[일렉트릭파워 배상훈 기자]설비 성능을 유지하기 위해선 설비 노화 및 열화를 방지하기 위한 예비적 조치가 필요하다.

예방정비(Preventive Maintenance)는 고장으로 인한 손실을 방지하기 위해 윤활, 청소, 조정, 점검, 교체 등 일상정비활동과 함께 사전에 설비를 계획적으로 점검하고 수리, 교체하는 일이다. 고장으로 인한 손실이 큰 기계나 설비에 적용되고 있다.

특히 전력분야 설비 고장 및 사고는 국민 삶에 직접적인 영향을 미친다. 최근 발생한 아르헨티나·우루과이 정전사태와 영국 정전사태에서 볼 수 있듯이 대규모 전력설비에 대한 예방정비 중요성은 점점 더 커지고 있다.

이 같은 상황에서 전력설비 신뢰성을 확보하기 위한 정보교류의 장이 마련됐다. 이 자리에선 발전·송전·변전·배전 정비진단 기술 현주소를 진단하고 미래 기술개발 현황을 공유했다.

9월 27일 더케이호텔서울에선 ‘2019 전력분야 예방정비 진단기술 세미나’가 열렸다. 2007년부터 진행된 이번 세미나는 우수 예방진단 기술을 공유하고 예방정비 기술 개선·고도화를 위한 연구과제 발굴을 위해 마련됐다. 전력문화사 일렉트릭파워저널(회장 고인석)이 주최·주관했으며 한전 전력연구원·한전KPS가 협조기관으로 함께 했다.

고인석 일렉트릭파워저널 회장을 비롯해 신영식 한전 설비진단처장, 이건행 한전 스마트미터링실장, 나동채 한국에너지효율화협동조합 부회장, 박인석 JBC 기술처장 등 관계자 200여 명이 참석했다.

고인석 회장은 “안정적인 전력예비율을 유지하기 위해선 발전설비 확충 못지않게 발전기 불시정지, 전력망 고장 등 비상상황에 대비한 철저한 예방정비가 중요하다”고 말했다.

이어 “빅데이터, 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT)과 같은 4차 산업혁명 핵심 기술들은 산업 경계를 허물고 혁신적인 비즈니스 모델을 만들어내고 있다”며 “발전정비산업이 바람직한 방향으로 성장하기 위해선 선도기업과 중소 민간정비업체 간 기술·정보교류가 활발히 이뤄져야 한다”고 강조했다.

나동채 에너지효율화협동조합 부회장도 “전력분야 예방정비 진단기술 세미나를 통해 전문가들이 모여서 전력설비 현안들을 조속히 해결하길 바란다”며 “이 세미나는 앞으로 전력설비 예방진단이 나아갈 방향을 설정하는 데 큰 의미가 있다”고 밝혔다.

전력계통 안정도 무너지면 정전사태 발생
전력계통 안정도는 전력시스템에 장애(Disturbance)가 발생했을 때 이를 극복하고 새로운 정상상태로 복귀하는 능력을 말한다. 전력계통 안정도가 무너지면 대규모 정전사태가 발생할 수 있다.

이용희 한전KPS 책임전문원은 ‘전력계통 안정운영을 위한 발전설비 모델정수 도출 및 검증’에 대해 발표하며 “복잡하고 거대한 전력계통을 안정적으로 운영하기 위해선 계통해석에 관계된 모델링과 시뮬레이션이 반드시 필요하다”고 강조했다.

특히 “정확한 전력계통 시뮬레이션을 위해선 사용하고 있는 동적 모델정수(Parameter)가 정확해야 한다”고 말했다. 모델정수가 실제와 다를 경우 광범위한 정전을 일으킬 수 있다.

정확한 발전설비 모델정수는 실제와 같은 시뮬레이션이 가능해서 광역 정전사고 방지는 물론 국내 전력계통 계획과 운영에 중요하게 사용되고 있다.

이와 관련해 발전설비 기술특성시험은 전력거래소 계통운영 시뮬레이션에 사용되는 발전설비 모델정수를 도출하는 시험이다.

이용희 책임전문원은 “시뮬레이션에 사용되는 동적 모델 데이터가 정확해야 한다”며 “신뢰성이 있으면서도 경제적인 전력시스템 운영을 위해선 실제적인 모델을 확보하는 것이 매우 중요하다”고 말했다.

또한 “이 시험은 발전설비의 정확한 모델정수를 얻기 위한 수단”이라며 “전력계통 안정운영을 위해선 다각적인 발전설비 모델정수 개선 노력이 필요하다”고 제언했다.

한편 초음파는 사람이 들을 수 없는 20kHz 이상의 음파다. 전력설비 진단에 사용되고 있는 초음파 센서의 주파수 대역은 약 40kHz다.

신동우 한전 설비진단처 차장은 이번 세미나에서 ‘배전설비 초음파 진단 원리 및 활용방안’을 주제로 발표했다.

신동우 차장은 “열화 요인의 경우 기계적·열적 요인(단시간 파괴)과 전기적·환경적 요인(장시간 파괴)으로 구분된다”며 “절연물 열화에 따라 자외선, 전자파, 초음파, 열의 형태로 열화인자가 발생한다”고 밝혔다.

이어 “전력설비 열화는 절연물이 열화됨에 따라 부분방전, 코로나, 아킹, 트래킹 등이 일어난다”며 “초음파를 발생시킨다”고 말했다.

현재 한전에서 활용 중인 초음파 진단장비는 이상 신호인 초음파를 가청주파수 대역으로 변환시켜 기자재 결함 유무를 판단하는 장비다. 수신이 주목적인 기계 장치로, 정상적인 설비에선 초음파 신호음이 발생하지 않는다.

신동우 차장에 따르면 라인포스트(LP) 애자 수직균열 대부분은 초음파 발생이 선로 방향과 같은 방향으로 전파된다. 따라서 초음파 수신부를 선로 방향으로 조준해 진단하는 것이 효과적이다.

또한 외력에 의한 LP 하부균열은 날개 부분과 같이 기계적으로 약한 곳에서 발생한다. 그는 단순 날개파손은 초음파가 발생하지 않아 광학 쌍안경을 함께 활용할 것을 주문했다.

LP 전선 바인드 침식의 경우 도체가 드러나면서 절연물과 직접 방전돼 신호세기가 크다. 신동우 차장은 “LP 개소에서의 큰 신호는 대부분 바인드 침식 결함”이라며 “바인드 침식은 육안으로 쉽게 구별할 수 있기 때문에 반드시 광학 쌍안경 관찰이 필요하다”고 설명했다.

이어 “현수애자 장주의 초음파 신호는 자체결함 외에 많은 잡음요소가 있다”며 “광학 쌍안경을 통한 육안점검 및 주상 기별점검이 필요하다”고 말했다.

이외에도 컷아웃스위치(COS) 몸체 균열시 초음파 발생, 상·하부 커버 이물질에 의한 초음파 발생 여부도 확인할 필요가 있음을 지적했다.

신동우 차장은 “접촉 불량에 의한 열화 및 퓨즈홀더(Fuse Holder) 부풀음 불량을 고려해 열화상·광학 쌍안경 동시진단이 필요하다”고 말했다.

전력설비 이상 진단·자산관리체계 필요
손천명 한전KDN 과장은 이날 ‘IoT 기반 전력설비 감시·진단 시스템 개발’에 대해 발표했다.

손천명 과장은 “노후 전력설비 증가로 선제적인 전력설비 이상 진단 및 자산관리체계가 필요하다”며 “4차 산업혁명 관련 전력설비 감시·진단체계 고도화가 추진됨에 따라 본 시스템을 개발했다”고 밝혔다.

손천명 과장에 따르면 기존(Legacy) 시스템은 전력설비 건전성 및 수명 평가에 필요한 다양한 진단센서 수용이 불가능하다. 또한 유선 전원선·통신선 구축 관련 비용이 과다 발생한다. 이는 소형화·경량화·저비용화를 저해하는 것으로 나타났다. IEC61850, MODBUS, DNP 프로토콜의 데이터 수용에 대한 한계도 있다.

IoT 기반 전력구 감시시스템의 경우 소형·저비용·고성능 무선센서 기반의 IoT 시스템으로 구성돼 있다. 기존 시스템과의 혼합 설치 운영도 지원한다.

전력설비 감시·진단 IoT 센서는 변압기, 개폐기, 전력케이블, 전력구, 맨홀 등을 대상으로 적용된다. 온도, 습도, 이산화탄소, 진동, 부분방전, 침수, 작업자 출입감지 등에 활용된다.

손천명 과장은 “IoT 기반 전력설비 상태정보 실시간 모니터링 및 경보체계를 구축하는 데 활용할 수 있다”며 “진단용 센서 데이터를 이용한 전력설비 상태 분석과 고장결함 진단이 가능하다”고 말했다.

이어 “빅데이터·인공지능 기반의 전력설비 상태진단 기법과 연계할 계획”이라며 “전력설비 건전성 평가 및 잔존수명 예측분야로 확대 적용할 것”이라고 밝혔다.

한편 30년 이상 운영된 삼천포화력 1·2호기(한국남동발전)는 올해 12월 폐지될 예정이다. 보령화력 1·2호기(한국중부발전)도 2022년 폐지가 예정돼 있다.

이승욱 한국서부발전 선임기술전문원은 대용량 석탄화력 설비 설계수명을 30년으로 적용시 10년 내 노후석탄화력 21개 호기(총 1만500MW)의 폐지 또는 연료전환이 이뤄질 것으로 예상했다. 노후석탄화력발전소 폐지시까지 안정적인 발전소 운영이 필요한 상황이다.

이승욱 선임기술전문원은 ‘발전설비 안정 운영을 위한 노후석탄화력 보일러 손상사례 고찰’에 대해 발표하면서 “노후 발전설비에서 전체 고장 중 보일러가 과반수 이상의 비중을 차지한다”며 “기동정지 횟수가 많을수록 보일러 고장이 더 많아진다”고 진단했다.

특히 “석탄화력 수냉벽 튜브는 황화 부식과 부식 피로에 의한 손상이 발생한다”고 말했다.

이 같은 손상을 방지하기 위해 이승욱 선임기술전문원은 운전 측면과 정비 측면으로 나눠 제언했다.

먼저 운전 측면에선 저유황석탄(Low Sulfer Coal) 사용, 과부하 운전 지양 정격출력 운전, 과잉 공기량 최적운전, 석탄 분쇄도 관리가 필요함을 강조했다. 정비 측면에선 주기적 점검 후 취약부 내부식 코팅 또는 피복재(Cladding) 적용을 제안했다.

이승욱 선임기술전문원은 “환경 열악, 넓은 면적, 많은 전처리 작업 등이 요구되고 있다”며 적합한 비파괴검사(NDT) 부재로 인력에 의한 육안진단에 의존하고 있는 현실을 지적했다.

아울러 “간편하고 자동화된 NDT 개발, 연료·운전변수 등의 데이터화 및 활용을 통해 반복고장을 방지해야 한다”고 말했다.

이외에도 과열기·재열기 용접부는 이종용접부 결함 등 용접부 손상이 빈번한 것으로 알려졌다. 관련 업계에 따르면 용접부 비파괴검사는 관련 법규상 현장에서의 방사선투과검사(RT) 시행이 어려워 위상배열 초음파탐상검사(PAUT) 등 초음파 검사를 일부 적용하고 있다.

이승욱 선임기술전문원은 “PAUT+PT(침투탐상검사) 또는 MT(자분탐상검사) 등을 병행하고 있다”며 “자동초음파 검사에 대한 관련규정 보완과 절차 마련이 필요하다”고 언급했다. 뿐만 아니라 “노후발전설비 수명 및 상태 진단시 신뢰도 확보를 위해 현장과 관련 기관의 관심이 필요하다”고 말했다.