계장기술(PROCON)

기획특집 전력설비의 자산관리 및 위험도 평가 기술

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 15회 작성일 20-09-11 14:49

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가. 전력설비 자산관리 기술 개념

일반적으로 자산의 사전적 의미는 “개인이나 기업이 소유하고 있는 경제적 가치가 있는 무형물 또는 유형물”을 말이며, 무형자산은 소프트웨어나 금용자산, 지적재산권 등을 말하고, 유형자산은 건축물이나 생산설비, 운송설비, 철도나 도로, 가스, 전기설비와 같은 사회 인프라 시설을 의미한다. 그 중에서도 유형자산은 시간이 지나갈수록 성능이 떨어지고, 그에 따라 고장 회수 및 보수 비용도 증가하므로 적절한 자산관리 기술이 필요하다.

자산관리란 자산의 가치를 극대화시키는 행위를 의미한다. 따라서, 자산관리의 결과는 설비의 고장 방지나 성능 유지와 같은 물리적 성능 유지와 안전 및 경제적 가치 보존 형태로 나타난다. 예를 들어, 어떠한 설비를 도입할 때 필요 이상의 성능을 가진 설비를 도입하면 상대적으로 설비의 경제적 가치는 저하되고, 유지보수 측면에서도 필요 이상의 성능 유지, 안전 또는 수명을 만족시키기 위하여 보수 비용 지출이 지나치게 증가하면 설비의 신뢰성은 유지될 수 있지만, 지나친 비용 증가로 인하여 경제성은 저하된다. 이러한 성능과 위험도, 비용과의 관계는 그림 1과 같이 표현할 수 있다.

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자산관리 측면에서 전기설비의 자산관리도 상기 그림 1의 관계를 유지하면서 그림 2와 같이 설비의 설계부터 운영, 폐기에 이르기까지 전 생애에 걸쳐 수행되어야 한다.

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전 생애주기 설비관리 기술을 구체적으로 나타내면 그림 3과 같이 된다.
그림 3에서 전 생애주기 자산관리는 자산의 등록, 자산 분류, 설비 사용의 최적화, 유지보수 기술의 활용, 작업관리, 인적관리, 작업의 위험도 관리 등 설비의 생성부터 유지보수 및 폐기에 이르기까지 전 과정을 포함한다. 특히 설비 유지보수 측면에서는 부품 분류로부터 부품의 기능이 시스템의 수명에 미치는 영향을 분석하여 부품의 중요도를 분석하고, 그 중요도에 따라서 온라인 성능 모니터링, 신뢰도 평가에 의한 시간 기준 보전, 사후보전 기술과 같은 평가 기술을 적절히 사용하여 유지보수 관리를 최적화하고, 각각의 유지보수 수행에 따른 성능 평가 결과를 건전도 평가에 활용하여 건전도 평가에 따라 지속적인 유지보수 및 교체와 같은 설비의 투자계획을 확립한다.

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나. 대표적인 자산관리 규격

20세기 후반에 유럽에서 자산 집약적 산업의 팽창과 자산관리를 위한 조직의 필요성, 관련 규격의 부재 등이 원인이 되어 2004년 The Institute of Asset Management (IAM)과 British Standards Institution(BSI)에 의해서 Publicly Available Specification PAS 55의 초판이 발간되었다. 이 규격에서는 실물자산의 취득부터 사용, 유지보수, 폐기까지의 전 생애 자산관리에 필요한 조항들을 포함하고 있다. PAS 55는 2008년 개정되어 실물자산(대표적으로 철도, 도로, 항공, 항만, 전기, 수도, 가스, 공공시설, 생산시설, 자원 산업 등)의 전 생애 단계에서 자산관리에 필요한 28개의 점검 사항을 규정하고 있다. 3년 후 ISO Project Commitee 251(PC 251)은 첫 번째 자산관리 국제규격인 ISO 55000을 완성했고, 2014년에 공식적으로 발표되었다. PAS 55는 실물자산에 대해서만 규정하고 있지만 ISO 55000은 유형, 무형 모든 자산에 대해서 정의하고 있고, 리더십이나 회계, 위험도 결정과 같은 새로운 조항도 포함하고 있다. PAS 55와 ISO 55000과 관련된 규격을 정리하면 위의 표 1과 같으며, 그림 4는 ISO 55000에서 다루고 있는 자산관리 범위를 보여주고 있다.

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ISO 55000에 따르면 그림 4와 같은 범위의 자산관리 목적 달성을 위하여 다양한 활동을 추전하고 있는데, 표 2는 주요 자산관리를 위한 활동 내용 예를 보여주고 있다. 자산관리를 위한 활동에는 시험부터 신뢰도, 인적관리, 비용관리 등 거의 모든 분야를 다 포함하고 있음을 알 수 있다.

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성능이나 경제적 측면에서 자산의 가치는 자산의 사용 기간이 증가함에 따라 점차 감소하지만, 사용하는 정책에 따라서 가치 감소율을 줄일 수 있다. 자산관리 정책에 따라서 산업 자산의 자산관리 활동을 통해서 얻을 수 있는 효과를 다음 표 3과 같이 요약할 수 있다. 그 효과는 유지보수 비용 절감, 제조원가 감소, 생산성 증가에 따른 자산의 가치 상승으로 나타난다. 또 유지보수 비용 대비 가장 효과적으로 수명을 관리할 수 있다.

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이와 같이 자산관리를 통한 설비의 가치상승 효과의 예로서 PAS 55에 대한 인증을 획득한 후 다양한 플랜트 분야에서 자산관리 효과에 대한 사례가 표 4에 나타나 있다. 표 4는 자산관리 효과에 대한 일례에 불과하지만 체계적 자산관리 효과는 비용 절약, 품질 및 생산성 상승, 서비스 상승으로 표현될 수 있음을 알 수 있다.

다. 전기설비의 위험도 평가

전기설비를 장시간 사용하면 전기설비를 보유하고 있는 해당 기관의 유지보수 정책에 따라 평상시대로 운전, 수리, 교체와 같은 유지보수 행위를 실시하게 된다. 유지보수 정책 방법 결정에 가장 많은 영향을 미치는 것은 전기설비의 현재의 상태라고 할 수 있지만, 실제 설비의 운영 목적에 따라 상태뿐만 아니라 여러 가지 요소가 정책 결정에 관련되어 있다.
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엔지니어링 관점에서 전기설비의 자산관리는 잔여 수명 또는 설비의 신뢰도를 가능한 한 정확히 평가하여 최적의 시점에 설비를 교체 또는 수리하는 것이라 할 수 있다. 이를 위해서는 설비의 건전도(위험도) 평가를 통해서 설비의 조치 방향을 결정하는 것이 바람직하다. 그림 5는 DNV GL KE MA의 위험도 기반으로 자산의 향후 조치를 결정하는 전체 프로세스를 보여주고 있다. 더 상세히 설명하면, 자산의 기본 자료와 고장 이력, 점검 및 진단 실적, 자산의 상태 등의 자료 분석을 통해 전력설비 자산의 기술적인 상태를 나타내는 건전도 인자(Health Index)와 해당 기관의 정책 전략, KPI 지수와의 비교를 통한 위험 수준 그리고 설비의 가격, 이율 등과 같은 현재 또는 미래의 비용적인 분석을 통해 위험도를 결정해서 관리 우선도, 관리 긴급성, 유지보수의 필요성, 대수리 및 교체의 필요성과 같은 자산관리에 대한 향후 조치를 결정하게 된다.

DNV GL KEMA에서 실시한 전력설비 위험도 평가 기술과 유사한 자산관리 방법이 CIGRE에 의해서도 소개되었다. 유렵의 발전 및 전력설비 자산관리 기술은 국가 차원보다는 전력설비 제작사 협의체인 CIGRE에 의해서 개발이 이루어지고 있다. 송배전 분야에서 의사결정을 위한 정보 전략을 수립하는 것에 대한 중요성이 CIGRE에 의해 인정되었다. 2000년 초기에 Joint Working Group(JWG)B31C2-14115은 정보 전략에 관한 업무를 시작할 것을 관련 기관에 요청했다. JWG의 시작에 이어 전력사의 조직적 구조가 시장의 자유화와 시장의 독립성 및 운영 시스템의 분리에 따른 결과로부터 크게 변했으며, 그 결과 자산관리/서비스 제공 환경이 생겼다. 그래서 JWG는 전력사의 기능 분리에 적용할 수 있는 정보 전략에 집중해 온 결과 CIGRE WGC1-01에 따라서 수용 가능하고, 관리 가능한 리스크 평가로서 장기간 이익을 최대화하는 반면, 수용가에게 높은 서비스를 제공하는 자산관리 전력 사업이 만들어지게 되었다. 이러한 자산관리를 통해서 기업의 사업적 가치와 요구 조건을 측정하고 비교하여 관리 가능한 차원, 즉 리스크로 표현하게 된다.
 
자산관리가 계속적으로 진행되어 왔지만, 현재의 전력사 자산관리자의 만족도는 충분하지 않은 것으로 보고되고 있다. 이러한 불만은 주로 자산관리가 기술적 데이터에만 강하게 의존해왔고, 경제적이고 사회적인 데이터는 무시했기 때문일 수 있다. 위험도 기반 의사결정은 그림 6의 CIGRE 자산관리를 위한 데이터 범위에서와 같이 혼재된 형태의 데이터를 필요로 하며, 따라서 기술적, 경제적, 사회적 평가에 필요한 요구 조건이 서로 만족되어야 한다. 이러한 조건을 충족할 때 자산관리에서 더 좋은 의사결정을 만족시킬 수 있다.

의사결정은 아래의 3가지 정보에 의해서 지원된다.
•기술적 영역 : 각 구성품에 대한 상태를 규정하고, 해결 시나리오를 제공
•경제적 영역 : 신뢰성을 고려한 기술적 시나리오에 기반한 경제적 수익성을 평가
•사회적 영역 : 위험도와 의사결정에 관련된 사회적 충격의 정도를 평가

결론적으로 의사결정 과정은 교체, 재활용, 유지보수 전략의 총체적인 접근을 요구한다. 의사결정을 위하여 거대한 양의 유용한 데이터로부터 올바른 정보가 추출되어야 한다. 따라서, 정보 요구 조건과 데이터 형태가 서로 맞아 떨어져야만 하고, 이를 위하여 기술적, 경제적, 사회적 정보가 종합된 데이터와 이러한 데이터를 활용하는 기업의 데이터 모델이 필요하다.

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ABB사의 자산관리(Assessment Management) 프레임워크에서 적용되는 변압기 수명주기 비용 최적화 방안에 관한 보고서를 발간하였으며, 이는 그림 6의 CIGRE 자산관리를 위한 데이터 범위와 유사함을 알 수 있다. 기본적으로 변압기의 상태 건전성에 대한 평가를 거친 후 점검, 수리, 교체, 모니터링 또는 긴급 관리 등의 대안을 위하여 경제적 관점에서 최적의 대안을 선택하도록 하고 있다. 각각의 대안에 대한 경제성 평가에는 다음과 같은 다양한 비용 요소를 고려할 것을 제안하였으나, 각 비용 요소와 관련한 근거 자료를 확보하는 것이 현실적으로 매우 어려운 것으로 판단된다.
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또한 위 식에서와 같이 비용은 여러 가지 형태로 존재하며 장치 비용, 설치 비용, 대체 비용, 페기 비용 등은 대개 일정하지만 유지보수 비용, 운전 비용, 정전 비용 등과 같은 고장과 관련된 비용은 전력설비의 전 생애주기에서 사용되는 비용 중 유지보수 비용의 평가는 설비의 고장률 특성과 매우 깊은 관계가 있다. 설비를 장시간 사용하면 고장률이 증가하고, 그에 따라 유지보수 비용, 전력 생산 중단에 따른 손실 비용도 증가한다. 전력설비의 고장률을 추정하는 것은 설비의 신뢰도나 비용 평가에 있어서 매우 중요하다고 할 수 있다. 그림 7은 ABB TrafoAsset ManagementTM에서 인용한 변압기의 용도별 고장률 변화 특성을 보여주고 있다. 이 그림에서와 같이 같은 변압기라도 산업용, 발전용, 전력계통용에 따라서 사용 기간에 따른 고장률 증가 경향은 각각 다른 것으로 나타나고 있어 산업용 변압기의 고장률이 가장 일찍 증가하는 것으로 보고되고 있다. 따라서, 정확한 고장률을 평가하기 위해서는 전력설비의 대표적인 운전 환경 및 운전 조건을 분류하고, 그에 따라 개별 조건마다 고장률을 산정하여 신뢰도 및 비용을 평가하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 그러나 현실적으로 전력기기의 고장 건수는 전자기기 등에 비하여 매우 적은 경향을 보이고 있으므로 개별 조건마다 고장 데이터를 취득하여 고장률을 산출하는 것은 매우 어려운 실정이라 할 수 있다.
이와 같이 전력설비의 데이터 확보와 관련하여 고장 자료나 비용 자료의 수집에 애로사항이 있음에도 불구하고, ABB사가 제안하는 방법론은 앞의 그림 5, 6과 마찬가지로 그림 8과 같이 기술성 평가와 경제성 평가로 이루어지는 변압기 개·대체 의사결정을 위한 전반적인 분석틀을 제공하고 있다.

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라. 위험도 표현 방법

위험의 정도를 표시하는 방법은 자산관리를 수행하는 각 기관마다 다양한 방법으로 표현하고 있지만, 일반적으로 매트릭스 형태를 많이 사용하고 있다. 위험의 정도가 결정되면 위험의 정도에 따라 정해진 절차대로 수리, 교체. 일부 교체 등의 자산관리를 수행하게 된다. 그림 9는 IEC 60812에서 사용하고 있는 위험도 표시 매트릭스를 보여주고 있다. 이 그림에서 세로축은 고장 확률을, 가로축은 고장에 따른 심각도를 보여주고 있다. 심각도는 경제적인 손실, 인사 사고 정도, 환경 파괴 등 자산관리 목적에 적합한 기준으로 분류할 수 있다. 표 5는 심각도 등급 기준 예를 보여주고 있다.
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위험도를 표시하는 또 하나의 예로서 다음 그림 10은 일본 관서전력 화력발전에서 보고된 바 있는 위험도 평가 매트릭스를 보여준다. 여기에서도 세로축은 고장확률을 보여주고 있고, 가로축은 고장에 따른 심각도를 보여주고 있으며, 심각도는 고장이 환경과 안전, 발전의 질, 수리 비용, 정전 시간에 미치는 영향도로서 평가된다.

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마. 결 언

이상에서와 같이 전반적인 전력설비의 자산관리 동향에 대해서 살펴보았다. 설비의 자산관리는 설계부터 폐기까지 전 생애에 걸쳐 수행되어야 하지만 엔지니어링 관점에서는 설비의 수명과 고장 시 미치는 영향을 분석하여 자산관리를 수행하고 있음을 알 수 있었다.

설비의 자산관리 절차 및 내용을 정의한 대표 규격인 I SO 55000의 전반적인 내용에 대하여 살펴보았고, 적절한 자산관리를 통하여 생산성 향상, 관리 비용 절감 등을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. ISO 55000, CIGRE, ABB 자산관리 기술 사례에서 살펴보았듯이 설비의 자산관리는 물리적 수명은 물론 환경, 경제성, 사회적으로 미치는 영향 등을 종합적으로 평가한 위험도 지수를 산정으로 실시되고 있으며, 각 사용 조건에서 고장, 비용 데이터를 취득하여 개별 조건에 대한 평가 기준을 사용하는 것이 바람직한 것으로 분석되었다.

결론적으로, 최적의 자산관리를 위해서 해당 기관의 전력설비에 대한 물리적, 비용적 수명 등을 이용한 자산관리 전략 정책이 명확해야 하고, 전략 정책에 적합한 위험도(건전도) 평가 기준과 산출된 평가지수를 비교하여 전력설비의 위험도를 평가하고, 위험도 평가 결과에 따라 의사결정을 하는 전력설비 자산관리 프레임을 개발 및 사용하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.


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