GIS 제품 질 향상으로 전력산업 경쟁력 제고

▲ <그림 1>UHF 부분방전 상시 감시시스템의 구성도.

변전소에서 하는 중요한 기능을 크게 두 가지로 요약하면 전압의 크기를 변환해 주는 변압기능과 전원을 공급하고 차단하는 스위칭 기능이라 할 수 있다.

요즘의 변전소에서는 과거의 차단기와 개폐기가 복합된 형태인 가스절연개폐장치(Gas-insulated Switchgear)가 스위칭 기능을 담당하고 있다. 전원의 공급과 차단을 위한 개폐 동작이 다양한 조건에서 일어나는 운전여건으로 말미암아, 변전기기 중에서 동작의 빈도가 높은 GIS는 고장의 가능성이 가장 높아 안정적인 전력공급과 신뢰도 높은 기기의 운전을 위하여 다양한 예방진단 기술이 적용되고 있다.

특히 과거 옥외철구형 기기의 사고는 고장시 복구 기간이 짧은 반면, GIS의 경우는 고장이 발생하면 고장회복 및 제거 기간이 상당히 긴 시간이 요구됨으로 사전에 고장을 예비할 수 있는 예방진단 기술의 적용이 필수적이다.

GIS에서 중대한 고장이라 하면 다른 전력기기와 마찬가지로 절연파괴 고장이 주를 이룬다. GIS의 절연은 고압의 SF6 가스와 절연재가 담당하며 이들은 밀폐된 금속공간 내에 구비되어 있으므로 기기 운전자가 GIS 내부에서 일어나는 미세한 결함들을 알아내기는 쉽지 않다.
GIS 내부에 어떤 원인에 의해 절연결함이 발생했을 경우 대부분 부분방전이라고 하는 미세한 방전현상을 수반한다. 그러므로 GIS 예방진단기술은 부분방전 과정에서 발생하는 여러 특징인 방전전류, 전자기파, SF6 분해가스, 기계적 신호 및 음향신호 발생, 국부과열 등을 측정하여 부분방전의 발생과 열화진행 정도를 밝히는 것을 근간으로 한다.

전력회사에서는 이러한 진단 기법을 적용하여 기기의 고장 징후를 사전에 인지하고 기기의 정상적인 운전에 필요한 적절한 대책을 수립하여 안정적인 전력공급에 힘쓰고 있다.

특히 부분방전의 다양한 현상 가운데 300~3000MHz 정도의 전자파를 측정하는 극초단파(Ultra-high Frequency, 이하 UHF) 부분방전 검출 방법은 GIS 내부에서 전파하는 전자파의 감쇄가 적어서 음향신호를 이용한 방법보다 센서설치 간격을 크게 할 수 있으므로 고정으로 설치되는 상시감시 방식으로 사용하기에 적합하다.

또한 이상 발견시 비교적 정확하게 방전의 위치를 추정할 수 있으며 최근의 무선통신과 컴퓨터 응용기술의 발전에 힘입어 고성능 측정장치가 저렴하게 개발되어 현장에서의 사용이 확대 되고 있다.

전력연구원에서는 1999년부터 GIS를 포함한 SF6 절연 전력기기의 예방진단을 위하여 전자파 부분방전 연구가 시작되어 765kV 이하 모든 기설 및 신설 변전소에 적용이 가능하도록 관련분야의 기술개발을 진행하였다.

전력연구원 변전기술그룹에서는 국내 최초로 154~765 kV GIS 내장형 및 외장형 UHF 부분방전 센서를 개발하였다. 또한 센서가 GIS에 장착 되었을 때의 방전신호 검출성능 평가 기법과 변전소에 설치된 GIS의 규격과 구조에 최적화된 센서배치 방법을 개발함으로서 현장 적용시 규정된 측정 감도를 유지하며 최소한의 센서를 설치하는 방법을 제시 하였다. 아울러 GIS 뿐만 아닌 가스절연 변압기에도 적용할 수 있는 다양한 형태의 광대역 센서도 개발하였다.

개발된 센서관련 기술은 국내 기업에 이전되어 내·외장형 센서로 상품화되어 보급되고 있다. 측정된 신호에서 불필요한 잡음을 제거하고 다양한 환경에서 방전위치 추정의 정확도를 높여 내부의 결함원인과 열화정도를 추정할 수 있는 신호해석 연구도 수행하였다.연구개발에서 얻은 다양한 기술을 현장에 적용하여 지난 수년간 십여건의 154~765kV GIS의 내부결함을 탐지하고 고장을 예방하여 고객에게 안정적으로 전력을 공급하는데 기여하였으며 국내외에서 개발된 다양한 UHF 부분방전 측정기기의 시험 및 평가방법에 대한 KS 규격 제정에 기여하였다.

전력연구원은 수년간의 연구개발 결과를 활용하여 국내중소기업과 함께 우리나라 변전소환경과 GIS에 적합한 극초단파 부분방전 상시감시 장치 개발을 2005년도에 완료하고 한전 청양변전소에 시험 설치하여 1년여의 현장시험을 거쳐 문제점을 보완하였다. 개발된 상시감시 시스템 기술은 국내 중소기업체에 판매되고 상품화되어 국내외 변전소에 설칟운영되고 있다(그림1 참조).

전력기기의 예방진단기술 적용분야 확대로 정비 횟수와 비용이 감소하고 고장 발생이 점진적으로 줄어들 것으로 기대된다. 특히 국내에서의 자체적인 기술개발은 외국기술에 대한 종속에서 오는 경제적 기술적 비용을 크게 줄인 것으로 예상된다.

향후, 기존의 연구결과를 바탕으로 전력계통에서 해당 GIS의 중요도 및 수명관리 등과 연계하여 예방진단기술 수준을 선택적으로 적용하는 기법을 개발하여 고장율을 낮추면서 유지보수 비용을 최소화 하는 연구가 진행될 것이다.

특히 진단 결과를 GIS의 설계와 제작에 반영하여 국내 GIS 제품의 질을 향상시킴으로서 전력산업 전체의 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 전력산업은 국가산업의 대동맥이며 경쟁력의 기반으로서 고품질의 안정적인 전력공급을 위한 전력기기의 건전성 유지는 매우 중요하여 예방진단기술이 강조되고 있다. 전력연구원에서는 지속적인 연구개발을 추진하여 안정적인 전력공급에 기여하고자 한다. 

- 변전기술그룹 박기준 선임연구원
(한전 전력연구원 전력계통연구소)

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