GIS 온라인 상태 모니터링은 전자기 간섭의 영향을 받습니까?

전력망 운영자이거나 GIS(Gas Insulated Switchgear) 자산 관리자라면 중요한 장비를 안정적으로 작동하기 위해 온라인 상태 모니터링에 의존했을 것입니다. 수년 동안 우리는 전문 GIS 온라인 상태 모니터링 솔루션을 제공해 왔으며 다른 어떤 질문보다 더 자주 제기되는 질문이 하나 있습니다.GIS 온라인 상태 모니터링은 전자기 간섭(EMI)의 영향을 받나요?이는 타당한 우려입니다. GIS는 EMI가 편재하는 고전압, 고전류 환경에서 작동하며 모니터링 시스템의 데이터는 예측 유지 관리의 생명선입니다. 이를 분석하고 실제 문제에 기반을 두고 당사 솔루션이 이 문제를 어떻게 해결하는지 설명하겠습니다.

먼저 상황을 설정해 보겠습니다. GIS는 컴팩트하고 효율적이며 이제 변전소 어디에서나 사용 가능하지만 금속으로 둘러싸인 폐쇄형 디자인은 EMI를 제거하지 않고 EMI를 형성합니다. 차단기가 작동할 때마다 서지 피뢰기가 활성화되거나 사고 전류가 차단될 때마다 변전소를 통해 리플되는 일시적인 전자기 펄스(EMP)가 생성됩니다. 이러한 펄스는 누출되거나 GIS 온라인 상태 모니터링을 구성하는 인접한 케이블, 센서 및 모니터링 장치에 결합될 수 있습니다. 위험은 단지 사소한 소음이 아닙니다. 고장의 초기 징후(예: 부분 방전) 또는 유지 관리 자원을 낭비하는 잘못된 경고를 놓쳤습니다.

지난 10년 동안 우리는 북미와 유럽 전역의 20개 이상의 유틸리티 고객과 협력해 왔으며 현장 팀은 EMI 관련 모니터링 문제를 직접 문서화했습니다. 기본 모니터링 시스템(전원 케이블과 함께 배선된 기성 센서)의 초기 설치에서는 사업 시작 후 첫 3년 동안 정기적으로 15~20%의 거짓 양성 부분 방전 경고가 발생했습니다. 한 중서부 고객은 근처 변압기가 전환될 때마다 SF6 가스 수분 모니터링이 30ppm씩 급증하여 운영자가 실시간 데이터를 신뢰하는 대신 판독값을 수동으로 검증해야 한다고 보고했습니다. 그때 우리는 EMI가 이론적인 문제가 아니라 최적화되지 않은 GIS 온라인 상태 모니터링을 위한 일상적인 운영 장애물이라는 사실을 깨달았습니다.

EMI가 일반적인 GIS 모니터링 매개변수와 상호 작용하는 방식에 대해 구체적으로 살펴보겠습니다. 첫째, SF6 가스 품질 모니터링: SF6는 GIS의 절연 및 아크 소호 핵심이므로 누출, 분해 또는 습기는 중요한 초기 고장 신호입니다. 당사의 1세대 SF6 센서는 변전소 부스바에서 공통 모드 EMI를 포착하는 아날로그 유선 연결을 사용했습니다. EMI는 전압 판독값을 왜곡하여 실제 SF6 분해 부산물(예: SO2 또는 H2S)을 전기 소음과 구별하기 어렵게 만듭니다. 나중에 우리는 차동 신호 처리, STP(차폐 연선) 케이블 및 변전소 과도 주파수(GIS 스위칭 잡음의 가장 일반적인 원인인 1kHz~1MHz)를 제거하도록 조정된 대역폭 필터를 사용하여 이러한 센서를 재설계했습니다. 결과는? 클라이언트 테스트에서 잘못된 SF6 판독값이 89% 감소했습니다. 이러한 소음 완화 기능을 통합한 특수 목적 시스템을 찾고 있다면 당사를 확인하십시오.SF6 가스 모니터링 시스템GIS 환경 전용으로 설계되었습니다.

다음으로, 부분 방전(PD) 모니터링은 EMI 간섭이 가장 큰 타격을 받는 부분입니다. PD 자체는 고전압 배경 잡음에 숨겨진 작은 전기 신호(나노암페어, 피코쿨롬)이기 때문입니다. 우리는 센서가 변전소의 50kA 오류 전류 과도 현상을 설명하지 않았기 때문에 전문화되지 않은 PD 모니터링 시스템이 230kV GIS 베이의 중요한 내부 PD를 놓친 텍사스의 클라이언트를 지원한 적이 있습니다. 이 결함으로 인해 결국 4시간 동안 정전이 발생했고, 전력회사는 200만 달러의 수익 손실을 입었습니다. 그 경험으로 인해 우리는Gis용 온라인 부분방전 모니터링 시스템이는 두 개의 EMI 제거 레이어를 사용합니다. 첫 번째는 GIS의 접지된 인클로저에 직접 부착되어 PD 신호를 외부 소음으로부터 격리하는 금속 차폐 기능이 있는 고주파 전류 변환기(HFCT)입니다. 둘째, 일시적인 EMI 스파이크를 필터링하기 위해 변전소 이벤트 로그(차단기 작동, 서지 피뢰기 활성화)와 타임스탬프된 PD 판독값을 상호 참조하는 독점 알고리즘입니다. 텍사스 고객을 대상으로 한 후속 테스트에서 시스템은 다른 고장 징후가 나타나기 12개월 전에 내부 PD를 감지했으며 변전소 전환 이벤트로 인한 잘못된 경고는 전혀 발생하지 않았습니다.

서지 피뢰기는 또 다른 중요한 GIS 구성 요소이며 모니터링(잔류 전류 및 누설 전류에 대한)도 EMI에 취약합니다. 낙뢰가 변전소에 부딪히면 서지 피뢰기가 전류를 전환하여 누설 전류 판독값을 왜곡할 수 있는 대규모 EMI를 생성합니다. 우리는 고객이 폭풍우 동안 실제 값의 5배를 판독하는 일반 누설 전류 센서를 사용하여 불필요한 서지 방지 장치 교체를 초래하는 것을 보았습니다. 우리의서지 피뢰기 모니터링시스템은 번개 주파수 EMI를 감쇠하기 위해 자기 차폐 기능이 있는 Rogowski 코일을 사용하고 외부 RF 잡음을 차단하는 내후성 인클로저와 함께 사용됩니다. 플로리다의 한 고객은 카테고리 2 폭풍 동안 당사의 서지 방지기 모니터링 시스템이 98%의 데이터 정확도를 유지한 반면, 인근 유틸리티의 일반 시스템은 70%의 데이터 손실을 겪었다고 보고했습니다. 이것이 바로 EMI 방지 설계와 사후 수정의 차이입니다.

이제 EMI 영향을 완전히 제거할 수 있는 방법이 있는지 궁금하실 것입니다. 짧은 대답은 '아니오'입니다. 변전소에는 항상 전기 잡음이 있지만 최신 GIS 온라인 상태 모니터링은 이를 효과적으로 완화하도록 설계될 수 있습니다. 핵심은 단순히 모니터링 시스템을 구입하는 것이 아닙니다. 디자인된 것을 선택하는 거죠GIS 환경을 위한, 산업용 또는 저전압 설정에서 용도가 변경되지 않았습니다.

회의적인 자산 관리자로부터 듣는 일반적인 통념을 살펴보겠습니다. 오해 1: "광섬유 케이블 연결은 EMI를 제거하므로 차폐 구리 대신 광섬유를 연결해야 합니다." 광섬유는 전기 EMI에 영향을 받지 않지만 여전히 주변광이나 변전소 열로 인한 광학 잡음을 포착할 수 있으며 개조된 GIS(금속 인클로저를 뚫어야 하는 곳)에 설치하는 것이 더 비쌉니다. 센서 통신용 차폐 구리와 백홀용 광섬유를 혼합한 고객은 저렴한 비용, 높은 잡음 제거 및 신뢰할 수 있는 장거리 데이터라는 두 가지 장점을 모두 누릴 수 있습니다. 오해 2: "EMI는 유선 시스템에만 영향을 미치므로 무선 모니터링이 더 좋습니다." LoRa 또는 Wi-Fi와 같은 무선 시스템은 인근 송신기 또는 변전소 제어 장비의 RF EMI에 취약하며 과도 현상이 발생하는 동안 해당 데이터 패킷이 손상될 수 있습니다. 무선 및 유선 옵션을 모두 테스트한 결과, EMI 강화 유선 시스템은 피크 스위칭 작업 중에도 변전소 환경에서 데이터 가용성이 12% 더 높은 것으로 나타났습니다.

지난 5년 동안 당사의 고객 기반은 주로 입소문을 통해 35% 성장했습니다. 캐나다의 한 주요 유틸리티는 세 가지 일반 모니터링 시스템에서 완전한 GIS 온라인 상태 모니터링 제품군으로 전환하고 다음과 같이 보고했습니다. "이전에는 허위 경보를 확인하는 데 일주일에 10시간을 소비했지만 이제는 1시간도 채 걸리지 않으며 이번 봄에 정전을 일으킬 수 있는 GIS 결함을 발견했습니다." 이것이 모니터링에서 EMI를 해결하는 진정한 이점입니다. 오류에 대응하는 것이 아니라 유지 관리를 계획할 수 있는 정확하고 실행 가능한 데이터를 얻을 수 있습니다.

현재 GIS 온라인 상태 모니터링에 EMI 관련 문제가 발생하거나 소음이 심한 변전소 환경용으로 구축된 시스템으로 업그레이드하려는 경우 당사의 솔루션을 안내해 드리겠습니다. 당사의 엔지니어링 팀은 110kV ~ 500kV GIS 설치에 대한 현장 경험을 보유하고 있으며 변전소의 레이아웃에 맞는 맞춤형 소음 완화 계획을 제공할 수 있습니다. 타겟 SF6 모니터링, 포괄적인 PD 감지 또는 서지 어레스터 추적이 필요한 경우 당사의 솔루션은 가장 EMI가 많은 환경에서도 성능을 발휘하도록 설계되었습니다. 특수 SF6 가스 및 부분방전 모니터링 도구를 포함하여 특별히 제작된 시스템에 대해 자세히 알아보려면 온라인 리소스를 찾아보거나 영업팀에 문의하여 특정 요구 사항에 대해 논의하세요. 신뢰할 수 있는 모니터링 데이터를 실질적인 그리드 성능 개선으로 전환할 수 있도록 도와드리겠습니다.

참고자료

1. IEEE Std C37.122.1-2018, “고전압 전력 시스템용 가스 절연 변전소(GIS)에 대한 IEEE 가이드”
2. 왕(Wang), Y., 외. (2021). “GIS 변전소의 부분 방전 모니터링을 위한 전자기 간섭 완화.” 전력 공급에 관한 IEEE 거래, vol. 36, 아니. 4, 1897-1905페이지.
3. 국제 대형 전기 시스템 협의회(CIGRE) 실무 그룹 A3.26. (2019). “가스 절연 개폐 장치의 상태 모니터링: EMI 탄력성을 위한 모범 사례.” CIGRE 브로셔 762.
4. 미국표준국(ABS). (2022). “고전압 변전소의 온라인 상태 모니터링을 위한 지침.”