최근 선진국에서 상품화된 운전 중 진단기술이 국내에 고가로 도입되고 있으나 상품의 기능별로 제작사가 다양해 현장적용의 어려움은 물론 국가적 낭비요인으로 대두되고 있다. 이에 2006년 9월부터 2011년 8월까지 5년간에 걸쳐 국가전략과제로 총 66억원(정부 43억원, 민간 23억원)을 투입해 한전 전력연구원, 전기연구원, (주)태광E&C 등 3개 기관이 공동으로 참여해 ‘발전기 통합진단시스템 개발’사업을 진행하고 있다.

주요 내용으로는 발전기 운전중에 실시간으로 고정자 권선의 절연상태 및 권선 진동상태, 회전자 권선의 층간단락 등의 이상유무를 감시하는 웹기반 진단시스템 개발과 발전기 정지중에 건전성 여부를 진단하는 요소기술의 표준화 개발 및 발전기의 잔존수명 예측기법의 개량 등 수명평가 기술개발을 담고 있다.

발전기 통합진단시스템이 개발되게 되면 국내 발전기 온라인진단 시장에 외국상품의 무분별한 도입 및 횡포를 막을 수 있고, 해외시장 진출의 계기가 마련될 것으로 기대된다. 또한 발전기 건전성진단 및 수명평가 기술의 자립으로 발전설비의 안정적 운영에 기여할 것으로 기대되고 있다.

통합진단시스템의 필요성
1970년대에서 1980년대에 집중적으로 건설돼 운전중인 국내 발전소의 대부분은 발전소 경제수명인 30년을 경과하거나 다다르고 있는 상태로서 설비의 노후화로 인한 안정성 확보가 시급한 문제로 부각되고 있다. 제한된 설비용량과 추가설비 건설지연에 따른 어려움을 극복하고 안정적인 전력을 공급하기 위해서는 터빈, 보일러 등의 발전설비와 마찬가지로 발전기의 경우도 고장예방이나 리모델링 및 장수명화가 필수적이다. 현재 운전되고 있는 수력 및 복합화력 발전기는 기저부하용인 화력 및 원자력 발전기에 비해 절연물의 열화, 구동부의 기계적 마모 등의 경년열화 진행이 가속될 환경 하에 있으며 화력 및 원자력은 30년 이상 장기 사용되고 있고, 기저부하를 담당하고 있기 때문에 고장시 그 파급효과가 크다.

이 때문에 안정적인 전력공급을 위해 발전기의 운전 신뢰성을 유지하고 장수명 안전운전을 위해서는 발전기의 운전중 상태감시와 표준화된 수명관리를 통한 종합적인 진단 및 관리가 필수적이라 할 수 있다.

세계적 수준의 국내 통신, 네트워크 기술 등의 IT 인프라를 활용한 전력-IT 융합기술의 신산업 영역 창출과 국산화 개발에 의한 신규진입이 필요하다. 따라서 발전기 통합진단 시스템 개발을 통해 국내 발전소 보급을 통한 물량 확보는 물론 연간 500억원 이상의 세계 전기설비 진단 시스템 시장 진출이 가능하다. 또한 발전기 수명평가 기술의 표준화 개발을 통해 국내 발전기에 대한 수명관리를 신뢰성있고 체계적으로 수행함으로서 평가오류로 인한 발전기 교체비용(500㎿급, 100억) 등의 경제적 손실을 사전에 방비할 수 있다.

정책적 측면에서 전력산업구조개편으로 민자발전 확대, 발전회사 분리로 인해 발전·전기 분야의 공적 R&D 기능약화로 설비진단 기술 등의 연구개발 사각지대가 발생되고, 발전기 의 고장발생이 증가추세에 있으나, 사후대책 위주의 정비체제에 의존할 수밖에 없는 실정이다.  발전기 온라인 감시진단 시스템이 가지는 높은 부가가치성과 독과점적 특성 때문에 핵심 요소기술을 선점하고 있는 선진국에서는 기술이전을 회피하고 있으며, 기술도입이 가능하다 하더라도 높은 기술료를 요구하고 있다.

선진국에서는 GE, 도시바, 미쯔비시 등 대형 제작사와 하이드로 퀘벡, GE파워시스템 등 발전사의 장기적인 지원 아래 산학연 협력체제로 발전기의 감시와 진단 기술개발을 진행하고 있으며, 기술발전을 이루고 있어 기술격차가 심화되고 있다. 따라서, 이러한 기술격차를 좁히고 안정적인 전력공급을 위하여 국가기술 전략 차원의 기술개발이 필요하다.

개발시 파급효과는
우선 발전기 온라인 통합감시 시스템 개발이 성공적으로 완료되면 개방형 프로토콜 기반의 네트워크와 결합된 시스템화를 요구하고 있다.

이에 따라 관련융합기술 개발의 단계 도약이 가능하고 국내의 발전된 IT기술의 활용으로 발전기부분의 세계시장 개척에 기여 할 수 있고 중전기기의 감시 진단 기기의 설계 제작 기술 향상, 원격진단 인터넷망 구축을 위한 기본 설계기술, 디지털화 기술 및 측정 데이터의 원격전송 기술의 수준을 향상시킬 수 있다. 또한 발전기 정지 중 진단 및 수명평가 기술개발이 완료되면 기존의 방법 이외의 발전기 진단에 필요한 핵심 요소기술을 확립하게 돼 보다 신뢰성있고 표준화된 방법으로 발전기의 건전성 및 수명관리를 수행할 수 있게 될 것이다.

불시 고장으로 인한 운전정지, 해체·조립, 복구 등의 경제적 손실 감소와 중앙 집중 통합관리에 의한 기기의 관리비용을 저감할 수 있고 분방전 측정 시스템 및 센서를 비롯한 운전 중 통합진단 시스템의 수출로 인한 수입 증대 및 수입대체 효과, 진단 관련 제품 개발 및 진단 사이트 구축을 통한 진단 관련 벤처기업 창업의 촉진이 가능하다. 발전기 정지 중 진단 및 수명평가 기술의 개발은 발전기의 각 주요부분의 정비시기, 교체시점, 교체부위 등의 결정에 필요한 신뢰성있는 판단을 내릴 수 있게 함으로서 부정확한 판단으로 인한 경제적 손실방지는 물론 발전소 운영의 효율화를 기할 수 있다.

정책적으로는 발전기의 운전상태를 상시 감시하여 고장발생을 사전에 예방함으로서 국가의 중요 전력생산설비인 발전설비의 안정적인 운전에 기여할 수 있고 정전시간 감소로 국민 생활의 편의성 확보를 가능하게 함은 물론 발전기의 진단기술의 업그레이드 및 평가기술의 표준화를 통해 발전소는 물론 국내 관련 산업계의 생산선 향상에도 기여 할 수 있다.

어떻게 활용되나
이번 발전기 통합진단시스템 개발사업을 통해 개발된 세부과제별 기술인 발전기 고정자 권선의 운전 중 이상상태 진단기술, 발전기 회전자 턴단락 및 진동 진단기술은 각각의 핵심기술의 개발은 물론 핵심 요소기술을 통합해 발전기 온라인 통합감시 시스템으로 시작품 2대를 제작할 예정이다. 이를 국내 발전사에 시범적용을 통해 신뢰성을 확보하고 2단계에서 시스템 요소별 품질 및 상품성을 확보해 국내 산업계에 보급은 물론 국제시장에 진출을 모색할 계획이다.

또한 발전기의 정지중 진단 및 수명평가기술은 현재의 적용기술 수준이 취약한 관계로 1단계에서 확보되는 요소기술부터 우선적으로 국내 발전회사의 발전설비에 활용을 추진할 계획이다. 이후 발전기의 경제수명인 30년에 도달하는 대부분의 500㎿급 화력 발전기와 1000㎿급 원자력 발전기에 표준화 개발된 수명평가 기술을 적용해 발전소 운영의 효율화에 기여할 계획이다.

더 나아가 개발과정에서 확보된 핵심 요소기술은 전력기기 원격진단 및 시험평가 센터 구축을 위한 기반기술로 활용 가능한 기술로 파급효과가 크며 국내 관련산업 발전에 기여하는 바가 클 것으로 기대되고 있다.