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개요일본의 전기사업은 고도 경제성장기를 중심으로 대량의 설비가 도입되었다. 향후 이러한 설비의 고경년화에 의해, 설비의 효율적인 운용과 함께 기설설비의 철저한 활용을 위한 설비상태의 상세한 파악(감시)과 분석(노화 및 수명의 진단)이 점점 중요해지고 있다. 이러한 설비 유지보수 업무를 효율적으로 행하기 위해서는 정보통신기술(ICT)을 중심으로 한 최신기술을 정확하게 적용하는 것이 효과적이다. 이 장에서는 전력설비의 유지보수 업무와 그 지원기술의 개요를 설명함과 동시에 이에 관한 최신기술의 적용 동향 및 향후 전망을 살펴본다. 한편 유지보수 대상 전력설비에는 발전(수력, 화력, 원자력) 및 전력 유통(송전, 변전, 배전)에 관한 설비 외에 제어, 보안 통신 설비, 수요가(需要家) 관련 설비 등이 있는데, 여기에서는 전력유통 설비를 주 대상으로 한다.전력설비의 유지보수 업무와 지원기술 1. 설비 유지보수 업무설비 유지보수의 목적은 설비의 유지·관리와 사고 미연방지, 신속한 사고 복구, 각종 장해의 배제 등이 있다. 이를 위한 구체적인 유지보수 업무에는 순시·점검, 감시, 설비 데이터 관리, 보수, 장해·사고 처리 등이 있다.이 중 순시업무에서는 설비의 상황(건전성 및 노화상태)을 정확하게 파악하기 위해 설비의 외관 등을 둘러보고 사고의 원인이 될 것 같은 장해 개소를 사전에 발견·처리하여 사고를 미연에 방지하도록 한다. 점검업무에서는 순시업무에서 알 수 없는 부분의 기능 불량 및 이상 유무를 육안 또는 점검 장치·계측기로 조사한다. 감시업무는 설비의 운전 상태를 상시 감시하는 것으로, 설비 운전원이 실시하는 것이 대부분이지만, 자동화 시스템에 의해 이상 시 운전원과 보수원에게 알람이 송신되는 형태도 있다. 설비 데이터 관리에서는 설비의 순시·점검을 효율적으로 실시하면서 설비의 계획적인 갱신·개수(改修)를 행하기 때문에, 설비의 시설장소, 제조년도, 제조자, 용량, 가동상황 등의 데이터를 일원적으로 관리한다.현 상황에서의 설비 유지보수 업무는 인간에 의한 순시·점검과 설비 데이터 관리를 기본으로 일정기간 동안 설비를 순차, 보수·갱신해가는 시간계획 유지보수(Time Based Maintenance : TBM)가 주(主)이다. 예를 들면, 변전소의 설비 순시는 월 1~2회 실시하여 설비의 상태 및 계기류의 지시치(指示値)를 보수원이 기록·수집하는 것이다. 그러나 전력설비가 고경년화되는 한편, 코스트를 줄이기 위한 수명연장과 장기 계속사용, 인간에 의한 유지보수 업무 효율적 시행이 요구되고 있어, 최근에는 설비의 상태에 맞춰 보수·갱신하는 상태감시 유지보수(Condition Based Maintenance : CBM) 방식이 지향되고 있다. 또한 설비의 중요도와 위험도에 따라, 진단 및 보수의 우선순위를 결정하는 신뢰성 중요 유지보수(Reliability Centered Maintenance : RCM) 방식과 설비의 라이프사이클(운용·보수·갱신)에서 리스크와 코스트를 명시적으로 고려한 설비관리 방법인 자산 관리(Asset Management : AM) 등도 검토되고 있다. 2. 설비 유지보수 업무의 지원기술설비의 CBM/RCM/AM을 실현하기 위해서는 설비의 상태정보를 효율적으로 수집하고, 그 정보를 정확하게 분석하는 것이 필요하다. 그러면 설비의 노화정도 및 잔여수명의 판정이 가능해지고 최적 보수·갱신 계획을 책정할 수 있게 된다. 이런 업무를 지원하는 시스템은 <그림 1>과 같이, 기능적으로 설비상태 정보의 판독, 정보의 전송 및 처리, 데이터 관리와 진단의 논리로 나누어 생각한다. 향후 설비 유지보수 업무 지원시스템으로는 설비진단 논리의 고도화와 함께 최신 ICT를 활용하여 일원적으로 온라인 상태감시·진단 등이 가능한 시스템으로 하는 것이 중요하다. 또 자동화되기 어려운 설비는 ICT를 활용하여 인간이 실시하는 순시·점검 등 현장작업의 효율화와 고도화를 실현하는 것이 중요하다.유지보수 업무에서의 최신기술 적용 동향여기에서는 <그림 1>로 나타낸 유지보수 업무 지원시스템의 각 구성요소에 ICT를 중심으로 한 최신기술의 개발·적용 상황 및 향후 동향을 설명한다.
 1. 센싱(sensing) 기술송배전선의 유지보수에서는 낙뢰 등에 의한 고장에 대해, 고장 위치를 특정(고장점표정)하는 것이 중요하므로 각종 방식이 실용화되고 있다. 최근에는 송배전선 양끝에 도달한 서지의 도달 시간 차를 계측하여 고장점표정(전기의 전선이나 전신·전화의 통신선이 땅에 닿아 접지하였거나 선 사이의 회로가 망가져 저항이 아주 작은 회로를 형성한 경우, 그 고장 난 부분의 위치를 표시하는 일)을 행하는 방식에 대해서 정밀한 타이밍 정보를 공급할 수 있는 GPS(전지구 측위 시스템)을 이용하여 검출장치 간 동기(同期)를 취하는 방식이 실용화되고 있다. 또 광섬유 복합가공지선(OPGW)의 왕복 광섬유에 발생하는 광신호의 편파변동을 계측하여 고장점표정을 행하는 방식이 개발되고 있다.전력 케이블의 유지보수에서는 절연 진단(특성실험)과 온도관리 등이 중요하다. 예를 들어 CV케이블의 절연 저하는 주로 절연체의 외상 및 장기간의 흡습에 의한 수트리 진전에 의해 발생하는데, 이에 대한 주절연 감시 방법에는 손실전류법과 잔류전하법 등이 있다. 최근에는 수트리 노화의 진행에 따른 손실전류 내 도체 안을 흐르는 제3차 고주파전류를 광섬유 전류 센서로 온라인 검출하는 방법 등도 검토되고 있다. 또 케이블의 종단·절연접속부에서는 부분방전(~40MHz) 측정기술과 방사선에 의한 내부진단기술도 적용되고 있다. 케이블의 온도관리에는 케이블 표면과 관로 등에 광섬유 분포형 센서를 설치하여 시행하는 방식도 적용되고 있다.변압기나 GIS와 같은 변압설비의 감시·진단에서는 변압기 본체의 탭 위치 트렌드, 유온, 가스 중 수분, 유중가스 농도, 차단기의 동작횟수 트렌드, 부분방전, 차단전류 등을 수집·분석하는 것이 효율적이라고 판단, 이에 대응하는 센서가 설치되고 있다. 더욱이 이것을 온라인화하는 방식도 실행되고 있다. 최근에는 다성분 유중가스 분석 센서나 AE센서(음신호 센서), 초음파 감수 센서 등을 변압기에 부착하여 노화 경향을 파악하는 시도가 행해지고 있다. 이외에 X선을 배관감육(配管減肉) 진단으로 전파와 빛의 중간적 성질을 가진 테라헤르츠(THz)파를 절연의 진단에 적용하는 검토 등도 진행되고 있다.2. 정보전송·처리시스템 기술(1) 무선 IC 태그(RFID)설비관리를 효율화하기 위해 무선 IC 태그(RFID)가 적용되기 시작했다. RFID는 각각의 설비 등에 고유한 식별 코드(ID) 등 다양한 정보를 넣는 것이 가능하므로, 135kHz나 13MHz 등의 전파를 이용하여 멀리 떨어진 곳에서도 읽고 쓸 수 있다. 또 바코드와 비교하여 정보 용량·정보 개서(改書) 기능·독해거리 등의 면에서도 우수하다. RFID가 도입된 사례로는 원자력 발전소에서의 공구관리, 변전소에서의 오조작 방지, 토목설비의 순시점검지원 등이 있으며, 그 외에도 다양한 적용대상이 상정되어 있다. 단, 전력 현장에서의 적용 확대에 있어서 전력기기 등에서의 RFID 영향 및 RFID 독해 장치에서 발생하는 전파의 영향 유무를 확인할 필요가 있다. 또한 RFID는 기기의 제조에서 보수·자재 관리까지 다목적으로 이용할 수 있으므로 부문간, 전력회사간 혹은 거래회사와의 사이에서 규격이나 코드 체계를 통일하여 각각의 정보 시스템의 연계 및 추가를 쉽게 할 수 있을 것으로 전망된다.(2) 무선 센서 네트워크전력설비에서의 센싱 정보를 수집하는 네트워크로 무선 센서 네트워크가 주목받고 있다. 무선 센서 네트워크는 소형 무선 센서가 온도나 진동 등의 센싱 기능과 함께 센서 간에 서로 통신할 수 있는 기능을 구비하고 있기 때문에, 전파가 도달하는 범위라면 일정한 규격에서 임의의 데이터 수집 네트워크를 구축할 수 있다. 다만 금속구조물이 많은 발전소 내에서는 전파 전반 특성을 파악할 필요가 있다.(3) 데이터 축적·압축 기술전력설비는 장기간에 걸쳐 이용되어 왔으므로, 연도 경과에 따른 변화를 보려면 보수·진단을 위한 데이터량이 방대해진다. 최근 ICT의 급격한 진보에 따라 데이터 축적을 비롯해 데이터 압축 기술도 비약적으로 진보하고 있지만, 다음의 과제를 먼저 해결해야 할 필요가 있다.화상·소리 정보 계측·압축·축적 기술은 민생분야를 중심으로 발전하였으므로 인간에게 아름답고 기분 좋은 영상과 소리를 목적으로 하되, 반대로 인간이 알아차리지 못하는 정보를 생략하는 방법을 많이 이용하고 있다. 그 때문에 설비 유지보수 시 중요한 정보가 누락되지 않도록 각 기술의 특성을 잘 파악하여 기록형식이나 기기를 선정할 필요가 있다.또한 설비는 옥외에 설치되어 있는 것이 대부분이므로 촬영화상은 조명의 영향을 받기 쉽다. 더욱이 촬영위치를 고정하는 것도 어렵기 때문에 화상에서 연도 경과에 따른 변화를 추출하기 위해서는 정밀한 위치 보정 기술이 필요하다. 이외에 순시점검 중에 간편하게 기록, 데이터베이스화할 수 있는 기술이 필요하다.(4) 정보통신시스템 방식전력설비의 운용·유지보수를 위해 정보통신시스템 방식에 관한 각종 검토가 진행되고 있다. 그 가운데 DRNA(분산 실시간 네트워크 방식)은 범용·표준적인 기술을 활용하면서 설비 운용·유지보수 시스템의 신뢰성, 실시간성, 안전 보장(방범), 상호접속성·운용성, 전송·처리의 효율성 등의 요건을 만족시키는 것을 목표로 개발이 진행되고 있다. DRNA는 전력설비 정보 데이터, 정보전송·처리를 효율화·고신뢰화하는 통신 미들웨어, IP방식에 의한 통합 통신망의 3층 구조에 정보 안전 확보 기술 등을 합친 것이다. 유지보수용 설비정보 데이터나 통신 미들웨어에는 각종 센서의 추가·변경 등에 대처할 수 있는 플러그인(plug-in) 기능 및 시스템 내 모든 곳에서 임의로 접속할 수 있는 기능 등이 요구된다.(5) 유지보수 정보시스템송배전선은 광역으로 둘러쳐진 망 형태의 설비이기 때문에 그 유지보수 업무를 효율화하기 위해 각종 유지보수 정보시스템이 적용되고 있다. 예를 들면, 가공 송전선에서는 ITV 카메라나 전선 장력계, 기상계측기 등의 센서 정보를 OPGW 등으로 전송하는 시스템이 실제로 쓰이고 있다. 또, 배전분야에서는 GPS나 모바일 단말, 지도정보시스템(GIS) 등을 활용한 현장설비 확인 시스템 및 순시·점검지원 시스템 등이 쓰이고 있다.
 변전소 유지보수 정보시스템으로는 무선 센서 네트워크나 화상 감시카메라, 아날로그 미터 화상의 자동 독해 기술, DRNA 기술 등을 적용한 변압기 정보 수집용 검증 시스템이 초고압 변전소 내에 구축되었다. 이 시스템은 <그림 2>와 같이, 소형 무선 센서노드를 이용하여 계측한 변압기 내외의 기온, 소리, 명도의 정보, 또는 네트워크 카메라를 이용해 독해한 아날로그 미터 지시치를 수집 컴퓨터에 수집하여 변전소의 서버에 전송한다.또한 DRNA에 기초한 통신 미들웨어 및 정보 집배신용 모바일 에이전트를 이용하여 트렌드 등의 표준형식·가변길이의 유지보수 정보를 변전소 서버에서 유지보수 서버로 배신(配信)한다. 15개월의 필드 시험을 통해 온라인 설비 감시 시스템의 기술적인 전망을 얻고 있다. (6) 현장업무지원 통신기술순시·점검 등의 현장업무를 지원하는 전력용 통신설비 가운데 60/150/400MHz대 자영 이동 무선시스템은 소용량이지만, 대영역 방식으로 통화자 외에 보수원이 서로 통화내용을 확인할 수 있다는 이점이 있다. 향후 대용량 무선 랜(LAN) 및 위맥스(WiMAX) 등의 새로운 무선기술도 활용하여 유지보수 업무의 고도화를 진행해 나갈 것으로 기대된다.3. 데이터 분석·판별 알고리즘(1) 이상 진단 알고리즘정상·이상을 진단하기 위한 효과적인 판별기술로는 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine : SVM)이 있다. 이것의 기본 원리를 2차원 판별 문제로 설명하였다. <그림 3>의 흰점과 검은 점을 적절하게 분류하는 굵은 실선을 구하는 문제가 있다. 기존의 분류기술로는 그 굵은 선은 흰점과 검은 점의 중심에 연결되는 중점에 수직으로 이어진다. 이에 반해, SVM에서는 분류가 어려운 점(그림에서 파선상의 점)에 착안하여 이런 점에서 가장 멀리 있는 굵은 실선을 판별선으로 구한다.
 SVM은 2차원 이상의 다차원에서도 적은 계산량으로 정확도가 높은 판별면을 얻을 수 있다. 이에 따라, 녹이 슨 부분을 비춘 화면을 이용하여 배전주 어깨쇠의 재이용 판정법이나 유중가스분석 데이터의 다변량 해석 방법에 의한 변압기의 불량판정법을 개발하고 있다. SVM은 데이터를 보고 전문가가 불량 판단을 해야 하는데, 현재는 이런 수고를 줄일 수 있는 기술도 개발 중에 있다.전력설비 등에서는 이상 현상이 드물게 발생한다. 따라서 이상 징후라고 할 만한 희소현상을 조기에 발견하는 것이 중요하다. 이를 위해서는 1클래스 SVM이라는 기술을 사용할 수 있으며, 이에 따라 수력발전소의 수차 베어링의 이상 징후 판정기술이 개발되고 있다.그밖에 화상 처리 기술로는 송전선 공중촬영 화상에 의한 전선 이상 개소 점검 작업량의 삭감 시스템, 발전소 ITV 화상에 의한 부지 내 침입자 검출 기술, 전력설비에 딸린 아날로그 미터의 자동 해석 시스템이 있다. (2) 최적화 기술최적 보수시점의 결정, 부품 로테이션, AM 등에서는 리스크를 최소화하는 코스트 최소화 등의 최적화 문제도 다수 나타난다. 이런 문제는 복잡한 제약조건, 불확실한 전제를 포함하는 등의 이유에서 보통의 수리계획법에서는 간단하게 풀리지 않은 경우가 많다. 이런 경우 (준)최적풀이, 근사풀이를 구하려면 유전적 알고리즘(Genetic Algorithm : GA) 등의 모던 휴리스틱(Modern Heuristics : 경험적 탐색) 방법을 쓰면 된다. GA는 생물의 진화 과정을 모의한 최적화 방법으로, 다양한 문제의 근사풀이를 효율적으로 풀 수 있다. 이것을 이용한 가스터빈 고온부품의 최적 로테이션 계획방법 등이 개발되고 있다. 또 AM 등에서는 미래의 장기 계획이 필요하며 불확실한 파라미터를 다수 함유한 최적화 문제를 풀 필요성이 있다. 이를 위해 사용할 수 있는 방법으로 확률계획법이 있다. 또한 AM툴로 각종 전력유통설비의 특성에 맞춘 유지·갱신 계획 책정 지원 프로그램의 개발 등도 진행되고 있다.마무리 현 설비 유지보수의 CBM화를 위해, 새로운 진단·감시방법을 개발하면서 동시에 ICT를 적용하고 있다. 이에 대한 향후 전망과 과제는 다음과 같다.현재 보수원에 의한 순시·점검업무에서 취득하고 있는 데이터의 대부분은 기술적으로는 센서와 통신회선의 설치에 의해 자동으로 취득이 가능하다. 단, 시각·청각 이외의 오감정보에 기초한 데이터의 취득은 현 기술로는 어렵다. 하지만 보수원에 의한 현장업무와 자동화 시스템과의 역할 분담이 명확해지면서 오감정보 수집 등에 관한 향후 기술개발을 기대할 수 있다. 노화 진단에서는 어떤 데이터를 얼마나 수집하면 좋을지, 또한 어떻게 분석하면 좋을지 명확하지 않다. 하지만 어느 정도의 데이터를 취득할 수 있는 경우에는 각종 통계 분석(상관 분석 및 패턴 식별 등) 을 행할 수 있게 된다. 유지보수 정보시스템이나 온라인 설비감시·관리시스템의 구축이 진행되고 있으며, 더욱이 그 일원화와 함께 시스템 구축 코스트를 줄이는 것도 중요한 과제가 되고 있다. 또, 통신기능 부착 인텔리전트 센서나 조립기기, 각종 무선 시스템 등의 안전과 동작 신뢰성을 확보해야 한다.
<Energy News>
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