[논문]화력 발전소 고전압 케이블 접속재의 On-Line 직류 누설 전류 시스템 개발과 진단 Factor에 관한 연구

박성희; 엄기홍

doi:10.7236/jiibc.2018.18.6.187

화력 발전소 고전압 케이블 접속재의 On-Line 직류 누설 전류 시스템 개발과 진단 Factor에 관한 연구
A Study on Development and Diagnosis Factors of On-Line DC Leakage Current System for Junctions of High-Voltage Cables in Operation at Thermoelectric Power Station 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.18 no.6, 2018년, pp.187 - 193

박성희 (원광대학교 ICT 융합 그린에너지 연구원) , 엄기홍 (한세대학교 IT학부)

초록
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국내에서의 전력에 대한 수요는 점진적으로 증가하고 있는 추세이다. 수요에 대응하기 위한 발전소는 기능이 다양해지고 효율이 점차 커져야 한다. 발전소 내의 전력 기기에서 사고가 발생하면 막대한 경제적 손실 및 장애를 초래하게 된다. 사고 발생의 원인 중의 하나로서 절연 성능이 저하 된 케이블이 있다. 케이블 사고를 미연에 방지하기 위하여 절연의 상태를 감시하고 확인하여야 한다. 케이블 사고는 연결 부위인 접속에서 발생하는 사고가 대부분을 차지한다. 본 연구와 관련하여 우리는 접속부 상태를 판별하기 위한 장비를 개발하였고, 한국서부발전(주)의 현장에 설치하여 운용 중이다. 본 논문에서는 현장에서 설치 운용 중인 장비에 대한 설명과 더불어 설치 운용된 결과를 통해 케이블의 수명을 예측할 수 있는 고전압 케이블 접속재의 안정적 사용을 위한 온라인 감시진단기법 중에서 사고가 가장 빈번하게 발생하는 접속부에 대해 안정적인 사용을 위한 진단의 정확성과 신뢰성을 향상시키기 위한 연구를 하였다. 이 논문에서 하드웨어 구성을 위주로 우리가 개발한 장비를 소개한다.

Abstract ▼ AI-Helper

There has been a gradual increase in the demand for the electric power in Korea. In order to meet the demand, power station should have technical functions with increased effectiveness. When accident happens in electric machinery at power stations, huge amount of economic losses and mulfunction of equipments occur. One of the accidents is a deteriorated cables operating power stations. In order to prevent cable accident in advance, we should monitor the insulation status of the cable. Cable accidents are resulting from the junctions. We have developed and installed a device in order to identify the status of junction part of power cable at Korea Western Power Co., Ltd.. We performed an accurate diagnosis for the stable utilization of junctions where the accidents occurs most frequently, and to increase the reliability. In this paper, we present the concepts of our device and the method of monitoring diagnosis for the stable use of junctions at cables predicting the life time of cables by analyzing the data obtained by the device. We also present the hardware aspect of the device we have developed.

주제어

표/그림 (8)

그림 그림 1. 6.6k V 케이블의 절연저항 측정장치 회로 Fig. 1. Circuit to measure insulation resistance of 6.6 kV cable
그림 그림 2. 절연저항 측정을 위한 XLPE 전력 케이블 (a) 외부에서 본 형태 (b) 등가 회로 Fig. 2. XLPE power cable for measuring insulation resistance; (a) Appearance of XLPE cable, and (b) Equivalent circuit
그림 그림 3. 활선 케이블 감시장치의 외관 Fig. 3. Appearance of on-line cable monitoring system
그림 그림 4. 활선케이블 감시시스템의 블록다이어 그램 Fig. 4. Block diagram for on-line cable monitoring system
그림 그림 5. 고전압 피드에 연결된 측정장치의 회로 시스템 Fig. 5. On-line cable monitoring system connected to high voltage feed lines
그림 그림 6. 전력계통과 연결된 측정장치에 대한 블록 다이어그램 Fig. 6. Block diagram for on-line cable monitoring system connected to power system
그림 그림 7. 활선케이블 감시시스템의 측정의 개념 Fig. 7. Measurement concept of on-line cable monitoring system
표 표 1. 측정 순서 Table 1. Sequence of measurement

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 이런 기본적인 연구 결과를 토대로 실제 적용 현장에서 사용되고 있는 케이블을 대상으로 보다 더 효과적인 데이터를 확보하고, 의미 있는 데이터에 대해서 어떤 형태로 구분을 할 것인지에 대한 논리적인 접근에 대해 집중하였다. 따라서, 활선 상태 진단에서 효과적인 진단 인자(diagnostic factors)인 누설전류와 절연저항을 측정하여, 신뢰성이 높은 데이터를 추출하기 위하여 개발된 발전소에 국내 최초로 설치하여 운용 중인 장비 즉, 활선 케이블 감시시스템을 제시한다.
또한, 진단에 대한 연구는 예전부터 지속적으로 수행 되어 왔고 앞으로도 진행이 되겠지만, 아직까지 케이블의 사용 현장 적용성의 한계점으로 인해 완전하게 활용 되지 못하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 이런 기본적인 연구 결과를 토대로 실제 적용 현장에서 사용되고 있는 케이블을 대상으로 보다 더 효과적인 데이터를 확보하고, 의미 있는 데이터에 대해서 어떤 형태로 구분을 할 것인지에 대한 논리적인 접근에 대해 집중하였다. 따라서, 활선 상태 진단에서 효과적인 진단 인자(diagnostic factors)인 누설전류와 절연저항을 측정하여, 신뢰성이 높은 데이터를 추출하기 위하여 개발된 발전소에 국내 최초로 설치하여 운용 중인 장비 즉, 활선 케이블 감시시스템을 제시한다.
본 연구와 관련하여 우리는 접속부 상태를 판별하기 위한 장비를 개발하였다. 본 논문에서는 현장에서 설치 운용 중인 장비에 대한 설명과 더불어 설치 운용된 결과를 통해 케이블의 수명을 예측할 수 있는 고전압 케이블 접속재의 안정적 사용을 위한 감시진단기법 중 사고가 가장 빈번하게 발생하는 접속부에 대해 진단의 정확성과 신뢰성을 향상시키기 위한 연구를 하였다. 절연저항 측정 장치를 사용하여 직류 누설 전류를 획득하여 케이블 시스템의 열화 과정을 확인할 수 있었다.
)에 설치하여 활선 케이블을 진단함으로써 안전하고 신뢰성 있는 환경에서 운전할 수 있도록 일조하였다. 본 연구와 관련하여 우리는 접속부 상태를 판별하기 위한 장비를 개발하였다. 본 논문에서는 현장에서 설치 운용 중인 장비에 대한 설명과 더불어 설치 운용된 결과를 통해 케이블의 수명을 예측할 수 있는 고전압 케이블 접속재의 안정적 사용을 위한 감시진단기법 중 사고가 가장 빈번하게 발생하는 접속부에 대해 진단의 정확성과 신뢰성을 향상시키기 위한 연구를 하였다.
이러한 점을 개선하기 위하여 한국전력 산하 발전 공공 기관인 서부발전(주)는 수 년에 걸쳐 꾸준한 기술 발전을 시도한 결과, 연내 가동 예정인 석탄가스화 복합발전 (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC) 을 시작할 계획이다^[3] . 이 기술은 석탄을 수소와 일산화탄소가 주성분으로 구성된 합성가스로 변환하고, 합성가스에 포함되는 먼지(dust)와 황산화물 등의 유해물질들을 제거하여 천연가스 수준으로 정제하여 복합 발전을 하는 기술이다. 석탄화력발전에 비해 높은 발전 효율을 가지며, 직접적인 연소 발전에 비교하면, 황산화물 90% 이상, 질소산화물 75% 이상, 이산화탄소 25%까지 줄일 수 있는 환경친화적 기술이기 때문에 세계 여러 나라에서 이 기술을 개발하기 위하여 노력하고 점차 확대되고 있는 추세이다.

가설 설정

전력 수요의 증가로 인하여 수급을 위한 전력 생산 설비나 시설은 지속적으로 건설이 되어가고 있는 추세이다.^[1,2] 케이블 사고 중에서 주요한 것 연결 부위인 접속에서 발생하는 사고가 부분을 차지한다. 본 연구와 관련하여 우리는 접속부 상태를 판별하기 위한 장비를 개발하였고, 충청 남도 태안 소재 화력 발전소인 한국서부발전(주)의 현장에 설치하여 운용 중이다.

제안 방법

또한, 절연저항 측정의 정확도를 향상시키기 위하여 dc 50V 전원을 중첩시켜 측정하게 된다. IEC 규격에 따라 전압의 기준에서 케이블 전원 및 절연체에 나쁜 영향을 미치지 않고 충분히 데이터를 취득할 수 있는 신호전원으로서 dc 50V을 선정하였다. 이렇게 측정된 절연저항도 진단을 위한 하나의 기준값이 되지만 케이블 접속재의 경우 그 기준값에 대한 모호성으로 절연저항만으로 진단을 하는 것은 불가능하다.
이렇게 측정된 절연저항도 진단을 위한 하나의 기준값이 되지만 케이블 접속재의 경우 그 기준값에 대한 모호성으로 절연저항만으로 진단을 하는 것은 불가능하다. 따라서, 추가적인 검토 방안으로 결함에 의해 발생되는 부분 방전에 의한 누설전류 신호를 검출하여 적용하였다. 활선 케이블 감시시스템은 이 중 이미 측정된 직류 누설전류 성분의 평균을 이용한 표준편차와 신호의 형태에 따른 첨도를 이용하였다.
우리는 케이블의 사고를 감시하여 불의의 화재 사고를 예방할 수 있는 장비를 국내 최초로 개발하였다. 이 장비를 한국서부발전 주식회사(Korea Western Power Co., Ltd.)에 설치하여 활선 케이블을 진단함으로써 안전하고 신뢰성 있는 환경에서 운전할 수 있도록 일조하였다. 본 연구와 관련하여 우리는 접속부 상태를 판별하기 위한 장비를 개발하였다.
하지만, 실제적으로 측정된 누설전류 데이터에는 유의미한 데이터 이외에 노이즈 성분이 함유될 수 있어 진단 결과를 왜곡시킬 수 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 본 논문에서 적용한 활선 케이블 감시 장비의 방식은 dc 성분을 검출하는 시험을 첫 번째와 세 번째로 측정하고 두 번째 누설 전류치를 dc 50V를 인가하여 두 번째 직류 누설 전류치를 측정하여 케이블 절연재의 절연저항(insulation resistance. IR)을 다음식과 같이 계산하여 구한다.
저항 접지 계통에 있어서 변압기의 중성점에 연결된 NGR과 대지 접지 간에 dc 신호 전압을 인가하면 전원 전압과 중첩 인가되고 이때 절연층에서 발생하는 미소직류 누설 전류(DC leakage current)를 측정한다. 보편적으로는 이 직류 누설 전류의 크기로 절연 상태를 평가한다.
본 논문에서는 현장에서 설치 운용 중인 장비에 대한 설명과 더불어 설치 운용된 결과를 통해 케이블의 수명을 예측할 수 있는 고전압 케이블 접속재의 안정적 사용을 위한 감시진단기법 중 사고가 가장 빈번하게 발생하는 접속부에 대해 진단의 정확성과 신뢰성을 향상시키기 위한 연구를 하였다. 절연저항 측정 장치를 사용하여 직류 누설 전류를 획득하여 케이블 시스템의 열화 과정을 확인할 수 있었다.
절연 상태가 유지되는 지를 확인하기 위한 장비가 메가(절연 저항계, megger)이다. 케이블에 서, 도선과 실드(shields)사이의 절연 저항을 측정하여 결함(열화)의 형태를 판단한다. 저항 값이 적으면 (이론상 0 Mohm)상태란 두 도체가 절연 상태를 유지하지 못하고 도전(conducting) 상태라는 의미이다.
따라서, 추가적인 검토 방안으로 결함에 의해 발생되는 부분 방전에 의한 누설전류 신호를 검출하여 적용하였다. 활선 케이블 감시시스템은 이 중 이미 측정된 직류 누설전류 성분의 평균을 이용한 표준편차와 신호의 형태에 따른 첨도를 이용하였다.

대상 데이터

우리는 충남 태안에 소재한 (주)“한국서부 발전”에서 발전기에서 생산된 전력을 공급하기 위해 운전 중인 6.6 kV 고압 배전선로 (CV cable)를 대상으로 선택하여 진단하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	화력 발전의 발전방식은?	본 연구와 관련하여 우리는 접속부 상태를 판별하기 위한 장비를 개발하였고, 충청 남도 태안 소재 화력 발전소인 한국서부발전(주)의 현장에 설치하여 운용 중이다. 화력 발전은 석탄을 주원료로 하여 증기를 발생시켜 터빈을 돌려 발전을 하는 방식이다. 화력 발전은 단시간 내 최대 출력을 낼 수 있어서 급격한 전기수요의 증가에 효과 적으로 대응할 수 있는 장점이 있으나, 화석 연료를 사용 하여 다량의 질소산화물, 황산화물, CO2 를 대기 중으로 배출하기 때문에 지구 온난화와 환경오염의 원인이 된다.
	화력 발전의 장단점은 무엇입니까?	화력 발전은 석탄을 주원료로 하여 증기를 발생시켜 터빈을 돌려 발전을 하는 방식이다. 화력 발전은 단시간 내 최대 출력을 낼 수 있어서 급격한 전기수요의 증가에 효과 적으로 대응할 수 있는 장점이 있으나, 화석 연료를 사용 하여 다량의 질소산화물, 황산화물, CO2 를 대기 중으로 배출하기 때문에 지구 온난화와 환경오염의 원인이 된다. 이러한 점을 개선하기 위하여 한국전력 산하 발전 공공 기관인 서부발전(주)는 수 년에 걸쳐 꾸준한 기술 발전을 시도한 결과, 연내 가동 예정인 석탄가스화 복합발전 (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC) 을 시작할 계획이다 [3] .
	석탄가스화 복합발전의 특징은 무엇입니까?	이러한 점을 개선하기 위하여 한국전력 산하 발전 공공 기관인 서부발전(주)는 수 년에 걸쳐 꾸준한 기술 발전을 시도한 결과, 연내 가동 예정인 석탄가스화 복합발전 (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC) 을 시작할 계획이다 [3] . 이 기술은 석탄을 수소와 일산화탄소가 주성분으로 구성된 합성가스로 변환하고, 합성가스에 포함되는 먼지(dust)와 황산화물 등의 유해물질들을 제거 하여 천연가스 수준으로 정제하여 복합 발전을 하는 기술이다. 석탄화력발전에 비해 높은 발전 효율을 가지며, 직접적인 연소 발전에 비교하면, 황산화물 90% 이상, 질소산화물 75% 이상, 이산화탄소 25%까지 줄일 수 있는 환경친화적 기술이기 때문에 세계 여러 나라에서 이 기술을 개발하기 위하여 노력하고 점차 확대되고 있는 추세이다. [4,5] .

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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