발전설비 ‘고장 예측 시스템’ 개발… 무전원 기술 탑재  

‘자가 전원 방식 스마트 센서’… 관련 산업 응용 전망

▲ 박태성 부장은 “스마트센서 통합 모니터링 시스템이 경제성은 물론 경쟁력까지 갖춘 만큼 향후 발전설비 안전 모니터링 시장을 선점할 것으로 기대한다”고 밝혔다.                                               © 매일건설신문

“세계 최고 수준의 기술력을 토대로 국내외 스마트 센서 분야에서 안정성과 경제성을 확보하겠습니다.”

한전 전력연구원 청정발전연구소 전문기술센터 박태성 부장(책임연구원)은 “고전압 대전류 환경 하에서 '스마트 센서'가 고장을 미리 예측·진단하고 예방하는 데 상당한 역할을 할”것이라고 강조했다.

전력연구원은 ‘폐쇄배전반 스마트 센서 IoT(사물인터넷)를 활용한 감시 및 고장 예측 진단 시스템’을 개발했다. 2016년부터 지난달까지 22개월간 진행된 이번 연구는 한국전력의 자체 과제로 총 12억원의 연구비가 투입됐다.

발전소의 폐쇄배전반은 운전으로 인한 열화(熱火) 현상이 발생한다. 빈번한 개폐 조작에 의한 아크 발생(arc strike·열 손상)으로 인해 열화에 취약한 구조다. 이에 최근 열화로 인한 사고발생 빈도도 증가하고 있다.

최근 5년간 폐쇄배전반 열화 사고에 의한 전력·발전설비 고장 및 운전정지 통계에 따르면, 2011년부터 2014년까지 총 1224건의 사고가 발생했다. 이는 연평균 245회에 달하는 수치다.

하지만 발전소 폐쇄배전반과 차단기를 감시할 수 있는 수단이 없는 실정이다. 전력설비의 열화 고장 현상의 원인 규명 및 상관관계 분석을 전문가의 주관적인 판단에 의존하고 있어 개인에 따라 결과가 달라진다는 문제가 있었다.

이 같은 상황에서 관련 시스템 개발을 위한 기초 센서기술이 완성되고, 기존에 개발한 기술을 바탕으로 열화감시 시스템 개발 가능한 환경이 조성됐다.

이에 전력연구원은 점검에 취약한 설비를 감시할 방법과 실시간 원격 운용이 가능한 감시시스템 필요성에 따라 고장예측진단 알고리즘을 적용한 스마트 센서 및 모니터링 시스템을 개발한 것이다.

고장예측진단 알고리즘은 전력설비의 온도·진동·전류 신호 등 전류의 상관관계 분석을 통한 열화진단과 예측, 그 결과에 따른 운전 모드를 결정할 수 있다.

박태성 부장은 “발전소 전력설비 중 특히 폐쇄배전반의 열화현상 검출은 과부하나 전압 변동, 부하전류 등 물리적 이상 현상만을 통해 판단하고 있어 폐쇄배전반 내부 구성품 자체의 열화에 의한 고장을 진단하고 검출하는 데 한계가 있었다”고 설명했다.

박 부장은 이어 “스마트 센서 기술을 IoT와 결합한 시스템과 열화고장 진단 알고리즘, 옥외형 적용센서·전계사용 자가 전원 공급기술 개발이 주요 연구내용”이라며 “스마트 센서는 측정·통신·컨트롤 기능을 갖춰야하는 가능해야 하는데, 한전의 센서 기술은 경쟁력을 갖추고 있다”고 설명했다.

이번 스마트 센서 개발에서 핵심은 ‘자가 전원(무전원) 공급’ 기술이다. 별도의 외부 전원 공급 없이 자가 전원 공급이 가능한 자가 전원 기술은 고전압 대전류 하에서 픽업 코일(pickup coil·전압 유도 코일)을 이용해 센서 모듈(부품)에 필요한 전원을 생산해 공급한다.

온도·진동·전류를 온라인으로 실시간 측정해 무선통신으로 데이터를 송신하고, 센서 모듈은 감시대상 설비에 간단하고 견고하게 부착된다. 센서의 운전상태 자가진단 감시기능을 탑재했다.

박태성 부장은 “‘자가 전원 방식 스마트 센서’는 제철소와 정유소의 초고압 전력설비 등 시스템과 대형 선박의 전력설비 화재 감시시스템, 고속철도 및 지하철 전력설비 모니터링시스템 시스템 등 관련 산업으로도 응용될 수 있을 것으로 전망된다”고 밝혔다.

이번 ‘고장 예측 진단 시스템’ 개발로 점검 및 감시가 불가능한 전력설비에 대한 감시방법이  확보됐다. 폐쇄배전반 및 차단기 고장 대비 및 효율적 설비운용과, 열화 데이터 취득을 통한 빅데이터 활용으로 고장원인 분석자료 확보가 가능해졌다. 나아가 기술 이전을 통한 기술료 수입까지 기대할 수 있는 상황이다.

스마트센서 통합 모니터링 시스템은 지난해 8월부터 필리핀 세부 유동층 발전소의 폐쇄배전반에 설치돼 실증 운전 중이다.

박태성 부장은 “스마트센서 통합 모니터링 시스템이 경제성은 물론 경쟁력까지 갖춘 만큼 향후 발전설비 안전 모니터링 시장을 선점할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

▲ 필리핀 세부 유동층 발전소에 설치된 스마트센서                                                                     © 매일건설신문

 
/조영관 기자