발전소 6kV 작업 구역에서의 지능형 스위치기어 변환 실천

장기적인 사용과 심각한 노화로 인해 특정 발전소의 6kV 작업 섹션에서의 스위치는 위치 고정 핀 변형, 접지 스위치의 비정상적인 닫힘 위치, 보호 장치의 오작동 등의 잠재적인 안전 위험을 가지고 있습니다. 이러한 위험은 단위의 안정적인 운영을 위협하여 변화가 매우 시급합니다. 또한 최근 중압 스위치 관련 전기 충격 사고 사례를 고려하여 지능형 스위치 기어를 채택하기로 결정했습니다. 우리는 기존 ECMS에 지능형 제어 프로그램을 원격으로 삽입하고, 전기 작동 메커니즘, 시각적 모니터링, 온라인 모니터링 시스템을 구성하여 일키작동 및 상태 조기 경보를 실현하며, 작업자가 장비 자체로부터 멀리 떨어져 있는 상태에서 작업 안전을 보장합니다.

1. 지능형 스위치 기어 개선의 전반적인 목표

지능형 스위치 기어는 제어, 측정, 통신 장치를 통해 전통적인 장비의 전기 매개변수를 원격으로 모니터링할 수 있습니다. 전기 메커니즘을 사용하여 회로 차단기의 랙킹 in/out 및 접지 스위치의 개폐를 완료하여 지능형 작동을 실현합니다. 이 변화는 "작업 자동화"와 "상태 모니터링"이라는 두 가지 주요 기능에 초점을 맞추고 있으며, 기존의 온라인 하모닉 모니터링 장치와 모터 절연 온라인 모니터링 장치를 통합하여 장비 상태 감지 능력을 향상시킵니다. 케이블 단자 과열, 메커니즘 막힘, 스위치 특성 이상, 모터 절연 저하 등 일반적인 문제에 대해 온라인 모니터링 데이터를 기반으로 조기 경보 및 진단을 실현하여 장비의 안정적인 작동을 지원합니다.

2. 지능형 스위치 기어 개선 방안
(1) 작업 자동화 실현

우리는 ECMS에 지능형 제어 프로그램을 원격으로 삽입합니다. 기존 ABB의 MRC 유닛이 하드 와이어링만 지원한다는 점을 고려하여, 케이블 설치 및 추가 측정 및 제어 장치 비용을 줄이기 위해 ECMS에서 Wislink2000 산업용 스위치를 사용하여 스위치 기어 내 동일 제조사의 WDZ - 5200 시리즈 통합 보호 장치와 RS485를 통해 통신합니다. 그런 다음, 보호 장치는 하드 와이어링을 통해 MRC 유닛에 연결됩니다. 마지막으로, 회로 차단기/접촉기 및 접지 스위치의 전기 작동 기능을 실현하여 제어 링크를 단순화하고 작업 효율성을 향상시킵니다.

(2) 상태 모니터링 및 운영 및 유지 관리 최적화

상태 모니터링 측면에서는 온라인 온도 모니터링 및 회로 차단기 기계적 특성 모니터링을 위한 지능형 감지 장치를 구성하고, 온라인 하모닉 모니터링 장치와 온라인 절연 모니터링 장치를 통합합니다. 현지 ABB MyRemoteCare 시스템을 기반으로 장비의 건강 상태를 실시간으로 평가하고 장비 고장 가능성을 예측합니다. 이를 통해 장비 운영 및 유지 관리를 "예방 유지 관리" 모드에서 "주동적 예측 관리" 모드로 전환하여 유지 관리 모드를 최적화하고 장비 고장 가능성을 줄이며 장기간 안정적인 단위 운영을 보장합니다.

3. 작업 자동화 기능 설명
(1) 전동 보호 메커니즘

스위치는 전문적인 모터 구동 보호 장치를 장착하고 있습니다. 막힘과 같은 비정상적인 작업 조건이 발생하면 모터 출력 전류가 증가하여 보호 프로그램이 트리거되어 모터 전원을 차단하고 전기 작동을 잠그며, 고장 신호와 함께 보호 표시등을 활성화하여 불가역적인 기계적 손상을 피합니다.

회로 차단기/접촉기 카트와 접지 스위치의 전기 작동에 대한 설계는 다음과 같습니다:

• 카트 전기 스위칭: 카트 섀시에 구동 모터를 추가하여 카트 본체를 견인하여 작업 위치와 테스트 위치 간의 스위칭을 수행합니다. 스톨 방지를 위한 지능형 모니터링 유닛을 구성하여 카트 기계적 고장의 잘못된 판단을 효과적으로 방지합니다. 모터 고장이 발생하면 자동으로 모터와 구동 메커니즘을 보호하고, 고장 표시등이 켜지고 알람 신호가 발생합니다.

• 접지 스위치 연동: 접지 스위치의 전기 작동은 회로 차단기/접촉기 카트와 연동됩니다. 카트와 접지 스위치의 완전 전기 작동 모드는 작업 효율성을 크게 향상시키고 작업자의 안전을 보장합니다. 작업자는 더 이상 스위치실에 들어가서 현장에서 작업을 할 필요가 없으므로 부하 전환 대기 시간을 줄이고, 작업 실패로 인한 개인 부상을 방지할 수 있습니다.

(2) 프로그래밍된 작동 논리

• 일키 순차적 작동: 회로 차단기 닫힘 명령을 받으면 시스템은 먼저 접지 스위치를 자동으로 열고, 그 다음 회로 차단기 카트를 전기적으로 랙킹합니다. 카트가 위치하면 DCS에서 닫힘 작동을 실행할 수 있습니다 (열림 작동은 반대). 접지 유지, 냉간 대기, 열간 대기, 작동 상태 사이의 스위치 기어의 원격 전환이 가능하여 순차적 제어를 실현합니다.

• 작동 모드 요구사항: 회로 차단기/접촉기와 접지 스위치에 전기 작동 장치와 전체 과정 시각 모니터링 장치를 장착하여 회로 차단기와 접지 스위치의 원격 시각화를 실현하여 직관적인 작동 상태 추적 및 일상적인 업무 관리를 가능하게 합니다. 안전한 운영 및 유지 관리 요구 사항을 충족하며, 원격 또는 현지 집중 제어가 가능합니다. 수동 및 전기 작동을 자유롭게 전환하고 연동하여 작동 안전을 보장합니다.

4. 상태 모니터링 기능 설명
(1) 부하 변화 기반 실시간 진단

잠재적인 장비 결함 및 숨겨진 위험을 적시에 식별하고, 조기 경보를 발령하여 문제의 악화를 방지하고 예기치 않은 정전 가능성을 줄이기 위해 무선 라디오 주파수 기술을 채택하여 스위치 접점/케이블 단자의 온도 상승 및 스위치 동적 특성의 비동기성과 같은 매개변수를 실시간으로 수집 및 모니터링합니다. 동시에 장기간 운영 중 온라인 모니터링 및 진단 시스템이 수집한 운영 기록은 장비 건강 상태 평가를 위한 신뢰할 수 있는 기반을 제공합니다.

(2) 스위치 기어의 온라인 온도 모니터링 방안

• 온도 측정 배치: 회로 차단기 이동 접점(상단 및 하단 접점) 6개 포인트, 케이블 측 3개 포인트, 상부 버스바 분기 측 3개 포인트, 하단 접촉 팔 3개 포인트, 접촉기 케이블 측 3개 포인트입니다.

• 기술적 특징: 회로 차단기 온도 측정은 내장 설계를 채택하여 접촉 팔이나 손가락에 노출되지 않습니다. 모든 온도 측정 모듈은 배터리가 없는 무선 라디오 주파수 통신을 사용합니다. 회로 차단기/접촉기가 교체될 때 온라인 온도 모니터링 장치는 새로운 장비를 빠르게 식별하고 자동으로 짝을 지어 모니터링되는 스위치 기어와 회로 차단기의 일치를 보장합니다. 이것은 캐비닛 검출 유닛에 자동으로 적응하여 수동 개입 없이(즉, 온도 측정 요소를 교체하지 않고) 이루어집니다.

(3) 비디오 원격 모니터링 논리

스위치 기어 내부에 비디오 모니터링 장비를 구성하여 모니터링 이미지를 원격으로 전송하여 사용자가 호스트 컴퓨터를 통해 장비의 작동 상태를 실시간으로 확인하고 장비의 안정적인 작동을 보장합니다.

• 온라인 비디오 기술 요구사항: 운영 시스템(ECMS)에서 장비 작동을 선택하면 명령이 발행된 후 시각 시스템이 자동으로 작동하는 장비의 비디오로 전환되어 전체 작동 과정을 기록하여 회로 차단기/접촉기 및 접지 스위치의 작동 과정 및 상태가 제대로 되었는지 접촉이 좋은지 직접 관찰 및 판단할 수 있도록 합니다. 카메라는 고압실에 직접 설치되며, 스위치 기어의 절연 성능 및 전자기적 호환성이 검증되었습니다. 이더넷을 통해 비디오 모니터링 시스템에 연결되어 회로 차단기/접촉기 카트, 스위치 기어 셔터, 접지 스위치의 상태를 모니터링합니다. 비디오 단말기는 해당 부분의 모니터링 이미지를 호출하여 현장 인력 없이 원격으로 점검할 수 있습니다. 스위치 기어를 원격으로 작동할 때 카메라는 움직임 감지를 통해 자동으로 비디오 모니터링 이미지를 피드백하여 운영자가 호스트 컴퓨터를 통해 전기 작동 과정 및 상태를 온라인으로 모니터링할 수 있어 번거로운 현장 확인을 제거합니다.

(4) 온라인 하모닉 모니터링 원리

전기 장비가 비정상적이거나 저하된 상태에서 작동할 때 다양한 주파수의 고차 하모닉이 발생합니다. 장비 저하 정도는 "상대 하모닉 함량 → 지표 값 → 표준 값" 계산 과정을 통해 결정됩니다. 먼저, 각 차수의 전류 하모닉의 상대 하모닉 함량을 미리 정해진 차수의 전류 하모닉의 총 하모닉 왜곡으로 나누어 지표 값을 얻습니다. 그런 다음, 지표 값으로 형성된 각 차수의 하모닉 함수를 각 차수의 상대 하모닉 함량으로부터 도출된 각 차수의 진단 계산 값과 곱하여 표준 값을 얻습니다. 마지막으로, 지표 값을 표준 값과 비교하여 장비 저하 정도를 결정합니다.

• 시스템 구성: 모터 고차 하모닉 데이터의 실시간 온라인 수집을 담당하는 데이터 수집 시스템과 고차 하모닉 데이터의 실시간 분석 및 고장 조기 경보를 담당하는 데이터 분석 시스템으로 구성됩니다. 전체 시스템은 비접촉식 고차 하모닉 수집 센서를 사용하여 작동 장비 데이터를 온라인으로 수집하고, 고차 하모닉 구성 요소 및 그 함량률의 종합 분석을 통해 장비 저하 정도를 결정하여 유지 관리의 기초를 제공합니다.

(5) 모터 절연 온라인 모니터링 실천

전력 공급 전과 일상적인 대기 중에 고압 모터의 절연 상태를 확인하기 위해 절연 테스트가 필요합니다. 이는 장비 운영 및 유지 관리의 중요한 단계이며 시스템 안전을 보장하는 효과적인 수단입니다. 단위의 개방형 모터(순환수 펌프 모터, 급수 펌프 모터 등) 및 장기간 대기 모터에 대한 정기적인 절연 테스트 요구 사항을 위해 일찍부터 절연 온라인 모니터링 장치를 장착하였습니다. 케이블 또는 모터 와인딩의 절연 측정을 위해 DC 고전압 주입 방법을 사용합니다. 라인이 전력이 차단되면 절연 모니터링 장치가 자동으로 피더 회로의 절연 모니터링을 시작하여 대기 장비의 절연 값을 실시간으로 표시하여 일상적인 운영 및 유지 관리를 용이하게 합니다.

5. 개선 방향 논의
(1) 제어 전력의 집중 관리

DCS, ECMS 또는 NCS로 접근 가능한 라인 제어형 지능형 소형 회로 차단기를 도입하여 제어 전력의 집중 제어를 실현합니다. 주 장비의 랙킹 in/out 및 전환 작업과 협력하여 전체 과정의 순차적 제어를 완료하고, 운영 관리 및 최적화에 깊이 통합합니다.

(2) 절연 모니터링 시스템 개선

모터가 전원이 켜져 있을 때 모터 회로의 잔류 전류 모니터링을 지원하는 모터 절연 온라인 모니터링 단말기를 추가하여 대기 및 작동 장비의 절연 성능을 전체 과정에서 모니터링합니다:

• 정기적인 절연 테스트 작업량과 작업 위험을 줄입니다.

• 하모닉 모니터링 및 MRC와 협력하여 장비 상태 기반 유지 관리의 기초를 제공합니다.

• 절연 데이터는 RS 485 신호를 통해 백그라운드와 통신하거나, 하드 와이어링을 통해 절연/누설 전류 조기 경보/알람 신호를 출력하여 전기 히터와 모터의 자동 전환 연동을 가능하게 합니다.

(3) 시스템 통합 최적화

지능형 스위치의 모든 운영 과정을 호스트 DCS에 연결하여 독립적인 ECMS를 대체하여 투자 비용을 줄이고, 장비의 집중 DCS 제어 및 관리를 용이하게 하며, 점검 작업을 최적화하고 집중화하여 인력을 줄입니다.

6. 결론

6kV 스위치 기어는 발전소 전력 시스템에서 핵심 역할을 합니다. 운영 모니터링, 전력 전환, 절연 테스트, 유지 관리는 일상적인 운영 및 유지 관리에서 필수적입니다. 스마트 발전소 건설을 위해서는 6kV 스위치 기어는 작업자의 안전, 장비의 안정적인 작동, 노동 강도 감소, 상태 기반 유지 관리에 중점을 두어야 하며, 기존 운영 및 유지 관리 모드를 지속적으로 최적화하여 보다 안전하고 효율적이며 경제적인 운영을 실현해야 합니다.