지능형 서지 아레스터 모니터링: 트렌드, 도전 과제 및 미래 전망
1. 온라인 모니터의 현재 상태와 단점
현재, 온라인 모니터는 서지 방전기 모니터링에 가장 널리 사용되는 도구입니다. 잠재적인 결함을 감지할 수 있지만, 상당한 제한이 있습니다: 현장에서 수동으로 데이터를 기록해야 하므로 실시간 모니터링이 불가능하며, 수집 후 데이터 분석은 운영 복잡성을 증가시킵니다. IoT 기반 지능형 모니터링은 이러한 문제를 극복합니다 - 수집된 데이터는 IoT를 통해 처리 플랫폼으로 업로드되며, 빅데이터 분석과 결합하여 숨겨진 위험을 식별하고 조기에 경고를 제공하여 전력 운영 및 유지보수의 어려움을 효과적으로 줄입니다.
1.1 현재 단계의 온라인 모니터의 결함
서지 방전기의 핵심 모니터링 방법으로서, 온라인 모니터는 여러 가지 문제를 노출합니다:
2. 서지 방전기의 지능형 모니터링 발전 동향
온라인 모니터의 문제를 해결하기 위해 사물인터넷(IoT)과 지능형 제조를 활용하여 지능형 모니터링은 세 가지 방향으로 업그레이드될 것입니다:
2.1 전송 방법: 유선 → 무선
현재 지능형 모니터링은 주로 RS485 유선 연결을 사용하며, 변전소와 같은 특정 시나리오에만 적합합니다. 선로와 원격 지역에서는 전송 거리가 제약이 됩니다. LoRa, NB-IoT( Narrow-Band Internet of Things), GPRS와 같은 무선 기술은 넓은 범위와 낮은 전력 소모를 제공합니다. 특히 LoRa와 NB-IoT는 새로운 IoT 기술로서 미래에 더 넓은 응용을 보게 될 것입니다.
2.2 전원 공급 방법: 활성 → 비활성
현재 지능형 모니터링은 외부 DC 전원에 의존하고 있습니다. 향후에는 녹색이고 저소비 운전을 위한 비활성 전원 공급으로 발전할 것입니다. 서지 방전기 누설 전류, 태양광 패널 또는 내장 배터리를 통한 에너지 수확이 가능하며, 누설 전류를 이용한 에너지 저장이 가장 유리하며, 태양광 부족과 자주적인 배터리 교체 등의 문제를 피할 수 있습니다.
2.3 설치 방법: 외부 → 내부
현재 지능형 모니터링은 주로 외부 설치이며, 크기에 제한받지 않고 교체가 쉽지만, 환경적 영향에 취약합니다. 내부 설치는 서지 방전기 캐비티에 통합되어야 하며, 작은 크기를 요구하고 기술적 장벽을 마주하게 됩니다. 그러나, 외부 환경적 영향을 제거하여 장기적인 안정성을 보장합니다.
3. 서지 방전기의 확장된 모니터링 방향
고장 모드와 메커니즘을 기반으로, 지능형 모니터링 유닛은 네 가지 차원에 집중할 것입니다:
3.1 압력 모니터링
35kV 이상의 도자기 케이스 서지 방전기의 경우, 제조 과정에서 헬륨 질량 분석기 누설 검사와 고순도 질소 충전(마이크로 양압 기술)을 사용하여 습기 침입을 방지하고 절연성을 개선합니다. 그러나 장기 운영으로 인해 밀봉이 노화되고 질소가 누출되며 습기가 침입하여 폭발의 위험이 있습니다. 지능형 모니터링 유닛은 실시간으로 내부 압력을 모니터링하며, 데이터 업로드와 플랫폼 분석을 통해 조기에 경고를 제공하여 적시에 교체 및 수리를 가능하게 합니다.
3.2 온도 및 습도 모니터링
절연관/도자기 케이스와 내부 공기를 가진 서지 방전기의 경우, 조립 시 엄격한 온도 및 습도 제어가 필요합니다. 지능형 유닛은 내부 조건을 모니터링하고, 정기적으로 데이터를 업로드하며, 한계를 초과할 때 알람을 트리거하여 예방적인 운영 및 유지보수를 가능하게 합니다.
3.3 누설 전류 및 저항 전류 모니터링
이들 전류는 서지 방전기 성능의 핵심 지표입니다. 장기 운영, 외부 환경, 절연체 오염으로 인해 저항이 노화되고 밀봉이 실패하여 전류가 증가합니다. 전류 추세를 모니터링하면 숨겨진 위험을 감지하고 사고를 예방하는 데 도움이 됩니다.
3.4 임펄스 방전 전류 모니터링
방전 횟수, 전류 크기, 동작 시간을 수집하면 운영 및 유지보수 계획과 고장 분석에 도움이 됩니다.
4. 지능형 모니터링의 기술적 돌파구 방향
외부 지능형 모니터링은 공간 제약 없이 매우 호환성이 높지만, 내부 모니터링은 아직 초기 단계이며 세 가지 기술적 도전과제를 마주하고 있습니다:
4.1 에너지 수확 최적화
내부 모니터링은 서지 방전기 누설 전류를 에너지로 사용하지만, 작은 전류로 인해 실시간 전송이 어려울 수 있습니다. 누설 전류 수확과 내장 배터리를 결합하면 데이터 전송 주기를 단축하여 에너지 공급과 데이터 전송 사이의 균형을 맞춥니다.
4.2 신호 전송 강화
내부 통합은 서지 방전기와 구성 요소로부터 신호 감쇠/차단에 노출되며, 고전압 전기장도 간섭합니다. 신호는 더 나은 관통력과 전자기 간섭 저항을 위해 최적화되어야 합니다.
4.3 수명 검증 및 신뢰성
내부 모니터링은 교체가 어려우며, 서지 방전기는 30년의 설계 수명(실제로 20년 이상)을 요구합니다. 모니터링 유닛의 수명도 일치해야 하며, 서지 방전기 작동으로 인한 열이 모듈의 신뢰성에 영향을 미치지 않아야 합니다.
5. 현재 단계의 지능형 모니터링 적용
지능형 모니터링은 여전히 시범 단계에 있으며, 주로 전력 및 철도 시범 프로젝트(예: Xiongan의 지능형 견인 변전소, 750kV 연안 스마트 변전소, UHV DC 변환소)에 적용되고 있습니다. 시범 프로젝트는 기술적 타당성을 검증하며, 지능형 모니터링이 적용된 서지 방전기는 성능 기대치를 충족합니다.
6. 결론
지능형 모니터링은 실시간 온라인 상태 추적을 가능하게 하여 위험 식별 정확도를 향상시키고 운영 및 유지보수의 어려움을 줄입니다. 남아 있는 기술적 도전에도 불구하고, 지능형, 녹색, 환경 친화적인 트렌드와 일치하여, 점차 전통적인 온라인 모니터를 대체할 것입니다. 전력 및 철도 시스템에서의 광범위한 채택은 전력망의 안전성을 강화하고 지속 가능한 에너지 개발을 지원할 것입니다.
