월간전기



주고쿠계기공업㈜ 보호계전장치의 자동시험시스템 개발

2013-09-12

주고쿠계기공업㈜ 보호계전장치의 자동시험시스템 개발 주고쿠계기공업㈜의 기술본부전력부는 주로 전력회사의 전력, 배전계통, 기기 관계 보호계전장치의 현지 조정 시험 그리고 보수 점검 및 보호계전기반의 제작을 실시하고 있다. 이번 보호계전장치의 자동시험시스템은 현장의 수고로운 점검 작업을 보다 효율적으로 그리고 숙련자의 기술 유지 및 계승을 염두에 두며 연구 개발을 진행했다. 주고쿠계기공업㈜의 보호계전장치의 자동시험시스템 개발의 배경과 내용, 그 효과를 소개한다. 번역·정리 김대근 기자 개발의 배경 •보호계전기의 정기 점검 및 설치 시 현지 조정 시험에서 개체특성시험과 종합동작시험 관련 시험 전기량의 부여와 동작출력의 측정은 시험원이 직접 조정·확인·기록을 하고, 시험기록은 매 시험마다 수기용 용지를 사용했기 때문에 현장에서의 시험과 사내에서의 시험기록을 정리하는 데 상당한 시간과 노력이 요했다. 또 종합동작시험에서 총 중량이 200㎏을 초과하는 측정기기가 필요했기 때문에 무게의 경량화가 요망되었다.(<사진 1> 참조) •이러한 이유로 시험의 자동화와 시험기록 정리 시간의 단축 및 시험 시스템의 경량화를 목표로 하여‘OA시스템을 보호계전기 시험에 활용할 수 있지 않을까’하는 착안점에서 연구개발을 시작했다. •개체특성시험·종합동작시험에서는 시험자에 따라 시험방식에 차이나 시험시간의 장단이 발생했다. 이 때문에 시험방법의 프로세스를 명문화하고, 컴퓨터와의 대화형식으로 축차적 진행을 시키도록 했다. 특히 개체특성시험에서는 숙련된 시험자의 노하우를 프로그램화해서 최단시간에 정확하게 시험이 이루어질 수 있도록 하였다. 개발의 내용 시스템의 하드웨어 구성 개발한 시스템은 시험기를 노트북 컴퓨터에서 원격으로 제어하여 보호계전기에 시험전기량을 부여해 계전기 개체 특성의 시험 및 종합동작시험을 전표(작업표) 표시까지 자동적으로 시행할 수 있는 시스템으로서 다음 <그림 1>과 같은 구성으로 되어 있다. 시스템의 동작 본 시스템은 시험기록(워크시트Worksheet)으로부터 시험 파라미터Parameter(전압치·전류치·위상각·임피던스치 등)를 판독하고, 시험기를 원격 제어하여 테스트 계전기의 동작치를 측정해 그 값을 워크시트에 기입하고, 시험기록 파일의 판독·편집·보존 등은 엑셀Excel의 기본기능으로 행하고 있다. 개체특성시험 시스템 측정대상 계전기 아래의 전력·배전계통·기기보호계전기의 시험이 가능하다. •거리 계전기 •교류 부족 전압 계전기 •교류 과전류 계전기 •지락 방향 계전기 •지락 과전압 계전기 •전압 평형 계전기 •회로 선택 계전기 •비율 동작 계전기 등 릴레이 동작의 자동측정 시험전기량을 부여해 동작점을 찾는 절차는 아래의 측정 수순을 그대로 프로그램화하였다.(<그림2> 참조) •측정은 이론치(릴레이의 정정치)로부터 시험을 개시하여 동작 후 일단 복귀시켜, 서서히 동작점을 탐색하여 릴레이 동작으로 스위프Sweep를 중지시키고, 소정의 시간(0.5초) 계속동작을 확인한다. •이론치의 ±20% 이상을 변화시켜도 릴레이가 동작하지 않는 경우는 이상·결함으로 처리하고 원인을 구명한다. 이 때문에 프로그램에서는 리미터limiter(±20%)를 설치했다. •측정방향에 대해서는 처음에는 임시로 한 쪽을 정해놓고(프로그램에서는 각 측정대상 릴레이마다 확률이 높은 쪽으로 설정되어있다), 출력치가 리미터에 다다랐을 때에는 반대 방향으로 전환하여 측정한다. (개발에 있어서의 난점) 시험 전기량을 스위프시키는 기술 개발은 숙련된 시험자의 동작을 그대로 기계화시켜 보호계전기의 미묘한 동작·복귀를 정확하게 판독하는 일이 필수 조건이었다. 숙련된 시험자는 각자 다른 동작을 하고 있어 어느 동작이 제일 정확한 동작이며 효율이 좋은지는 그 때마다 검증하여 조정했지만, 문제는 시험전기량의 어느 시점을 보호계전기의 동작시점으로 할지로 그 값은 시험자의 숙련도에 따라 오차가 적었다. 정확한 시험을 하기 위해서는 오차를 근소하게 하여 가능한 한‘0’에 근접시키지 않으면 안된다. 스위프 방법을 철저하게 분해·조정하여 숙련된 시험자의 동작에 근접시켜 수차례의 숙련된 시험자와의 시험을 거듭한 결과 현재의 시스템을 구축할 수 있게 되었다. 종합동작시험 시스템 종합동작시험은 보호계전장치의 교류·직류 시험용 단자에서 더한 시험전기량을 정상상태에서부터 실 고장상태와 동일한 값으로 급변시켜 모의 차단기와 조합해 보호계전장치의 종합적인 기능을 확인하는 시험으로, 본 시스템은 시험기를 컴퓨터에서 원격 제어하여 종합동작시험 및 전표 인자까지를 자동적으로 행할 수 있도록 개발한 것이다. 기존의 종합동작시험장치는 전원부, 선로부, 지락부, 조작부 등으로 분할되어 있어 각부의 중량은 25㎏~45㎏으로 총 중량은 200㎏을 초과했다. 작업원은 종합동작시험 시마다 시험장치의 운반, 조립, 해체, 운반을 반복해야했기 때문에 장치의 경량화 문제는 오래된 숙원이기도 했다. 보호계전장치의 디지털화가 급속도로 진전돼 시험장치도 메카형의 대용량 시험기에서 소용량화된 것과 맞물려 자동시험장치의 개발과 경량화가 일제히 진행되었다. 측정대상 계전장치 아래의 전력계통 보호계전장치의 시험이 가능하다. •과전류 계전장치 •단락회로선택 계전장치 •방향거리 계전장치 •방향비교 계전장치 •방향지락 계전장치 •PCM전류차동 계전장치 •모선보호 계전장치 (개발에 있어서의 난점) 종합동작시험은 문자 그대로 보호계전장치의 입력에서 출력까지를 종합적으로 시험하기 위해 많은 시험조건과 설정 항목들이 있어 그 때마다 작업원이 체크리스트를 대조해가며 시험을 실시하고 있다. 하지만 자동시험시스템에 모든 것을 맡긴다는 것은 시험의 의미가 없기 때문에 자동시험시스템의 장점을 최대한 도입하여 시험원의 체크리스트 작업도 시스템화함으로써 종합동작시험이라고 하는 하나의 시스템을 완성시켰다. 사람의 장점과 기계의 장점을 최대한 믹스하여 그 효과를 최대한으로 이끌어내는 것이 종합동작시험 개발의 중요한 핵심이다. 당사는 시험원의 요망과 의문점 등을 정리하여 기계화할 부분과 사람이 행할 수 있는 부분을 분류하여 휴먼에러Human error가 발생하기 어려운 시스템을 구축했다고 자부하고 있다. 개발의 효과 보호계전기 자동시험시스템의 개발 효과는 다음과 같다. ① 작업시간 대폭 단축 개체특성시험에서는 시험 준비 2시간 단축, 시험 후의 기록 및 정리에는 3시간이 단축되어 총 5시간 단축이라는 효율화를 이루어냈다. 종합동작시험에서도 마찬가지로 큰 성과를 거두었다. ② 장치의 대폭 경량화 개체특성시험에서는 기존과의 기기구성에 큰 변화가 없었기 때문에 경량화는 달성하지 못하였지만, 종합동작시험에서는 200㎏에서 70㎏으로 1/3을 격감시켜 작업원들의 부담을 더는 데 큰 기여를 했다. ③ 시험의 신뢰성·품질 향상 및 신시장 개척 •개체특성시험에서는 숙련자의 노하우를 프로그램화한 덕택에 시험의 정확성이 높아져 시험의 신뢰성이 향상되었다. 또 복잡한 시험배선을 생략하여 작업원의 휴먼에러 예방 효과도 거두었다. •종합동작시험에서는 시험항목마다 작업원이 직접 확인 작업을 시행하며, 확인이 되지 않으면 다음 항목으로 이동되지 않기 때문에 시험의 미스 및 판정기준의 실수 등이 대폭 감소했다. •그 결과가 시험의 품질 향상 및 고객 만족, 신뢰성의 향상과 더불어 신시장의 개척으로까지 이어지게 되었다. * 보호계전장치의 시험기구·장치 및 자동시험시스템의 개발은 과거 보호계전장치의 보수·점검업무에 종사해온 다수의 작업자들에게 있어서는 큰 격세지감으로 느껴질 것이다. 200㎏이 넘는 시험기를 전기소로 운반하는 것만으로도 큰 중노동이었으나, 이제는 불과 70㎏의 시험기를 수월하게 운반하고 대부분을 시험에 집중할 수 있게 되었다. 한편 보호계전장치의 디지털화는 제1세대에서 제2세대 그리고 차세대로 급속히 진행되고 있으며, 과거 10년 전의 정지형(트랜지스터형 계전기)과 메카형의 보호계전기는 점차 사라지고 있는 추세이다. 이에 주고쿠계기공업㈜은 앞으로도 보호계전장치의 개발 및 새로운 시스템을 계속 구축해나갈 것이며 점차 다양화·고속화되는 기술·시스템 아래 시험시스템과 시험원이 하나 되어 보호계전장치의 기능 유지 및 결함의 조기 발견, 사고방지에 더더욱 몰두하겠다는 뜻을 밝혔다. < Energy News >