국내 전력설비 예방진단 기술 적용 본격화

국내 전력설비 예방진단 기술 적용 본격화

[커버스토리] 전력분야 예방진단 기술 전망

2007년 07월 04일 (수) 15:05:33 재구/한동직 기자 pjg@epj.co.kr

선진국에서부터 발생한 대규모 광역정전사고는 많은 사회적 물의를 일으켰으며 전력산업의 중요성을 다시 한번 일깨워주는 계기가 됐다. 따라서 국내에서도 사후에 대책을 세우는 정비기술에서 벗어나 선진 예방진단 및 정비기술을 확보하고자 하는 노력이 다각적으로 일어나고 있다. 손상이나 사고 후에 정비하는 사후정비 기술, 즉 Breakdown Maintenance와 일정한 시간이나 기간 마다 진단하고 정비하는 Time Based Maintenance와 달리 설비의 상태를 정확히 진단하고 분석해 정비하는 기술을 예방진단 및 정비기술이라 말할 수 있다. 예방정비(PM, Preventive maintenance)는 허용 가능한 수준으로 열화 및 고장을 관리함으로써 유효수명을 지속하거나 연장하기 위해 SSC(구조물, 계통 및 기기)들의 열화를 감지, 차단 또는 완화하는 활동을 포함한다. 예방정비에는 주기정비, 예측정비, 계획정비 등의 세 가지 유형이 있다. 주기정비(Periodic  maintenance)는 달력 시간, 운전시간, 혹은 작동 횟수 등과 같은 미리 결정된 주기에 따라 점검, 부품 교체, 정주기 시험 등을 수행하는 예방정비의 한 형태이다. 예측정비(Predictive maintenance)는 연속 또는 확인된 설비상태에 따라 조정되는 주기에 따라 SSC의 기능이나 상태를 나타내는 변수들을 감시, 진단 또는 경향분석을 수행하는 예방정비의 한 형태이다. 그 결과는 현재와 미래의 기능 수행능력을 나타내거나 계획정비의 형태 및 작업 일정을 결정한다. 계획정비(Planned maintenance)는 SSC들의 고장을 예방하기 위해 작업 일정이 수립되고 시행되는 복원(Refurbishment), 교체 등의 작업을 포함하는 예방정비의 한 형태이다.     우주항공 분야에서 시작, 80년대 중반 미국 원자력발전 분야 도입   예방진단 및 정비기술은 높은 신뢰도를 유지해야 하는 우주항공 분야에서 시작됐다. 미국에서 1980년대 중반에 신뢰도 중심 정비기법(Reliability Centered Maintenance)을 원자력발전 분야에 도입하기 시작했으며 일본과 유럽에서도 1990년대에 이르러서는 화력발전소에도 적용하게 됐고 송변전 설비에도 적용하고 있다. 또 대형 폭발사고가 많이 일어나는 석유화학단지의 설비를 대상으로 개발된 위험도 기반 진단기법(Risk Based Inspection)은 최근에 화력 설비에 활발하게 적용되기 시작했다. 원자력, 화력, 송전, 배전 분야 등 전력설비 중 어느 하나 중요하지 않는 분야가 없다. 그런 점에서 예방진단 기술은 각 분야별 특성에 맞춰 적용되고 있다. 원자력 설비는 단 한건의 사고도 용납될 수 없기 때문에 경제성 보다는 무엇보다도 안전성을 우선해야 한다. 그래서 이중, 삼중의 신뢰도 분석이 이뤄져야 하는 것이다.   화력에서는 최근 들어 발전회사간의 경쟁과 연료비의 급등으로 인해 경제성의 확보가 더욱 요구되고 있다. 이에 최적의 정비비용으로 설비의 신뢰도를 확보하기 위해 위험도 진단 기법 등을 최근 활발하게 적용하고 있다. 송변전 설비에서 사고가 발생하면 대규모 광역정전사고가 발생하게 되므로 신뢰도가 더욱 높이 요구되고 있다. 이에 송변전 설비에서는 신뢰도 중심 정비기법이 활발하게 적용되고 있다. 또 배전분야에서는 고객과 함께 신뢰도를 유지해야 하므로 신속한 예방진단 기술 확보가 필요해 IT 기술과 융합하는 예방진단 기술이 필요하다.     변전 및 배전분야 고장 예방 대책   1. 변전분야 고장 예방 진단 대책   오늘날의 주변압기, 가스절연개폐장치(GIS) 등 변전 주요기기에 대한 점검 및 설비운영에 대한 흐름은 종래의 일정한 주기마다 점검과 유지보수를 시행하는 시간중심의 설비 관리방식에서 기기마다의 고유성능과 특성을 감안해 사전에 노후 및 고장 가능성을 진단하고 관리하는 이른바 예방진단 중심의 설비 운영체계로 바뀌고 있다.   이처럼 설비관리 방식이 예방진단 중심으로 전환됨에 따라 한전에서도 적극적인 설비 관리로 고장을 미연에 방지하기 위한 예방진단 중심의 설비 운영체계로 전환하고 기기 고장예방을 위해 적극적인 활동을 전개하고 있다.   GIS, on-Line 예방진단시스템 운영 가스절연개폐장치의 구조적 특성상 기기점검 시 내부 상태의 확인이 곤란하고 각종 고장 시 고장구간 확인에 장시간이 소요됨에 따라 고장예방을 위한 on-Line 예방진단시스템 설치로 최적의 설비 운영체계 구축을 위해 가스절연개폐장치(GIS) 예방진단시스템을 운영하고 보강해 나가고 있다.    추진내용으로는 765kV 신태백변전소 등 345kV급 변전소 이상의 32개소에 예방진단시스템을 설치했고 내장형 UHF 센서를 설치 154kV급 이상 모든 GIS에 적용함을 원칙으로 06년  03월 이후 설치되는 신·증설용 GIS에 대해 전량 납품토록 조치했고 기설치 GIS에는 기기점검 시 내장형 센서를 달아 적용했다. 향후에는 예방진단시스템 관리방안의 개선을 위한 T/F를 구성하고 예방진단시스템 신뢰도 향상방안 도출 및 전문진단센터를 구축할 계획이다.    154kV급 GIS에 대한 부분방전 측정을 통한 고장을 미연에 방지하기 위해 휴대용 부분방전 측정 장치를 전 전력소마다 확보해 현장에서 활용하고 있다. 이와 같이 GIS 부분방전 측정용 휴대용 진단장비 적용은 66kV 이상 GIS(On-Line 시스템 설치개소 제외)에 시행키로 하고 작년 3월 이후 납품 GIS에는 내장형 UHF 센서 이용 진단을, 작년 2월 이전 납품 GIS는 외장형 UHF 센서를 적용해 진단한다.    진단주기를 종전 1년 1회 시행하던 것을 2배 이상 강화해 시행함으로써 예방진단을 통한 설비 운영신뢰성을 확보하는데 주력하고 향후 진단 장비를 수시로 Up-Grade하며 고장예방사례 경험공유를 위한 토론회도 개최할 예정이다.    가스절연개폐장치(GIS) 예방진단시스템 운영을 위해 170kV GIS 내부 모선 단로기부 고장시 고장개소를 조기에 발견해 신속한 고장 복구를 위한 대책 수립이 필요해짐에 따라 170kV GIS 내부 고장개소 조기진단 시스템을 개발하고 있다.   또한 GIS 내부 고장 시 발생되는 순간 압력 상승을 감지해 근무자에게 알려줄 수 있는 경보 기능을 구비한 디지털 압력계의 적용도 추진하고 있는데 현행 시범 적용 및 문제점의 보완 단계에 있다. 시범 적용 및 문제점 보완 후에는 170kV GIS에 전면 적용해 고장 발생부위 조기 발견 및 신속한 복구로 안정적인 전력공급에 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.    열화 및 예방진단으로 이상 유무 초기 파악 아울러 154kV 주변압기의 장기운전에 따른 내부고장으로 정전이 발생하는 사례가 증가하고 있어 현행의 예방진단 방식을 검토해 고장 이전에 사전 감지할 수 있는 대책수립이 요구됨에 따라 장기사용 주변압기 열화진단 및 예방진단 방안을 추진한다.    고장이 지속적으로 발생하고 있는 1987년 및 1989년 제조된 154kV급 변압기에 대해 현재 적용중인 Gas분석을 시행한 후 요주의 및 이상 발생분에 대해 이동형 초음파 진단장치를 이용, 부분방전 측정을 통한 내부 이상 유무 확인 등 장기운전 변압기에 대한 특별관리방안을 수립해 나가고 있다.   향후 주변압기 절연유 GAS분석 및 절연열화 분석 시행 결과, 이상 징후가 있는 설비를 중심으로 이동형 초음파진단장치의 진단 대상을 확정하고 변압기 초음파 진단장치를 이용한 진단 시행 및 진단결과에 의한 정밀점검, 대체 등 후속 대책 수립할 계획이다.    경년열화, 제작·시공불량에 의한 설비고장 사례 근절을 위한 기기점검 주기를 개선하고 예방진단 장비를 활용한 합리적 점검기준 정립 및 기기구조 및 운영여건에 부합되는 점검절차의 적용을 위해 기기점검 기준 개정을 통한 고장예방 및 기기운영에 대한 신뢰도 제고가 요구된다.   이에 대해 주변압기는 기계적 보호 장치 배선 등 기기부속품을 주기적으로 교체하고 가스절연개폐장치(GIS) 전수점검을 시행(운전개시 후 7년, 16년, 22년)한다. 종전에는 동일변전소 동일년도 설치분에 대해 발췌점검 후 불량이 발견됐을 때 해당변전소 동일년도 설치분에 대해 전량 점검을 시행해 왔다.    기기부속품 주기적 교체의 경우 종전에는 부속품에 대한 교체 주기가 없었는데 기기부속품을 주기적으로 교체해 줌으로서 고장을 예방할 수 있다. 또한 GIS 초기 고장예방을 위해 취약개소인 모선단로기부에 대한 정밀점검 시행하고 정밀점검 시에는 전자내시경을 이용해 기기내부 상태를 확인하고 빈도가 높은 개폐기에 대해서는 점검주기 실시를 단축해 나갈 계획이다.       2. 배전분야 예방진단 추진 및 계획   최근 사회가 고도의 정보화 산업사회로 발전되고, 전기의 의존도가 높아짐에 따라 고품질의 전력을 안정적으로 공급하기 위한 전력 제어설비의 자동화 등이 더욱 요구되고 있다. 고객이 경험하는 정전은 낙뢰, 외물접촉 등 주변 환경적인 요인이 큰 비중을 차지하고 있지만, 전력공급에 사용되고 있는 기자재 불량에 의한 경우도 적지 않다. 선진 배전시스템 구성을 위해서는 배전선로를 구성하는 기자재의 품질 및 장기 신뢰성 확보가 우선돼야 하고 기자재 고장이 발생하기 전에 교체돼야만 한다. 이에 따라 한전에서는 배전설비 신뢰도 향상을 위한 불량기자재 사전 진단기법을  지속적으로 연구하고 있으며, 선진 진단기법을 도입하는 등 고장예방에 주력하고 있다.     휴대용 열화상 진단장비 폭넓게 활용 적외선 열화상 장비를 활용한 열화진단 기법은 최근 수십 년 간 배전설비진단에 활용되고 있다. 이 기법은 적외선 열화상카메라로 피사체 표면의 복사되는 에너지를 전자파의 일종인 적외선 파장형태로 검출해 표면의 온도를 측정하고, 각각 다른 색상으로 표현된 온도를 세부 비교분석함으로써 설비의 열화 상태를 판별하게 된다.   배전분야에서는 1995년 이후 열화상 설비진단차량 도입을 시작으로 최근에는 휴대용 진단 장비를 도입해 주로 주상변압기, 전선접속개소, 개폐기류, 애자류, 피뢰기 등의 가공설비는 물론 지상변압기, 지상개폐기, 지중케이블 접속개소 등의 지중설비 설비진단에도 폭넓게 활용하고 있다.   열화상 진단기법의 장점은 별도의 활선장비가 없이도 활선선로 진단점검이 가능하다는 것으로 한전에서는 외부 위탁용역 시행과 고객 수전설비 진단을 지원하는 등 그 적용범위를 더욱 확대시켜 나가고 있다.     절연열화 진단기술 연구, 기술력 향상 배전케이블의 절연열화는 보통 사용되는 환경적 여러 요인들에 의해 복합열화의 상태로 발생되는데 그러한 형태는 절연체 공극에 의한 부분방전 열화, 내외도체 불균일에 의한 전기트리 열화, 수분침투에 따른 수트리 열화, 열, 기계적 손상 변형 등이 주요 원인이 되고 있다.   따라서 전력케이블의 절연파괴사고를 미연에 방지하고 계통의 신뢰성 확보를 위해 절연저항 측정, 직류누설전류시험, Tan(del) 측정, 등온완화 전류법, 직류전압감쇄법 등 많은 절연열화 진단기술이 연구되고 기술이 향상돼 왔다.   과거 한전에서는 케이블 열화측정에 절연내력시험기를 활용한 직류누설전류 시험방법을 사용했으나, 이는 케이블에 고전압을 인가하는 방법으로 수트리에 영향을 주게 되며, 케이블 손상의 한 원인으로 지적되고 있다. 이에 따라 최근에는 비파괴 케이블 절연열화 진단기(KDA-1)를 사용한 등온완화 전류시험 방법을 적용하고 있다. 절연체의 열화정도에 따라 시간대별 완화전류의 크기 차이가 발생되는 원리를 이용한 등온완화전류 시험법은 인가전압이 낮아 공간 전하에 의한 케이블 손상을 방지하고, 전용 소프트웨어를 이용한 측정결과 분석으로 케이블 열화판정이 용이하다   . 누설전류 검출기로 피뢰기 활선진단 전력계통의 내·외부에서 발생되는 Surge 등에 대해 전력기기의 보호용으로 피뢰기가 사용되고 있으며, 특히 배전선로 계통에서 피뢰기의 결함은 여타 보호기기의 절연파괴 등으로 전력계통 전체를 마비시키는 혼란을 야기할 수도 있다.   이러한 문제를 해결하기 위해 한전에서는 2000년 이후 누설전류 검출기를 개발해 활용하고 있다. 누설전류 검출기는 CT에서 입력된 전류파형을 Data 처리해 CPU에서 상 반전 및 연산처리 후 입력파형과 위상 반전한 파형과의 연산적인 관계로 저항분 전류만을 검출하는 방식으로 배전선로 전반에 분포된 피뢰기를 활선상태에서 상시 점검함으로서 적정수명을 예측하고 불량 피뢰기를 교체하는데 활용하고 있다.   이외에도 최근에는 배전설비 열화 시 발생되는 전자파를 검출해 불량설비를 진단하는 기법을 시범운영 중에 있으며, 배전용개폐기 열화진단을 위한 부분방전 진단장비 개발도 활발하게 진행되고 있다.