KR102920005B1

KR102920005B1 - 우수한 정확도를 가지는 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 방법

Info

Publication number: KR102920005B1
Application number: KR1020250023225A
Authority: KR
Inventors: 최종기; 김우중; 이유진; 장병태; 전동훈
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2025-02-21
Publication date: 2026-01-29
Anticipated expiration: 2040-05-20
Also published as: KR20250026806A; KR102794453B1; KR20210143551A; KR102919427B1; KR102918573B1; KR102918029B1; KR20250027707A; KR20250027693A; KR20250027548A; KR20250028328A; KR20250028342A

Abstract

본 발명의 실시 예는 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 상기 고장점 위치 검출 장치는, 병행 선로들 중 고장이 발생한 고장 선로의 양 단부에서 측정된 모선 전압 파형들 및 선로 전류 파형들, 그리고 상기 병행 선로들 중 고장이 발생하지 않은 건전 선로에서 측정된 선로 전류를 고장 파형들로 획득하는 복수의 고장 파형 획득부, 상기 고장 파형들을 동기화하는 동기화부, 상기 동기화부에 의해 동기화된 상기 고장 파형들로부터 기본파 성분들을 획득하는 기본파 성분 획득부, 및 상기 기본파 성분들에 기초하여 상기 고장 선로의 고장점 위치를 결정하는 고장점 결정부를 포함할 수 있다.

Description

우수한 정확도를 가지는 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 방법 {METHOD FOR DETECTING FAULT POINT LOCATION IN TRANSMISSION LINE WITH HIGH ACCURACY}

본 발명은 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 병행 선로가 포함된 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 방법에 관한 것이다.

일반적으로 송전 선로의 고장은 낙뢰, 강풍 등 자연 재해에 의해 주로 발생하고, 조류나 외부 수목의 접촉에 의한 고저항 지락이나 단락사고 등에 의해서도 발생한다. 송전 선로의 고장 발생 시 정확한 고장 위치 즉, 고장점을 추정하는 것은, 송전 운영 담당자가 고장 원인을 파악하고 그에 따른 신속한 고장 복구 작업을 수행하기 위해 매우 중요하다.

송전 선로 양 단부의 변전소들에 위치하는 보호 계전기들은 선로 고장 시 고장점 및 고장 종류를 감지하고 해당하는 선로의 차단기를 개방함으로써, 고장난 선로를 계통으로부터 신속히 분리시키는 역할을 한다. 송전 선로에서의 고장점을 탐색하는 방법으로는, 고장 선로의 양쪽 끝부분들 중 적어도 한 쪽의 변전소에서 취득한 전압, 전류 정보를 이용하는 방법이 사용될 수 있다. 이러한 방법에서는, 변전소에서 취득된 전압과 전류를 이용하여 임피던스를 산정하고, 산정된 임피던스를 정해진 함수에 적용하여 고장점까지의 거리를 추정하는 방식으로 송전 선로에서의 고장점이 검출된다.

병행 선로들로 구성된 송전 선로는 병행 선로들 사이에 전자 유도 결합이 존재한다. 이로 인해, 두 선로가 병행하는 송전 선로에서는 한 선로에서 지락 고장이 발생하는 경우, 건전한 다른 선로의 전류로 인해 고장난 선로에 유도 전압이 발생한다. 이러한 방식으로 고장난 선로에서 발생된 유도 전압은, 고장 선로의 선로 임피던스에 의한 전압 강하와 결합되어 고장 선로 양 단부의 변전소들에서 측정되는 전압 및 전류의 정확도를 떨어뜨리고, 결과적으로는 고장점 검출 정확도를 떨어뜨리는 원인으로 작용한다.

본 발명의 실시 예를 통해 해결하려는 과제는 병행 선로가 포함된 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 정확도를 향상시킨 고장점 위치 검출 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 장치를 제공한다. 상기 고장점 위치 검출 장치는, 상기 송전 선로에 포함된 병행 선로들 중 고장이 발생한 고장 선로의 양 단부에서 측정된 모선 전압 파형들 및 선로 전류 파형들, 그리고 상기 병행 선로들 중 고장이 발생하지 않은 건전 선로에서 측정된 선로 전류를 고장 파형들로 획득하는 복수의 고장 파형 획득부, 상기 고장 파형들을 동기화하는 동기화부, 상기 동기화부에 의해 동기화된 상기 고장 파형들로부터 기본파 성분들을 획득하는 기본파 성분 획득부, 그리고 상기 기본파 성분들에 기초하여 상기 고장 선로의 고장점 위치를 결정하는 고장점 결정부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 고장점 위치 검출 장치의, 상기 고장점 결정부는, 상기 고장 선로의 양 단부에서 측정된 선로 전류들, 및 상기 건전 선로의 선로 전류에 대응하는 상기 기본파 성분들 중, 상기 고장 선로의 고장상에 대응하는 기본파 성분들을 이용하여 상기 고장점 위치를 결정할 수 있다.

또한, 상기 고장점 위치 검출 장치의, 상기 고장점 결정부는, 하기의 수학식 4를 통해 상기 고장점 위치(m)를 결정할 수 있다.

[수학식 4]

상기 수학식 4에서, I_x 및 I_y는 상기 고장 선로의 양 단부에서 상기 고장상의 도체를 통해 상기 고장점으로 흐르는 선로 전류에 대응하는 기본파 성분들이고, 상기 I_w는 상기 건전 선로의 상기 고장상의 선로 전류에 대응하는 기본파 성분이다.

또한, 상기 고장점 위치 검출 장치의, 상기 고장점 결정부는, 상기 고장 선로의 양 단부에 대응하는 모선 전압들 및 선로 전류들, 그리고 상기 건전 선로의 선로 전류에 대응하는 상기 기본파 성분들 중, 상기 고장 선로의 고장상에 대응하는 기본파 성분들을 이용하여 상기 고장 선로의 고장 저항을 결정할 수도 있다.

또한, 상기 고장점 위치 검출 장치의, 상기 고장점 결정부는, 하기의 수학식 6을 통해 상기 고장 저항(R_F)을 결정할 수 있다.

[수학식 6]

상기 수학식 6에서, I_x 및 I_y는 상기 고장 선로의 양 단부에서 상기 고장상의 도체를 통해 상기 고장점으로 흐르는 선로 전류들에 대응하는 기본파 성분들이고, 상기 V_x 및 V_y는 상기 고장 선로의 양 단부에서 측정된 모선 전압들에 대응하는, 상기 I_w는 상기 건전 선로의 상기 고장상의 선로 전류에 대응하는 기본파 성분이다.

또한, 상기 고장점 위치 검출 장치의, 상기 고장점 결정부는, 하기의 수학식 5를 통해 상기 병행 선로들 간의 상호 임피던스(Z_m)를 결정할 수 있다.

[수학식 5]

상기 수학식 5에서, 상기 병행 선로 중 하나의 선로의 자기 임피던스인 이고, 상기 Z₀는 상기 병행 선로들의 양단 변전소들에서 측정되는 선로 전류들의 대칭좌표에서의 영상분 임피던스를 나타내며, 상기 Z₁은 상기 대칭좌표에서의 정상분 임피던스를 나타내고, 상기 Z₂는 상기 대칭좌표에서의 역상분 임피던스(계산치 또는 실측치)를 나타낸다.

또한, 상기 고장점 위치 검출 장치의, 상기 복수의 고장 파형 획득부는, 상기 고장 선로의 양 단부에 위치하는 복수의 제1 보호 계전기, 그리고 상기 건전 선로의 양 단부에 위치하는 복수의 제2 보호 계전기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 고장점 위치 검출 장치의, 상기 복수의 제1 보호 계전기는, 상기 고장 선로로부터 고장 발생이 검출되면, 상기 복수의 제2 보호 계전기와 통신하여 상기 고장 파형의 기록을 트리거시킬 수 있다.

또한, 상기 고장점 위치 검출 장치의, 상기 복수의 제2 보호 계전기 중 적어도 하나는, 대응하는 변전소에서의 모선 전압이 소정치 이하로 낮아지면, 상기 고장 선로에서 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 고장점 위치 검출 장치의, 상기 복수의 고장 파형 획득부는, 상기 송전 선로의 제1 단부에 위치하여, 대응하는 모선 전압과 상기 고장 선로 및 상기 건전 선로의 상기 제1 단부에서의 선로 전류에 대응하는 고장 파형들을 획득하는 복수의 보호 계전기, 그리고 상기 송전 선로의 제2 단부에 위치하여, 대응하는 모선 전압과 상기 고장 선로 및 상기 건전 선로의 상기 제2 단부에서의 선로 전류에 대응하는 고장 파형들을 획득하는 고장 파형 기록장치를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 고장점 위치 검출 장치의, 상기 복수의 고장 파형 획득부는, 상기 송전 선로의 제1 단부에 위치하여, 대응하는 모선 전압과 상기 고장 선로 및 상기 건전 선로의 상기 제1 단부에서의 선로 전류에 대응하는 고장 파형들을 획득하는 제1 고장 파형 기록 장치, 및 상기 송전 선로의 제2 단부에 위치하여, 대응하는 모선 전압과 상기 고장 선로 및 상기 건전 선로의 상기 제2 단부에서의 선로 전류에 대응하는 고장 파형들을 획득하는 제2 고장 파형 기록장치를 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 장치를 포함하는 변전소 시스템을 제공한다. 이러한 변전소 시스템의 상기 고장점 위치 검출 장치는, 상기 송전 선로에 포함된 병행 선로들 중 고장이 발생한 고장 선로의 양 단부에서 측정된 모선 전압 파형들 및 선로 전류 파형들, 그리고 상기 병행 선로들 중 고장이 발생하지 않은 건전 선로에서 측정된 선로 전류를 고장 파형들로 획득하는 복수의 고장 파형 획득부, 상기 고장 파형들을 동기화하는 동기화부, 상기 동기화부에 의해 동기화된 상기 고장 파형들로부터 기본파 성분들을 획득하는 기본파 성분 획득부, 그리고 상기 기본파 성분들에 기초하여 상기 고장 선로의 고장점 위치를 결정하는 고장점 결정부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 변전소 시스템의, 상기 고장점 결정부는, 상기 고장 선로의 양 단부에서 측정된 선로 전류들, 및 상기 건전 선로의 선로 전류에 대응하는 상기 기본파 성분들 중, 상기 고장 선로의 고장상에 대응하는 기본파 성분들을 이용하여 상기 고장점 위치를 결정할 수 있다.

또한, 상기 변전소 시스템의, 상기 고장점 결정부는, 하기의 수학식 4를 통해 상기 고장점 위치(m)를 결정할 수 있다.

[수학식 4]

또한, 상기 변전소 시스템의, 상기 고장점 결정부는, 상기 고장 선로의 양 단부에 대응하는 모선 전압들 및 선로 전류들, 그리고 상기 건전 선로의 선로 전류에 대응하는 상기 기본파 성분들 중, 상기 고장 선로의 고장상에 대응하는 기본파 성분들을 이용하여 상기 고장 선로의 고장 저항을 결정할 수도 있다.

또한, 상기 변전소 시스템의, 상기 고장점 결정부는, 하기의 수학식 6을 통해 상기 고장 저항(R_F)을 결정할 수 있다.

[수학식 6]

[수학식 5]

상기 수학식 5에서, 상기 병행 선로 중 하나의 선로의 자기 임피던스인 이고, 상기 Z₀는 상기 병행 선로들의 양단 변전소들에서 측정되는 선로 전류들의 대칭 좌표에서의 영상 분 임피던스를 나타내며, 상기 Z₁은 상기 대칭 좌표에서의 정상 분 임피던스를 나타내고, 상기 Z₂는 상기 대칭 좌표에서의 역상 분 임피던스(계산치 또는 실측치)를 나타낸다.

또한, 상기 변전소 시스템의, 상기 복수의 고장 파형 획득부는, 상기 고장 선로의 양 단부에 위치하는 복수의 제1 보호 계전기, 그리고 상기 건전 선로의 양 단부에 위치하는 복수의 제2 보호 계전기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 변전소 시스템의, 상기 복수의 제1 보호 계전기는, 상기 고장 선로로부터 고장 발생이 검출되면, 상기 복수의 제2 보호 계전기와 통신하여 상기 고장 파형의 기록을 트리거시킬 수 있다.

또한, 상기 변전소 시스템의, 상기 복수의 제2 보호 계전기 중 적어도 하나는, 대응하는 변전소에서의 모선 전압이 소정치 이하로 낮아지면, 상기 고장 선로에서 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 변전소 시스템의, 상기 복수의 고장 파형 획득부는, 상기 송전 선로의 제1 단부에 위치하여, 대응하는 모선 전압과 상기 고장 선로 및 상기 건전 선로의 상기 제1 단부에서의 선로 전류에 대응하는 고장 파형들을 획득하는 복수의 보호 계전기, 그리고 상기 송전 선로의 제2 단부에 위치하여, 대응하는 모선 전압과 상기 고장 선로 및 상기 건전 선로의 상기 제2 단부에서의 선로 전류에 대응하는 고장 파형들을 획득하는 고장 파형 기록장치를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 변전소 시스템의, 상기 복수의 고장 파형 획득부는, 상기 송전 선로의 제1 단부에 위치하여, 대응하는 모선 전압과 상기 고장 선로 및 상기 건전 선로의 상기 제1 단부에서의 선로 전류에 대응하는 고장 파형들을 획득하는 제1 고장 파형 기록 장치, 및 상기 송전 선로의 제2 단부에 위치하여, 대응하는 모선 전압과 상기 고장 선로 및 상기 건전 선로의 상기 제2 단부에서의 선로 전류에 대응하는 고장 파형들을 획득하는 제2 고장 파형 기록장치를 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 방법을 제공한다. 상기 고장점 위치 검출 방법은, 상기 송전 선로에서의 고장 발생을 검출하는 단계, 상기 송전 선로에 포함된 병행 선로들 중 고장이 발생한 고장 선로의 양 단부에서 측정된 모선 전압 파형들 및 선로 전류 파형들, 그리고 상기 병행 선로들 중 고장이 발생하지 않은 건전 선로에서 측정된 선로 전류를 고장 파형들로 획득하는 단계, 상기 고장 파형들을 동기화하는 단계, 동기화된 상기 고장 파형들로부터 기본파 성분들을 획득하는 단계, 그리고 상기 기본파 성분들에 기초하여 상기 고장 선로의 고장점 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 결정하는 단계는, 상기 고장 선로의 양 단부에서 측정된 선로 전류들, 그리고 상기 건전 선로의 선로 전류에 대응하는 상기 기본파 성분들 중, 상기 고장 선로의 고장상에 대응하는 기본파 성분들을 이용하여 상기 고장점 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 고장 선로의 고장상에 대응하는 기본파 성분들을 이용하여 상기 고장점 위치를 결정하는 단계는, 상기 수학식 4를 통해 상기 고장점 위치(m)를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 결정하는 단계는, 상기 고장 선로의 양 단부에 대응하는 모선 전압들 및 선로 전류들, 그리고 상기 건전 선로의 선로 전류에 대응하는 상기 기본파 성분들 중, 상기 고장 선로의 고장상에 대응하는 기본파 성분들을 이용하여 상기 고장 선로의 고장 저항을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 고장 선로의 고장상에 대응하는 기본파 성분들을 이용하여 상기 고장 선로의 고장 저항을 결정하는 단계는, 상기 수학식 6을 통해 상기 고장 저항(R_F)을 결정할 수 있다.

상기 결정하는 단계는, 상기 수학식 5를 통해 상기 병행 선로들 간의 상호 임피던스(Z_m)를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다.

상기 고장 파형들을 획득하는 단계는, 상기 고장 선로의 양 단부에 위치하는 복수의 제1 보호 계전기를 통해 상기 고장 선로의 양 단부에서 측정된 모선 전압 파형들 및 선로 전류 파형들을 상기 고장 파형으로 획득하는 단계, 그리고 상기 건전 선로의 양 단부에 위치하는 복수의 제2 보호 계전기를 통해 상기 건전 선로에서 측정된 선로 전류 파형을 상기 고장 파형으로 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 고장 파형들을 획득하는 단계는, 상기 복수의 제1 보호 계전기가, 상기 복수의 제2 보호 계전기로 상기 고장 파형의 기록을 트리거시키는 통지 신호를 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 고장 파형들을 획득하는 단계는, 상기 복수의 제2 보호 계전기 중 적어도 하나가, 대응하는 변전소에서의 모선 전압이 소정치 이하로 낮아지면, 상기 고장 선로에서 고장이 발생한 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면 병행 선로를 포함하는 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치의 고장 파형 획득부들이 보호 계전기들을 통해 구현되는 일 예시를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치의 고장 파형 획득부들이 보호 계전기들을 통해 구현되는 다른 예시를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치의 고장 파형 획득부들이 보호 계전기들과 고장 기록장치를 통해 구현되는 일 예시를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치의 고장 파형 획득부들이 고장 기록장치를 통해 구현되는 일 예시를 도시한 것이다.
도 6은 서로 병행하는 2개의 선로 중 어느 하나의 선로에서 지락 고장이 발생한 경우에 선로들 사이에 발생하는 상호 유도결합을 나타내는 등가회로이다.
도 7은 서로 병행하는 2개의 선로 중 어느 하나의 선로에서 지락 고장이 발생한 경우에 선로들 간의 상호 유도결합에 의해 발생한 유도전압을 나타내는 등가 회로이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 방법을 도시한다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 13은 고장 저항과 고장점 위치 오차율 간의 상관관계를 설명하기 위한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 장치 및 그 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 장치를 개략적으로 도시한 것으로서, 병행 선로들을 포함하는 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 장치를 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치(10)는, 고장 파형 획득부들(11, 12, 13, 14), 고장 파형 데이터베이스(15), 동기화부(16), 기본파 성분 획득부(17), 및 고장점 결정부(18)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치(10)는 그보다 더 많거나 더 적은 구성요소를 포함할 수도 있다.

제1 고장 파형 획득부(11)는 송전 선로의 양 단부 중 제1 단부에 배치되며, 송전 선로를 구성하는 두 선로 중 제1 선로에서의 고장 검출 시, 제1 선로에 대해 고장 파형들을 획득하고 이를 고장 파형 데이터베이스(15)에 저장할 수 있다. 본 문서에서, 고장 파형 데이터베이스(15)에 저장되는 고장 파형은, 대응하는 아날로그 전류 신호 또는 전압 신호를 이산적으로 샘플링하고 아날로그-디지털 변환하여 획득한 시계열의 데이터를 나타낸다.

제1 고장 파형 획득부(11)에 의해 획득되는 고장 파형은, 제1 선로의 제1 단부에서 기록된 전류 파형, 및 제1 선로의 제1 단부에 대응하는 변전소에서 측정된 모선 전압 파형들을 포함할 수 있다. 즉, 제1 고장 파형 획득부(11)는 제1 선로의 제1 단부에 위치하는 계기용 변류기(CT: current transformer)를 통해 기록된 제1 선로의 전류 파형을 고장 파형으로 획득할 수 있다. 또한, 제1 고장 파형 획득부(110)는 제1 선로의 제1 단부의 변전소에서 계기용 변압기(PT: potential transformer)를 통해 측정된 모선의 전압파형들을 고장 파형으로 획득할 수 있다.

제1 고장 파형 획득부(11)는 고장 파형 획득 시, 고장 검출 시점 이후뿐만 아니라 이전의 전류 파형 및 전압 파형 또한 고장 파형으로 획득할 수 있다. 즉, 제1 고장 파형 획득부(11)는 계기용 변류기(CT) 및 계기용 변압기(PT)로부터, 제1 선로에서 고장이 검출된 시점을 기준으로 소정 시간 이전인 시점(시작 시점)부터 고장 검출 시점으로부터 소정 시간 이후인 시점(종료 시점)까지의 모선 전압, 회전 전류파형들을 획득하여, 고장 파형으로 저장할 수 있다.

제2 고장 파형 획득부(12)는 송전 선로의 양 단부 중 제1 단부에 배치되며, 송전 선로를 구성하는 두 선로 중 제2 선로에서의 고장 검출 시, 제2 선로에 대해 고장 파형들을 획득하고 이를 고장 파형 데이터베이스(15)에 저장할 수 있다. 여기서, 제2 고장 파형 획득부(12)에 의해 획득되는 고장 파형은, 제2 선로의 제1 단부에서 기록된 전류 파형, 및 제2 선로의 제1 단부의 변전소에서 측정된 전압 파형을 포함할 수 있다. 즉, 제2 고장 파형 획득부(12)는 제2 선로의 제1 단부에 위치하는 계기용 변류기(CT)를 통해 기록된 제2 선로의 전류 파형을 고장 파형으로 획득할 수 있다. 또한, 제2 고장 파형 획득부(12)는 제2 선로의 제1 단부의 변전소에서 계기용 변압기(PT)를 통해 측정된 모선의 전압파형을 고장 파형으로 획득할 수 있다.

제2 고장 파형 획득부(12)는 고장 파형 획득 시, 고장 검출 시점 이후뿐만 아니라 이전의 전류 파형 및 전압 파형 또한 고장 파형으로 획득할 수 있다. 즉, 제2 고장 파형 획득부(12)는 계기용 변류기(CT) 및 계기용 변압기(PT)로부터, 제2 선로에서 고장이 검출된 시점을 기준으로 소정 시간 이전인 시점(시작 시점)부터 고장 검출 시점으로부터 소정 시간 이후인 시점(종료 시점)까지의 모선 전압, 회전 전류파형들을 획득하여, 고장 파형으로 저장할 수 있다.

제1 및 제2 고장 파형 획득부(11, 12)는 서로 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 고장 파형 획득부(11, 12)는 대응하는 선로에서 고장이 검출되면 전술한 바와 같이 고장 파형을 저장할 뿐만 아니라, 자신의 선로에서의 고장 발생을 통지하고 고장 파형 저장을 트리거하기 위한 통지 신호를 다른 선로의 고장 파형 획득부로 전달할 수도 있다. 예를 들어, 제1 고장 파형 획득부(11)에 의해 제1 선로에서의 고장이 검출되면, 제1 고장 파형 획득부(11)는 제1 선로에서의 고장 파형을 획득 및 저장할 뿐만 아니라, 제2 고장 파형 획득부(12)로 제1 선로에서의 고장 발생을 통지하는 통지 신호를 전달하여 제2 고장 파형 획득부(12)가 제2 선로에서의 고장 파형을 획득 및 저장하도록 트리거할 수 있다. 제1 고장 파형 획득부(11)로부터 통지 신호를 수신한 제2 고장 파형 획득부(12)는 제2 선로가 건전한 선로일지라도 통지 신호를 수신한 시점을 기준으로 소정 기간 동안의 제2 선로의 전류 파형을 고장 파형으로 획득하고, 획득된 고장 파형을 고장 파형 데이터베이스(15)에 저장할 수 있다. 이 경우, 건전한 선로인 제2 선로에서 획득되는 고장 파형은, 통지 신호의 수신 시점으로부터 소정 시간 이전인 시점(시작 시점)부터 통지 신호의 수신 시점으로부터 소정 시간 이후인 시점(종료 시점)까지의 제2 선로의 전류 파형을 포함할 수 있다.

제1 고장 파형 획득부(11) 또는 제2 고장 파형 획득부(12)는 계기용 변압기(PT)를 통해 제1 및 제2 선로의 제1 단부에 대응하는 모선 전압을 모니터링하고, 대응하는 모선 전압이 소정치 이하로 낮아지면 자동으로 고장 파형을 획득 및 저장할 수도 있다. 이 경우, 고장 파형은, 모선 전압이 소정치 이하로 낮아진 시점으로부터 소정 시간 이전인 시점(시작 시점)부터 모선 전압이 소정치 이하로 낮아진 시점으로부터 소정 시간 이후인 시점(종료 시점)까지의 선로 전류 파형들을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는, 고장점 추정 시 추정 정확도를 높이기 위해 송전 선로의 양 단부 중 어느 하나가 아닌 양쪽 모두에서의 고장 파형들을 이용할 수도 있다. 이를 위해, 고장점 위치 검출 장치(10)는 제3 고장 파형 획득부(13) 및 제4 고장 파형 획득부(14)를 더 포함할 수 있다.

제3 고장 파형 획득부(13) 및 제4 고장 파형 획득부(14)는 송전 선로의 제2 단부에 배치되며, 전술한 제1 고장 파형 획득부(13) 및 제2 고장 파형 획득부(14)와 동일한 방식으로 제1 및 제2 선로에서의 고장 파형들을 각각 획득하고, 이를 고장 파형 데이터베이스(15)에 저장할 수 있다.

한편, 전술한 고장 파형 획득부들(11 내지 14)은 보호 계전기, 또는 보호 계전기와 별도로 구현된 고장 파형 기록장치에 의해 수행될 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 고장점 위치 검출 장치(10)의 고장 파형 획득부들(11 내지 14)이 고장 파형을 기록하는 예시들에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치(10)의 고장 파형 획득부들이 보호 계전기들을 통해 구현되는 일 예시를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 제1 선로(L1)에서 고장이 발생함에 따라, 제1 선로(L1)의 양 단부에서 보호 계전기들(21, 23)이 고장 발생을 검출한다. 보호 계전기들(21, 23)은, 제1 선로(L1)에서의 고장 발생이 검출됨에 따라, 제1 선로(L1)의 양 단부의 변전소들에 위치한 계기용 변압기들(PT1, PT2)과, 제1 선로(L1) 양 단부에 배치된 계기용 변류기들(CT11, CT12)을 통해 소정 기간 동안 측정된 모선 전압 파형들 및 선로 전류파형들을 제1 선로(L1)의 고장 파형으로 획득한다.

또한, 제1 선로(L1)의 보호 계전기들(21, 23)은, 통신을 통해 제2 선로(L2)의 보호 계전기들(22, 24)로 고장 발생을 통지하여 고장 파형 기록을 지시하는 통지 신호(S21, S22)를 각각 전송한다. 즉, 제1 선로(L1)의 제1 단부에 위치하는 보호 계전기(21)는 제2 선로(L2)의 제1 단부에 위치하는 보호 계전기(22)로 통지 신호(S21)를 전송하고, 제1 선로(L1)의 제2 단부에 위치하는 보호 계전기(23)는 제2 선로(L2)의 제2 단부에 위치하는 보호 계전기(24)로 통지 신호(S22)를 전송한다. 이를 수신한 제2 선로(L2)의 보호 계전기들(23, 24)은, 제2 선로(L2)의 양 단부에 배치된 계기용 변류기들(CT21, CT22)을 통해 소정 기간 동안 측정된 제2 선로(L2)의 선로 전류파형들을 제2 선로(L2)의 고장 파형으로 획득한다.

전술한 도 2의 예시에서는, 제1 선로(L1) 및 제2 선로(L2)의 제1 단부에 위치하는 보호 계전기(21, 22)들이 각각 전술한 제1 및 제2 고장 파형 획득부(11, 12)의 고장 파형 기록 기능을 수행하고, 제1 선로(L1) 및 제2 선로(L2)의 제2 단부에 위치하는 보호 계전기들(23, 24)이 각각 전술한 제3 및 제4 고장 파형 획득부(13, 14)의 고장 파형 기록 기능을 수행한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치(10)의 고장 파형 획득부들이 보호 계전기들을 통해 구현되는 다른 예시를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 제1 선로(L1)에서 고장이 발생함에 따라, 제1 선로(L1)의 양 단부에서 보호 계전기들(21, 23)이 고장 발생을 검출한다. 보호 계전기들(21, 23)은, 제1 선로(L1)에서의 고장 발생이 검출됨에 따라, 제1 선로(L1)의 양 단부의 변전소들에 위치한 계기용 변압기들(PT1, PT2)과, 제1 선로(L1) 양 단부에 배치된 계기용 변류기들(CT11, CT12)을 통해 소정 기간 동안 측정된 모선들의 전압 파형들 및 제1 선로(L1)의 선로 전류파형들을 제1 선로(L1)의 고장 파형으로 획득한다.

또한, 제1 선로(L1)의 제2 단부에 위치하는 보호 계전기(23)는, 통신을 통해 제2 선로(L2)의 제2 단부에 위치하는 보호 계전기(24)로 고장 파형 기록을 지시하는 통지 신호(S22)를 전송한다. 이를 수신한 제2 선로(L2)의 보호 계전기(24)는, 제2 선로(L2)의 제2 단부에 배치된 계기용 변류기(CT22)를 통해 소정 기간 동안 측정된 제2 선로(L2)의 선로 전류파형을 제2 선로(L2)의 고장 파형으로 획득한다.

한편, 제2 선로(L2)에 위치하는 보호 계전기(22)는 고장이 발생한 제1 선로(L1)의 보호 계전기로부터 통지 신호가 수신되지 않더라도, 지속적인 모선 전압 모니터링을 통해 제1 선로(L1)에서의 고장 발생을 검출하여 이에 따른 고장 파형 기록을 수행할 수도 있다. 즉, 제2 선로(L2)의 제1 단부에 위치하는 보호 계전기(22)는 제1 선로(L1)의 제1 단부에 위치하는 보호 계전기(21)로부터 통지 신호를 수신하지 않더라도, 송전 선로의 제1 단부의 모선 전압을 모니터링하여 모선 전압이 소정치 이하로 낮아지면 제1 선로(L1)에서의 고장 발생 상황을 검출할 수 있다. 그리고 이를 통해 제1 선로(L1)에서의 고장 발생 상황이 검출되면, 고장 발생 검출 시점을 기준으로 하는 소정 기간 동안 제2 선로(L2)의 제1 단부에 위치한 계기용 변류기(CT)를 통해 측정된 전류파형을 제2 선로(L2)의 고장 파형으로 획득한다.

전술한 도 3의 예시에서는, 제1 선로(L1) 및 제2 선로(L2)의 제1 단부에 위치하는 보호 계전기(21, 22)들이 각각 전술한 제1 및 제2 고장 파형 획득부(11, 12)의 고장 파형 기록 기능을 수행하고, 제1 선로(L1) 및 제2 선로(L2)의 제2 단부에 위치하는 보호 계전기들(23, 24)이 각각 전술한 제3 및 제4 고장 파형 획득부(13, 14)의 고장 파형 기록 기능을 수행한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치(10)의 고장 파형 획득부들이 보호 계전기들과 고장 기록장치를 통해 구현되는 일 예시를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 제1 선로(L1)에서 고장이 발생함에 따라, 제1 선로(L1)에 대응하는 보호 계전기들은 제1 선로(L1)에서의 고장 발생을 검출한다. 제1 선로(L1)에서의 고장 발생을 검출한 보호 계전기(33)는, 제1 선로(L1)의 제2 단부에서의 고장 파형 획득 및 저장 기능을 수행하고, 통신을 통해 제2 선로(L2)의 제2 단부에 위치하는 보호 계전기(34)로 고장 파형 기록을 지시하는 통지 신호(S31)를 전송한다. 이를 수신한 제2 선로(L2)의 보호 계전기(34)는, 제2 선로(L2)의 계기용 변류기(CT22)를 통해 소정 기간 동안 측정된 제2 선로(L2)의 전류 파형을 고장 파형으로 획득한다.

한편, 도 4에서는 제1 선로(L1) 및 제2 선로(L2)의 제2 단부에 대해서만 보호 계전기들(33, 34)을 통해 고장 파형을 획득하고, 제1 선로(L1) 및 제2 선로(L2)의 제2 단부에 대해서는 별도의 고장 기록장치(31)를 통해 고장 파형을 획득한다. 제1 선로(L1)의 제1 단부에서 제1 선로(L1)의 고장 발생을 검출한 보호 계전기(미도시)는 고장 기록장치(31)로 제1 선로(L1)의 고장 발생을 통지하는 고장 검출 신호(S32)를 전송한다. 이를 수신한 고장 기록장치(31)는 제1 선로(L1)의 제1 단부에 대해 계기용 변압기(PT1)와 계기용 변류기(CT11)를 통해 소정 기간 동안 측정된 모선 전압 파형 및 선로 전류 파형을 고장 파형으로 획득한다. 또한, 제2 선로(L1)의 제1 단부에 대해서도 계기용 변류기(CT21)를 통해 소정 기간 동안 측정된 전류 파형을 고장 파형으로 획득한다.

전술한 도 4의 실시 예에서는 고장 기록장치(31)가 전술한 제1 및 제2 고장 파형 획득부(11, 12)의 고장 파형 기록 기능을 수행하고, 보호 계전기들(33, 34)이 각각 전술한 제3 및 제4 고장 파형 획득부(13, 14)의 고장 파형 기록 기능을 수행한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치(10)의 고장 파형 획득부들이 고장 기록장치를 통해 구현되는 일 예시를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 제1 선로(L1)에서 고장이 발생함에 따라, 제1 선로(L1)에 대응하는 보호 계전기들(미도시)은 제1 선로(L1)에서의 고장 발생을 검출하고, 송전 선로의 양 단부에 위치하는 고장 기록장치들(41, 43)로 고장 검출 신호(S41, S42)를 전송한다.

이를 수신한 고장 기록장치들(41, 43)은 제1 선로(L1)의 양 단부에 대해, 계기용 변압기들(PT1, PT2)과 계기용 변류기들(CT11, CT12)을 통해 소정 기간 동안 측정된 모선 전압 파형 및 선로 전류 파형을 고장 파형으로 각각 획득한다. 또한, 제2 선로(L1)의 양 단부에 대해서도, 계기용 변류기들(CT21, C22)을 통해 소정 기간 동안 측정된 전류파형을 고장 파형으로 각각 획득한다.

전술한 도 5의 실시 예에서는 고장 기록장치(41)가 전술한 제1 및 제2 고장 파형 획득부(11, 12)의 고장 파형 기록 기능을 수행하고, 고장 기록장치(43)가 전술한 제3 및 제4 고장 파형 획득부(13, 14)의 고장 파형 기록 기능을 수행한다.

다시, 도 1을 보면, 동기화부(16)는 고장 파형 데이터베이스(15)로부터 고장 파형들을 읽어오고, 읽어온 고장 파형들을 시간축에서 동기화하여 출력할 수 있다.

기본파 성분 획득부(17)는 DFT(Digital Fourier Transformation), 웨이브릿(Wavelet) 변환 등을 통해, 동기화부(16)에 의해 동기화되어 출력되는 고장 파형들로부터 기본파 성분(또는 기본파 실효치)들을 획득할 수 있다.

고장점 결정부(18)는 전술한 바와 같이 기본파 성분들이 획득되면, 이들을 토대로 고장점의 위치를 추정할 수 있다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 고장점 결정부(18)에서 고장 파형들의 기본파 성분들로부터 고장점을 추정하는 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 6은 서로 병행하는 2개의 선로 중 어느 하나의 선로에서 지락 고장이 발생한 경우에 선로들 사이에 발생하는 상호 유도결합을 나타내는 등가 회로이고, 도 7은 서로 병행하는 2개의 선로 중 어느 하나의 선로에서 지락 고장이 발생한 경우에 선로들 간의 상호 유도결합에 의해 발생한 유도전압을 나타내는 등가회로이다.

일반적으로 고장전류는 상시 부하전류에 비해 매우 크기 때문에, 이하에서는 각 선로를 구성하는 복수의 상(phase) 도체들 중, 선로 고장이 발생한 상(이하, '고장상'이라 칭함)을 제외한 나머지 건전상 도체와 이를 통해 흐르는 부하전류는 무시한다.

아래의 설명에서, X와 Y는 송전 선로 양단의 변전소 모선의 고장상(fault phase) 노드를 각각 나타내고, m과 R_F는 고장점 위치와 고장 저항을 각각 나타낸다. 또한, V_X 와 V_Y 는 변전소 모선의 X 및 Y 노드에서의 고장상 전압, I_x와 I_y는 송전 선로 양단의 변전소에서 고장상 도체를 통해 고장점으로 공급되는 전류들, I_w는 고장이 발생하지 않은 건전 선로의 고장상 선로 전류 즉, 건전 선로에서 고장 선로의 고장상과 동일한 상의 도체를 통해 흐르는 선로 전류를 각각 지시하며, 대응하는 전압 파형 또는 전류 파형의 기본파 성분을 나타낸다. 단, 병행하는 두 선로의 자기 임피던스는 Z_s로 서로 동일하며, Z_m은 선로들 간의 상호 임피던스를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 고장 발생 시 고장 선로의 고장상 도체에 흐르는 전류(I_x,I_y)에 의해, 고장 선로와 병행하는 건전 선로의 고장상 도체에는 각각 V_e1, V_e2의 유도전압이 유도된다. 또한, 건전 선로의 고장상 전류(I_w)에 의해서 고장 선로의 고장점 양쪽에는 각각 V_e3, V_e4의 전압이 유도된다. 이러한 유도전압들(V_e1, V_e2, V_e3, V_e4)은 아래의 수학식 1과 같이 서로 병행하는 선로들 간의 상호 임피던스(Z_m), 고장 위치(m), 및 선로 전류(I_x, I_y, I_w)들의 함수로 나타낼 수 있다.

[수학식 1]

수학식 1을 토대로, 서로 병행하는 두 선로 중 어느 하나에서 지락 고장이 발생한 경우를 도시하는 도 7의 등가 회로에 키르히호프 전압 법칙을 적용하면, V_x 와 V_y는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 2]

위 수학식 2를 각 선로의 고장상의 선로 전류(I_x, I_y, I_w)에 대하여 정리하면 다음의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.

[수학식 3]

위 수학식 3을 참조하면, 각 선로 전류(I_x, I_y, I_w)는, 모선 전압(V_x, V_y), 선로의 자기 및 상호 임피던스(Z_s, Z_m), 그리고 고장점 위치(m)와 고장 저항(R_F)의 함수로 표현된다. 따라서, 송전 선로 양단의 변전소에서 모선 전압, 및 선로 전류를 측정하면, 아래의 수학식 4 내지 6과 같이, 고장점(수학식 4), 선로들 간의 상호 임피던스(수학식 5) 및 고장 저항(수학식6)을 역산할 수 있다.

[수학식 4]

[수학식 5]

,

단,

[수학식 6]

위 수학식 5에서, Z_s는 병행 선로들 중 한 선로의 자기 임피던스이고, Z₀, Z₁, 및 Z₂는 병행 선로의 양단 변전소들에서 측정되는 선로 전류들의 대칭 좌표(영상, 정상, 역상분)에 대응하는 임피던스들로, Z₀는 선로의 영상분 임피던스(계산치 또는 실측치)를 나타내고, Z₁은 선로의 정상분 임피던스(계산치 또는 실측치)를 나타내며, Z₂는 선로의 역상분 임피던스(계산치 또는 실측치)를 나타낸다.

위 수학식 4를 참조하면, 실시 예에서는 병행 선로들로부터 측정된 선로 전류들의 기본파 성분들만으로 고장점의 위치를 결정하는 것이 가능하다.

한편, 병행하는 선로들 간의 상호 임피던스(Z_m)를 고려하지 않은 기존의 고장점 결정 방식에서는, 위 수학식 2에서와같이 유도결합에 의한 선로의 유도전압들(V_e1, V_e2, V_e3, V_e4)의 전압 강하가 모두 무시되어, 아래의 수학식 7과 같이 고장점 위치(m)가 결정되어 상대적으로 정확도가 낮게 나타난다.

[수학식 7]

전술한 구조의 고장점 위치 검출 장치(10)에서 고장 파형 획득부들(11, 12, 13, 14), 고장 파형 데이터베이스(15), 동기화부(16), 기본파 성분 획득부(17), 및 고장점 결정부(18)는 하나 이상의 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)이나 기타 칩세트, 마이크로프로세서 등으로 구현되는 프로세서에 의해 수행될 수 있다.

또한, 전술한 고장점 위치 검출 장치(10)의 구성요소들은 송전 선로 양단의 변전소들을 운영하는 변전소 시스템 내에 포함되도록 구현될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 송전 선로에서의 고장점 위치 검출 방법을 도시한다. 도 8의 방법은, 위에서 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 고장점 위치 검출 장치(10)에 의해 수행될 수 있다.

도 8을 참조하면, 고장점 위치 검출 장치(10)는 병행 선로들로 이루어진 송전 선로의 고장 발생을 검출하기 위해, 송전 선로 양단의 변전소들에 위치한 보호 계전기들을 통해 송전 선로를 구성하는 병행 선로들을 지속적으로 모니터링한다(S100). 그리고, 병행 선로들 중 어느 하나로부터 고장 발생이 검출되면(S110), 고장 파형 획득부(11~14)들을 통해 선로들로부터 고장 파형을 획득한다(S120).

상기 S120 단계에서, 고장 파형 획득부(11~14)들은 병행 선로들 중 고장 선로의 양 단부 변전소들에서 측정된 모선 전압 파형들, 고장 선로의 양 단부에서 측정된 선로 전류 파형들, 그리고 고장 선로와 병행하는 나머지 선로의 양 단부에서 측정된 선로 전류 파형들을 고장 파형으로 획득할 수 있다. 각 선로를 통해 다상의 교류가 전달됨을 고려할 때, 상기 S120 단계를 통해서 획득되는 고장 파형들은 복수의 상 별로 획득된 것들일 수 있다.

다음으로, 고장점 위치 검출 장치(10)는 상기 S120 단계를 통해 획득된 고장 파형들을 시간축 상에서 동기화하고(S130), 동기화된 고장 파형들로부터 기본파 성분들 즉, 기본파 실효치들을 추출한다(S140).

상기 S140 단계를 통해 기본파 성분들이 획득되면, 고장점 위치 검출 장치(10)는 획득된 기본파 성분들 중, 고장 선로의 양 단부에서 측정된 고장상 선로 전류에 대응하는 기본파 성분들과 모선 전압에 대응하는 기본파 성분들, 그리고 건전 선로의 고장상 선로 전류에 대응하는 기본파 성분들을 이용하여 고장점 위치, 고장 저항, 및 선로들 간의 상호 임피던스를 결정한다(S150).

상기 S150 단계에서, 고장점 위치 검출 장치(10)는 고장 선로의 양 단부에서 측정된 고장상 선로 전류의 기본파 성분들과, 건전 선로의 고장상 선로 전류의 기본파 성분들을 위 수학식 4에 적용하여 고장점 위치를 결정할 수 있다.

상기 S150 단계에서, 고장점 위치 검출 장치(10)는 고장 선로의 양 단부에서 측정된 고장상 선로 전류의 기본파 성분들과 고장상 모선 전압의 기본파 성분들, 그리고 건전 선로의 고장상 선로 전류의 기본파 성분들을 위 수학식 6에 적용하여 고장 저항을 결정할 수 있다.

상기 S150 단계에서, 고장점 위치 검출 장치(10)는 건전 선로의 고장상 선로 전류의 기본파 성분들, 선로 양 단부의 고장상 모선 전압의 기본파 성분들, 각 선로의 자기 임피던스를 위 수학식 5에 적용하여 선로들 간의 상호 임피던스를 결정할 수 있다.

전술한 바에 따르면, 본 발명의 실시 예에서는, 고장 선로의 고장상 전류(I_X, I_Y)뿐만 아니라, 고장 선로와 병행하는 건전 선로의 선로 전류(I_W)도 고장점 결정에 사용하여, 병행하는 선로들 간의 유도결합(Z_M)과 고장 저항(R_F)의 영향까지 고려하여 고장점의 위치를 결정함으로써, 고장점 검출 정확도를 높일 수 있다.

이하, 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치(10) 및 그 방법의 효과에 대해 설명한다.

도 9 내지 도 12는, 본 발명의 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 장치 및 그 방법의 효과를 설명하기 위한 도면들로, 본 발명의 실시 예에 대한 유효성 검증을 위해, 고장 해석 프로그램인 PSS/E(Power System Simulator for Engineering)를 이용하여 한전 계통의 154kV 병행 선로인 서대구-남구미, 관음-구암 선로에서 한쪽 선로의 A 상 지락 고장을 모의한 결과들을 도시한다. 모의 과정에서, 고장 저항(R_F)은 1~15Ω, 고장점의 위치는 0.1~0.9pu 범위 내에서 변동하는 것으로 가정하였다.

도 9는, 154kV 서대구-남구미 구간 2선로 선로에서 고장점 위치와 고장 저항을 달리하면서 #1 선로의 A상 지락 고장을 모의한 경우의 양단 모선 전압과 선로 전류 특성을 산출한 결과를 나타낸다. 또한, 도 10은 도 9의 모의 결과에 대해 종래기술에 따른 고장점 위치 검출 방법(위 수학식 7 참조)과 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 방법(위 수학식 4 참조)을 각각 적용한 경우의 고장점 위치 오차율을 비교한 것이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 방법의 적용 시에는 고장 저항에 상관없이 오차율이 0.3% 미만으로, 종래기술에 비해 매우 낮은 오차율을 보임을 알 수 있다.

도 11은, 도 9의 서대구-남구미 선로와는 고장 특성이 다른, 154kV 관음-구암 구간 2선로 선로에서 고장점 위치와 고장 저항을 달리하면서 #1 선로의 A상 지락 고장을 모의한 경우의 양단 모선 전압과 선로 전류 특성을 산출한 결과를 나타낸다. 또한, 도 12는 도 11의 모의 결과에 대해 종래기술에 따른 고장점 위치 검출 방법(위 수학식 7 참조)과 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 방법(위 수학식 4 참조)을 각각 적용한 경우의 고장점 위치 오차율을 비교한 것이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 실시 예에 따른 고장점 위치 검출 방법의 적용 시에는 고장 저항에 상관없이 오차율이 0.2% 미만으로, 종래기술에 비해 매우 낮은 오차율을 보임을 알 수 있다.

도 13은 위 수학식 6을 참조하여 고장 저항과 고장점 위치 오차율 간의 상관관계를 도시한 것이다.

도 13을 참조하면, 고장 저항값이 작을수록 고장점 위치 추정의 오차율이 비교적 크게 나타나고, 고장 저항값이 큰 고저항 지락 시에는 고장점 위치 추정의 오차율이 대략 10% 이내로 감소함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서 위 수학식 6을 참조하여 추정된 고장 저항값은, 고장 원인을 분석하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 고장 저항이 비교적 크게 나타나는, 수목 접촉에 의한 지락 고장인지, 또는 고장 저항값이 비교적 작은 크레인의 접촉에 의한 지락 고장인지 등, 본 발명이 실시 예를 통해 추정된 고장 저항값은 고장 원인을 추정하는데 유용한 정보로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위해 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램, 또는 그 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 기록매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

컴퓨터 판독가능 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, DVD_ROM, DVD_RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터로 판독가능 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 장치에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

10: 고장점 위치 검출 장치
11, 12, 13, 14: 고장 파형 획득부
15: 고장 파형 데이터베이스
16: 동기화부
17: 기본파 성분 획득부
18: 고장점 결정부

Claims

송전 선로에서의 고장점 위치 검출 방법으로서,
상기 송전 선로에서의 고장 발생을 검출하는 단계,
상기 송전 선로에 포함된 병행 선로들 중 고장이 발생한 고장 선로의 양 단부에서 측정된 모선 전압 파형들 및 선로 전류 파형들, 그리고 상기 병행 선로들 중 고장이 발생하지 않은 건전 선로에서 측정된 선로 전류로 고장 파형들을 획득하는 단계,
상기 고장 파형들을 동기화하는 단계,
동기화된 상기 고장 파형들로부터 기본파 성분들을 획득하는 단계, 및
상기 기본파 성분들에 기초하여 상기 고장 선로의 고장점 위치를 결정하는 단계
를 포함하고,
상기 고장 선로의 고장점 위치를 결정하는 단계는,
하기의 수학식 5를 통해 상기 병행 선로들 간의 상호 임피던스(Z_m)를 결정하는 단계, 및
[수학식 5]

(상기 수학식 5에서, 상기 병행 선로 중 하나의 선로의 자기 임피던스인 이고, 상기 Z₀는 상기 병행 선로들의 양단 변전소들에서 측정되는 선로 전류들의 대칭 좌표에서의 영상분 임피던스를 나타내며, 상기 Z₁은 상기 대칭 좌표에서의 정상분 임피던스를 나타내고, 상기 Z₂는 상기 대칭 좌표에서의 역상분 임피던스(계산치 또는 실측치)를 나타냄)
상기 고장 선로의 양 단부에 대응하는 모선 전압들 및 선로 전류들, 그리고 상기 건전 선로의 선로 전류에 대응하는 상기 기본파 성분들 중, 상기 고장 선로의 고장상에 대응하는 기본파 성분들을 이용하여 상기 고장 선로의 고장 저항을 결정하는 단계
를 포함하며,
상기 고장 선로의 고장 저항을 결정하는 단계는, 하기의 수학식 6을 통해 상기 고장 저항(R_F)을 결정하고,
[수학식 6]

(상기 수학식 6에서, I_x 및 I_y는 상기 고장 선로의 양 단부에서 상기 고장상의 도체를 통해 상기 고장점으로 흐르는 선로 전류들에 대응하는 기본파 성분들이고, 상기 V_x 및 V_y는 상기 고장 선로의 양 단부에서 측정된 모선 전압들에 대응하는, 상기 I_w는 상기 건전 선로의 상기 고장상의 선로 전류에 대응하는 기본파 성분임)
상기 고장 파형들을 획득하는 단계는,
상기 고장 선로의 양 단부에 위치하는 복수의 제1 보호 계전기를 통해 상기 고장 선로의 양 단부에서 측정된 모선 전압 파형들 및 선로 전류 파형들을 상기 고장 파형으로 획득하는 단계, 및
상기 건전 선로의 양 단부에 위치하는 복수의 제2 보호 계전기를 통해 상기 건전 선로에서 측정된 선로 전류 파형을 상기 고장 파형으로 획득하는 단계
를 포함하는 고장점 위치 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 고장 파형들을 획득하는 단계는,
상기 복수의 제1 보호 계전기가, 상기 복수의 제2 보호 계전기로 상기 고장 파형의 기록을 트리거시키는 통지 신호를 전달하는 단계를 더 포함하는 고장점 위치 검출 방법.