선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 예방진단시스템에 축적된 데이터의 분석과 국내 변압기 운영기준 및 운전환경을 반영한 합리적인 진단기준치 설정 및 알고리즘이 개발되어야 한다. 본 논문에서는 국내실정에 적합한 진단기준치를 설정하였으며, 주요한 연구결과는 다음과 같다.
- 냉각 팬과 냉각 펌프 전동기 동작전류의 진단기준치는 전동기의 정격전류를 기준으로 사용하였다. 본 연구에서는 온라인으로 측정되는 값이 정격전류 내에 존재하면 정상적으로 동작하고 있는 것으로 판단하고, 측정된 전류 값이 범위를 벗어나면, 표 5와 같이 동작전류의 크기에 따라, 과부하 및 단선 등의 이상 여부를 판단할 수 있도록 하였다.
제안 방법
- (1) 온라인 유중가스 분석을 위한 진단기준치는 정상, 요주의 및 이상 등의 3단계로 분류하였다.
- (2) 냉각 팬과 냉각 펌프의 이상 유무 진단은 냉각 팬과 냉각 펌프 전동기의 동작 전류로 판단할 수 있으며, 냉각 팬과 냉각 펌프 전동기의 동작전류의 진단기준치는 전동기의 정격전류를 기준으로 사용하였다.
- (4) 외기온도는 이러한 외기온도 허용한계를 기준으로, 1년 동안의 최고온도와 연간 최저온도에 따라 경보가 발생되도록 진단기준치를 설정하였다.
- (5) 절연유 온도와 권선온도의 진단기준치를 설정하기 위하여 세 가지 기준을 적용하였다. 첫째로 제작사에서 제시한 절대기준치, 둘째는 절연유 온도와 권선온도의 상승온도를 이용한 진단기준치, 그리고 마지막으로 부하율에 따른 권선최고점의 온도를 계산하여 절연유와 권선온도의 상태를 종합적으로 진단하도록 처리하였다.
- 부하전류의 진단기준치는 변압기 제작사의 권고치를 기준을 참고하여 주변압기 운영기준에 따라 설정하였다. 100% 부하시의 전류치를 기준으로 과부하 전의 연속부하, 과 부하 시간, 그리고 외기온도 등을 고려하여; 표 6과 같이 변압 기 과부하 내량을 적용하였다. 표 6에서처럼 과부하전 부하가 90%이고, 외기온도가 20℃인 경우, 과부하량이 125%이면 1시간 동안 과부하운전이 가능하며, 과부하량이 115%이면 2시간 동안 과부하 운전이 가능하다.
- 또한 토크 감시의 경우 토크 제한치를 기준으로 요주의 경보를 발생하도록 설정하였다. 그리고 온도를 통하여 과부하를 감시하도록 하였으며, 탭 동작 횟수에 따라 부하시 탭 절환장치의 절연유 및 점검 조치를 취하는 경보를 발생하도록 처리하였다. 표 8은 전력용 변압기의 부하시 탭 절환장치의 감시항목 및 진단기준치이다.
- 26초였다. 따라서 동작전류가 충분히 안정되는 시간 지연을 주고 정상적인 진류를 측정하기 위하여 2초의 시간 지연을 설정하고 데이터를 측정하도록 하였다.
- 냉각 팬과 냉각 펌프 전동기의 정상적인 동작전류를 취득하기 위해서는, 냉각 팬과 냉각 펌프의 기동시에 발생되는 기동 전류를 고려하여, 과도 상태가 지난 후에 측정된 데이터를 이용하여야 한다. 따라서 전동기의 정상적인 동작전류 측정을 위한 시간 지연(time delay)이 필요하며, 이를 위하여 6개의 전력용 변압기에서 정상적으로 동작하는 동일한 규격의 냉각 팬에 대하여, 각각 4회씩 총 24개의 동작전류 데이터를 측정하였다. 동작전류가 과도 상태를 지나 안정되기까지 걸리는 시간 지연의 평균값은 1.
- 현재 전력용 변압기에서 온도상승 허용한도는 주위 온도가 40℃를 초과하지 않고, 1차 정적전압의 7% 탭에서 1차,2차 및 3차권선이 동시에 연속 정격출력을 낼 때, 평균 온도상승 허용한도는 절연유 온도가 55℃, 권선온도가 6SC가 적용되고 있다. 따라서 절연유 온도 진단기준치에서는 절연유 온도에서 외기온도를 뺀 절연유의 상승온도를 계산하고, 온도상승 허용 한도인 55℃를 기준치로 설정하였다. 또한 권선온도 진단기준 치에서는 권선 상승온도를 계산하고, 권선 상승온도 허용한도 인 65C를 기준치로 설정하였다.
- 따라서 절연유 온도 진단기준치에서는 절연유 온도에서 외기온도를 뺀 절연유의 상승온도를 계산하고, 온도상승 허용 한도인 55℃를 기준치로 설정하였다. 또한 권선온도 진단기준 치에서는 권선 상승온도를 계산하고, 권선 상승온도 허용한도 인 65C를 기준치로 설정하였다.
- 접점마모량의 경우 제한치를 넘어설 경우 접점을 교체하는 경보를 발생하도록 처리하였다. 또한 토크 감시의 경우 토크 제한치를 기준으로 요주의 경보를 발생하도록 설정하였다. 그리고 온도를 통하여 과부하를 감시하도록 하였으며, 탭 동작 횟수에 따라 부하시 탭 절환장치의 절연유 및 점검 조치를 취하는 경보를 발생하도록 처리하였다.
- 5bar(kg/cm2)를 초과하면 경보를 발생하도록 진단기준치를 설정하였다. 또한, 부하시 탭 절환장치가 30, 000회 동작한 후, 또는 3년 동안 운전된 후, 그리고 부하시 탭 절환장치의 진단 결과가 이상 경보 발생시에는 활선여과기를 분해 점검하여, 수분이 30ppm 이상이고 절연내압이 40kV/2.5mm 이하시에는 오일 필터를 교체하도록 하였으며, 누유여부 확인, 압력계 정상 동작여부 등을 측정하도록 하였다.
- 또한, 예방진단 알고리즘에서는 온라인 감시의 가장 큰 장점인 데이터 증가경향에 의한 진단이 가능하므로, 표 1과 같은 절대치에 의한 진단기준치뿐만 아니라, 표 2와 같이 가스의 급격한 증가량에 의한 경향 분석을 이용한 진단기준치를 동시에 적용하였다.
- 또한, 절연유 온도 및 권선온도의 진단기준치를 설정할 때, 표 7에서 제시된 절대치에 의한 값뿐만 아니라, 절연유 온도와 권선온도의 상승온도도 이용하였다. 상승온도는 변압기의 구조, 크기, 부하량, 변압기의 운전조건 등에 영향을 받는다:
- 이 기준에 따라 외기 온도는 1년 동안의 최고온도가 4or 이상이거나, 연간 최저온도가 -2SC 이하일 때 경보가 발생되도록 설정하였다. 또한, 하루 평균 온도가 30℃ 이상일 때 이상 기온으로 판정하도록 진단 기준치를 설정하였다.
- 본 논문에서는 1997년부터 운전되고 있는 9개의 345kV 변전소의 예방진단시스템을 대상으로 하여, 국내 변압기 운영기준 및 운전환경의 반영하여 예방진단시스템에 적용되는 진단 항목별 기준치를 설정하였다.
- 부하전류는 배전반 내의 감시제어 시스템으로부터 데이터를 입력받는다. 부하전류의 진단기준치는 변압기 제작사의 권고치를 기준을 참고하여 주변압기 운영기준에 따라 설정하였다. 100% 부하시의 전류치를 기준으로 과부하 전의 연속부하, 과 부하 시간, 그리고 외기온도 등을 고려하여; 표 6과 같이 변압 기 과부하 내량을 적용하였다.
- 온라인 유중가스 분석을 위한 진단기준치는 센서 제작사의 권고치를 적용한 절대값에 의한 기준치와 열화 경향에 의한 기준치를 모두 적용하였다.
- 운전 중인 변압기에 설치된 온라인 유중가스 센서를 이용하여 제시한 진단기준치에 의해 변압기의 사고를 예방한 사례를 분석하였다. 표 3은 유중가스 센서를 설치한 후 2주일 동안의 일평균 유중가스 데이터이다.
- 한전기준에는 변압기를 비롯한 변전기기의 외기온도 및 표고에 따른 운전 허용한계가 정해져 있다. 이 기준에 따라 외기 온도는 1년 동안의 최고온도가 4or 이상이거나, 연간 최저온도가 -2SC 이하일 때 경보가 발생되도록 설정하였다. 또한, 하루 평균 온도가 30℃ 이상일 때 이상 기온으로 판정하도록 진단 기준치를 설정하였다.
- 이러한 온라인 유중가스 센서에 의해 진단된 이상 변압기의 진단 결과를 바탕으로, 온라인 유중가스 센서 데이터의 신뢰성 검증과 정밀한 분석을 위하여 현장에서 절연유를 채취하여 시험실에서 다종류 유중가스 분석을 실시하였다.
- 절연유 온도와 권선온도의 진단기준치를 설정하기 위하여 세 가지 기준을 적용하였다. 첫째로 제작사에서 제시한 절대기준치, 둘째는 절연유 온도와 권선온도의 상승온도를 이용한 진단 기준치, 그리고 마지막으로 부하율에 따른 권선최고점의 온도를 계산하여 절연유와 권선온도의 상태를 종합적으로 진단하도록 처리하였다.
- 접점마모량의 경우 제한치를 넘어설 경우 접점을 교체하는 경보를 발생하도록 처리하였다. 또한 토크 감시의 경우 토크 제한치를 기준으로 요주의 경보를 발생하도록 설정하였다.
- 유중 가스 증가량에 의한 진단기준치의 설정은 통계적으로 진단기준을 결정하는 방법에 따라 진단 시점을 기준으로 최근 약 3주 동안의 평균치(μ0, n=21, n:측정횟수) 및 표준편차(σ0)를 이용하였다. 정상시에 측정한 데이터들을 이용한 진단 기준치 설정 방법을 적용하여, 진단기준치(xe)는 식 4와 같이 #로 설정하였고, 이 범위를 벗어나는 데이티는 정상상태에서 벗어나 내부에 이상이 발생하고 있다는 징후이므로, 요주의 경보를 발생시키고, # 이상일 때는 이상경보를 발생시켜 즉각적인 조치를 취하고, 다른 진단 항목을 점검하여 그 상관관계를 분석하도록 처리하였다.
- 표 1은 유중가스 센서 제작사에 의해 제시된 절대치를 이용한 유중가스의 진단기준치이다. 진단기준치 설정을 위한 초기치는 센서가 설치되는 변압기의 특성에 따라 다를 수 있기 때문에, 센서가 변압기에 설치된 직후 2주일 동안에 취득된 값들 중 최대치를 이용하였다.
- 절연유 온도와 권선온도의 진단기준치를 설정하기 위하여 세 가지 기준을 적용하였다. 첫째로 제작사에서 제시한 절대기준치, 둘째는 절연유 온도와 권선온도의 상승온도를 이용한 진단 기준치, 그리고 마지막으로 부하율에 따른 권선최고점의 온도를 계산하여 절연유와 권선온도의 상태를 종합적으로 진단하도록 처리하였다.
- 절연유 온도와 권선온도의 진단기준치를 설정하기 위하여 세 가지 기준을 적용하였다. 첫째로 제작사에서 제시한 절대기준치, 둘째는 절연유 온도와 권선온도의 상승온도를 이용한 진단 기준치, 그리고 마지막으로 부하율에 따른 권선최고점의 온도를 계산하여 절연유와 권선온도의 상태를 종합적으로 진단하도록 처리하였다.
- 활선정유장치 필터의 압력은 한전의 주변압기 운영기준을 적용하여 활선정유장치 내부 온도가 2SC 이상일 때, 오일필터 압력계의 지시치가 3.5bar(kg/cm2)를 초과하면 경보를 발생하도록 진단기준치를 설정하였다. 또한, 부하시 탭 절환장치가 30, 000회 동작한 후, 또는 3년 동안 운전된 후, 그리고 부하시 탭 절환장치의 진단 결과가 이상 경보 발생시에는 활선여과기를 분해 점검하여, 수분이 30ppm 이상이고 절연내압이 40kV/2.
데이터처리
- 유중 가스 증가량에 의한 진단기준치의 설정은 통계적으로 진단기준을 결정하는 방법에 따라 진단 시점을 기준으로 최근 약 3주 동안의 평균치(μ0, n=21, n:측정횟수) 및 표준편차(σ0)를 이용하였다. 정상시에 측정한 데이터들을 이용한 진단 기준치 설정 방법을 적용하여, 진단기준치(xe)는 식 4와 같이 #로 설정하였고, 이 범위를 벗어나는 데이티는 정상상태에서 벗어나 내부에 이상이 발생하고 있다는 징후이므로, 요주의 경보를 발생시키고, # 이상일 때는 이상경보를 발생시켜 즉각적인 조치를 취하고, 다른 진단 항목을 점검하여 그 상관관계를 분석하도록 처리하였다.
- 따라서 진단기준치를 구하기 위해서는 설비가 정상인 경우의 데이터를 최소한 20회 이상 측정하고, 평균치 및 표준편차를 이용하여 진단기준치를 설정할 수 있다. 측정된 정상 상태에서의 데이터를 이용하여 식 2 및 식 3에서와 같이 평균과 표준편차를 계산한다.
성능/효과
- (3) 부하전류의 진단기준치는 주변압기 운영기준에 따라 100% 부하시의 전류치를 기준으로 과부하 전의 연속부하, 과부하 시간, 그리고 외기온도 등을 고려하여 적용하 였다
- 따라서 전동기의 정상적인 동작전류 측정을 위한 시간 지연(time delay)이 필요하며, 이를 위하여 6개의 전력용 변압기에서 정상적으로 동작하는 동일한 규격의 냉각 팬에 대하여, 각각 4회씩 총 24개의 동작전류 데이터를 측정하였다. 동작전류가 과도 상태를 지나 안정되기까지 걸리는 시간 지연의 평균값은 1.14초였고, 최고치는 1.26초였다. 따라서 동작전류가 충분히 안정되는 시간 지연을 주고 정상적인 진류를 측정하기 위하여 2초의 시간 지연을 설정하고 데이터를 측정하도록 하였다.
- 이러한 분석 결과에 따라, 변압기를 임시 휴전하고 내부룰 정밀 점검하였으며, 소내 전원을 공급하는 3차 부싱측에서 접촉 불량 으로 부분적으로 아크가 발생된 것으로 추정되었다. 따라서 변압기 내부의 이상 부위를 보수한 후, 절연유를 여과하여 변압기를 재가압하였으며, 재가압 후 온라인 유중가스 센서에 의한 측정 데이터는 정상적으로 안정되게 나타났다. 또한, 재가압 후 절연유를 채취하여 정밀 분석한 다종류 유중 가스분석 결과도 표 4에서처럼 정상적으로 나타났다.
- 또한, 재가압 후 절연유를 채취하여 정밀 분석한 다종류 유중 가스분석 결과도 표 4에서처럼 정상적으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제시한 온라인 유중가스 센서의 진단기준치는 변압기 내부에 이상이 발생한 초기에 유중가스의 변화를 감지하기에 충분히 적합한 것을 확인하였고, 현장 적용에 있어서의 신뢰성도 확보할 수 있었다.
- 따라서 변압기 내부의 이상 부위를 보수한 후, 절연유를 여과하여 변압기를 재가압하였으며, 재가압 후 온라인 유중가스 센서에 의한 측정 데이터는 정상적으로 안정되게 나타났다. 또한, 재가압 후 절연유를 채취하여 정밀 분석한 다종류 유중 가스분석 결과도 표 4에서처럼 정상적으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제시한 온라인 유중가스 센서의 진단기준치는 변압기 내부에 이상이 발생한 초기에 유중가스의 변화를 감지하기에 충분히 적합한 것을 확인하였고, 현장 적용에 있어서의 신뢰성도 확보할 수 있었다.
- 수소 가스의 갑작스런 증가는 변압기 내부 부분방전에 의한 국부적인 높은 온도 때문에 발생하는 이상으로 분석된다. 이러한 분석 결과에 따라, 변압기를 임시 휴전하고 내부룰 정밀 점검하였으며, 소내 전원을 공급하는 3차 부싱측에서 접촉 불량 으로 부분적으로 아크가 발생된 것으로 추정되었다. 따라서 변압기 내부의 이상 부위를 보수한 후, 절연유를 여과하여 변압기를 재가압하였으며, 재가압 후 온라인 유중가스 센서에 의한 측정 데이터는 정상적으로 안정되게 나타났다.
- 대부분 정상운전시 의 데이터는 평균으로부터 표준편차의 2배인 제2표준편차 이내에 위치하며, 소수의 데이터만이 평균으로부터 제2표준편차를 벗어난다. 즉 설비가 정상인 상태에서 측정된 데이터가 평균으로부터 표준편차의 3배인 제3표준편차 이내에 존재할 확률은 약 99.7%이다. 그 결과 정상과 이상 상태를 판정하는 진단기준치 xe는 식 4와 같이 설정할 수 있다.
- 표 4는 정상 운전시와 이상 경보 발생 후, 그리고 변압기 내부 보수 후에 각각 가스 크로마토그래피에 의해 분석된 다종류 유중가스 분석 결과이다. 표 4와 같이 경보 발생 후에 분석된 결과는 이상 경보를 초과하는 다량의 수소가스가 검출되어, 온라인 유중가스 센서에 의해 검출된 결과가 유효함을 증명할 수 있었다.
후속연구
- 변압기 유지보수 기술의 변화에 따라 향후 예방진단시스템이 확대적용될 예정이다. 그러나 변압기 예방진단시스템이 도입되는 초기단계임에 따라 측정 데이터의 분석을 통한 진단기 준치가 확립되지 않은 상태이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.