상태 기반 유지보수를 지원하기 위한 실시간 변압기 가스 모니터링

전력 변압기는 모든 전기 시스템에서 가장 큰 단일 투자일 수 있지만, 예측 가능하고 예방 가능한 방식으로 고장납니다. 변압기가 차단되거나, 타거나, 치명적으로 고장나기 전에도 열 및 전기 스트레스로 인해 절연유의 분해가 시작되어 특정 가스를 생성하며, 이 가스는 기름에 용해됩니다. 이러한 가스에는 부분 방전에서 발생하는 수소, 과열로 인해 생성되는 에틸렌, 아크에서 발생하는 아세틸렌 등이 포함됩니다. 전통적으로 용해 가스 분석은 절연 유체에서 생성된 가스를 연구하는 것으로, 혈액 검사를 수행하는 것과 유사합니다. 그러나 실시간 용해 가스 분석을 통해 이 과정은 연간 실험실 방문에서 지속적인 건강 모니터링으로 발전하여 변압기가 결함이 발생하고 있는지, 얼마나 빠르게 성장하고 있는지, 언제 조치가 필요한지를 보여줍니다.

이 가이드는 실시간 변압기 가스 모니터링의 과정, 주의해야 할 가스와 그 중요성, 실시간 모니터링 시스템에서 사용되는 기술, 자산 소유자에게 주는 이점, 그리고 투자 수익을 제공하는 모니터링 시스템을 구축하는 방법을 강조합니다.

응답: 실시간 변압기 가스 모니터링 서비스는 일반적으로 변압기 오일에 존재하는 가스(예: 수소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 일산화탄소, 이산화탄소)의 농도를 지속적으로 분석할 수 있으며, 온라인 가스 모니터링 시스템(가스 크로마토그래피 형태 또는 광음향/적외선 분광법을 통해 또는 수소 특이 센서를 사용하여)을 사용합니다. 이러한 각 가스는 변압기가 겪고 있는 결함 중 하나를 나타냅니다. 중요한 변압기의 경우, 온라인 모니터를 사용하면 유지보수가 필요할 때만 수행되므로 일정에 따라 유지보수를 하는 것이 아니라 필요에 따라 이루어져 예기치 않은 정전을 완전히 피할 수 있어 상당한 비용 절감 효과를 가져올 수 있습니다.

실시간 변압기 가스 모니터링이란 무엇인가요?

실시간 변압기 가스 모니터링은 작동 중인 변압기의 절연유에 용해된 가스의 농도를 오프라인으로 전환하지 않고 지속적으로 측정하는 과정입니다. 연결은 변압기의 오일 시스템을 통해 이루어지며, 일반적으로 배수 밸브 또는 전용 샘플링 밸브를 통해 미리 정해진 간격으로 오일이나 가스를 지속적으로 추출합니다. 오일이나 가스는 분석되며, 측정값은 SCADA 또는 자산 관리 시스템에 표시되거나 전송됩니다.

DGA의 온라인 방법은 오일로 채워진 변압기에 대해 전력 부문에서 가장 많이 적용되는 진단 방법입니다. 유틸리티 회사들은 정해진 간격(보통 매년)으로 오일 샘플을 채취하고 이를 실험실로 배송하여 일주일 후에 가스 크로마토그램을 받는 오프라인 방법에 익숙합니다. 온라인 방법은 소프트웨어 기반 DGA의 모든 기능을 제공하면서 프로세스 데이터를 지속적으로 처리하여 많은 시간 소모 단계를 제거하고 용해된 가스의 방출 속도를 제공하여 변압기가 제공할 수 있는 가장 초기 경고 신호 중 하나로 작용합니다.

가스: 각 가스가 알려주는 것

변압기 오일과 종이는 전기적 스트레스 하에서 분해될 때 제한된 범위의 주요 진단 가스를 방출합니다. 가스 “서명”은 존재하는 가스와 그 농도를 상호 비교하여 식별함으로써 결정됩니다.

가스	일반적인 원인	결함 서명
수소 (H2)	부분 방전, 코로나, 저에너지 결함	초기 지표; 종종 가장 먼저 상승하는 가스
메탄 (CH4)	저온 열 결함	~300°C 이하에서 과열 시 상승
에탄 (C2H6)	중간 열 스트레스	열 서명에서 메탄과 쌍을 이룸
에틸렌 (C2H4)	고온 열 결함 (300-700°C)	심각한 핫스팟에서 지배적
아세틸렌 (C2H2)	아킹, 고에너지 방전	가장 위험한 서명; 아킹을 나타냄
일산화탄소 (CO)	셀룰로오스 (종이) 분해	CO 상승은 과열된 절연체를 신호함
이산화탄소 (CO2)	정상 노화 및 셀룰로오스 스트레스	CO2/CO 비율은 결함의 노화를 돕습니다.

두 가지 규칙만 배우는 것이 샘플 결함 가스 차트를 암기하는 것보다 더 중요합니다. 첫째, 가스 패턴이 단일 가스보다 더 중요하다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 수소와 메탄 수치가 낮은 변압기는 아세틸렌의 존재가 증가하는 변압기보다 심각한 결함이 아닙니다. 둘째, 추세가 특정 가스 농도의 숫자보다 더 중요합니다. 변압기가 IEEE C57.104에 따라 허용 가능한 농도의 가스를 가지고 있을 수 있지만, 농도가 매달 두 배로 증가하고 있다면 이는 지난 2~3년 동안 안정적인 높은 가스 농도를 가진 상황보다 훨씬 더 긴급한 상황을 나타냅니다.

온라인 DGA 작동 방식: 감지 기술

온라인 DGA 모니터에서 사용되는 다양한 검증된 기술 간의 가격-성능 트레이드오프에는 다음이 포함됩니다:

• 가스 크로마토그래피 (GC): 온라인 적응성이 뛰어난 실험실 금본위 기준입니다. 이는 추출된 가스를 크로마토그래피 컬럼을 통해 이동시키는 운반 가스를 사용하여 가스가 분자 특성에 따라 분리되고 순차적으로 감지됩니다. 다중 가스 온라인 GC는 주요 가스(H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CO, CO2)의 전체 패키지를 제공하여 가장 정확한 온라인 모니터의 종류입니다.
• 포토어쿠스틱 및 적외선 분광법(PAS/IR): 가스 분자는 특정 흡수를 제공하는 적외선 주파수를 흡수하여 가스 측정 및 식별을 가능하게 합니다. PAS 기술은 긴 기간 동안 높은 신뢰성을 제공하며 유지보수가 적어 장기간에 유리합니다. 현재 다가스 시스템은 주요 가스의 전체 범위를 제공합니다.
• 수소 전용 센서: 여러 가지 결함 감지 방법(부분 방전, 아킹, 과열 모두 H2를 생성) 중에서 수소가 가장 먼저 방출될 가능성이 있는 저렴한 종류로 간주됩니다. 수소 모니터는 중요한 조기 경고 데이터를 생성하며 다가스 장비보다 비용이 낮아 큰 가치를 제공합니다.

샘플링은 감지만큼 중요합니다: 장치는 오일에서 대표적인 가스 샘플을 추출할 수 있어야 하며(헤드스페이스 또는 진공 샘플링 기술이 가장 많이 사용됨) 모니터는 신뢰할 수 있는 데이터를 캡처하기 위해 보정, 설치 및 작동되어야 합니다 — 보정되지 않은 모니터는 아예 없는 모니터보다 더 나쁩니다. 우리의 가이드는 변압기 오일 테스트 기초 모든 모니터링 프로그램 뒤에 있는 샘플링 기초를 다룹니다.

데이터 해석: 표준 및 방법

원시 가스 농도의 원인을 결정하는 과정은 IEEE C57.104 및 두발 삼각형에 의해 설정된 것처럼 하나의 방법만 사용하는 대신 다양한 방법을 사용하여 필요한 매개변수를 결정하는 것을 포함합니다.

• IEEE C57 표준은 이러한 방법이 기반하는 기초로, 네 가지 조건(조건 1 = 정상; 조건 4 = 긴급 조치)에 대한 오일 침수 변압기에 의해 허용되는 가스 한계를 포함하여 샘플링을 위해 각 조건에 대한 요구 지침이 조립되어 있으며, 운영자에게 기대되는 바를 명시합니다. 2019년 버전의 표준은 조건 1의 샘플링 속도가 1년으로 설정되어야 하며, 조건 2는 4개월, 조건 3은 1개월의 샘플링 빈도를 가져야 하고, 조건 4는 주간 샘플링이 이루어져야 한다고 규정합니다.
• 두발 삼각형 방법은 시각적 표현 방법(IEC 60599)을 사용하여 부분 방전, 저/고 에너지 방전 및 열 오류 범주에 해당하는 메탄, 에틸렌 및 아세틸렌의 세 가지 가스 유형의 상대 비율에 따라 결함 유형을 예측합니다.,
• 비율 방법은 테이블에 따라 가스 쌍의 비율을 기반으로 결함 식별을 위해 도어넨부르크, 로저스 및 IEC 60599 방법론을 활용합니다.
• 주요 가스 방법은 지배적인 가스를 기반으로 가능한 흐름을 고려합니다; 예를 들어, H2, C2H4 및 CO의 네 가지 가스 중 어떤 것이 우세한지에 따라 특정 결함 유형에 대한 결론이 도출됩니다.
• 실시간 모니터링의 추세 분석 방법은 효과적인 의사 결정을 위한 중요한 결정 요소로서 가스 생성 속도를 측정합니다.

어떤 방법도 독립적으로 작동할 수 없으므로, 숙련된 검사자는 그들의 전문성을 활용하여 접근 방식을 결합하고 더 나은 의사 결정을 위한 맥락을 제공합니다. DGA 보고서를 읽는 실용적인 안내를 위해, 우리의 DGA 해석 가이드 실제 가스 보고서를 처음부터 끝까지 단계별로 설명합니다.

모니터링에서 상태 기반 유지보수까지

상태 기반 유지보수는 유지보수 일정에 대해 달력을 의존하지 않고, 개별 장비 내부에서 발생하는 일에 집중합니다. 간단히 말해, “매년 모든 변압기를 점검하고 상태에 관계없이 매년 오일을 테스트하라”는 지시를 받지 않습니다. 대신, “모든 것을 지속적으로 관찰하고 데이터가 조치를 취할 시점을 나타낼 때 조치를 취하며, 상태에 따라 샘플링 빈도를 조정하라”는 지시를 받습니다. 더 구체적으로:

• 변압기는 손대지 않으며 예산과 작업 시간이 주의를 필요로 하는 장비로 전환됩니다.
• 장비는 가스 모니터링을 생성하고, 빠른 샘플링과 함께 열화상 촬영, 오일 품질 테스트(카를 피셔 방법을 통한 수분, 파괴 전압, 종이의 퓨란 분석 등 포함) 및 음향(부분 방전 검사) 진단이 수행되는 특별 조사가 진행되어 변압기의 문제 영역을 정확히 파악합니다.
• 장비는 특정 조치를 취해야 한다는 시스템 경고를 발생시킵니다 – 부하가 재배치되고, 예비 부품이 대기하며, 정전이 계획되고, 장비가 비전원화됩니다(제품이 아세틸렌 생성의 유의미한 증가를 나타내기 시작할 경우).

본질적으로, 유지보수 프로그램은 자산을 모니터링하는 시스템에 기반한 의사 결정 트리로 변모하였으며, 이는 자산 관리자가 “예측” 유지보수라고 부르는 것입니다. 가스 생성 속도가 가장 유용한 매개변수이기 때문에, 연간 샘플 하나로는 가스 생성이 가속화되고 있는지를 나타낼 수 없기 때문에 지속적인 온라인 데이터가 의사 결정 트리를 가능하게 합니다. 모니터링을 둘러싼 더 넓은 검사 프로그램에 대한 안내는 우리의 변압기 유지보수 체크리스트.

비즈니스 사례: 이점 및 투자 회수

실시간 가스 모니터링 시스템의 장점은 특정하고 경제적으로 중요한 자산이 사용되는 곳에서 매우 중요합니다.

• 초기 단계에서의 결함 탐지 – 부분 방전, 핫스팟 또는 느슨한 연결과 같은 결함은 고장 몇 달 전에 탐지되어 거의 비용 없이 수리를 할 수 있습니다.
• 강제 정전 회피 – 변압기의 예기치 않은 고장은 생산 손실로 이어질 수 있습니다. 강제 정전의 비용은 모니터링 시스템의 단순한 가격보다 훨씬 높습니다. EPRI(전력 연구소)가 수행한 연구에 따르면, 단 한 번의 강제 정전을 피하는 것만으로도 모니터링 프로그램의 비용을 충당할 수 있다고 할 수 있습니다.
• 자원의 보다 효율적인 활용 – 유지보수 및 샘플링은 도움이 필요한 자산에만 집중해야 자원을 효율적으로 사용할 수 있습니다.
• 자산의 수명 연장 – 변압기의 과열이 절연체에 손상을 주기 전에 탐지되면 변압기는 몇 년 동안 지속됩니다.
• 안전성 - 가스 시그니처의 감지는 아크 결함의 발생을 나타내며, 운영자가 예방 조치를 취할 수 있도록 합니다.
• 사실에 기반한 의사 결정 - 부하의 변화나 변압기의 구매 및 교체는 단순한 추측이 아닌 역사적 상태 데이터를 기반으로 이루어져야 합니다.

모든 중요한 변압기에 실시간 모니터링 시스템을 설치하는 것이 안전하고 최선의 관행으로 간주되며, 덜 중요한 장치에는 이 기술을 사용하지 않고 연간 테스트에만 의존해야 합니다. 우리의 변압기 모니터링 솔루션 페이지는 모니터링 하드웨어와 서비스가 이러한 플릿에 대해 일반적으로 어떻게 패키징되는지를 보여줍니다.

솔루션 및 산업 프로그램

완전한 실시간 모니터링 시스템은 네 개의 레이어로 구성됩니다. 산업에서는 각 레이어가 다양한 규모로 구현될 수 있습니다.

• 실시간 DGA 분석기 - 예산 플릿을 위한 단일 가스 수소 분석기와 중요한 시설을 위한 다중 가스 GC/PAS 기술. 주요 제조업체로는 Qualitrol과 Vaisala, Serveron/TM8, Morgan Schaffer 및 Camlin과 같은 경쟁업체가 있습니다.
• 통합 변압기 모니터링 시스템 - DGA를 하나의 플랫폼으로 집계하고 오일 온도 및 변압기 권선 온도 모니터링 등을 포함합니다 (예: Cambridge 및 Siemens).
• SCADA/자산 관리 시스템과의 인터페이스, 여기서 결과는 경고 및 대시보드와 관련하여 공장의 관리 제어 시스템에 통합되어 CBM 결정을 내립니다.
• DGA 해석 및 실험실 테스트를 포함하는 서비스는 향후 구현을 위한 기준선으로 사용됩니다.

태양광 및 풍력 발전소에서 첫 번째 패키지는 주요 변압기와 발전기 승압 변압기를 포함하며, 산업에서는 패키지가 공급 및 제조 변압기를 사용할 수 있습니다. 요점은 “절대적으로 신뢰할 수 있는 데이터를 위해 모니터링하고 잃을 수 있는 것을 모니터링하라”입니다. 귀하의 플릿에 대한 프로그램 크기를 조정하는 데 도움이 필요하면 저희 팀에 문의하십시오 - 그리고 저희의 소개 페이지 를 시작으로 다양한 산업의 소유자를 위한 변압기 선택 및 모니터링 지원 방법을 확인하십시오.

자주 묻는 질문

DGA가 감지하는 가스는 무엇이며 그 의미는 무엇입니까?

전체 DGA 프로그램은 수소 - 부분 방전을 나타내는, 메탄 및 에탄 - 경미한 열 붕괴를 위한, 에틸렌 - 고온에서의 과열을 위한, 아세틸렌 - 아크를 위한, 그리고 일산화탄소 / 이산화탄소 - 종이 유전체의 열화를 위한 일곱 가지 필수 가스를 측정합니다. 이러한 가스의 존재 및 추세에 따라 결함의 원인과 정도를 판단할 수 있으며, 단순히 이러한 가스 중 하나의 개별 농도 수치만 사용하는 것이 아닙니다.

변압기 오일은 얼마나 자주 샘플링해야 합니까?

IEEE C57.104-2019에 따르면, 표준은 변압기 오일이 조건 1(정상 상태)에서는 매년 샘플링하고, 조건 2에서는 분기별, 조건 3에서는 월별, 조건 4에서는 주별로 샘플링해야 한다고 명시하고 있습니다. 새로 설치된 변압기는 첫 분기 동안 월별 샘플링을 요구할 수 있습니다.

온라인 DGA 모니터링은 비용 대비 가치가 있습니까?

중요한 변압기의 경우, 투자는 그만한 가치가 있습니다. 강제 정전 시 손실된 생산량과 교체 비용이 투자 비용을 쉽게 초과할 수 있기 때문입니다. 보조 변압기의 경우, 연간 최소 한 번 또는 분기별 샘플링이 최선의 방법입니다.

상태 기반 유지보수와 예방 유지보수의 차이는 무엇인가요?

예방 유지보수는 장비의 측정된 상태와 관계없이 미리 설정된 일정에 따라 작동합니다. 따라서 MBM은 실제 측정값(현재 가스 추세, 부하 및/또는 테스트 결과)을 사용하여 건강한 장비는 손대지 않고 발전할 수 있도록 조치를 취합니다. 따라서 CBM은 수행된 작업에 대한 비용을 절감합니다. 실시간 가스 모니터링의 도입은 CBM을 사용할 수 있게 해주는 정보 계층입니다.

참고 문헌

• IEEE 기술 내비게이터 — 용해 가스 분석 개요
• 전력 예측 — IEEE C57.104를 기반으로 한 통합 DGA 해석
• REIG — 태양광 발전소 변압기 DGA 현장 가이드(샘플링 주기, Duval, 투자 회수)
• Springer — 온라인 용해 가스 분석: 가능성, 경험, 한계
• Megger — 변압기 건강을 위한 DGA 결과 해석 방법

결론

실시간 변압기 가스 감지로 인해 전기 설치의 귀중한 자원이 정보가 없는 블랙 박스에서 심전도 배선이 있는 환자로 변화합니다. 변압기 오일에 포함된 용해 가스(수소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌 및 탄소 산화물)는 DGA 사용 및 표준에서 수년간 입증된 조기 경고 신호입니다. 주기적인 실험실 샘플링에서 실시간 온라인 모니터링으로 전환하는 것은 변화율이라는 주요 이점을 가져옵니다. 따라서 이 경우, 주요 이점은 문제를 정기 비용으로 감지하는 것과 강제 정전을 통해 존재를 인식하는 것 사이에 있습니다. 중요한 변압기 소유자를 위한 비즈니스 사례는 첫 번째 회피된 고장으로 완료되고 종료되는 것이 필수적입니다.