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요약
목차
Ⅰ. 자산관리의 목적과 정의 17
1.1. Asset management와 Managing asset 19
1.2. 자산관리 국제규정 및 기술서 22
가. PAS 55 규정 23
나. ISO 55000 표준의 구성요소 24
다. ISO 55001 표준의 구성요소 25
라. ISO 55002 표준의 구성요소 27
마. IEC TC 123 27
1.3. 해외사례와 자산관리 필수요소 28
가. ISO 55000 인중 사례 30
나. RBM 자산관리를 위한 필수요소 31
Ⅱ. 전력설비의 수명 정의 34
2.1. Defective, Fault, Failure 35
가. Defect 36
나. Fault 37
다. Failure 38
라. Major failure (수명 분석에서의 주요 요소) 39
마. Minor failure 39
2.2. Design life 40
2.3. Expected life 41
2.4. End of life 44
가. End of life 44
나. Technical end of life 46
다. Economic end of life 46
라. Strategic end of life 47
2.5. 배전용 변압기의 교체수명 정의 48
Ⅲ. 신뢰성 분석을 통한 전력설비 수명평가 기술 50
3.1. 개별단위 전력용 변압기 수명 및 고장률 분석사례 51
가. 누적 운전대수 및 누적고장 이력을 적용한 Hazard rate 계산 54
3.2. Fleet단위 배전용 변압기 수명 및 고장률 분석사례 57
3.3. 배전용 변압기 Expected life 분석사례 60
가. Normal expected life 61
나. Expected life 61
다. 배전용 변압기의 Expected life 계산 64
3.4. DNV GL의 변압기 잔여수명 분석방법 65
가. 통계적 수명 68
나. 부하 평가 수명 69
다. 상태 평가 수명 69
3.5. 신뢰성 분석을 통한 전력설비 수명평가 기법 70
가. 통계학과 확률분포 71
나. Bathtub curve 73
다. 신뢰성 평가 측도 76
Ⅳ. 배전용 변압기 자산관리 및 수명분석 Framework 82
4.1. 목적과 계획수립 84
4.2. 데이터 수집 86
4.3. 수명분석 88
4.4. 건전도 및 경제성 평가 91
4.5. 수리 결정 93
4.6. 성과평가 93
4.7. Feedback 94
Ⅴ. 배전용 변압기 통계적 수명평가 95
5.1. 배전용 변압기 누적고장확률 기준 수립 98
가. 배전용 변압기 운전 및 고장 현황 98
나. 운전대수 및 Major failure 전체를 적용한 Hazard rate 계산 100
다. 운전대수 및 마모기의 Major failure를 적용한 Hazard rate 계산 102
라. 과거 고장 건수와 예상 고장 건수의 비교를 통한 통계수명 도출 107
5.2. Fleet 단위 통계적 수명 도출 112
가. 용량에 따른 운전 및 고장 현황분석 112
나. 용량에 따른 배전용 변압기의 통계적 수명 113
다. 타입에 따른 운전 및 고장 현황분석 118
라. 타입에 따른 배전용 변압기의 통계적 수명 120
마. 권선 종류에 따른 운전 및 고장 현황분석 123
바. 권선 종류에 따른 배전용 변압기의 통계적 수명 125
사. 절연지 종류에 따른 운전 및 고장 현황분석 127
아. 절연지 종류에 따른 배전용 변압기의 통계적 수명 130
5.3. 최종 통계수명 선정 가이드 133
5.4. 통계적 수명의 향후 관리 방안 및 활용 135
가. 통계적 수명결과에 대한 검증 및 고장개선의 필요성 135
나. 통계분석 불가 집단의 자산관리 시스템 적용을 위한 수명 값 부여 필요성 136
다. 축적되는 고장 및 운전데이터를 반영한 통계적 수명 업데이트 137
라. 수명 형태의 PoF와 비용 형태의 CoF 도출 필요성 140
Ⅵ. 결론 141
참고문헌 142
그림 1-1. 자산관리의 개념 및 모델 17
그림 1-2. 자산관리 Framework 18
그림 1-3. 자산관리와 설비운영 20
그림 1-4. 전력설비 자산관리 개념의 전환 21
그림 1-5. 자산관리 개념 도입 배경 23
그림 1-6. PAS 55 규정과 ISO 55000시리즈 규정 비교 23
그림 1-7. 자산관리의 기준서 24
그림 1-8. 해외기관의 자산관리 구축 사례 29
그림 1-9. PAS 55와 ISO 55001 자산관리 규정 인증관련 현황 31
그림 1-10. 자산관리를 수행하기 위한 필요 요소 32
그림 1-11. RBM 유지 보존 전략의 수행에 필요한 전문가와 역할 32
그림 2-1. 자산 Life cycle의 다양한 표현 34
그림 2-2. IEC 60050의 Life Cycle 35
그림 2-3. Bathtub curve에서의 Life expectancy 41
그림 2-4. 변압기 고장과정의 Expected life 43
그림 2-5. Expected life 계산식과 과정 43
그림 2-6. 배전용 변압기의 교체수명 도출을 위한 Process 49
그림 3-1. 사용년수에 따른 운전 변압기 대수 52
그림 3-2. 변압기의 Hazard rate 52
그림 3-3. 누적 운전 및 고장 건을 적용한 배전용 변압기 Hazard rate 56
그림 3-4. 배전용 변압기 집단의 순간 고장률 함수 57
그림 3-5. 배전용 변압기 누적고장함수 점 추정치 분포 58
그림 3-6. 배전용 변압기 A, B형 설비에 대한 누적고장함수 59
그림 3-7. 배전용 변압기 고장 가능성 계산 Process 60
그림 3-8. 배전용 변압기 위치 요소 계산 Process 63
그림 3-9. 인간의 상태진단 요소 66
그림 3-10. Health Index산출 과정 67
그림 3-11. 상태 잔여수명 산출 원리 68
그림 3-12. 통계적 평가 함수의 흐름도 68
그림 3-13. 부하 평가 함수의 흐름도 69
그림 3-14. 상태 평가 함수의 흐름도 70
그림 3-15. 자산의 노화 거동 평가를 위한 원칙적인 방법 73
그림 3-16. 변압기 Bathtub curve 모델 74
그림 3-17. 신뢰도 및 누적분포함수 그래프의 형태 77
그림 3-18. 확률밀도 함수의 그래프 형태 79
그림 3-19. 순간 고장률 함수의 그래프 형태 80
그림 4-1. ISO 55000를 기반으로 한 배전용 변압기 자산관리 Framework 82
그림 4-2. 배전용 변압기 자산관리 Framework의 구성과 다양한 전문가의 역할 83
그림 4-3. 배전용 변압기 자산관리의 목적과 계획수립 과정 84
그림 4-4. 배전용 변압기 자산관리의 데이터 수립 과정 86
그림 4-5. 배전용 변압기 자산관리의 수명분석 과정 88
그림 4-6. 배전용 변압기의 교체수명 도출을 위한 Process 89
그림 4-7. 배전용 변압기 자산관리의 건전도 및 경제성 평가 과정 92
그림 4-8. 배전용 변압기 자산의 수리 결정 과정 93
그림 4-9. 자산관리 성과평가 과정 94
그림 5-1. 통계적 수명산출을 위한 Process 96
그림 5-2. 지중 변압기의 제조현황 98
그림 5-3. 사용년수에 따른 고장 원인 비율 99
그림 5-4. 지중 변압기의 Hazard rate (초기, 랜덤 고장데이터 포함) 100
그림 5-5. 지중 변압기의 PDF, Reliability 및 CDF (초기, 랜덤 고장데이터 포함) 101
그림 5-6. 지중 변압기의 PDF, Reliability 및 CDF (10년 이상 사용 후 발생한 Major failure 적용) 103
그림 5-7. 마모고장 기간에 따른 지중 변압기의 Hazard rate 106
그림 5-8. 10년 이상 사용 후 발생한 지중 변압기의 Major failure 이력 109
그림 5-9. 지중 변압기의 용량에 따른 운전 및 고장 분석 112
그림 5-10. 용량에 따른 지중 변압기의 Hazard rate 및 CDF 118
그림 5-11. 지중 변압기의 타입별 운전 및 고장 분석 118
그림 5-12. 지중 변압기의 타입별 제조년도 119
그림 5-13. 지중 변압기의 타입에 따른 Hazard rate 및 CDF 122
그림 5-14. 권선 종류에 따른 운전 및 고장 분석 123
그림 5-15. 지중 변압기의 권선종류별 제조년도 123
그림 5-16. 지중 변압기의 권선 종류에 따른 Hazard rate 및 CDF 126
그림 5-17. 지중 변압기의 절연지 종류에 따른 운전 및 고장 분석 127
그림 5-18. 지중 변압기의 절연지종류별 제조년도 129
그림 5-19. 지중 변압기의 절연지 종류에 따른 Hazard rate 및 CDF 132
그림 5-20. 통계분석 불가 집단의 자산관리 적용을 위한 수명 부여 과정 137
그림 5-21. Risk matrix 구축 개념도 140
초록보기
생산, 운송, 가스 및 전기 시설과 같은 사회 기반 시설은 시간, 부하, 온도 등에 따라 성능이 저하 될 수 있으며 사용함에 따라 유지 보수, 수리 및 관리가 필요하다. 특히 변압기의 경우 고장이 발생하면 사회적으로 막대한 피해가 발생할 수 있으므로 변압기의 고장 예방을 목적으로 자산을 관리하는 과정이 필요하다. 변압기의 관리에는 기술적인 측면과 경제적인 측면, 전략적인 측면이 동시에 고려되어야 한다. 그러한 과정으로 세계적으로 변압기 관리 기법의 진보된 방안으로 금융산업에서 널리 이용되고 있는 자산관리 (Asset management) 개념을 적용하고 있다. 자산관리를 수행하는 목적은 전력계통의 안정성을 확보하고 정해진 예산 내에서 최적으로 자산을 교체/수리하기 위하여 우선순위를 설정하기 위함이다. 변압기가 올바르게 교체되지 않으면 고장의 위험이 증가한다. 고장으로 인하여 발생하는 비용은 변압기의 비용보다 높을 수 있으므로 신뢰성 높은 변압기 수명을 설정해야 한다. 변압기 교체는 수명을 기반으로 상태를 평가하여 그 시점을 앞당기거나 미룰 수 있다. 즉, End of life에 반드시 변압기를 교체할 필요는 없으며, 교체를 위한 가이드의 목적으로 사용될 수 있다. 다양한 기관에서 변압기의 수명과 관련된 문헌들이 발표되었으나, 이는 전문가의 의견이나 설문 조사를 기반으로 분석된 수명이다. 본 논문에서는 노화로 인한 고장 위험이 증가하는 것을 대비하여 고장이 발생하기 이전에 자산을 교체하는 시점을 통계적으로 계산하는 방안을 제시하고 그 값을 도출하였다.
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