유지보수 최적화 솔루션: 예측 건강 및 성능 모니터링을 위한 무선 IoT 기반 야외 전류 변환기

목표 도전:​​ 외부 전류 변환기(CT)의 신뢰성 있는 작동 유지와 예기치 않은 장애 방지, 특히 기술자 접근이 제한적인 원거리 변전소에서 이는 상당한 운영 위험과 높은 유지 관리 비용을 초래합니다. 전통적인 주기적인 점검은 종종 빈번하지 않고 반응형이며 진행 중인 고장점을 놓칠 수 있습니다.

​솔루션 비전:​​ ​IoT를 통한 예측 유지 관리 및 실시간 모니터링.​​ 이 솔루션은 통합 센서와 무선 연결을 활용하여 CT의 중요한 건강 매개변수를 지속적으로 모니터링하여 (절연 파괴, 코어 포화 등) 잠재적인 고장이 발생하기 전에 데이터 기반으로 예측함으로써 예정되지 않은 다운타임을 크게 줄이고 유지 관리 자원을 최적화합니다.

핵심 솔루션 구성 요소 및 기능

1. ​스마트 센서 장착 외부 CT:​​
• ​통합 온도 센서:​​ 주변 및 핫스팟 온도를 지속적으로 모니터링합니다. 불량 접속, 과부하 조건(포화 위험), 내부 열화로 인한 이상 가열을 식별합니다. 열 모델링 및 수명 예측에 필수적입니다.
• ​통합 습도 센서:​​ CT 하우징 내의 습기 유입을 추적합니다. 밀봉 실패 또는 결로의 조기에 감지하여 절연 저하(추적, 아크) 및 유전체 고장을 방지합니다. 혹독한 환경에서의 CT에 중요합니다.
• ​통합 부분 방전(PD) 센서:​​ 절연 시스템 내(공극, 오염물, 표면 추적)의 저수준 전기 방전을 감지합니다. PD는 임박한 절연 고장의 주요 지표로, 적극적인 개입을 위한 가장 빠른 경고를 제공합니다.
• ​내구성 설계:​​ 센서와 내부 전자 장치는 변전소 환경에서 일반적인 야외 환경 스트레스(UV, 극단적인 온도, 습기, EMI)에 견딜 수 있도록 강화되었습니다.
2. ​무선, 원격 데이터 전송:​​
• ​온보드 LoRaWAN/Cellular 모뎀:​​ 복잡하고 비싼 케이블 인프라를 제거합니다. 기존 무선 네트워크 활용:
• ​LoRaWAN:​​ 낮은 대역폭 요구 사항이 있는 원거리 사이트에 이상적입니다. 장거리(>10km), 저전력 소비(배터리/태양광 옵션 가능), 우수한 신호 관통력을 제공합니다.
• ​Cellular (LTE-M/NB-IoT):​​ LoRaWAN이 사용할 수 없는 경우 더 넓은 범위를 제공합니다. 중간 데이터 속도가 필요한 사이트 또는 신뢰할 수 있는 셀룰러 인프라가 있는 경우 더 적합합니다. 중요한 알림에 대한 대체 메커니즘이 포함됩니다.
• ​보안 통신:​​ TLS/DTLS 암호화 데이터 전송으로 중요한 인프라 데이터를 보호합니다.
3. ​클라우드 기반 AI 분석 플랫폼:​​
• ​중앙 집중식 데이터 집합:​​ 모든 배포된 CT로부터 실시간 및 역사적 데이터 스트림을 수신하고 안전하게 저장합니다.
• ​AI 기반 진단 모델:​​
• ​절연 상태 예측:​​ AI는 PD 활동, 온도, 습도의 트렌드를 상관시키며 절연 저하율과 잠재적인 고장 모드를 높은 신뢰성으로 예측합니다. 임계값 경보에서 놓칠 수 있는 미세한 이상을 식별합니다.
• ​코어 포화 위험 평가:​​ 1차 전류 파형 데이터(조화파, DC 오프셋 검출 능력 추론)와 온도를 함께 분석하여 특정 그리드 조건에서의 코어 자기화 특성을 모델링하고 잠재적인 포화 위험을 예측합니다.
• ​이상 감지:​​ 머신 러닝은 각 CT에 대한 고유한 기준선을 설정합니다. 단일 매개변수가 알람 임계값을 초과하지 않더라도 (예: 특정 부하 패턴과 연관된 미세한 온도 상승) 센서 데이터 스트림 간의 미세한 편차를 감지하여 발생하는 문제를 식별합니다.
• ​자동 알림 및 우선순위 설정:​​ 심각도별로 분류된 실행 가능한 알림을 생성합니다. 위험 평가 및 예측된 고장 시간에 따라 유지 관리 작업을 우선순위로 정합니다.
4. ​사용자 인터페이스(대시보드 및 보고):​​
• ​실시간 시각화:​​ 대화형 대시보드는 맵 또는 목록 보기에서 네트워크 전체의 모든 CT의 건강 상태, 센서 읽기, 트렌드, 알람을 표시합니다.
• ​예측 유지 관리 통찰:​​ 잔여 유용 수명(RUL) 추정, 고장 확률 곡선, 권장 조치(예: "3개월 내 검사를 예약하세요" 또는 "진단 테스트 권장")의 명확한 시각화를 제공합니다.
• ​상태 보고서:​​ 특정 CT 또는 전체 함대에 대한 자세한 건강 보고서를 자동으로 생성합니다.
• ​역사적 분석:​​ 원인 분석 및 성능 벤치마킹을 위한 역사적 데이터에 깊게 들어가는 도구.

주요 사용 사례: 원거리 변전소 모니터링 및 최적화

• ​상황:​​ 지리적으로 고립된 지역(산, 사막, 농촌 그리드)에 위치한 변전소. 기술자의 방문은 드물고 비싸며 물류적으로 복잡합니다. 고장 후의 반응형 유지 관리는 장기간의 정전을 초래합니다.
• ​솔루션 혜택:​​
• ​불필요한 방문 제거:​​ 달력 기반 유지 관리에서 상태 기반 유지 관리로 전환합니다. AI 예측이나 특정 중요한 알람에 따라 실제로 필요할 때만 기술자를 파견합니다.
• ​재난적 고장 방지:​​ 진행 중인 PD 활동, 습기 유입, 열 이상의 조기에 감지하여 CT가 재난적으로 고장되기 전에 개입하여 비싼 부수적 피해와 장기간의 정전을 피합니다.
• ​유지 관리 자원 최적화:​​ 예측 분석으로 식별된 고위험 자산에 희소한 기술자 시간과 예산을 집중하여 전반적인 그리드 신뢰성을 향상시킵니다.
• ​원격 진단:​​ 초기 진단을 위해 현장 출동 없이 CT 상태에 대한 깊은 통찰력을 제공합니다. 원격 전문가가 현지 크루를 지도합니다.
• ​자산 수명 연장:​​ 열, 습기 등의 조건을 적극적으로 관리하여 CT의 운영 수명을 최대화합니다.

주요 구현 고려사항

• ​엣지 처리:​​ 기본 필터링, 버퍼링, 초기 이상 감지는 CT 모듈에서 로컬로 수행되어 불필요한 데이터 전송을 최소화하고 중요한 이벤트에 대한 응답 시간을 개선합니다.
• ​전력:​​ 기본 연결을 위한 CT-powered 옵션, 주 전력 손실 시 중요한 센싱 및 알람을 위한 배터리/태양광 백업.
• ​사이버 보안:​​ IEC 62443, NERC CIP과 같은 산업 표준을 준수하는 견고한 설계가 중요합니다. 보안 부팅, 암호화 통신, 보안 장치 관리.
• ​확장성:​​ 클라우드 플랫폼은 대규모 유틸리티 네트워크에서 수천 개의 CT로부터 데이터 수집 및 처리를 처리하도록 설계되었습니다.
• ​통합:​​ 오픈 API를 통해 기존 자산 관리 시스템(EAM/CMMS), SCADA 시스템, 기업 데이터 호수와 통합하여 종합적인 가시성을 제공합니다.
• ​교정 및 검증:​​ 알려진 조건에 대해 센서 정확성과 AI 모델 성능을 검증하기 위한 확립된 절차.