HVDC 전력기기의 절연 진단을 위한 DC 부분방전 측정 및 패턴 분석 기법 연구

Abstract

전 세계적으로 지구온난화와 환경오염이 심각해짐에 따라 국가 및 대륙 간 전력계통을 연결하여 전력을 공유하는 슈퍼그리드 사업이 주목받고 있다. 슈퍼그리드는 효율적인 에너지 분배, 에너지 수급 안정화, 신재생에너지 활용을 통해 온실가스 및 미세먼지 저감에 크게 기여할 수 있다. 이에 유럽연합(EU)에서는 온실가스 저감 및 단일 전력시장 구축을 위해 북해 연안의 풍력, 수력 등을 활용하는 북유럽 슈퍼그리드(Nord EU Super Grid)와 북아프리카와 중동지역의 태양, 풍력을 활용하는 Sud EU-MENA Super Grid 사업을 추진하고 있다. 또한, 동북아 지역에서는 러시아의 수력 및 천연가스와 몽골의 태양광 및 풍력발전 등을 활용하는 한국, 일본, 중국, 러시아, 몽골 간의 전력계통 연계 전략을 수립하기 위한 Northeast Asia Power System Interconnection (NAPSI) 사업이 계획되고 있다. 고전압 직류(HVDC) 기술은 전송 효율이 높아 장거리 전송에 유리하며, 송전탑의 크기가 작아 환경적으로나 경제적으로 유리하다. 또한 계통 연결 시 단락 용량의 증가를 억제할 수 있고 주파수가 다른 두 계통의 연결이 가능하다. 따라서 슈퍼그리드를 안정적으로 운영하기 위해서는 HVDC 기술이 필수적이다. 현재 HVDC 기술은 고전압 대용량의 변환설비가 주로 개발되는 추세이며 전류형의 경우 ±800 kV, 7,200 MW급까지 전압형의 경우 ±500 kV, 1000 MW급까지 개발되어 실제 운영 중이다. 또한 DC 차단기의 경우 ABB, GE 등의 업체에서 활발히 개발이 진행 중이며 중국의 Zhoushan MTDC에 실제 적용되어 운영 중에 있다. 하지만 급속하게 발전하는 전력변환 및 차단 기술과 다르게 HVDC 절연 진단 기술의 경우 발전이 미비한 실정이다. 부분방전은 전력기기의 제조, 운영, 열화 등에 의해 결함이 발생되고, 결함에 고전계가 집중되어 소리, 빛, 열 등의 반응을 수반하며 부분적으로 발생하는 방전을 의미한다. 일반적으로 부분방전은 절연 열화의 마지막 단계에서 발생되기 때문에 전력기기의 절연 진단 방법으로 가장 적절하게 여겨지고 있다. 부분 방전 측정 방법은 AC 전압 또는 DC 전압에 대해 각각 동일하다. 그러나 부분방전의 패턴분석은 인가전압의 종류에 따라 각각 상이하다. AC 부분방전의 경우, 인가전압의 한 주기에 맥동하는 전압의 위상에 따라 부분방전이 일어난다. 따라서 부분방전 펄스의 위상, 크기, 주파수를 이용하여 분석한 Phase-Resolved Partial Discharge (PRPD)와 Phase Resolved Pulse Sequence (PRPS)를 이용하여 해석할 수 있다. AC 부분방전에 대한 진단 기술은 Montanari, G.C.를 대표로 하여 지난 수십 년간 충분히 연구되었으며, IEC 60270 규격을 기반으로 HVAC 케이블, 변압기, GIS 등의 절연 진단에 사용되고 있다. 하지만 DC 부분방전의 경우, AC 전압과 같이 위상 정보가 없기 때문에 AC 부분방전과 동일한 분석 방법을 사용할 수 없다. 따라서 DC 부분방전을 분석하기 위해, 방전의 크기와 방전펄스의 시간차에 기반한 PSA를 사용하는 방법이 연구 중에 있다. 현재 DC 부분방전에 대한 진단 기술은 Morshuis, P.H.F.를 대표로 하여 전 세계적으로 소수의 대학에서 연구가 진행 중이며, DC 부분방전의 발생 메커니즘이 명확하게 정의되어 있다. 하지만 실험 기준, 패턴 분석, 진단 방법 및 방전 특성에 대한 연구가 충분히 수행되지 않았으며, 다양한 HVDC 전력기기에 대한 적용 또한 수행되지 않았다. 따라서 DC 부분방전 측정 및 특성 분석에 대한 연구가 요구되고 있다. 본 논문에서는, DC 부분방전의 측정 시스템을 구축하였으며, IEC 60270에 기반하여 DC 부분방전 측정 방법을 정의하였다. 또한 실시간 부분방전 측정 프로그램인 PDMS, DC 부분방전 패턴 분석 방법인 Pulse Sequence Analysis (PSA), 노이즈 제거 기술인 Time Frequency (TF) Map을 이용하여 각각의 결함에 따른 DC 부분방전의 패턴 특성을 분석하였다. 결과적으로 본 논문에서 연구한 DC 부분방전 패턴 분석 기법을 HVDC 고온초전도 전력기기 및 HVDC MI-PPLP 케이블에 적용하여 각각의 결함에 따른 DC 부분방전 측정 및 패턴 분석 연구를 수행하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

첫째, PDMS 프로그램, PSA 기법, TF Map 기법 및 파이썬 프로그램을 사용하여 DC 부분방전 측정 및 패턴 분석 프로세스를 정립하였으며, DC 부분방전의 패턴을 분석하는 방법은 다음과 같다. 첫째, 절연파괴 전압 (Breakdown Voltage, BDV) 및 부분방전 개시 전압 (Partial Discharge Inception Voltage, PDIV)를 측정하여 PDIV와 BDV 사이의 전압을 인가전압으로 선정한다. 둘째, 구성된 DC 부분방전 측정 회로를 사용하여 각각의 결함에 따른 DC 부분방전의 펄스 신호를 PDMS에 기록한다. PDMS는 시간에 따라 방전 펄스의 정보를 저장하는 장치로써, 부분방전 발생 시간과 방전량을 실시간으로 누적하여 저장하고 부분방전 펄스의 주파수 및 시간의 표준편차를 나타내는 TF Map을 수행한다. 셋째, PSA를 기반으로 분석 파라미터를 선정하여 PDMS를 통해 취득한 데이터를 분석한다. PSA는 연속된 펄스 사이의 상관관계를 분석하는 기술로써, 본 논문에서는 이전 방전량() vs 이후 방전량() 파라미터를 사용하여 DC 부분방전 펄스의 특성을 분석하였다. 마지막으로, PSA를 통해 분석한 데이터를 파이썬 프로그램을 사용하여 도시화함으로써 각각의 결함에 따른 DC 부분방전 패턴을 비교한다. 이와 같은 과정을 통해 DC 부분방전 측정 및 패턴 분석 방법을 도출하였다.

둘째, HVDC 고온초전도 전력기기 내 결함에 따른 DC 부분방전 측정 및 패턴 분석을 수행하였다. HVDC 고온초전도 전력기기는 변압기, 케이블, 차단기 등으로 구분된다. 따라서 각각의 전력기기에서 발생되는 대표적인 결함인 보이드 (Void) 결함과 코로나 (Corona) 결함에 대한 DC 부분방전 특성을 분석하였다. 보이드의 크기 및 인가전압의 크기에 따른 DC 보이드 방전 패턴 분석 결과, 보이드의 크기 및 인가전압의 크기가 증가함에 따라 패턴의 크기만 증가 할 뿐 패턴의 형상은 동남쪽 방향의 삼각형 모양을 띄고 있으며 삼각형 별모양을 중심으로 다수의 값이 분포하고 있는 형태로 유사하였다. 코로나 결함의 갭 간격 및 인가전압의 크기에 따른 DC 코로나 방전 패턴 분석 결과, 갭 간격 및 인가전압의 크기가 증가함에 따라 패턴의 크기만 증가 할 뿐 패턴의 형상은 동남쪽 방향의 알파벳 Y 모양으로 영점 중심으로 다수의 값이 분포하고 있는 형태로 유사하였다.

셋째, HVDC 고온초전도 전력기기 내 보이드 방전 및 코로나 방전이 지속되어 절연물에 끼치는 영향을 분석하기 위해 DC 보이드 방전 및 코로나 방전의 패턴을 분석하였다. DC 보이드 방전의 패턴 분석 결과, 전압 인가 초기에는 단시간 보이드 방전과 동일한 특성이 검출되었다. 하지만 지속적인 보이드 방전으로 인해 보이드와 PPLP 계면에 탄화가 발생함으로써 절연물의 절연내력이 감소함과 동시에 도전율이 증가하였고, 이로 인해 방전량이 급격하게 증가한 뒤 절연파괴가 발생하는 현상이 관측되었다. 패턴 분석 결과, 전압 인가 초기에는 기존 보이드 방전과 동일한 패턴을 나타내었다. 하지만 절연 열화가 발생된 후 희미한 육각형 모양의 패턴이 추가적으로 나타났으며, 육각형의 모양이 뚜렷해지며 절연파괴가 발생한 것을 확인하였다. DC 코로나 방전의 패턴 분석 결과, DC 보이드 방전과는 다르게 절연파괴가 발생하지 않았으며 코로나 방전에 보이드 방전이 합쳐진 형상을 나타내었다. 본 결과를 분석하기 위해 TF mapping을 수행한 결과, 침 전극에서 코로나 방전의 발생으로 인해 기포가 발생하였고, 기포 내에서 보이드 방전이 발생된다는 것을 확인하였다. 또한, 지속적인 코로나 방전으로 인해 침 전극 주변에 얼음이 발생되고 이로 인하여 코로나 방전 및 보이드 방전량이 감소하고 액체 질소의 자가 회복 및 대류로 인하여 액체 질소의 전기적 열화가 발생하지 않아 절연파괴가 발생하지 않는 것을 확인하였다.

넷째, HVDC MI-PPLP 케이블 내 결함에 따른 DC 부분방전 측정 및 패턴 분석을 수행하였다. HVDC MI-PPLP 케이블 내 대표적인 결함인 보이드 결함과 현장 측정 시 주로 유입되는 기중 코로나 방전에 대한 DC 부분방전 특성을 분석하였다. 시편의 온도 및 인가전압의 크기에 따른 DC 보이드 방전 패턴 분석 결과, 시편의 온도 및 인가전압의 크기가 증가함에 따라 패턴의 크기만 증가 할 뿐 패턴의 형상은 동남쪽 방향의 삼각형 모양을 띄고 있으며 삼각형 별모양을 중심으로 다수의 값이 분포하고 있는 형태로 유사하였다. 인가전압의 극성에 따른 기중 DC 코로나 방전 패턴 분석 결과, 패턴의 크기만 상이할 뿐 패턴의 형상은 극성에 상관없이 동남쪽 방향의 알파벳 Y 모양으로 영점 중심으로 다수의 값이 분포하고 있는 형태를 나타내었다.

다섯째, HVDC MI-PPLP 케이블 내 보이드 방전이 지속되어 절연물에 끼치는 영향을 분석하기 위해 DC 보이드 방전을 수행하였다. 또한 케이블 내 butt-gap의 형상에 따른 절연 열화의 차이를 확인하기 위해 보이드가 100%, 50% 및 0% 중첩된 상황을 모의하여 절연파괴가 발생할 때 까지 DC 보이드 방전 실험을 수행하였다. 보이드가 100% 중첩된 시편의 패턴 분석 결과, 전압 인가 초기에는 기존 보이드 방전과 동일한 패턴을 나타내었다. 하지만 절연 열화가 발생된 후 희미한 육각형 모양의 패턴이 추가적으로 나타났으며, 육각형의 모양이 뚜렷해지며 절연파괴가 발생한 것을 확인하였다. 추가적으로 보이드가 50% 및 0% 중첩된 시편에 대한 DC 보이드 방전 패턴 분석 결과, 패턴의 크기 및 절연파괴 시간만 상이할 뿐 전압인가 초기와 절연열화 패턴은 동일하였다. 패턴의 크기는 보이드의 중첩률 0%, 100%, 50% 순으로 증가하였으며, 절연파괴까지 걸리는 시간은 보이드의 중첩률 0%, 100%, 50% 순으로 증가하였다.

여섯째, 모의 결함을 통해 취득한 HVDC MI-PPLP 케이블 내 보이드 방전 패턴 및 절연열화 패턴을 검증하기 위해, HVDC MI-PPLP 모델 케이블을 제작하여 장기 과통전 시험 (Loading cycle test)을 진행하였다. CIGRE Electra 189에서는 장기 과통전 시험을 위한 열주기를 가열 8시간 및 냉각 16시간으로 정의하고 있다. 하지만 본 연구에서는 온도 변화의 반복에 따른 DC 부분방전의 패턴 변화 추이를 확인하기 위해 시간을 반으로 축소하여 열주기를 가열주기 4시간 및 냉각 주기 8시간으로 선정하였다. 또한, 하루에 두 주기씩 총 30회 동안 수행하였다. 실험 결과, 모의결함과 동일하게 MI-PPLP 케이블의 전기적 열화가 진행됨에 따라 방전량이 급격하게 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 전기적 열화가 진행되기 전에는 기존 보이드 방전의 패턴과 동일한 삼각형 형태의 패턴이 취득되었으며, 전기적 열화가 진행됨에 따라 육각형 형상의 패턴이 취득되었다. 이 결과 통해 모의 결함과 모델 케이블에 대한 정합성을 검증하였으며, HVDC MI-PPLP 케이블 내 보이드 결함 및 지속적인 방전으로 인한 절연열화 현상을 판별할 수 있는 기준을 제안하였다.

본 연구를 통해, 국내외적으로 연구가 미흡하여 획일화되지 않은 DC 부분방전 측정 및 패턴 분석 프로세스에 대해, 이론적인 내용을 기반으로 반복적으로 실험함으로써 DC 부분방전 측정 및 패턴 분석 프로세스를 정립하였다. 또한 추후 DC 부분방전과 관련된 연구를 수행하려는 연구자들이 본 연구를 수행하며 겪은 시행착오들을 반복하지 않기 위해, DC 부분방전 측정 시 참고해야 될 사항들에 대해 설명하였다. 또한, 국내외에서는 아직까지 확보되지 않은 HVDC 고온초전도 전력기기 및 HVDC MI-PPLP 케이블 내 결함에 대한 DC 부분방전 패턴 및 절연 열화 패턴을 확보하였다. 본 연구 결과를 기반으로 HVDC 고온초전도 전력기기 및 HVDC MI-PPLP 케이블 내 결함을 식별할 뿐만 아니라 지속적인 DC 부분방전으로 인한 절연 열화와 절연파괴의 사전 증상을 파악하여 절연 진단 및 유지보수에 적용할 수 있을 것으로 사료된다. 최종적으로, 모의 결함 및 모델 케이블을 통해 취득한 HVDC MI-PPLP 케이블 내 DC 보이드 방전 패턴 및 절연열화 패턴을 기반으로 제작된 진단 프로그램이 현재 북당진-고덕 HVDC MI-PPLP 1단계 사업의 진단 프로그램으로 적용되고 있다. |As global warming and environmental pollution become more serious around the world, the super grid project, which connects power systems between countries and continents to share electricity, is attracting attention. The super grid can greatly contribute to the reduction of greenhouse gases and fine dust through efficient energy distribution, stabilization of energy supply and demand, and the use of new and renewable energy. Accordingly, the European Union (EU) is promoting the Nord EU Super Grid project in Northern Europe and the Sud EU-MENA Super Grid project in North Africa and the Middle East to reduce greenhouse gas emissions and establish a single power market. Also, in Northeast Asia, the Northeast Asia Power System Interconnection (NAPSI) project is being planned to establish a strategy for connecting power systems between Korea, Japan, China, Russia, and Mongolia. High-voltage direct current (HVDC) technology is advantageous for long-distance transmission because of its high transmission efficiency, and it is environmentally and economically advantageous due to the small size of the transmission tower. In addition, when the power system is connected, an increase in the short-circuit capacity can be suppressed and two power systems having different frequencies can be connected. Therefore, HVDC technology is essential for the stable operation of the super grid. Currently, the HVDC technology tends to be developed mainly for high-voltage and large-capacity conversion facilities, and for current type, up to ±800 kV and 7,200 MW, and for voltage type, up to ±500 kV and 1000 MW level, are being developed and are being operated. In addition, in the case of DC circuit breakers, companies such as ABB and GE are actively developing them, and they are being applied and operated in China's Zhoushan MTDC. Partial discharge is caused by local concentration of electric field inside or on the surface of the insulator, and the discharge appears in pulse form for shorter than 1 µs. In general, partial discharge occurs in the last stage of insulation degradation, so it is considered the most appropriate method for diagnosing insulation of power equipment. The partial discharge measurement method is the same for AC voltage or DC voltage respectively. However, the pattern analysis of the partial discharge is different depending on the type of applied voltage. In the case of AC partial discharge, partial discharge occurs according to the phase of the voltage pulsating in one cycle of the applied voltage. Therefore, it can be analyzed using Phase-Resolved Partial Discharge (PRPD) and Phase Resolved Pulse Sequence (PRPS), which are analyzed using the phase, magnitude, and frequency of the partial discharge pulse. The diagnostic technology for AC partial discharge has been sufficiently studied for the past decades by representing Montanari, G.C., and is used for insulation diagnosis of HVAC cables, transformers, GIS, etc. based on the IEC 60270 standard. However, in the case of DC partial discharge, the same analysis method as AC partial discharge cannot be used because there is no phase information like AC voltage. Therefore, in order to analyze the DC partial discharge, a method using PSA based on the size of the discharge and the time difference of the discharge pulse is being studied. Currently, the diagnostic technology for DC partial discharge is being researched at a small number of universities around the world, and the mechanism of DC partial discharge is clearly defined. However, studies on experimental standards, pattern analysis, diagnostic methods, and discharge characteristics have not been sufficiently conducted, and application to various HVDC power devices has not been performed. Therefore, research on DC partial discharge measurement and characteristic analysis is required. In this paper, a DC partial discharge measurement system was established, and the DC partial discharge measurement method was defined based on IEC 60270. In addition, the pattern characteristics of DC partial discharge according to each defect were analyzed using PDMS (a real-time partial discharge measurement program), Pulse Sequence Analysis (DC partial discharge pattern analysis method), and Time Frequency Map (noise removal technology). As a result, the DC partial discharge pattern analysis technique studied in this paper was applied to HVDC high-temperature superconducting power devices and HVDC MI-PPLP cables to measure DC partial discharge and pattern analysis according to each defect. The results of this study are summarized as follows. First, the DC partial discharge measurement and pattern analysis process was established using the PDMS program, PSA method, TF Map method, and python program. The method to analyze the DC partial discharge pattern is as follows. First, the voltage between PDIV and BDV is selected as the applied voltage by measuring the Breakdown Voltage (BDV) and the Partial Discharge Inception Voltage (PDIV). Second, the pulse signal of the DC partial discharge according to each defect is recorded in the PDMS using the DC partial discharge measuring circuit. PDMS, which is a device that stores discharge pulse information according to time, accumulates the partial discharge generation time and discharge amount in real time. Also, it performs TF Map indicating the standard deviation of the frequency and time of the partial discharge pulse. Third, analysis parameters are selected based on PSA and data acquired through PDMS are analyzed. PSA is a technique to analyze the correlation between consecutive pulses. In this paper, the characteristics of DC partial discharge pulses are analyzed using the successive time difference(   ) vs the previous time difference (  ) and the successive discharge difference(   ) vs the previous discharge difference (  ). Finally, the DC partial discharge pattern according to each defect is compared by plotting the data analyzed through PSA using the python program. Through this process, DC partial discharge measurement and pattern analysis methods were derived. Second, DC partial discharge measurement and pattern analysis were performed according to defects in HVDC high-temperature superconducting power devices. HVDC high-temperature superconducting power devices are classified into transformers, cables, and circuit breakers. Therefore, DC partial discharge characteristics were analyzed for void and corona defects, which are typical defects occurring in each power device. As a analysis result of the DC void discharge pattern according to the size of the void and the magnitude of the applied voltage, the size of the pattern increased as the size of the void and the magnitude of the applied voltage increased. However, the shape of the pattern was similar in that it had a triangular shape in the southeast direction and a number of values were distributed around the triangular star shape. As a analysis result of the DC corona discharge pattern according to the gap interval of the corona defect and the size of the applied voltage, the size of the pattern increased as the gap interval and the size of the applied voltage increased. However, the shape of the pattern was similar to the shape of the alphabet Y in the southeast direction, in which a number of values were distributed around the zero point. Third, in order to analyze the effects of continuous void discharge and corona discharge on insulation in HVDC high-temperature superconducting power devices, the patterns of DC void discharge and corona discharge for a long time were analyzed. As a result of the long-time DC void discharge pattern analysis, the same characteristics as the short-time void discharge were detected at the initial stage of voltage application. However, it was observed that the insulation breakdown occurred after a rapid increase in the amount of discharge due to insulation deterioration caused by void discharge for a long time. As a result of pattern analysis, at the initial stage of voltage application, the same pattern as that of the existing void discharge was shown. However, after insulation deterioration occurred, a faint hexagonal pattern was additionally appeared, and it was confirmed that the hexagonal shape became clear and insulation breakdown occurred.As a result of analyzing the pattern of DC corona discharge for a long time, unlike DC void discharge, insulation breakdown did not occur, and the corona discharge and void discharge were combined. As a result of performing TF mapping to analyze this result, it was confirmed that bubbles were generated due to corona discharge from the needle electrode, and void discharge was generated within the bubbles. In addition, it was confirmed that ice was generated around the needle-electrode due to the continuous corona discharge, thereby reducing the amount of corona discharge and void discharge. In addition, it was confirmed that electrical deterioration of liquid nitrogen did not occur due to self-recovery and convection of liquid nitrogen, and thus insulation breakdown did not occur. Fourth, DC partial discharge measurement and pattern analysis were performed according to defects in the HVDC MI-PPLP cable. The DC partial discharge characteristics were analyzed for the void defect, which is a typical defect in the HVDC MI-PPLP cable, and the corona discharge in the air, which is mainly introduced during on-site measurement. As a result of analyzing the DC void discharge pattern according to the temperature of the specimen and magnitude of applied voltage, the size of the pattern increased as the specimen temperature and applied voltage increased. However, the shape of the pattern was similar in that it had a triangular shape in the southeast direction and a large number of values were distributed around the triangular star shape. As a result of analyzing the DC corona discharge pattern in the air according to the polarity of the applied voltage, only the size of the pattern is different, and the shape of the pattern is the alphabet Y in the southeast direction regardless of the polarity, and a number of values are distributed around the zero point. . Fifth, DC void discharge was performed for a long time to analyze the effect of void discharge in the HVDC MI-PPLP cable on the insulation. In addition, in order to confirm the difference in insulation deterioration according to the shape of the butt-gap in the cable, a DC void discharge test was performed for a long time until insulation breakdown occurred by overlapping the voids by 100%, 50% and 0%. As a result of pattern analysis of the specimen in which the void was 100% overlapped, the same pattern as the existing void discharge was shown at the initial stage of voltage application. However, after insulation deterioration occurred, a faint hexagonal pattern was additionally appeared, and it was confirmed that the hexagonal shape became clear and insulation breakdown occurred. In addition, as a result of long-time DC void discharge pattern analysis for specimens with 50% and 0% void overlap, only the pattern size and dielectric breakdown time were different, but the initial voltage application and the insulation deterioration pattern were the same. The size of the pattern increased in the order of 0%, 100%, and 50% of the overlap rate of void, and the time until insulation breakdown increased in the order of 0%, 100%, and 50% of the overlap rate of void. Sixth, in order to verify the void discharge pattern and insulation deterioration pattern in the HVDC MI-PPLP cable acquired through artificial simulation defects, an HVDC MI-PPLP model cable was fabricated and a long-term deterioration test was conducted. In case of long-time insulation deterioration, two cycles per day were performed for a total of 30 times according to CIGRE Electra 189. One cycle consisted of a heating cycle of 4 hours and a cooling cycle of 8 hours, so that thermal degradation due to temperature and electrical degradation due to partial discharge proceed simultaneously. As a result of the experiment, it was confirmed that the amount of discharge rapidly increased as the thermal and electrical deterioration of the MI-PPLP cable proceeded in the same way as the simulated defect. In addition, a triangular pattern identical to that of the existing void discharge was obtained before deterioration, and a hexagonal pattern was obtained as deterioration progressed. Through this result, the mutual consistency of the simulated defect and the model cable was verified, and a criterion for determining the void defect and insulation deterioration in the HVDC MI-PPLP cable was proposed. Through this study, DC partial discharge patterns and insulation deterioration patterns were obtained for defects in HVDC high-temperature superconducting power devices and HVDC MI-PPLP cables, which have not been secured at home and abroad. Based on the results of this study, it is considered that it will be possible to identify defects, determine insulation deterioration, and check the symptoms of insulation breakdown for HVDC high-temperature superconducting power devices and HVDC MI-PPLP cables. Finally, a diagnostic program was produced based on the DC void discharge pattern and insulation deterioration pattern acquired through artificial simulation defects and model cables, and is currently being applied as a diagnostic program for the Bukdangjin-Godeok HVDC MI-PPLP Phase 1 project.