변압기 초음파 진단장치 document_id A220623039821

본 발명은 변압기 초음파 진단장치에 관한 것이다. 특히 운전중인 변압기내의 부분방전 및 아크에 의하여 발생하는 부분방전신호를 초음파 대역에서 검출하여 열화 및 위치를 추적하여 변압기의 이상상태를 조기에 발견함으로써, 사고를 예방하기 위한 변압기의 고장진단 시스템 및 방법에 관한 것이다. 최근 냉방부하 및 컴퓨터 등 전기이용 정보처리시설과 편의시설 증가로 전기 사용량이 급격히 증가하고 있으며, 이러한 현상은 과부하상태 지역 및 부하편중현상 심화지역의 확대로 나타나고 있다. 이로 인하여, 계통말단에 위치한 주상 및 지상변압기가 담당하는 부하량은 불규칙하게 증대되고, 변압기에는 과부하현상에 의한 열화와 외부환경에 의한 열화 등에 의하여 잦은 절연파괴가 발생한다. 변압기는 전력의 안정적인 공급에 관련된 중요한 기능을 담당하고 있어서, 다른 어떤 전력설비보다도 높은 신뢰성이 요구된다. 이러한 전력용변압기 사고의 주원인은 잦은 이상전압의 침입, 흡습 및 과열에 기인한 열화에 의한 것이 대부분이다. 따라서 과부하로 인한 전력용변압기 및 지상변압기의 소손을 예방하고 전력공급의 신뢰도를 향상시켜 수리비 예산을 절감할 수 있는 전력용변압기 및 지상변압기의 절연유의 활성 절연진단기법의 개발 및 최대 부하전류를 실측 또는 예측할 수 있는 방안이 필요하다. 현재 변압기의 진단방법으로 사용하는 방식은 절연유 유중가스 진단, 절연유 누설전류 진단 및 변압기 온도 진단 방법이 있다. 하지만 이런 방식들은 변압기의 열화가 상당히 진행된 상태에서 진단이 가능하며, 조기진단 및 추후관리가 없다는 점과 검출센서를 변압기에 내장해야 하는 단점이 있으므로 휴전절차를 동반한다. 이런 점을 보완하여 현재는 변압기 열화로 인해 절연이 불량해져 발생하는 부분방전신호를 검출하기 위해 변압기 부싱탭이나 접지선에서 부분방전에 의한 전류펄스를 검출하는 전기적인 방법과 변압기 외함에서 내부 부분방전 및 Arc에 의한 초음파 신호를 검출하는 음향적인 방법이 연구되고 있다. 본 발명과 유사한 공개특허공보 2004-20270"지능형 절연열화센서"에 의하면, 고압전기설비의 절연체내의 부분방전을 초음파로 감시하고 열화상태를 감지할 수 있는 지능형 절연열화센서를 공개하고 있다. 한편, 등록특허공보 10-0476982호"변압기의 고장 진단 시스템"에 의하면, 변압기 내부의 온도, 전류, 전압 등의 과도상태에 대한 모델링 기법을 제공함으로써 사고 발생 전에 과도상태를 검출할 수 있는 변압기의 고장진단 시스템 및 방법을 공개하고 있다. 도 1은 등록특허공보 10- 0476982호의 실시예에 따른 변압기 고장진단을 위한 시스템을 나타낸다. 즉, 도 1은 종래의 변압기 고장진단을 위한 시스템의 블록 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전력용변압기(1) 절연유 속에 커패시터 센서(11)와 유중 온도를 측정할 수 있는 온도 센서(12)가 설치된다. 상기 커패시터 센서(11)에 인가하는 전압은 전력용변압기의 2차 측 전압을 이용한다. 정밀한 진단을 위하여 상기 커패시터 센서(11)에 인가되는 전압은 PT를 통하여 ㅁ 5V 범위로 조정되고, 전류는 정밀저항을 사용하여 측정되며, 온도측정을 위하여 열전쌍 온도 센서(12)를 이용한다. 먼저 센서부(10)는 커패시터 센서(11)에 흐르는 전압 및 전류를 측정하여 절연저항의 크기를 산출함으로써 이러한 절연저항의 변화로부터 절연유의 열화를 감지한다. 상기 커패시터 센서(11)와 열전쌍 온도 센서(12)는 절연상태 및 온도변화에 의한 절연저항의 변화를 측정하여 이상 발생 시, 릴레이에 의해 신호를 발생하도록 한다. 상기 신호는 메모리부(2)에 통신프로그램이 탑재된 제어부(3)의 제어 하에 통신인터페이스(4)를 통하여 자기정보모듈(5)에 저장되어 있는 전력용변압기(1)의 고유번호를 상기 측정된 온도 및 절연유의 열화상태와 함께 외부로 전송하도록 한다. 상기 제어부(3)는 원칩(One-chip) 마이크로프로세서로 구현될 수 있다. 상기 통신인터페이스(4)는 USB포트, RS-232C 등의 직렬 인터페이스를 통하여 접속하는 순회 진단용 PC(6)와의 데이터 통신을 수행한다. 또한, 이상 발생 시 무선 통신 인터페이스을 통하여 유무선 통신망(7)과 접속함으로써 원격지의 중앙관제서버(20) 및 휴대용 단말기(30)에 데이터를 전송한다. 상기 순회 진단용 PC(6)는 상기 변압기 고장진단 시스템에 구비되는 통신 인터페이스(4)에 접속하여, 현장에서 직접 진단하고자 하는 변압기(1)로부터 입력된 관리번호, 유전정접, 절연유의 온도 등을 간편하게 전송받아 이를 데이터베이스화함으로써 그 진단결과를 모니터로 출력한다. 또한, 변압기(1)의 유전정접을 측정하기 위해 증폭회로부(8)는 입력신호가 큰 전압신호는 그 크기를 줄이고, 상대적으로 작게 나타나는 전류신호는 그 크기를 증폭시킨다. 이를 위해, 증폭회로부(8)는 OP-Amp를 이용하여 구성하며, 상기 센서부(10)로부터 측정된 전압, 전류 및 온도에 대응하는 신호를 A/D변환하기에 적합한 크기로 증폭한다. 종래에 측정되는 측정법으로는 유중가스 분석법, 진동측정법, 전기적 측정법 등이 있다. 유중가스 분석은 한전에서 변압기의 이상여부를 판단할 때 많이 사용하고 있는 방식이다. 현재 적용하고 있는 국내기술은 시료를 채취하여 운반하고 있으므로 변압기 이상유무 판단까지는 장시간이 소요될 뿐, 급속히 진행되는 이상 발생시는 효과적인 진단이 되지 못한다. 근래에는 On-line으로 유중가스를 분석하는 시스템이 개발되고 있지만, 아직 정확성을 갖는 장치는 개발되지 않고 있는 실정이다. 진동측정법은 변압기가 운전할 때 떨리는 현상을 이용하여 변압기의 철심에 진동센서를 달아놓고 변압기가 정상적으로 운전할 때의 진동신호와 고장신호의 진동신호를 구별하여 변압기의 이상 유무를 판단하는 방법으로 부하사용에 따른 노이즈에 대한 영향이 심하여 구별이 어려우며, 전기적인 측정법은 변압기 부분방전 발생시 접지에 흐르는 펄스형 방전전류에 의한 방전전하량을 측정하는 방법으로 부분방전검출에는 고감도이나 외부 노이즈에 큰 영향을 받는다.