성과 포함하여 작성) ... 57
• 3) 기대효과 ... 57
• 4) 연구수행에 따른 문제점 및 개선방향 ... 57
• 5) 보완기간 연구수행 내용 ... 57
• 나. 결 론 ... 72
• 다. 위탁연구 1차년도 상세 수행내용 ... 73
• 2. 2차년도 ... 114
• 가. 연구수행 내용 ... 114
• 1) 당해년도 연구개발 내용 ... 114
• 가) 디지털 비디오 Mixer 및 Encoder 설계 및 제작기술 개발 ... 114
• 나) UV ICCD의 소형화, 경량화 제작기술 개발 ... 119
• 다) RF 안테나 선정 및 독립전원장치 설계/제작 기술 개발 ... 154
• 라) ICCD의 영상신호 데이터 기록장치 제작기술 및 자외선, 실영상 합성기술 개발 ... 165
• 마) 코로나 방전 영상 검출 및 영상 인식 알고리즘 개발 ... 172
• 바) 시제품 제작 및 Lab Test ... 176
• 2) 연구개발 결과 ... 206
• 3) 기대효과 ... 206
• 4) 연구수행에 따른 문제점 및 개선방향 ... 207
• 나. 결 론 ... 207
• 다. 위탁연구 2차년도 상세수행 내용 ... 207
• 3. 최종년도 ... 276
• 가. 연구수행 내용 ... 276
• 1) 당해년도 연구개발 내용 ... 276
• 가) 디스플레이 인터페이스 기술 개발 ... 276
• 나) 코로나 방전 영상진단 및 압축 알고리즘 개발 ... 296
• 다) Embedded 통신네트워크 구축기술 개발 ... 300
• 2) 연구개발 결과 ... 410
• 3) 기대효과 ... 411
• 4) 연구수행에 따른 문제점 및 개선방향 ... 411
• 나. 결론 ... 411
• 다. 위탁연구 3차년도 상세수행 내용 ... 412
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 528
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 528
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 528
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 529
• 가. 주관기관((주)비제이파워) ... 529
• 나. 참여기관((주)파나캠) ... 530
• 다. 위탁기관(한국기계연구원) ... 531
• 라. 특기사항 ... 532
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 534
• 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 534
• 가. 각 기관 / 기업별 역할 ... 534
• 나. 각 기관 / 기업별 추진내역 ... 536
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 537