발전기 회로 차단기용 지능형 모니터링 시스템의 연구 및 실천

발전기 회로 차단기는 전력 시스템에서 중요한 구성 요소이며, 그 신뢰성은 전체 전력 시스템의 안정적인 운영에 직접적으로 영향을 미칩니다. 지능형 모니터링 시스템의 연구와 실제 적용을 통해 회로 차단기의 실시간 운영 상태를 모니터링할 수 있으며, 잠재적인 고장과 위험을 조기에 감지하여 전력 시스템의 전체적인 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

전통적인 회로 차단기 유지보수는 주로 정기적인 점검과 경험에 기반한 판단에 의존하며, 이는 시간과 노력을 많이 소모하고, 불충분한 점검 범위로 인해 잠재적인 문제를 놓칠 수 있습니다. 지능형 모니터링 시스템은 실시간 모니터링, 데이터 분석, 고장 조기 경보 기능을 제공하여 불필요한 유지보수 및 수리를 줄이고, 운영 및 유지보수(O&M) 비용을 낮춥니다.

또한 장비의 건강 상태를 보다 정확하게 평가할 수 있어, 유지보수 활동을 합리적으로 스케줄링하여 과도한 사용과 과도한 유지보수를 피하고, 효과적으로 장비 수명을 연장할 수 있습니다. 지능형 모니터링 시스템의 개발과 적용은 적외선 열화상 및 빅데이터 분석을 포함한 전력 장비 모니터링 기술을 발전시켰으며, 이러한 기술적 진보는 발전기 회로 차단기의 모니터링 효율성을 향상시키고, 다른 전력 시스템 장비의 지능형 관리를 위한 기술적 기반을 마련합니다.

1. 방법과 실제 사례
1.1 지능형 모니터링 시스템의 구조
지능형 모니터링 시스템은 주로 센서, 지능형 온라인 모니터링 장치(IED), 그리고 백엔드 모니터링 시스템으로 구성됩니다. 기계적 변위 센서, 저전류 기계적 특성 센서, 열화상 비디오 센서, SF6 가스 센서는 주 장비에 직접 설치됩니다. 이 센서들은 발전기 회로 차단기의 실시간 운전 매개변수를 수집하고, 케이블을 통해 지능형 온라인 모니터링 장치로 신호를 전송합니다. 현장 모니터링 캐비닛에는 IED와 네트워크 스위치가 위치해 있으며, 이들은 센서 신호를 취득하고 처리한 후, 광섬유 케이블을 통해 백엔드 모니터링 시스템으로 데이터를 전송하여 저장 및 평가합니다.

1.2 회로 차단기 기계적 특성 모니터링 시스템
기계적 특성 모니터링 시스템은 변위 센서, 저전류 센서, 지능형 온라인 모니터링 장치, 그리고 백엔드 시스템으로 구성됩니다. 회로 차단기의 작동 변위, 개폐 제어 회로의 전류 값, 에너지 저장 모터 회로의 전류를 모니터링하여 회로 차단기의 주요 기계적 매개변수를 얻습니다. 기계적 특성 곡선을 작성하고 표준 곡선 및 역사적 여행 곡선과 비교하여 차단기의 운전 상태를 평가합니다.

모니터링 시스템은 다음 기능을 가능하게 합니다:

• 개폐 코일 전류, 에너지 저장 모터 전류, 기구 여행 곡선의 파형을 작성;

• 개폐 시간, 속도, 여행 거리, 코일 최대 전류, 특성 코일 매개변수, 에너지 저장 모터 최대 전류, 에너지 저장 시간 등의 데이터 획득;

• 측정된 여행 곡선을 표준 곡선과 비교 분석;

• 역사적 데이터 조회 및 보고서 생성;

• 시스템 고장 및 통신 중단 모니터링, 자동 알람 트리거.

이 프로젝트에서는 각 상의 개폐 구동축 하단에 발전기 출구 회로 차단기에 세 개의 변위 센서를 설치합니다. 센서는 링크 로드가 크랭크암을 구동함으로써 발생하는 각 변위를 디지털 TTL 신호로 변환하고, 이를 지능형 온라인 모니터링 장치로 전송합니다. 각 상별로 독립적인 변위 센서가 있으므로, 시스템은 고장 상을 정확히 식별하고, 링크 로드의 느슨한 고정 너트나 크랭크암의 느슨함 또는 탈락 등으로 인한 불완전한 개폐 동작을 감지할 수 있습니다.

저전류 센서는 회로 차단기의 현지 제어 캐비닛에 설치되며, 네 개의 측정 채널을 포함합니다. 홀 효과 원리를 기반으로, 측정된 전류 신호를 저전류 아날로그 신호로 변환하고, 이를 지능형 온라인 모니터링 장치로 전송합니다.

1.3 SF6 가스 상태 모니터링 시스템
SF6 가스 상태 모니터링 시스템은 SF6 가스 센서, 지능형 온라인 모니터링 장치, 그리고 백엔드 모니터링 시스템으로 구성됩니다. 이 프로젝트에서는 지능형 모니터링 장치가 기계적 특성 모니터링 시스템과 공유됩니다. 이 시스템은 가스 컴파트먼트 내부의 SF6 가스 밀도, 압력, 온도에 대한 실시간 데이터를 제공하여 장기 추적 및 역사적 추세의 분석 평가를 가능하게 합니다.

SF6 가스 센서는 밀도, 압력, 온도를 동시에 측정하는 일체형 설계를 특징으로 합니다. 이 센서는 회로 차단기의 가스 충전 포트에 장착되고, RS485 통신 인터페이스를 통해 지능형 모니터링 장치와 연결됩니다.

모니터링 시스템은 다음 기능을 제공합니다:

• IEC61850 통신 프로토콜을 사용하여 발전기 회로 차단기 컴파트먼트 내의 SF6 가스 상태를 지속적으로 모니터링;

• 시뮬레이션 데이터 알고리즘을 기반으로 추세 곡선 생성 및 예측 분석;

• 알람 트리거 및 권장 조치 제공.

전통적인 유지보수 방법은 주로 예정된 점검과 경험적 판단에 크게 의존하며 이는 시간이 많이 소요되고 노동 집약적이며 초기 고장 징후를 놓칠 위험이 있습니다. 반면 SF6 가스 모니터링 시스템은 지속적이고 실시간 데이터를 제공하여 예지적 유지보수와 적시 개입을 가능하게 하여 중대한 장애를 방지합니다. IoT와 빅데이터 기술의 발전으로 이러한 상태 모니터링 시스템은 보다 광범위한 장비 건강 모니터링 네트워크에 통합될 수 있으며, 이를 통해 데이터 정확성, 분석 깊이가 향상되고 새로운 솔루션에 대한 혁신을 촉진합니다.

1.4 적외선 열영상 비디오 모니터링 시스템
적외선 열영상 비디오 모니터링 시스템은 적외선 열영상 비디오 센서, 네트워크 스위치, 그리고 백엔드 시스템으로 구성됩니다. 이 시스템은 적외선 열영상과 가시광선 비디오를 결합하여 발전기 회로 차단기 내부 전도체의 온도를 모니터링합니다. 이 듀얼 모드 접근 방식은 측정 정확성을 향상시키고 발전기 출구 회로 차단기의 분리 접점 간격을 모니터링할 수 있게 합니다.

이 프로젝트에서 적외선 열영상 비디오 센서는 회로 차단기 외부에 장착되며, 그 시야는 분리 접점 간격과 일부 전도체를 포함합니다. 이미지 신호는 센서의 테일 케이블을 통해 지능형 온라인 모니터링 장치로 전송됩니다.

시스템은 다음과 같은 기능을 제공합니다:

• 색상 그래디언트를 사용하여 실시간 전도체 온도를 표시하고 최대/최소 온도 영역과 숫자 값을 강조 표시합니다;

• 시간-온도 곡선을 플롯 및 저장합니다;

• 역사 데이터를 기반으로 추세 분석을 수행하여 운영 상태를 평가하고 이상 경고를 발행합니다.

적외선 열영상은 기술자가 운영을 중단하지 않고 원격으로 장비의 열 상태를 모니터링할 수 있는 비접촉식 모니터링 도구입니다. 이를 통해 운영 위험을 줄일 수 있습니다. 이는 과열, 절연 저하, 부하 불균형 등의 일반적인 초기 고장 징후를 즉시 식별하여 대규모 정전과 비싼 수리를 피하는 예방 조치를 취할 수 있게 합니다. 적외선과 가시광선 비디오를 결합하면 장비의 종합적인 평가, 세부적인 분석, 그리고 정확한 유지보수 결정이 가능해집니다. 또한 시스템은 장기적인 추세 분석 및 성능 평가를 위한 역사 데이터를 기록하여 예지적 유지보수와 미래 유지보수 필요성을 예측하는데 지원합니다.

2.결론

개발된 지능형 모니터링 시스템은 정확한 고장 조기 경보 모델을 구축했을 뿐만 아니라 장비 유지보수 전략을 최적화했습니다. 이러한 성취는 발전기 회로 차단기의 고장률과 유지보수 비용을 효과적으로 줄이고, 그 수명을 상당히 연장하였습니다. 이 프로젝트의 혁신은 발전기 회로 차단기의 다차원 데이터 분석과 고도의 자동화된 모니터링을 실현한 것입니다. 이는 빅데이터 분석을 발전기 회로 차단기 모니터링에 도입하고 클라우드 기반 데이터 저장 및 분석을 활용하여 데이터 접근성과 분석 효율성을 향상시킵니다. 이러한 혁신은 전력 시스템의 전체적인 운영 효율성과 안전성을 향상시키는 동시에 전력 산업의 기술 발전과 발전에 새로운 아이디어와 방향을 제공합니다.