변전기술에 관한 IT활용 동향

이 원고는 일본 《電氣評論》誌에서 번역 전재한 것입니다. 변전기술에 관한 IT활용 동향 최근, 변전소에 대한 감시제어 시스템 및 운전·보수지원시스템은 정보통신기술(IT: Information Technology)의 고도화, 전력업계를 둘러싼 정보의 변화, 변전소의 운전·보수를 둘러싼 필요성 등 다양성에서 급속하게 변화하고 있다. 본 논문에서는 현상의 감시제어 시스템 및 운전·보수지원시스템에 적용되고 있는 정보통신기술(IT)의 사례와 앞으로의 동향에 관해 소개한다. 감시제어 시스템에 대한 정보통신기술 1. 관련요소기술의 변천 최근 마이크로 프로세스 기술의 발전, LAN(Local Area Network)에 대표되는 전송기술의 발전과 더불어 변전소의 감시제어 시스템에도 디지털기술, 네트워크기술이 도입되어왔다. 그 변천과 동향에 관해 <표1>로 나타낸다. (1) 프로세스·계산기 기술 16비트 마이크로프로세스의 보급에서 32비트 마이크로프로세스의 등장으로 연산처리능력이 급속하게 향상됐다. 또 동시에 감시제어에 사용되는 계산기로는 기능분산, 다운사이징에서 네트워크화로 진행되었다. (2) 전송·통신기술 광통신, LAN 등의 적용확대가 급속하게 진행되고 LAN의 전송기술로써 국제적인 표준규격인 IEEE802.3(CSMA/CD 방식), IEEE802.4(토큰버스 방식) 등이 정해졌다. 또 WWW(World Wide Web)기술에서 인터넷이 급속하게 발전했다. (3) 감시제어·보호시스템 앞서 서술한 기술의 발전과 함께 감시제어·보호릴레이에도 디지털릴레이의 본격도입이 시작되어 현재는 32비트 디지털릴레이가 주류를 이루고 있다. 또 웹서버 기능 내장 디지털릴레이도 실용화되고 있다. 모두 변전소의 정보를 전송하기 위한 원격제어장치(텔레컴)도 마이크로컴퓨터타입에서 HDLC타입이 적용되고 있다. 2. 적용사례의 소개 변전소 감시제어 시스템에서는 최근 눈에 띄게 진보한 디지털기술 및 네트워크기술 등의 최신 기술을 적용함으로써 몇 가지 감시제어 시스템이 실용화되고 있다. 이하, 실용되고 있는 일례를 소개한다. (1) 변전소 구내 LAN방식 변전소의 폭주하는 케이블의 삭감, 효율화, 신뢰도 향상을 목적으로 변전소의 구내 LAN에 토큰버스형의 광 LAN이 1990년 처음으로 채용됐다. 이러한 방식은 친국(親局)에 맞춰서 자국(子局)이 동기를 잡는 것으로 샘플링동기가 가능하며 국간(局間)의 전압정보에 따라 동기투입기능이 실현가능하다는 점과 LAN제어방식과 전송매체의 물리적인 형상에 따라 국의 독립성이 높아 장해파급이 최소한으로 억제된다는 등의 특징이 있으며, 기간계통 변전소를 중심으로 적용을 확대했다. <그림1>에 시스템 구성 예를 나타낸다. 이 시스템은 회선단위로 분산된 제어 단말에 따라 해당 회선의 제어 및 정보 수집을 실행하고 변전소 집중감시 제어장치 및 원방감시 제어장치 등과 광LAN을 끼워 결합하는 구성이다. 이는 효율적인 정보전송과 회선단위의 구성에 따른 위험분산, 보수성 향상을 실현한 것이다. (2) 범용 LAN방식 최근에는 감시 제어장치의 설비비용 절감 요구로 인해 범용품을 채용하는 경향에 있다. 그중에서도 세계표준이 된 이서넷 LAN이 인트라넷·인터넷에 사용되며 널리 세간에 침투했다. 변전소 구내 LAN에도 이서넷 LAN이 적용되고 있다. <그림2>에 이서넷 LAN을 이용한 감시제어장치의 구성 예를 나타낸다. 어느 것이든 원격감시 제어장치(Remote Terminal Unit : RTU)와 변전소 집중감시 제어장치(Substation Control Unit : SCU), 감시제어단말(Data Acquisition and Control unit : DAC)을 이서넷 LAN으로 결합하는 시스템이다. <그림2>(a)는 심플한 구성이다. SCU, RTU에 비해 DAC가 직접 구내 LAN으로 결합하고 있다. 각 장치의 독립성이 높고, 장해의 파급이 적다는 점을 특징으로 들 수 있다. 단, SCU, RTU의 처리능력에 따라 접속할 수 있는 DAC의 국의 수에 규약이 생긴다. <그림2>(b)는 대규모 변전소를 위한 시스템이다. DAC에서 입력된 정보는 한번 통신전송단말(Data Communication Unit; DCU)로 전해진다. DCU는 다른 DAC와의 동일한 정보를 정리해 SCU, RTU로 전송함으로써 SCU, RTU의 처리능력을 경감할 수 있다. 단, DCU는 공통부이기 때문에 그 장해 시를 고려하고 DCU를 2중화할지, DCU와 DAC의 그룹을 복수로 분할하는 등의 연구가 필요하다. <그림2>(c)는 전송계를 2중화하고 원방 제어계, 변전소 제어계로 분리한 예이다. 신뢰성은 향상되지만 비용이 높아진다. 이상과 같이 장치 구성만으로도 여러 가지로 생각할 수 있기 때문에 유저의 운용방법이나 설비에 대한 생각을 반영해 장치 사양이 차이가 나는 것이 현상이다.

3. 향후 전망 IT화의 진보와 필요성의 변화와 더불어 범용화, 대용량화가 한층 더 진행될 것으로 생각된다. 그 일례를 <그림3>에 나타낸다. IP네트워크를 바탕으로 한 전력용 네트워크(전력판 IP네트워크)가 구축되고 OS 및 데이터베이스를 포함해 범용적인 소프트웨어를 적용한 범용서버가 변전소의 정보서버로서 많이 채용될 것으로 보인다. 또 뒤에 기술하는 운전·보수지원 시스템과의 유기적 결합, 인터넷, 인트라넷 등에 따른 정보의 공유화 등 한층 더 고효율적인 운용이 가능해질 것으로 전망한다. 운전·보수지원 시스템의 정보통신기술 1. 관련요소기술의 변천 <표2>에 변전소 운전·보수지원 시스템의 변천과 센서기술 적용과 동향을 나타낸다. 기기의 정보를 수집하는 각종 센서의 개발도 추진되고 있으며 대표적인 예로서 광PD(광 변환형 계기용변압기) 및 화이버형 광CT 등이 있다. 또 개폐기나 변압기의 이상 진단을 실시하기 위해 가스압센서, 부분방전 감시센서, 유온센서 등 각종 센서를 개발, 적용하고 있다. 각종센서의 방식·원리의 이행, 데이터의 연산방법에 뉴로를 채용하는 등 센서기술에 관해서도 확실하게 진보해 왔다. 2. 적용사례 소개 개폐기나 변압기의 이상 예조를 파악하기 위해 각종 센서를 준비하고 센싱된 데이터를 분석해 진단에 활용함으로써 운전보수관리의 고도화를 실현하고 있다. 또 각종센서는 기기의 신뢰도, 고장 시의 영향을 미치는 정도 등을 감안해 감시항목이 선정된다. 각 기기에 채용되고 있는 상시감시 센서의 일례에 관해 이하에 소개한다. (1) 개폐기의 상시 감시센서 방식 <그림4>에 개폐기의 상시 감시센서 방식의 일례를 나타낸다.

① 부분방전감시 GIS내부 또는 외부에 전극을 설치하고 이 전극에서 부분방전이 방사하는 UHF대의 전자파를 검출하고 주파수를 분석해 진단하는 방식이며, 계측 데이터를 트랜드관리를 실시함으로써 이상의 유무나 예조를 신속하게 검출하는 일이 가능해 진다. ② 가스압 감시 반도체 압력 센서를 통해 가스압을 감시하고 절연성능 진단 및 고장 부분의 진단을 실행한다. ③ 아레스타 누전류 아레스타의 누전류에서 제3고조파 성분을 검출하고 열화 지표가 되는 저항분 전류를 구해 진단한다. ④ CB동작특성 CB로부터의 투입, 트립지령과 CB의 보조접점인 a, b접점에서 CB동작시간을 측정하고 동작불량의 징후를 진단한다. ⑤ DS·ES 동작특성 리밋 스위치의 a, b접점에서 동작시간을 측정하고, 동작불량의 징후를 진단한다. (2) 변압기의 상시감시 센서방식 <그림5>에 변압기의 상시감시 센서방식의 일례를 나타낸다.

① 유중가스 농도감시 배유변에 설치한 가스 검출기를 통해 절연유중의 용존가스 농도를 측정하고 절연이상, 과열이상을 검출한다. ② 유온도 센서 서치코일을 통해 유온도를 측정하고 부하전류와의 관계에서 이상을 검출한다. ③ 유면·질소가스압 질소봉입 변압기의 경우는 유면레벨, 질소가스 압력을 측정하고 유온도와의 관계에서 이상을 검출한다. ④ LTC동작특성(부하시 탭 절환기) LTC절환 시간 및 모터 전류를 측정하고, LTC절환 동작 불량의 징후를 진단한다. 3. 향후 동향 변전설비의 개폐기나 변압기 등의 설비진단에 관해서는 이제까지 사전에 정해진 주기로 메인터넌스를 실행하는 TBM(Time Based Maintenance)에서 각종 센서를 이용해 설비의 상태를 정확히 관리하면서 상태를 평가한 다음, 필요한 시기에 필요한 보수를 이행한다는 이른바 CBM(Condition Based Maintenance)로의 필요성이 높아지고 있다. 한층 진단 데이터의 정량화 향상을 위해 ITV 등을 이용한 화상 데이터에 따른 외관 데이터나 음·진동과 같은 소위 정성적 데이터도 IT기술을 통해 설비진단 기술로 많이 도입할 것으로 전망한다. 앞으로의 과제 1. 인터넷, 인트라넷 활용면 설비계획개소·보수개소·영업소·수요가 서비스에 필요한 정보도 있어서 변전소와 이들 거점에 대한 정보전송이 필요하다. 이와 같은 경우 필요한 정보의 전송으로는 인트라넷과 그 곳의 인터넷과의 접속이 필요할 것으로 예상된다. 단, 세큘리티 확보 및 신뢰성(진동 등)의 확보 면에서 현재는 전용회선을 사용한 보호 릴레이의 보수운용기능, 혹은 폴트로케터 기능 등으로 한정해 사용하고 있는 상황이며 이러한 면을 고려해 검토할 필요가 있다. 2. 네트워크 확대 시의 보안성 확보면 운전거점으로의 접속과, 보호시스템의 통합 등, 범용 프로토콜을 사용해 이들 통신네트워크와 접속되는 경우를 상정하면, 변전소설비에 대한 외부로부터의 방해 등, 보안성의 문제에 대한 대책이 필요하다. 3. 각 시스템의 인터페이스의 표준화 면 변전소의 감시제어 시스템을 네트워크화 하기 위해서는 다수의 센서 정보의 전송과 제어기기의 통합화·자유화가 필요하다. 또 이를 효율적으로 진행하기 위해서는 기기 인터페이스의 표준화와 변전소구내 및 변전소구외의 통신 프로토콜의 표준화를 요구한다. 또한 통신 프로토콜의 해외규격으로서 IEC 61850기 있지만 규격의 사양, 상호 운용성 보증, 고속처리의 하드 표현 면에서 과제가 있으며 이러한 면을 고려해 검토할 필요가 있다. 4. 데이터베이스(DB)의 보수와 원격운용 면 설비를 갱신할 때 큰 작업이 되는 것은 설비정보 등의 DB 보수갱신작업이다. 이러한 대책으로 소스DB의 일원화 관리와 DB메인터넌스 수순방법을 통일해 둘 필요가 있다. 5. 각종 센서면 음성, 취기, 진동 등의 정보 등, 센싱기술을 확립하면서 동시에 데이터 수집주기나 정밀도 등, 정보 서버의 도입 방법에 대한 검토가 필요하다. 변전기술에 대한 IT활용의 변천과 동향에 관해 소개했는데 앞으로도 ‘정보의 성질’, ‘기술동향변화에 대한 대응’, ‘정보전송의 품질’, ‘안정성’ 등을 검토하면서 감시제어 시스템과 변전소기기가 IT를 통해 융합한 ‘인텔리전트 변전소 시스템’의 적용이 급속하게 진전될 것으로 기대된다.