부분방전의 특성을 연구하기 위하여 트리패턴을 추출하는 과정을 이용하는데, 트리열화 과정의 재현성이 떨어지고 트리의 패턴이 복잡함으로 기존의 시각적 관측으로는 트리성장의 정확한 정량화가 어렵기 때문에 영상처리에 의한 실시간 처리가 제안되고 있다. 본 연구에서는 부분방전의 측정을 위해 영상처리에 필요한 전반적인 과정을 제시하고, 특히 제안된 전경 물체 추출기법을 이용하여 측정된 영상에서 배경과 전경을 분할하여 전기트리를 측정하고자 한다. 전경 물체를 추출하기 위하여 전기트리를 측정한 영상에서 현재 프레임과 다음 프레임과의 차이 영상을 이용한 차이 검출 마스크를 사용하고, 추출된 전경 물체에서 에지를 검출하여 부분방전시 발생되는 전기트리를 실시간으로 계측 및 정량화하고자 한다.
고압회전기의 운전중 부분방전을 효과적으로 측정하고 진단하기위해 고정자 권선과 슬롯사이에 취부 되는 방향성 결합기형태의 부분방전센서가 일부 사용되고 있다. 기존 결합기형 센서는 마이크로스트립 등의 전송선로 타입으로, 센서 출력 단자의 효과적인 매칭을 목표로 설계되었으나, 센싱도체의 폭이 좁아 권선으로부터 효과적인 커플링이 힘들다. 본 논문에서는 고정자 권선 및 슬롯 구조의 전계분포 계산결과를 바탕으로 부분방전 신호 측정에 효과적인 형태의 센서를 설계하였다. 제작된 센서를 실제와 동일한 고정자 권선 및 슬롯 구조에서 타 센서와 비교하여 성능을 시험한 결과, 기존 마이크로스트립타입의 센서와 상용센서에 비해 좋은 감도를 가지는 것으로 나타났다.
본 논문은 변압기 내부에서 부분방전에 의한 전자파 시뮬레이션을 위하여 200MHz, 400MHz, 800MHz에 대해서 전자파의 세기 분포를 계산하였다. 하나의 주파수에서는 거리와 세기의 관계가 없는 것으로 보였지만 3개의 주파수를 종합하면 거리와 세기가 관계있는 것으로 평가되었다. 이와 같은 부분방전측정에 알맞은 폴디드 다이폴 센서를 설계하였고 모델 변압기에서 모의 펄스를 사용하여 측정을 하였다.
본 논문은 변압기 내부에서 부분방전에 의한 전자파 시뮬레이션을 위하여 200MHz, 400MHz, 800MHz에 대해서 전자파의 세기 분포를 계산 하였다. 하나의 주파수에서는 거리와 세기의 관계가 없는 것으로 보였지만 3개의 주파수를 종합하면 거리와 세기가 관계있는 것으로 평가되었다. 이와 같은 부분방전측정에 알맞은 폴디드 다이폴 센서를 설계하였고 모델 변압기에서 모의 펄스를 사용하여 측정을 하였다.
최근 국내 전력시장은 초고압 대전력기기 사용이 현저히 증가하고 있어 이에 따라 부분방전 예방진단 시스템의 필요성은 절대적이며 이러한 시스템의 국산화가 절실히 요구되고 있다. 예방 진단 시스템의 국산화에 있어 부분방전 신호 측정시 신호 대 잡음비(Signal to Noise ratio)를 높이기 위해 측정용 센서의 검출가능 주파수 대역을 높게 설정하여 설계되고 있는데, 따라서 센서에서 검출된 신호를 처리하기 위한 로컬유닛 또한 국산화시 외국 시스템보다 더욱 신뢰성을 가질 수 있도록 설계되어야 한다. 이를 위해서는 기존의 마이크로프로세서를 채용한 저속 시스템을 대체할 수 있도록 더욱 빠르고 높은 신뢰성의 디지털 신호처리 기술이 요구된다. 본 논문에서는 검출 센서의 아날로그 신호를 빠르게 디지털화 한 후 보다 정확한 데이터와 독립적 신호처리 그리고 네트워크를 통한 실시간 전송을 수행할 수 있는 부분방전 예방진단 시스템 로컬유닛의 프로토타입을 Digital Signal Processor (DSP)를 이용하여 구현하였다. 제작된 DSP 로컬유닛을 시험하기 위해 Real-Scale 170kV GIS Mock-up에서 부분방전 신호를 발생 시키고 센서를 통해 검출된 신호를 DSP가 처리하여 사용자의 네트워크를 통한 명령에 따른 실시간 전송모드, ${\Phi}$-q-n 진단모드로 자체 네트워크 기능을 이용하여 사용자에게 데이터를 실시간 전송하도록 하였다. 본 논문에서 구현한 DSP 로컬유닛은 대전력기기 부분방전 예방진단 시스템의 국산화에 있어 기존의 외국 시스템의 로컬유닛보다 구성이 간단하며, 실시간 신호처리 및 원거리 데이터 전송기능에서 우수한 성능을 보였다. 향후 연구에서는 다양한 분석 알고리즘을 탑재한 DSP를 개발하여 더욱 향상된 실시간 데이터 전송 및 분석기능이 우수한 DSP 로컬유닛을 개발하고자 한다.
회전기기의 운전 상태에서 on-line 부분 방전시험은 고정자 권선의 절연상태를 검사, 평가 할 수 있는 중요한 수단으로서 이러한 부분방전시험을 통하여 회전기기 시스템의 사고예방을 위한 진단을 할 수 있다. 기존의 비접촉식 센서인 SSC는 부분방전 측정을 위하여 권선의 웨지 아래에 설치하는 방식으로 개발되어 [1], 설치가 불편하고 Global VPI 방식으로 제작된 소형 회전기에는 설치할 수 없는 단점이 있다. 본 논문에서는 소형 회전기에 사용가능한 저, 고주파용 부분방전 센서를 제안하였다. 웨지 위에 설치 가능한 SSC 형태의 마이크로스트립 센서 및 전송선로 이론을 이용한 2선 평행 전송선로 센서는 값이 싸고 소형 회전기에 설치할 수 있을 정도의 크기를 지니며, 기본적으로 센서의 구조가 고주파 웨이브가이드로서 고주파용 센서로 적합하다. 또한 저주파 신호를 검출하기 위한 센서로 로고우스키 코일 형태의 U 타입 센서는 와전류를 검출하는 센서로서 슬롯 외부에 설치 되어야 한다. 이러한 U 타입 센서와 마이크로스트립 센서 또는 2선 평행 전송선로를 동시에 설치할 경우 저, 고주파를 효과적으로 검출할 수 있다.
본 연구에서는 전력설비의 전력선에 탈부착이 용이하도록 전류계(CT) 방식의 비접촉식 부분방전 측정용 센서를 자체 개발하고, 그 특성평가 결과에 대하여 논하였다. 자체 제작한 HFCT센서의 주파수 응답특성이 20[kHz]에서 20[MHz]까지 측정 가능함을 보였으며, 정극성 방향으로 배치한 경우의 평균감도가 0.308[mV/pC], 부극성 방향으로 배치한 경우는 0.459[mV/pC]로서 부극성으로 배치한 경우가 정극성으로 배치한 경우보다 감도특성이 우수함을 보였다. 실제 부분방전 발생 및 특성측정 실험을 통하여 침전극 끝단에서 매우 미소한 코로나 기중방전이 시작되는 펄스 신호를 측정하는 것이 가능하므로 전력설비에서 발생될 수 있는 다양한 형태의 부분방전을 충분히 측정가능할 것으로 판단된다.
본 논문은 공기중 침대 평판 전극계를 이용하여 방전진전 과정과 부분방전을 모의하였다. 이 때 방전진전과정에 따른 방사전자파를 biconical 안테나와 스펙트럼 분석기를 이용하여 주파수 스펙트럼 분포를 분석 연구하였다. 본 연구의 결과로부터 공기중 교류방전 진전에 따른 방사전자파의 측정과 분석에 의한 절연진단을 위한 방법을 제시하였고 또한 방전진전과정과 방사전자파를 상호관계를 고려하면 부분방전의 검출과 방전진전과정의 평가가 가능함을 확인하였다
최근 들어 우리나라에서는 설치의 간편성과 높은 신뢰도를 가진 전력케이블의 사용이 증가하고 있다. 전력케이블은 출고 전에 IEEE std. 404-1993 시험을 거쳐 안정성을 확인하고 있지만 포설시 발생하는 접속부 내부의 결함으로 인하여 많은 문제가 발생하고 있다. 특히 불순물 혼입 또는 공극 발생시 고장율은 증가하게 된다. 부분방전 검출은 포설 후 전력케이블의 상태를 관측할 수 있는 유용한 방법이다. 본 연구에서는 부분방전 특성을 평가하고자 케이블 접속재인 EPR과 케이블 절연체인 XPLE 사이에 인공 결함을 발생시킨 후 데이터 취득 시스템을 이용하여 ${\varphi}$-q-n 특성을 검출하였으며, 부분방전의 정량적 해석을 위해 필요한 통계량인 최대방전전하량($q_{max}$), 평균방전 발생 펄스 수(${\={n}$), 평균 방전전하량(${\={q}$), ${\={n}$의 언밸런스 비와${\={q}$의 언밸런스 비를 계산하였다.
35년 이상 동안 운전된 2대의 가스터빈 발전기(70 MVA, 13.8 kV) 고정자 권선의 절연상태를 평가하기 위해 정지중 절연진단 시험을 수행하였다. 성극지수, 교류전류, 유전정접 및 부분방전 크기 등을 측정한 결과 모두 양호하여 절연상태가 매우 건전하게 평가되었다. 유전정접이 서서히 증가하는 전압이 부분방전 개시전압과 거의 일치하며, 이 전압은 다시 제1차 전류 급증점 보다는 3 kV정도 낮게 분석되었다. 그리고 발전기 고정자 권선의 부분방전 패턴은 내부방전으로 분석되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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