풍력 발전소의 적외선 열화상 적용 사례

개요

세계 에너지 전환의 핵심 축으로서 풍력 발전은 빠르게 발전하고 있습니다. 그러나 초기 풍력 터빈과 변전소는 종합적인 온도 모니터링 시스템이 부족한 경우가 많습니다. 브레이크 디스크, 기어박스, 케이블 접합부와 같은 구성 요소에서의 비정상적인 온도 상승은 제때 감지하기 어려워 장비 고장 및 화재 위험을 증가시킵니다. 또한 기존의 수작업 정기 점검은 비용이 많이 들고 비효율적이어서 분산된 풍력 발전소 운영의 유지보수 수요를 충족하기 어렵습니다.

이러한 산업적 문제를 해결하기 위해, 적외선 열화상 기술은 비접촉 방식으로 실시간 정확한 온도 모니터링을 가능하게 하며, 풍력 터빈과 변전소의 고전압 장비에 대한 전천후 감시를 제공합니다.

기존 전기 시스템을 수정하지 않고도, 이 솔루션은 지능형 조기 경보 플랫폼을 통해 주요 구성 요소의 온도 추세를 분석하고, 이상을 정확하게 식별하며 원격 경보를 발송합니다. 이는 유지보수 비용을 크게 절감시키는 동시에 장비 신뢰성을 향상시킵니다. 포괄적인 온도 모니터링 시스템을 구축함으로써, 열화상 기술은 풍력 발전소의 운영 및 유지보수 효율성을 높이는 동시에 향후 무인 지능형 관리의 기반을 마련합니다.

풍력 발전소에서의 적외선 열화상 응용

1. 풍력 터빈 블레이드의 실시간 모니터링

풍력 터빈 블레이드는 장기간 운전 중 바람 및 원심력 등의 다양한 힘을 받기 때문에 표면 균열이나 박리와 같은 구조적 결함이 발생하기 쉽습니다. 그러나 기존의 모니터링 방법은 주로 고공 수작업 점검, 드론 촬영 또는 고해상도 카메라에 의존하고 있으며, 이는 외부 블레이드 상태만 감지할 수 있고, 온도 이상으로 인한 블레이드 고장이나 파손에 대한 효과적인 조기 경보가 부족합니다.

모니터링 정확도를 높이기 위해, 적외선 카메라는 터빈 너셀 외부의 풍속 센서 브래킷에 설치되어 블레이드의 적외선 영상과 온도 데이터를 실시간으로 지속적으로 캡처함으로써 원격 모니터링을 실현할 수 있습니다. 유지보수 인력은 또한 휴대용 적외선 열화상 장비를 사용하여 정기 점검을 수행하고, 열화상 데이터 분석 소프트웨어와 결합하여 블레이드 상태를 정확하게 평가하며, 잠재적인 위험을 조기에 감지하여 장비 고장의 위험을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

2. 계통 연결 개폐기 주접점 점검

풍력 터빈의 계통 연결 개폐기에서의 주접점 접착은 풍력 터빈 화재의 주요 원인 중 하나입니다. 이 위험은 특히 운전된 지 10년 이상 된 터빈에서 더 높으며, 노화된 개폐기는 아크 소호 능력이 저하되고 주접점의 전기 부식이 심각합니다.

안전성을 높이기 위해, 적외선 열화상 카메라는 개폐기의 주접점 근처에 설치되어 온도 변화를 지속적으로 모니터링하고 열화상 데이터를 수집합니다. 접점의 온도가 급격히 상승하거나 정상 한계를 초과하면 시스템은 알람을 트리거하여 잠재적 위험에 대한 조기 경보를 제공하고, 화재 사고의 가능성을 효과적으로 줄입니다.

3. 주축 브레이크 시스템 감지

고속 제동 중, 풍력 터빈의 주축 브레이크 시스템은 상당한 열을 발생시킵니다. 과도한 온도는 터빈 화재로 이어질 수 있으나, 대부분의 터빈 설계는 브레이크 시스템의 온도 모니터링을 제공하지 않아 상당한 안전 위험을 초래합니다.

이 위험을 완화하기 위해, 적외선 열화상 장비는 주축 브레이크 근처에 설치되어 실시간 온도 데이터를 캡처합니다. 온도가 경보 임계값을 초과하면 시스템은 알람을 트리거합니다. 자동 소방 시스템이 장착된 터빈의 경우, 이 솔루션은 소화 조치를 자동으로 시작할 수 있어 화재 위험을 효과적으로 방지하고 풍력 터빈의 운영 안전성과 신뢰성을 향상시킵니다.

4. 발전기 하우징 감지

장기간 운전 중, 풍력 터빈의 발전기는 과부하, 베어링 마모 또는 열 방출 불량으로 인해 비정상적인 발열이 발생할 수 있으며, 이는 장비 고장이나 폐기로 이어져 경제적 손실과 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 기존의 접촉식 열전대 방식은 발전기 하우징 전체의 온도를 포괄적으로 감지하지 못하며, 배선 및 유지보수에서도 어려움을 겪습니다.

모니터링 효율을 향상시키기 위해, 열화상 카메라는 발전기 근처의 기둥이나 브래킷에 설치되어 최소 50cm 거리에서 하우징 표면 전체를 커버합니다. 온도가 설정된 임계값을 초과하면 시스템은 자동으로 경보를 트리거하고 백엔드에 알림을 전송하여 관리자에게 이상 여부를 즉시 통보하고 장비의 안정적 운전을 보장합니다.

5. 기어박스 및 베어링 감지

풍력 터빈 시스템의 기어박스는 풍차 회전 속도를 증가시켜 발전기에 동력을 전달하는 핵심 기계 부품입니다. 내부의 베어링은 교번 하중을 견디며, 장기간 운전 후에는 피트, 균열, 표면 박리 등의 결함이 발생할 수 있어 기어박스 고장과 발전 효율 저하로 이어질 수 있습니다.

이를 위해, 열화상 카메라는 기둥이나 브래킷을 통해 기어박스 근처에 설치되어 24시간 실시간 온도 모니터링을 수행합니다. 백엔드 네트워킹 소프트웨어와 통합되어 온도 곡선을 분석하고 결함 상태를 정확하게 진단합니다. 시스템은 경보 임계값을 설정할 수 있으며, 이상 온도가 감지되면 백엔드로 자동 알람을 전송하고 이상 영상 미리보기로 연결되어 신속한 분석 및 문제 해결을 가능하게 합니다. 이는 장비의 신뢰성과 운영 안전성을 향상시킵니다.

6. 전력 케이블 온도 모니터링

케이블 고장은 주로 단말부 및 중간 접속부에서 발생하며, 이상 온도는 케이블 작동 상태의 핵심 지표입니다. 과도한 발열은 전력 전송 효율을 감소시키고, 심각한 경우 케이블 용해나 화재 위험을 초래할 수 있습니다.

이러한 위험을 완화하기 위해, TN220 열화상 큐브 카메라는 다수의 모니터링 지점에 배치될 수 있습니다. 컴팩트한 설계로 협소한 공간에도 설치가 가능하며, 덕트 및 트렌치 내 케이블의 실시간 온도 모니터링이 가능합니다. 시스템은 다단계 고온 경보를 지원하여 온도 이상을 신속히 경고하고 유지보수 인력에게 조기에 통지하여 고장 점검을 유도합니다. 이는 사고 위험을 효과적으로 줄이고 전력 시스템의 안전하고 안정적인 작동을 보장합니다.

7. 해상 풍력용 비틀림 방지 케이블 온도 측정

풍력 터빈이 요잉 동작을 수행하는 동안, 주 전력 케이블은 함께 비틀립니다. 비틀림 보호 시스템이 고장 나면, 주 케이블 및 광섬유가 손상될 수 있습니다. 또한 오염된 오일, 이물질 축적, 외피 노화, 비틀림 형성에 따른 방열 제한 등은 과도한 온도를 유발하여 케이블의 안전성을 저해할 수 있습니다.

위험을 완화하기 위해, 소형 큐브 카메라는 표준 케이블의 접점과 접속부 등 핵심 영역에 24시간 온도 모니터링을 수행하도록 배치될 수 있으며, 케이블의 작동 상태에 대한 실시간 정보를 제공합니다. 시스템은 과열 위험을 정확하게 식별하고 온도 이상에 대한 조기 경보를 제공함으로써, 제어되지 않은 발열로 인한 케이블 고장을 예방합니다. 이는 풍력 터빈 전력 케이블의 안전성과 안정성을 확보합니다.

8. 풍력 발전소 변전소 모니터링

풍력 발전소 변전소의 전기 장비가 안정적으로 작동하는 것은 풍력 발전에 있어 매우 중요합니다. 그러나 기존의 감지 방법은 수작업 정기 점검에 의존하는 경우가 많으며, 이는 데이터 수집의 시의성 부족, 커버리지 제한, 인적 요소에 따른 오류 등 여러 문제를 안고 있습니다. 따라서 장비 상태를 종합적이고 정확하게 평가하기 어렵고, 잠재적인 고장 위험을 효과적으로 예측하는 것은 더욱 어렵습니다.

이러한 한계를 극복하고 풍력 발전소의 유지보수 효율성과 안전성을 향상시키기 위해, 현대적 모니터링 기술이 등장하고 있으며, 적외선 열화상 기술은 전기 장비 상태 감지를 위한 고급 방법 중 하나로 널리 사용되고 있습니다. 이는 잠재적인 결함을 정확하게 식별할 수 있도록 합니다.

지속적인 온도 모니터링과 지능형 조기 경보를 통해, 이 시스템은 장비 고장 위험을 효과적으로 줄이는 동시에 풍력 발전소의 유지보수 효율성과 안전성을 향상시킵니다.

적외선 열화상 기술의 장점

비접촉 측정

장비 표면의 적외선을 감지하여 비접촉식 온도 측정이 가능하며, 가동 중단이나 분해 없이 점검 효율을 향상시킵니다.

실시간 모니터링

실시간 기능을 통해 운영자는 온도 분포를 시각화하고, 이상 상태를 빠르게 식별하며 즉각적인 조치를 취할 수 있습니다.

광범위 스캔

광범위한 온도 데이터 수집이 가능하여, 국부적인 열점 및 이상 영역을 정확하게 식별하고 모니터링 정밀도를 향상시킵니다.

예측 유지보수

초기의 부식, 균열, 마모 등을 감지하여 장비 수명을 연장하고 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.

향상된 안전성

빠르게 회전하는 블레이드나 복잡한 환경에서의 장비와의 직접 접촉을 줄여 인적 위험을 최소화합니다.

환경 및 건강 안전

전자기 방사선을 방출하지 않아 환경이나 인체 건강에 해를 끼치지 않으며, 풍력 장비 유지보수에 필수적인 도구로 적합합니다.