Social infrastructure such as production, transportation, gas, and electrical facilities would be degraded according to time and those facilities might need more maintenances, repairing, and management as time goes by. Especially, in the case of a power transformer, it is important to diagnose the t...
Social infrastructure such as production, transportation, gas, and electrical facilities would be degraded according to time and those facilities might need more maintenances, repairing, and management as time goes by. Especially, in the case of a power transformer, it is important to diagnose the transformer in order to avoid malfunction and failure because they could cause enormous damage. The economic as well as technical aspects of a transformer management must be considered while it is operated. Therefore, the concept of asset management should be applied as an advanced method of transformer management. Asset management refers to a series of processes to make a plan of maintenance and conservation of a power transformer considering the soundness, investment cost, and importance of equipment. It is important to apply the asset management considering calculation of a lifetime loss. In this paper, the lifetime loss calculation method of asset management for a power transformer is suggested.
Social infrastructure such as production, transportation, gas, and electrical facilities would be degraded according to time and those facilities might need more maintenances, repairing, and management as time goes by. Especially, in the case of a power transformer, it is important to diagnose the transformer in order to avoid malfunction and failure because they could cause enormous damage. The economic as well as technical aspects of a transformer management must be considered while it is operated. Therefore, the concept of asset management should be applied as an advanced method of transformer management. Asset management refers to a series of processes to make a plan of maintenance and conservation of a power transformer considering the soundness, investment cost, and importance of equipment. It is important to apply the asset management considering calculation of a lifetime loss. In this paper, the lifetime loss calculation method of asset management for a power transformer is suggested.
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문제 정의
91 규정인 IEEE Guide for Loading Mineral Oil Immersed Transformer and Step Voltage Regulators에 규정되어 있다[2]. 본 규정은 정격 이상의 과부하 운전 시에 발생할 수 있는 위험성을 설명 및 예측하고, 가이드라인을 확립하여 위험성을 적당한 수준에서 최소화하기 위하여 작성되었다. 규정에서는 절연지의 열화율을 계산하고, 절연지의 기계적 강도가 기준치 이하로 저하되는 시점을 기준으로 수명을 산출한다.
그러므로 전력용 변압기의 부하량에 따른 수명손실을 분석하여 전력용 변압기 상태를 기반으로 하는 유지보전 기술을 적용하여 전력용 변압기를 체계적으로 관리하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 전력용 변압기 수명을 평가하여 전력용 변압기 자산을 효과적으로 관리할 수 있도록 전력용 변압기 수명손실 계산법을 정리하였다. 또한, 자산관리 시스템은 관리자의 목적에 따라 프로세스와 진단방법을 달리하기 때문에 본 논문에서 제시한 수명손실 계산 및 전력용 변압기 총 수명을 관리자의 목적에 맞게 적용하는 작업이 필요하다.
가설 설정
B : 열화율(전력용 변압기 15,000) 이다.
H : 최고온도 계수이다.
제안 방법
본 논문에서 부하율에 따른 권선 절연유 최고 온도는 계산에 필요한 input 데이터가 부족하여 실제 권선 절연유 최고 온도 측정 실험값의 비율을 이용하여 계산에 적용하였다. 권선 절연유 최고 온도는 전력용 변압기의 제조사 및 운전 환경에 따라 다를 수 있기 때문에 이 계산 방식에는 오류가 있을 수밖에 없지만, 전력용 변압기의 부하율에 따른 권선 절연유 최고 온도에 의하여 발생하는 수명손실을 계산하고 그 결과를 통하여 실제 전력용 변압기의 자산관리에 적용하기 위한 선행 연구로서의 의미가 크다고 할 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 열화가속 지수 (Aging Acceleration Factor, FAA)를 이용하여 절연지의 수명손실을 계산하는 과정이 필요하다. 본 논문에서는 Arrhenius 반응율을 이용하여 현실적인 전력용 변압기의 수명손실을 계산하는 과정을 유도하고 임의의 전력용 변압기의 부하데이터를 모의하여 수명손실을 계산하고 잔여수명을 산출하였다.
또한, 전력용 변압기의 총 수명을 몇 시간으로 결정할지는 자산관리자의 목적에 따라 상이하다. 본 논문에서는 수명손실 계산에 사용되는 전력용 변압기 총 수명을 180,000시간으로 설정하였지만, 전력용 변압기 총 수명은 자산관리의 한 과정 중인 고장율 분석을 적용하여 도출할 수 있다. 자산관리 수행 환경에 적합한 기준을 적용하여 전력용 변압기 수명손실을 계산하면 보다 높은 신뢰도를 유지할 수 있기 때문에 자산관리의 목적에 맞게 기준을 정하는 것이 중요하다고 판단된다.
후속연구
권선 상부 절연유 온도의 경우는 측정하고 있지만 별도로 저장은 하지 않고 있다. 따라서 현재 측정하고 있는 권선 상부의 절연유 온도를 추가적으로 저장한다면 권선 절연유 최고 온도를 도출할 수 있는 방안이 될 수 있을 것이다. 이와 같은 방법을 향후에 수정, 보완한다면 전력용 변압기의 자산관리를 위한 수명손실 계산에 효과적으로 이용할 수 있을 것이다.
본 논문에서는 전력용 변압기 수명을 평가하여 전력용 변압기 자산을 효과적으로 관리할 수 있도록 전력용 변압기 수명손실 계산법을 정리하였다. 또한, 자산관리 시스템은 관리자의 목적에 따라 프로세스와 진단방법을 달리하기 때문에 본 논문에서 제시한 수명손실 계산 및 전력용 변압기 총 수명을 관리자의 목적에 맞게 적용하는 작업이 필요하다. 특히, 권선 상부 절연유 온도를 비롯하여 지금까지 저장하지 않았던 각종 전력용 변압기 데이터를 저장하면 전력용 변압기 상태를 보다 구체적으로 관리할 수 있다.
따라서 현재 측정하고 있는 권선 상부의 절연유 온도를 추가적으로 저장한다면 권선 절연유 최고 온도를 도출할 수 있는 방안이 될 수 있을 것이다. 이와 같은 방법을 향후에 수정, 보완한다면 전력용 변압기의 자산관리를 위한 수명손실 계산에 효과적으로 이용할 수 있을 것이다.
향후 보다 정확하게 전력용 변압기의 안정성을 평가하기 위해서는 전력용 변압기 권선 절연유 최고 상승 온도 계산에 필요한 다양한 데이터를 수집·관리하는 과정이 반드시 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열화가속 지수란?
열화가속 지수는 특정 권선 절연유 최고 온도에서 열화의 정도를 나타낸다. 권선 절연유 최고 온도는 부하율에 의하여 결정되고, 실제 시간에 따라 부하율이 변화하므로 권선 절연유 최고 온도 역시 시간에 따라 변화한다.
전력용 변압기 자산관리를 위해서는 어떤 측면이 고려되어야 하는가?
전력용 변압기 자산관리를 위해서는 기술적인 측면과 경제적인 측면이 동시에 고려되어야 한다. 전력용 변압기 자산 관리를 위해서는 각 분야에 대한 고도의 전문성이 요구되기 때문에 기술적 측면과 경제적 측면으로 나누어 접근하고 이를 종합적으로 검토하여야 한다.
자산의 유지·보전 기술의 발달과정은 어떻게 변화하였는가?
자산의 유지·보전 기술의 발달과정은 시대에 따라 지속적으로 변화하고 있다. 1950년대까지는 고장 후 보수를 수행하는 사후 정비 (Breakdown Maintenance: BM, Corrective Maintenance : CM) 기술이 주로 사용되었다. 이후 1970년대까지는 예방 정비 (Prevention Maintenance: PM) 기술 중에서 자산의 부품을 일정 시간마다 교체하는 시간기준 정비(Time Based Maintenance: TBM) 기술이 사용되었다. 또한, 2000년대 까지는 센서기술 및 디지털기술의 발달로 인하여 신뢰성기반 정비 (Reliability Centered Maintenance: RCM) 기술과 함께 상태기반 정비 (Condition Based Maintenance: CBM) 기술이 사용되었다. CBM 기술은 추후 정보통신 기술이 발전함에 따라 big data를 기반으로 한 정보중심 정비 (Knowledge Based Maintenance: KBM) 기술로 발달하였다[1]. 2000년대 이후에는 송·변전 설비를 실물자산으로 평가하기 시작하면서 자산의 기술적 평가와 경제적 평가를 종합한 위험도기반 정비 (Risk Based Maintenance: RBM) 기술로 발전되었다. 이와 같은 RBM 기술은 ERP시스템에 적용되어 자산을 보유한 기관의 수익을 관리하는 방식 (Enterprise Asset Management: EAM)으로까지 확대되었다.
참고문헌 (5)
S. M. Strachan, "Knowledge-based diagnosis of partial discharges in power transformers," IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 15, no. 1, February, 2008.
IEEE Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Tranformers and Step-Voltage Regulators.
L. Van der Zel, "Transformer Aging as a Function of Temperature, Moisture, and Oxygen," Technical Update, December 2007.
C. Cuttle, People and windows in workplaces, in: Proceedings of the People and Physical Environment Research Conference, Wellington, New Zealand, pp. 203-212, 1983.
Dong-Jin Kweon, "A Study on the hot Spot Temperature in 154 kV Power Transformers)," Journal of Electrical Engineering & Technology, vol. 7, no. 3, pp. 312-319, 2012.
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