신뢰도 기반 송전기기의 최적 유지보수 계획 수립

Abstract

해당 송전계통 기기를 관리하여 발전단에서 생산된 전력을 안정적이고 효율적으로 수요측에 전달하는 역할을 하는 계통운영자의 목적은 규제기관이 제시하거나 고객이 요구하는 수준의 신뢰도를 갖는 전력을 공급하면서 그 운영비용은 최소로 하는 것이다. 기기에 대한 유지보수 작업은 비교적 적은 비용으로 전력의 신뢰도를 적정수준으로 유지할 수 있는 방법으로 계통운영자가 송전계통을 운영 및 관리함에 있어서 중요한 역할을 한다. 그러나 현재 송전계통 기기들에 시행되고 있는 유지보수는 오랜 기간의 경험을 바탕으로 하여 단순히 정해진 시간에만 유지보수를 시행하거나 단순한 점검을 거쳐서 기기가 어떤 상태에 있을 경우에만 유지보수를 시행하는 방법이다. 이와 같은 방법은 계통운영자가 유지보수의 시행을 통해서 얻을 수 있는 효과 즉 유지보수를 시행하여 운영비용이 얼마나 절감이 되는지를 효과적으로 분석하기가 쉽지 않다. 따라서 기기의 유지보수 작업이 총운영비용에 어떤 영향을 미치는지 분석할 수 있는 모델이 주어진다면 계통운영자가 해당계통을 운영함에 있어 운영비용이 최소가 되는 기기의 최적유지보수 계획을 수립할 수 있을 것이다. 이를 위하여 RCM(Reliability Centered Maintenance) 방법의 도입이 필요하다. 현재까지 송전계통의 유지보수 기법으로 실시되었던 기법은, Time-based Maintenance (TBM)과 Condition-based Maintenance (CBM)으로서, TBM은 기기의 수명이나 상태에 관계없이 일정 시간 간격으로 보수를 하는 방법이며, CBM은 기기 상태에 따라서 유지보수를 실시하는 기법이다. 반면 RCM(Reliability Centered Maintenance)은 계통운영자가 해당 계통을 운영함에 있어서 기기의 상태와 유지보수 작업이 계통에 미치는 영향을 고려하기 때문에 비용측면에서 최적의 유지보수 기법을 제시한다. 본 논문에서는 송전기기 중에서 가공송전설비인 가공선로, 애자, 철탑을 RCM 적용 기기로 선정하고, 각 기기의 상태 모델로 modified Markov chain 을 제안하였다. 제안한 modified Markov chain 모델은 기기가 열화 되고 있는 상태를 모델링하고, 열화의 정도에 따라 유지보수 시행 여부에 대한 결정을 내릴 수 있는 모델이기 때문에 시스템측면에서 볼 때, 기기의 유지보수가 필요한 상태와 유지보수가 필요하지 않은 상태를 결정할 수 있다. 또한 영향분석을 통하여 기기의 상태(열화상태, 고장상태)와 유지보수가 송전계통에 미치는 영향을 발전비용, 정전비용, 수리비용, 유지보수 비용의 합으로 나타나는 총운영비용으로 정량화하였다. 마지막으로 기기 상태 모델과 영향분석을 바탕으로 총운영비용을 최소화하는 각 기기에 대한 유지보수 계획을 수립함으로써 송전기기에 대한 RCM을 실현하였다. 송전계통에의 다수의 기기와 각 기기의 다양한 상태를 모두 고려한 최적 유지보수 방법을 찾기 위해서는 해석적인 접근이 불가능하기 때문에 휴리스틱한 접근 중에 하나인 PSO (Particle Swarm Optimization)를 사용하였고, 유지보수 문제를 PSO에 적용하기 위한 과정을 보였다. 사례연구를 통하여 각 송전기기에 대한 총운영비용이 최소가 되는 유지유지보수 계획을 제시하였으며 RCM 방법을 통한 유지보수 계획이 기존의 유지보수 방법인 TBM 과 CBM 방법보다 비용 효율적이라는 것을 보였다.