프랑스 오트 사부아(Haute-Savoie) 주의 파시(Passy) 수력발전소는 댐과 빙하 속 물을 이용하여 전력을 생산합니다. 2013년 하반기, 이 지역에 빙하수 수송을 위한 수압관 근처에 대규모 토목 공사가 계획되었습니다. 이로 인해 수압관 및 그 주변의 내구성에 조금이라도 영향이 미치지 않는지에 대해 확인할 필요가 있었습니다.

흔히 산 속에 건설 된 수압관은 커다란 금속 실린더 형태를 띠고 있습니다. 수압관이 내압을 지탱하는 바인더(소선을 꼬은 로프) 기능을 하기 때문입니다. 변형 및 파열 가능성에 대한 모니터링이 필요한 곳은 4개의 버팀대로 지지되는 40m 길이의 구간이었습니다. "우리는 HBM 으로부터 이 수압관의 모니터링을 요청했습니다. HBM은 우리의 다른 시설에서도 이런 종류의 설비를 이미 다룬 경험이 있었으니까요. HBM은 설계, 설치, 데이터 보관을 일괄 처리하는 Turn-key Solution을 제안했습니다. 앞선 성공적인 경험을 바탕으로 우리는 이번 새로운 설비에서도 동일한 접근법을 채택했습니다."라고 EDF 수문공학센터의 기계 엔지니어인 클레어 페로(Claire Pérot)는 설명합니다.

고객 정보

 

EDF - Direction Production Ingénierie

Centre d'ingénierie Hydraulique

37, rue Diderot - BP176

38042 GRENOBLE Cedex 9

EDF sur le projet Passy 에 대한 정보

 

 

극한 환경에 견딜 수 있도록 설계된 시스템

모니터링에는 전통적인 포일 스트레인 게이지(foil strain gauge)를 사용합니다. 스트레인 게이지 설치 작업은 추락 위험이 있으므로 기술자들의 주의가 필요합니다. HBM은 이와 같은 현장 작업을 전문으로 하는 회사의 도움으로 총 16개의 포일 스트레인 게이지(Foil Strain Gauge)를 설치했습니다. "우리가 필요로 하는 변형 데이터에 접근하기 위해 우리는 스트레인 게이지를 발전기용 구성으로 환경을 설정하여 수압관을 따라 버팀대 우측으로 설치하고 각 버팀대에서 언덕 위쪽으로 2m 지점에 스트레인 게이지 2개(3시 방향과 9시 방향)를 추가 설치했습니다. 우리는 원하는 합성값을 구하고자 여러 스트레인 게이지에서 입수한 데이터를 수학적으로 종합하였습니다” 라고 클레어 페로(Claire Pérot)는 설명합니다.

수압관을 흐르는 물은 빙하에서 유입된 것으로 여름과 겨울 모두 약 5ºC(41ºF)의 온도를 유지합니다. 이처럼 온도 변화가 거의 없기 때문에 온도보상은 큰 문제가 되지 않습니다. 여름에는 주변 온도가 30ºC(86ºF) 또는 그 이상으로 상승할 수 있습니다. 따라서 수압관의 온도를 측정하면 연신율 측정값 편차를 보상할 수 있습니다. 

"스트레인 게이지는 온도 편차를 감안하기 위해 열보상 스트레인 게이지가 부착된 하프 브리지 회로에 고정되어 있습니다. 스트레인 게이지와 제어장치 사이의 상당한 거리 때문에(최대 80m) 관로 길이에 대한 보상이 반드시 필요했습니다. 따라서 우리는 5-Wire Circuit 을 사용했습니다"라고 설비 시행을 담당하는 HBM 프랑스 기술부의 파스칼 샤포(Pascal Chaffot)는 설명합니다. 앞서 언급한 수압관 온도뿐 아니라 주변 기온 및 제어장치의 내부 온도도 측정했습니다.

제어 장치

수압관 근처에 위치한 제어장치는 겨울의 혹독한 추위와 여름의 폭염을 견디는 과정에서 매우 큰 온도 변화를 겪습니다. HBM은 측정값을 얻기 위해 -10~60°C (14~140ºF)에서 사용하기 적합한 두 개의 PMX 하우징(보관용 지그)을 설치했습니다. 샘플링 주파수(최대 38.4kHz)와 해상도(24bit)는 이런 종류의 용도에 가장 적합했습니다. 디지털화된 데이터는 이더넷 연결을 통해 Beckhoff의 산업용 PC로 전송되었습니다. Beckhoff PC에는 HBM의 catman 소프트웨어가 설치되어 있으며, 모니터링 작업 수행에 맞게 환경이 설정되었습니다. "물론 HBM은 이 설비에 맞는 다른 장치가 있지만, 이곳의 용도가 향후 크게 확장되는 경우가 아니기 때문에 우리는 '가장 최소한의' 솔루션을 제안했습니다"라고 파스칼 샤포는 밝힙니다.

 

 

HBM의 데이터 저장 서버

측정된 데이터는 Sixnet의 3G 라우터를 통해 HBM 서버로 전송됩니다. Sixnet은 (HBM이 소속된) Spectris 그룹의 Red Lion이 몇 년 전에 인수한 산업용 제어장치 전문업체입니다. 서버에서는 사전 설정된 임계값을 초과할 경우 즉시 EDF에 이메일로 경고를 보냅니다. 또 다른 방법으로는 계약에 따라 매달 Excel 양식에 기재된 결과 요약본을 발송할 수도 있습니다. 이번 설비의 경우, EDF가 자체적으로 데이터를 분석하길 원했기 때문에 HBM이 데이터 분석은 하지 않았지만, 데이터 분석 서비스 또한 HBM의 핵심 서비스입니다. 지금까지 살펴본 바와 같이 HBM은 EDF의 요구사항 설정부터 시작하여 설비의 모든 과정을 전적으로 처리했습니다. 제품 선택의 관점에서 계기설치는 전통적인 작업이었지만, 까다로운 환경으로 인해 스트레인 게이지 위치 선정은 상당한 전문성이 요구되었습니다. 이는 전문기술자가 높은 고도에서 작업을 해야 하는 어려움을 수반했습니다. 또한 장치를 설치할 구조물이 산화된 경우가 많아 풍부한 경험이 필요하다는 점도 감안해야 했습니다. 나아가 산에서는 조류의 먹이 활동으로 인한 케이블 손상이 빈번히 발생하는데 케이블을 방호하기 위해 케이블에 보호장치를 설치하는 작업까지도 포함되었습니다.


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