KR100477215B1 - Method for detecting partly spark of Gas Insulator Switchgear by wavelet transform - Google Patents
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Abstract
웨이브렛변환을 이용한 가스절연개폐장치의 부분방전 검출방법에 대해 개시한다. 본 발명의 웨이브렛변환을 이용한 가스절연개폐장치의 부분방전 검출방법은, 가스절연개폐장치에서 부분방전 측정시 외부의 잡음이 영향을 미치므로 웨이브렛변환을 이용해서 잡음을 제거하였고, 부분방전의 크기를 비교하고자 정규화를 하였다. 잡음을 제거해도 부분방전이 발생되는 것을 알 수 있지만, 어느 시간에 부분방전이 발생하는지 분명히 검출하기 위해 웨이브렛변환을 다시 적용하였다. 그 결과 고역필터 D1과 고역필터 D2에서 부분방전 검출이 용이하였고, 고역필터 D1과 고역필터 D2에서 필터링된 신호의 조합으로 부분방전을 정확하게 검출할 수 있다. 본 발명에 따르면, 지속적이고 무정전으로 가스절연개폐장치 상태감시가 가능하다는 장점이 있고, 웨이브렛변환을 이용한 알고리즘을 사용하여 각 시간대의 정확한 부분방전을 검출하는 가스절연개폐장치 상태감시를 할 수 있다. 특히 하드웨어 구현이 쉬운 알고리즘의 적용으로 실용가치 측면에서 효과가 클 것으로 기대된다. A partial discharge detection method of a gas insulated switchgear using wavelet transform is disclosed. In the partial discharge detection method of the gas insulated switchgear using the wavelet transform of the present invention, since the external noise affects the measurement of the partial discharge in the gas insulated switchgear, the noise is removed using the wavelet transform. Normalized to compare the size. Although it can be seen that partial discharge occurs even if the noise is removed, the wavelet transform is applied again to clearly detect when the partial discharge occurs. As a result, the partial discharge detection was easy in the high pass filter D1 and the high pass filter D2, and the partial discharge could be accurately detected by the combination of the signals filtered in the high pass filter D1 and the high pass filter D2. According to the present invention, it is possible to continuously and uninterruptedly monitor the state of the gas insulated switchgear, and it is possible to monitor the state of the gas insulated switchgear that detects the accurate partial discharge in each time zone using an algorithm using a wavelet transform. . In particular, the application of an algorithm that is easy to implement hardware is expected to be effective in terms of practical value.
Description
본 발명은 웨이브렛변환을 이용한 가스절연개폐장치(GIS)의 부분방전 검출방법에 관한 것으로, 특히 가스절연개폐장치에서 부분방전 발생시 빠른 시간 내에 정확한 검출 및 고장의 정도를 판별하여 신속한 대처 및 응급복구가 가능하도록 하여 전력 공급의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 웨이브렛변환을 이용한 가스절연개폐장치의 부분방전 검출방법에 관한 것이다. The present invention relates to a partial discharge detection method of a gas insulated switchgear (GIS) using a wavelet transform, in particular, when the partial discharge occurs in a gas insulated switchgear quickly detects the precise detection and the degree of failure in a quick response and emergency recovery The present invention relates to a partial discharge detection method of a gas insulated switchgear using a wavelet transform that can improve the reliability of power supply.
일반적으로 가스절연개폐장치(Gas Insulator Switchgear : GIS)는 변전소용으로, 사용조건하에서 정상 상태의 개폐뿐만 아니라 사고, 단락 등의 이상상태에 있어서도 선로를 안전하게 개폐하여 계통을 적절히 보호하는 장치이며, SF6 가스로 충진밀폐된 철제용기(Enclosure)내에 단로기(DS), 접지개폐기(ES), 차단기(CB) 등의 개폐설비와 모선을 내장시킨 개폐장치이다.In general, gas insulator switchgear (GIS) is for substations, and it is a device that protects the system appropriately by opening and closing the line safely under abnormal conditions such as accident, short circuit, etc. 6 Opening / closing device such as disconnector (DS), ground switch (ES), and breaker (CB) in a gas-enclosed steel enclosure (Enclosure).
일반적으로 가스절연개폐장치는 금속제 밀폐용기(탱크)에 절연성능과 소호(arcextinguishing) 기능이 우수한 SF6 가스를 절연매체로 사용하여 도체와 각종 보호기기들을 수납시켜 신뢰성을 향상시킨 수변전 설비로서, 각종기기 및 접속관들을 유니트화시켜 조합하므로써 전체적인 시스템을 구축하고 있다.In general, the gas insulation switchgear is a water substation facility that uses a SF 6 gas having excellent insulation performance and arcextinguishing function as an insulating medium in a metal sealed container (tank) to accommodate conductors and various protection devices to improve reliability. The whole system is being built by uniting various devices and connectors.
상기 가스절연개폐장치는 각종 기기들을 전기도체인 모선으로 연결하여 구성하고 있는데, 가스로 절연된 모선 및 기기는 대지간의 정전용량과 기기자체의 정전용량, 전압강하 등으로 인하여 단로기를 접/단락시에는 300[V] 정도의 전압과 4000[A] 정도의 큰 전류를 개폐해야 한다. 이에 따라 발생되는 아크에 의한 아크열로 인하여 개폐장치의 일부가 융착되거나, 이때 발생하는 도전(導電)성 열가스에 의하여 절연파괴가 생기는 문제점이 있었다. The gas insulated switchgear is configured by connecting various devices with buses, which are electrical conductors. The buses and devices insulated with gas may be disconnected or disconnected due to capacitance between devices, capacitance of devices themselves, voltage drop, etc. The voltage of about 300 [V] and the current of about 4000 [A] must be opened and closed. As a result, a part of the switching device is fused due to the arc heat generated by the arc, or insulation breakdown is caused by the conductive thermal gas generated at this time.
한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 종래에는 단로기의 개폐속도를 증대시키는 방법이 주로 사용됨에 따라 기구부의 외부에는 큰 동력을 발생시키는 전동스프링 조작장치나 공압실린더를 이용한 공기조작장치 등을 구비하여 가동자의 개리속도를 고속으로 하여 개폐하여 왔었다. 이에 따라, 상기와 같은 전동스프링 조작장치나 공압 실린더와 같은 과대한 동력 발생장치를 사용함으로써 소음 공해 등이 발생하는 문제점이 있었다. 이는 가스절연개폐장치의 부분방전을 감시할 수 있는 기존의 방법들은 가스절연개폐장치가 많은 기기들로 이루어져 있어서 많은 잡음으로 인해 부분방전의 검출이 어려운 단점들을 지니고 있었다. On the other hand, in order to solve the above problems, conventionally, the method of increasing the opening and closing speed of the disconnecting device is mainly used, the outside of the mechanism is provided with an electric spring operating device or a pneumatic cylinder using a pneumatic cylinder for generating a large power The opening speed of the mover was opened and closed at a high speed. Accordingly, there is a problem in that noise pollution occurs by using an excessive power generator such as the electric spring operating device or the pneumatic cylinder as described above. This is because the existing methods for monitoring the partial discharge of the gas insulated switchgear has many disadvantages that the detection of the partial discharge is difficult due to a lot of noise.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 경제적인 유지와 신뢰성 있는 전력공급을 위하여, 가스절연개폐장치의 이상징후를 운전상태(on-line)에서 상시 감시하고, 미리 발생할 상황을 예측하여 가스절연개폐장치의 부분방전으로 인한 치명적인 사고를 미연에 방지하기 위한 웨이브렛변환을 이용한 가스절연개폐장치의 부분방전 검출방법을 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to monitor the abnormal symptoms of the gas insulated switchgear on-line at all times and predict the situation to occur in advance in order to provide more economical maintenance and reliable power supply. The present invention provides a partial discharge detection method of a gas insulated switchgear using wavelet transformation to prevent fatal accidents caused by partial discharge.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가스로 충진밀폐된 용기내에 단로기, 접지개폐기, 차단기를 포함하는 개폐설비와 모선을 내장시켜 정상 상태, 사고 및 단락 상태에서 선로를 개폐하여 계통을 보호하는 가스절연개폐장치에 적용되는데, 본 발명의 웨이브렛변환을 이용한 가스절연개폐장치의 부분방전 검출방법은, 부분방전을 포함하는 신호를 감지하는 신호감지단계; 상기 신호에 대해 잡음을 제거하기 위해 1차 웨이브렛변환을 수행하는 1차 웨이브렛변환단계; 발생된 부분방전의 크기비교 및 발생빈도정도를 판별하기 위해 웨이브렛변환된 신호에 대해 정규화하는 정규화단계; 상기 정규화된 신호에 대해 저역필터링과 고역필터링을 수행하고 상기 저역필터링된 신호에 대하여 저역필터링과 고역필터링을 수행하는 단계를 적어도 한번 이상 진행하여 어프록시메이션(Approximation)영역과 디테일(Detail)영역으로 분해하기 위해 2차 웨이브렛변환을 수행하는 2차 웨이브렛변환단계; 상기 고역필터링된 디테일 영역을 조합하는 디테일영역조합단계; 및 상기 조합된 디테일영역을 통해 부분방전을 검출하는 부분방전검출단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 2차 웨이브렛변환에서 저역필터링과 고역필터링을 수행하는 단계의 회수는 5 내지 10 범위내에서 설정된 것이 바람직하다. The present invention for achieving the above object of the present invention is to open and close the system in the normal state, accident and short-circuit state by the built-in switchgear and busbar including a disconnecting device, a grounding switch, a circuit breaker in a gas-sealed container Applied to a gas insulated switchgear for protection, the partial discharge detection method of the gas insulated switchgear using the wavelet transform of the present invention, the signal sensing step of detecting a signal including a partial discharge; Performing a first order wavelet transform on the signal to remove noise; A normalization step of normalizing the wavelet transformed signal to determine the magnitude comparison and the frequency of occurrence of the partial discharges; Performing the low pass filtering and the high pass filtering on the normalized signal and performing the low pass filtering and the high pass filtering on the low pass filtered signal to at least one or more times to an application region and a detail region. A secondary wavelet transform step of performing a secondary wavelet transform to decompose; A detail region combining step of combining the high-pass filtered detail region; And a partial discharge detection step of detecting a partial discharge through the combined detail region. At this time, the number of times of performing low pass filtering and high pass filtering in the second wavelet transform is preferably set within the range of 5 to 10.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명의 설명 이전에 웨이브렛변환과 이를 이용한 상태감시방법에 대해 간단히 살펴보자. First, before the description of the present invention, let's briefly look at the wavelet transform and the state monitoring method using the same.
일반적으로 여러 단계의 웨이브렛변환을 수행하게 되면 많은 양의 데이터가 산출되고 분석시간도 길어지므로 문제가 될 수 있다. 그러므로 2의 멱승 형태에 기초한 스케일(scale)과 쉬프트(shift)를 선택한다면 분석은 더욱 효율적으로 수행되며, 이러한 분석은 이산 웨이브렛변환을 통해서 구현된다. 이산 웨이브렛변환 는 다음 [식 1]로 나타낼 수 있다.In general, performing multiple wavelet transforms can be problematic because a large amount of data is calculated and analysis time is lengthened. Therefore, if we choose scale and shift based on powers of two, the analysis is more efficient, and this analysis is implemented through discrete wavelet transform. Discrete Wavelet Transform Can be represented by the following [Formula 1].
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ[식 1] [Equation 1]
여기서, 스케일(scale)을 나타내는 변수는 이고, 쉬프트(shift)를 나타내는 변수는 이다. 은 마더 웨이브렛과 같은 크기의 에너지를 유지시키기 위한 에너지 정규화 성분이다.Here, the variable representing the scale Where the variable representing the shift to be. Is an energy normalization component to maintain energy of the same size as the mother wavelet.
일반적으로, 가스절연개폐장치에서 측정된 신호는 주위의 잡음의 영향을 많이 받는다. 이러한 잡음의 영향에 의해 부분방전의 유무를 확인하기가 어려워지므로 웨이브렛변환을 이용하여 잡음을 제거한다. 그런데, 잡음을 제거한 신호에서 부분방전 신호의 발생이 있음을 알 수 있으나, 그 크기가 다르기 때문에 여러 데이터를 서로 비교해 볼 수가 없으므로 부분방전이 심한 정도를 판별하기가 어려워지게 된다. 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 정규화과정을 거치게 되며, 이 정규화과정을 통해 부분방전 신호의 크기를 비교할 수 있게 되고, 그 신호를 다시한번 웨이브렛변환을 수행한다. 고역필터인 D1과 D2에서 부분방전 신호의 발생을 확인할 수 있으며, 본 발명에서는 좀 더 정확한 검출을 위하여 고역필터 D1, D2에서 필터링된 신호의 조합으로 부분방전을 검출하고자 한다. In general, the signal measured in the gas insulated switchgear is greatly affected by the ambient noise. Due to the influence of noise, it is difficult to check the presence or absence of partial discharge, so the noise is removed by using the wavelet transform. By the way, it can be seen that the generation of the partial discharge signal in the signal from which the noise is removed, but because the magnitude is different, it is difficult to determine the degree of severe partial discharge because the data cannot be compared with each other. In order to solve this problem, the present invention undergoes a normalization process. Through this normalization process, the magnitude of the partial discharge signal can be compared, and the wavelet transform is performed again. The occurrence of the partial discharge signal in the high pass filters D1 and D2 can be confirmed, and in the present invention, the partial discharge is detected by a combination of the signals filtered by the high pass filters D1 and D2.
도 1은 가스절연개폐장치에서의 부분방전 측정위치를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 각각의 직할 가스절연개폐장치 부분방전 예방진단 점검을 위해 가스절연개폐장치 모선(#1BUS, #2BUS), 차단기(6100CB), 상부 단로기(6101DS), 하부 단로기(6102DS)에서 부분방전측정장비를 이용한 부분방전의 측정위치를 보여준다. 취득한 데이터는 시간, 위상, 전하량, 전압의 정보를 가지고 있고, 40[sec]동안 측정을 하게 된다. 본 발명에서, 부분방전 측정장비로서는 독일의 LEMKE DIAGNOSTICS GmbH사에서 제조판매하고 있는 컴퓨터 지원 완전한 부분방전 측정시스템(Computer-aided complete partial discharge measuring system)인 모델명 LDS-5를 사용하였다.1 is a view showing a partial discharge measurement position in the gas insulated switchgear. Referring to FIG. 1, the gas insulated switchgear buses (# 1BUS, # 2BUS), breakers 6100CB, upper disconnectors (6101DS), and lower disconnectors (6102DS) for each direct gas insulation switchgear preventive diagnosis check. Shows the measurement position of partial discharge using partial discharge measuring equipment. The acquired data has information of time, phase, charge amount and voltage, and the measurement is performed for 40 [sec]. In the present invention, as the partial discharge measuring equipment, a model name LDS-5, which is a computer-aided complete partial discharge measuring system manufactured and sold by LEMKE DIAGNOSTICS GmbH, Germany, was used.
이하, [표 1]은 마더 웨이브렛이 가지는 특징을 나타낸 표이다. Table 1 below shows the characteristics of the mother wavelet.
표 1은 마더 웨이브렛이 가지는 특징으로서, 본 발명을 위한 실험에서는 db4로 마더 웨이브렛을 선정하고 있다. 디비4(db4) 마더 웨이브렛은 다우베치이스(Daubechies) 마더 웨이브렛 중 4개의 탭(tap)을 가지고 있고, 웨이브렛 길이가 8샘플인 스케일링(scaling) 필터이며, 짧은 시간동안 발생하는 과도 현상의 검출에 적합하여 부분방전 검출에 적합한 마더 웨이브렛이라 할 수 있다. Table 1 shows the characteristics of the mother wavelet. In the experiment for the present invention, the mother wavelet is selected as db4. The db4 mother wavelet is a scaling filter with four taps of the Dowchiechies mother wavelet, an eight-sample wavelet length, and transient transients occurring over a short period of time. It can be said to be a mother wavelet suitable for detecting the partial discharge.
도 2는 잡음을 제거한 후 정규화한 신호를 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 많은 잡음을 포함하고 있는 측정된 신호를 웨이브렛변환을 이용해서 잡음을 제거한 결과를 보여주고 있다. 마더 웨이브렛은 비선형적인 해석에 좋은 특징을 보이는 ‘db4’를 이용하고 있으며, 레벨은 8단계까지 진행하게 된다. 매트랩(Matlab)에서 제공하는 웨이브렛 툴박스(wavelet toolbox) 기능중 잡음제거는 여러 가지 함수를 사용하여 노이즈를 제거한다. 그 중에 threshold 방법중 sqtwolog threshold를 이용하여, 부분방전 신호의 발생을 알 수 있다. 이 신호를 여러 데이터와 크기를 구분하고 비교하기 위해 정규화한다. 2 is a graph showing a normalized signal after removing noise. Referring to FIG. 2, a result of removing a noise from a measured signal including a lot of noise using a wavelet transform is shown. The mother wavelet uses 'db4', which is good for nonlinear interpretation, and the level goes up to eight levels. Among the wavelet toolbox functions provided by Matlab, noise reduction uses various functions to remove noise. The occurrence of the partial discharge signal can be known using the sqtwolog threshold among the threshold methods. This signal is normalized to distinguish and compare multiple data and magnitudes.
도 3은 디테일(Detail) 영역의 웨이브렛변환 결과를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 상기한 도 2의 신호를 ‘db4’ 마더 웨이브렛으로 선정하여 웨이브렛 필터뱅크로 분해한 신호중 디테일(Detail) 영역을 나타낸다. 부분방전 신호를 이산 웨이브렛을 수행하여 저역통과 필터(A1)를 통과한 신호와 고역통과필터(D1)를 통과한 신호으로 나누고, 이 고역통과필터(A1)을 통과한 신호을 다시 두 개의 저역필터(A2)와 고역필터(D2)로 분해하고, 이 저역필터를 통과한 신호를 또 다시 두 개의 저역필터(A3; 미도시함)와 고역필터(D3; 미도시함)로 분해하였다. 이러한 과정을 8단계까지 거쳤으며, 그 이유는 부분방전을 정확하게 검출하기 위한 것이다. 여기서, 상기 저역필터링과 고역필터링을 수행하는 단계의 회수는 적어도 5회를 수행하는 것이 바람직하며, 상기 저역필터링과 고역필터링을 수행하는 단계의 회수가 10 회를 넘어가더라도 그 정밀도의 변화가 크지 않으므로 10회 이하에서 수행하는 것이 바람직하다.3 is a graph showing a wavelet transform result of a detail region. Referring to FIG. 3, the signal of FIG. 2 is selected as a 'db4' mother wavelet and shows a detail region of a signal decomposed into a wavelet filter bank. The partial discharge signal is divided into a signal passing through the low pass filter (A1) and a signal passing through the high pass filter (D1) by performing a discrete wavelet, and the signal passing through the high pass filter (A1) is again divided into two low pass filters. (A2) and the high pass filter (D2), and the signal passing through the low pass filter was further decomposed into two low pass filters (A3 (not shown) and a high pass filter (D3) (not shown). This process has been completed up to eight steps, and the reason is to accurately detect partial discharge. Here, the number of times of performing the low pass filtering and the high pass filtering is preferably performed at least five times. Since the number of times of performing the low pass filtering and the high pass filtering exceeds ten times, the change in precision is not large. Preference is given to performing at 10 times or less.
도 3은 1단계에서 8단계까지의 디테일(Detail) 성분을 나타낸 것으로서, (a)에서는 10회의 부분방전이 검출되고, 부분방전 최대값은 32초에서 계수 값이 -0.7 ∼ 0.6이다. (b)에서는 5번의 부분방전이 검출되었고, D1에서는 검출하지 못했던 10초, 12초, 32초, 36초에서 부분방전을 검출하였지만, D1에서 검출했던 1초, 3초, 4초, 17초, 27초, 33초, 37초, 38초대의 부분방전을 검출하지 못했다. 36초에 부분방전이 최대치인 계수 값이 -0.9 ∼ 1로 검출되었다. (c)에서는 부분방전이 검출이 되고 있지 않다. (d)에서도 부분방전이 검출이 되고 있지 않다. (e)에서는 33초에 부분방전을 검출하고 있다. 부분방전의 계수 값은 -0.4 ∼ 0.2이다. 그림 (f)에서는 부분방전 신호는 검출되고 있지 않다. (g)에서도 부분방전 검출이 되고 있지 않다. (h)에서는 처음 몇 초 동안과 40초 부근에서 왜곡된 신호가 발생하지만, 짧은 시간 동안 순간에 흐르는 전하량이 아니기 때문에 부분방전이라 할 수 없다. FIG. 3 shows detail components from 1 to 8, wherein in (a), 10 partial discharges are detected, and the maximum value of the partial discharges is -0.7 to 0.6 at 32 seconds. In (b), five partial discharges were detected, and partial discharges were detected at 10 seconds, 12 seconds, 32 seconds, and 36 seconds which were not detected at D1, but 1 second, 3 seconds, 4 seconds, and 17 seconds detected at D1. A partial discharge of 27 seconds, 33 seconds, 37 seconds, 38 seconds was not detected. At 36 seconds, the coefficient value at which the partial discharge was the maximum value was detected as -0.9 to 1. In (c), partial discharge is not detected. Also in (d), partial discharge is not detected. In (e), partial discharge is detected at 33 seconds. The coefficient value of the partial discharge is -0.4 to 0.2. In Figure (f), the partial discharge signal is not detected. Also in (g), partial discharge is not detected. In (h), a distorted signal occurs for the first few seconds and around 40 seconds, but it is not a partial discharge because it is not a quantity of electric charge flowing at a moment for a short time.
도 4는 어프록시메이션(Approximation) 영역의 웨이브렛변환 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 어프록시메이션(Approximation) 성분을 보여 주고 있으며, 상기한 디테일(Detail) 성분과 마찬가지로 8단계까지 분석하였다. (a)에서는 저역통과 필터(A1)을 통과한 신호를 재구성하여 나타낸 것이다. 비교적 저역필터중 높은 주파수 영역이기 때문에 10초, 12초, 30초, 35초에서 부분방전을 검출하고 있다. 최대 부분방전의 계수 값은 0.6 ∼ 1의 값이다. (b)에서는 왜곡된 신호가 33초에 보이지만 짧은 시간 동안 흐르는 신호가 아니기 때문에 부분방전은 아니다. (c)에서는 마찬가지로 33초에 왜곡된 신호가 검출되지만 부분방전은 아니다. (d)에서는 특별한 변화 없이 왜곡된 신호만 계속 검출되고 있고, 부분방전은 검출되지 않는다. (e)에서는 측정한 신호의 고유한 특성만을 잘 나타내고 있다. (f)에서는 신호의 고유한 특성을 잘 나타내지만, 부분방전의 검출은 나타나지 않는다. 그림 (g)에서는 신호의 고유한 특성을 잘 나타내는 왜곡 없는 신호를 검출할 뿐, 부분방전은 검출하지 않는다. (h)에서는 부분방전이 전혀 검출되지 않는다. FIG. 4 is a graph showing wavelet transform results in an approximation region. Referring to Figure 4, it shows an apoxy component (Approximation), and analyzed up to 8 steps as described above (Detail) component. In (a), the signal passing through the low pass filter A1 is reconstructed. Partial discharge is detected at 10 seconds, 12 seconds, 30 seconds, and 35 seconds because of the higher frequency range of the relatively low pass filter. The coefficient value of maximum partial discharge is a value of 0.6-1. In (b), the distorted signal is seen at 33 seconds but is not a partial discharge because it is not a signal flowing for a short time. In (c), a distorted signal is detected similarly at 33 seconds, but not partial discharge. In (d), only the distorted signal is continuously detected without any special change, and partial discharge is not detected. In (e), only the inherent characteristics of the measured signal are shown. In (f), although the inherent characteristics of the signal are well represented, detection of partial discharge is not observed. In Figure (g), we only detect distortion-free signals that show the inherent characteristics of the signal, but do not detect partial discharges. In (h), no partial discharge is detected at all.
도 5는 부분방전 검출과정을 나타낸 흐름도이다. 구체적으로, 웨이브렛변환을 이용한 가스절연개폐장치의 부분방전 검출 알고리즘이다. 도 5를 참조하면, 상기한 바와 같이 가스절연개폐장치에서 임의의 신호 측정이 이루어지는데(S10), 이 측정된 신호는 주위의 잡음의 영향을 많이 받은 상태이므로 이러한 잡음의 영향에 의해 부분방전의 유무를 확인이 용이하도록 웨이브렛변환을 이용해서 잡음을 제거한다(S21). 상기한 도 2에서와 같이 잡음을 제거한 신호에서 부분방전 신호의 발생이 있음을 알 수 있으나, 그 크기가 다르기 때문에 여러 데이터를 서로 비교 해 볼 수가 없고, 부분방전이 심한 정도를 판별하기가 어렵다. 이를 해결하기 위해 정규화과정을 진행하게 된다(S22). 상기 정규화를 통해 부분방전 신호의 크기를 비교할 수 있고, 그 신호를 다시 한번 웨이브렛변환을 행한다(S31). 고역필터인 D1과 D2에서 부분방전 신호의 발생에 대해 확인이 가능하며, 본 발명에서는 좀 더 정확한 검출을 위하여 고역필터 D1, D2에서 필터링된 신호의 조합으로(S40) 부분방전을 검출한다(S50). 이와 같이 잡음제거를 위한 1차적인 웨이브렛변환과 정규화과정이 이루어진 후(S20), 레벨 8단계까지 분해하는 과정을 진행하기 위해 다시 한번 웨이브렛변환이 이루어지게 된다(S30). 5 is a flowchart illustrating a partial discharge detection process. Specifically, the partial discharge detection algorithm of the gas insulated switchgear using wavelet transform. Referring to FIG. 5, as described above, an arbitrary signal measurement is performed in the gas insulated switchgear (S10). Since the measured signal is affected by the surrounding noise, the partial discharge is not affected by the noise. The noise is removed using a wavelet transform to easily check the presence (S21). It can be seen that there is the occurrence of the partial discharge signal in the signal from which the noise is removed as shown in FIG. 2, but since the magnitude is different, it is difficult to compare several data with each other, and it is difficult to determine the degree of severe partial discharge. In order to solve this problem, the normalization process is performed (S22). Through the normalization, the magnitudes of the partial discharge signals can be compared, and the signal is subjected to wavelet transformation again (S31). It is possible to confirm the generation of the partial discharge signal in the high-pass filters D1 and D2, and in the present invention, the partial discharge is detected by the combination of the signals filtered by the high-pass filters D1 and D2 (S40) for more accurate detection (S50). ). As such, after the first wavelet transform and normalization process for noise removal is performed (S20), the wavelet transform is performed once again to proceed with the decomposition process up to level 8 (S30).
도 6은 고역필터 D1과 D2에서 필터링된 신호의 조합결과에 의해 출력된 그래프이다. 구체적으로, 실계통에서 측정한 부분방전 신호에 대하여 부분방전 검출 알고리즘을 적용한 결과이다. 도 6을 참조하면, 부분방전의 최대 계수값은 -0.8 ∼ 0.9이고, 36초에 검출되었다. 도 2에서 부분방전이 14번 검출된 것과 비교하여 볼 때, 부분방전의 발생 수는 일치하고 있음을 알 수 있다. 6 is a graph output by a combination result of the signal filtered by the high pass filters D1 and D2. Specifically, the result of applying the partial discharge detection algorithm to the partial discharge signal measured in the real system. Referring to FIG. 6, the maximum count value of the partial discharge was -0.8 to 0.9 and was detected at 36 seconds. In comparison with the detection of the partial discharge 14 times in FIG. 2, it can be seen that the number of occurrences of the partial discharge coincides.
도 7은 실계통 가스절연개폐장치에서 측정된 신호를 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 가스절연개폐장치는 여러 기기들로 이루어져 있기 때문에 잡음이 많이 검출되고, 부분방전의 검출이 매우 어렵다.7 is a graph illustrating signals measured in a real system gas insulated switchgear. Referring to FIG. 7, since the gas insulated switchgear is composed of several devices, a lot of noise is detected and detection of partial discharge is very difficult.
도 8은 실계통 가스절연개폐장치에서 잡음을 제거한 신호를 나타낸 그래프이다. 도 8을 참조하면, 도 7과 비교하여 검출된 신호에 대해 웨이브렛변환을 이용하여 잡음을 제거한 신호이다. 8 is a graph illustrating a signal in which noise is removed in a real system gas insulated switchgear. Referring to FIG. 8, a signal from which noise is removed using a wavelet transform is detected with respect to a signal detected in comparison with FIG. 7.
도 9는 실계통 가스절연개폐장치에서 부분방전 검출결과를 나타낸 그래프이다. 도 9를 참조하면, 각 시간대에서 부분방전의 검출을 용이하게 하고자, 상기한 도 8에서의 신호를 다시 한번 웨이브렛변환을 이용하여서 D1과 D2의 조합함으로써 검출을 용이하게 하였다. 이러한 과정을 통해 실계통 가스절연개폐장치는 부분방전이 많이 검출되고 있으므로, 심한 고장이라고 말할 수 있다. 9 is a graph illustrating a partial discharge detection result in a real system gas insulated switchgear. Referring to FIG. 9, in order to facilitate detection of partial discharge in each time zone, the signal in FIG. 8 is once again combined with D1 and D2 using a wavelet transform to facilitate detection. Through this process, since the partial discharge of the real system gas insulation switch is detected, it can be said that it is a severe failure.
정리하면, 본 발명에서는 154㎸ 가스절연개폐장치(GIS)에서 부분방전 데이터를 부분방전측정장비(LEMKE DIAGNOSTICS GmbH사의 모델명 LDS-5)를 이용하여 취득하였고, 그 측정된 신호는 가스절연개폐장치의 여러 기기들의 잡음으로 인해 부분방전의 검출이 어려우므로, 취득한 데이터를 웨이브렛변환을 이용하여 잡음을 제거하였고, 고역필터 D1과 D2에서 필터링된 신호의 조합으로 부분방전의 검출에 우수한 결과를 보여 주었다. In summary, in the present invention, the partial discharge data was acquired by using a partial discharge measuring device (Model LDS-5 of LEMKE DIAGNOSTICS GmbH) in a 154 ㎸ GIS, and the measured signal was obtained from the gas insulated switchgear. Due to the noise of various devices, it is difficult to detect partial discharges. Therefore, the obtained data was removed by using wavelet transform, and the combination of the signals filtered by the high-pass filters D1 and D2 showed excellent results in the detection of partial discharges. .
본 발명의 검증은 부분방전측정장비(LEMKE DIAGNOSTICS GmbH사의 모델명 LDS-5)를 이용하여 취득되어진 데이터가 시간에 따른 전하량의 크기로 ASCII 코드 형태로 저장되어지고, 이렇게 저장되어진 데이터는 매트랩(Matlab)에서 제공하는 웨이브렛변환을 이용하여 분석하였다. Verification of the present invention is that the data acquired using the partial discharge measuring equipment (model LDS-5 of LEMKE DIAGNOSTICS GmbH) is stored in the form of ASCII code in the amount of charge over time, and the data thus stored is Matlab The wavelet transform provided in the analysis was used.
상술한 바와 같이, 기존의 가스절연개폐장치 상태감시 방법들은 가스절연개폐장치가 많은 기기들로 이루어져 있어서 많은 잡음으로 인해 부분방전의 검출이 어려운 단점들을 지니고 있는데 반해, 본 발명에 따른 웨이브렛변환을 이용한 가스절연개폐장치의 부분방전 검출방법은, 타 방법과 비교하여 지속적이고 무정전으로 가스절연개폐장치 상태감시가 가능하다는 장점이 있고, 웨이브렛변환을 이용한 알고리즘을 사용하여 잡음을 효과적으로 제거하여, 정확한 부분방전의 검출로 가스절연개폐장치 상태감시를 할 수 있다. 특히 하드웨어 구현이 쉬운 알고리즘의 적용으로 실용가치 측면에서 효과가 클 것으로 기대된다. 이를 통해 가스절연개폐장치에서 고장이 발생할 경우, 신속하게 고장을 검출하고, 정확하게 판별하여 정확한 대처 및 복구가 가능하도록 하여 전력계통의 공급신뢰도를 유지할 수 있다. As described above, conventional gas insulation switchgear state monitoring methods have a disadvantage that the detection of partial discharge due to a lot of noise is difficult because the gas insulation switchgear is composed of many devices, the wavelet transform according to the present invention The partial discharge detection method of the gas insulated switchgear has the advantage that the state of the gas insulated switchgear can be monitored continuously and uninterrupted compared with other methods, and the noise is effectively removed by using the algorithm using wavelet transform. The detection of the partial discharge can monitor the state of the gas insulation switchgear. In particular, the application of an algorithm that is easy to implement hardware is expected to be effective in terms of practical value. Through this, when a failure occurs in the gas insulated switchgear, it is possible to quickly detect a failure, accurately determine it, and to accurately cope with and recover the power supply supply of the power system.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it will be apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
도 1은 가스절연개폐장치에서의 부분방전 측정위치를 나타낸 도면, 1 is a view showing a partial discharge measurement position in the gas insulated switchgear;
도 2는 잡음을 제거한 후 정규화한 신호를 나타낸 그래프, 2 is a graph showing a normalized signal after removing noise;
도 3은 디테일(Detail) 영역의 웨이브렛변환 결과를 나타낸 그래프, 3 is a graph showing a wavelet transform result of a detail region;
도 4는 어프록시메이션(Approximation) 영역의 웨이브렛변환 결과를 나타낸 그래프, 4 is a graph showing wavelet transform results of an application region;
도 5는 부분방전 검출과정을 나타낸 흐름도, 5 is a flowchart illustrating a partial discharge detection process;
도 6은 고역필터 D1과 고역필터 D2에서 필터링된 신호의 조합결과에 의해 출력된 그래프, 6 is a graph output by a combination result of a signal filtered by a high pass filter D1 and a high pass filter D2;
도 7은 실계통 가스절연개폐장치에서 측정된 신호를 나타낸 그래프, 7 is a graph showing a signal measured in a real system gas insulated switchgear,
도 8은 실계통 가스절연개폐장치에서 잡음을 제거한 신호를 나타낸 그래프, FIG. 8 is a graph illustrating a signal in which noise is removed in a real system gas insulated switchgear;
도 9는 실계통 가스절연개폐장치에서 부분방전 검출결과를 나타낸 그래프이다. 9 is a graph illustrating a partial discharge detection result in a real system gas insulated switchgear.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
#1BUS, #2BUS : 가스절연개폐장치 모선 # 1BUS, # 2BUS: Gas Insulated Switchgear Bus
6100CB : 차단기 6100CB: Breaker
6101DS : 상부 단로기 6101DS: Upper Disconnector
6102DS : 하부 단로기 6102DS: Lower Disconnector
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