조 이 기 술

이중모선의 단로기 불량과 모선 보호 알고리즘

고압 송배전 시스템에서 모선 보호는 전력 시스템의 신뢰성과 안정성에 매우 중요한 요소입니다. 특히 154kV 이중모선 시스템에서, 각 구성 요소가 올바르게 동작하지 않으면 큰 문제가 발생할 수 있습니다. 이번 글에서는 이중모선 시스템에서 Disconnector(이하 DS or 단로기)가 불량할 때 발생할 수 있는 문제점과 이를 해결하기 위한 모선 보호 알고리즘에 대해 살펴보겠습니다.

1. 이중모선 시스템에서 단로기의 역할

이중모선 시스템에서는 DS(Disconnect Switch)가 모선 간 회로를 개방하거나 폐쇄하는 중요한 역할을 합니다. DS는 부하 전류를 차단하는 역할을 하지는 않지만, 모선과 연결된 회로를 분리하거나 연결할 수 있는 기능을 제공합니다. 차단기와 달리 직접적인 고장 전류 차단 기능은 없지만, 계통 시스템 내에서 회로 전환(모선 절체 등)과 같은 중요한 작업을 수행할 수 있습니다.

하지만 DS가 불량일 경우, 모선 보호 시스템에 심각한 영향을 미칠 수 있으며, 특히 모선 보호의 핵심인 차동 보호가 제대로 동작하지 않으면 큰 사고로 이어질 수 있습니다.

2. DS 불량의 정의

DS 가 정상일 경우 상태는 Close or Open 상태로 유지됩니다. 하지만 DS 가 불량일때는 2가지 형태로 존재하며 아래 표와 같습니다.

DS Fail Condition	DS “Close” Input	DS “Open” Input
Both input : High Condition	High	High
Both input : Low Condition	Low	Low

• 위 표와 같이 Close/Open 입력이 같을때를 DS 불량이라 합니다.

3. DS 불량 시 모선 보호 시스템에 미치는 영향

– 단로기가 고장났을 때 발생할 수 있는 문제는 다음과 같습니다.

• 모선 차동 보호 오동작: 차동 보호 시스템은 DS가 모선에 연결된 회로에서 유입 및 유출 전류를 정확하게 측정해야 합니다. 단로기 불량으로 인해 해당 회로의 전류 측정이 불가능해지면 차동 보호의 오류 발생 가능성이 높아집니다.
• 운전 모선 선택 불가: 단로기 운전 상태에 따라 No.1 또는 No.2 모선에서 고장이 발생할 경우, 선택적으로 고장 모선을 차단해야 합니다. 그러나 DS가 불량일 경우, 운전 상태를 정확히 파악할 수 없으므로 올바른 선택을 할 수 없게 됩니다.

4. 모선 보호 알고리즘

단로기 불량 상황에서 모선 보호 시스템을 안정적으로 유지하기 위해 단로기 보상 알고리즘을 적용할 수 있습니다. 이 알고리즘은 단로기의 상태를 실시간으로 감지하여 보호 시스템에 반영함으로써 차동 보호의 신뢰성을 높입니다.

4.1 단로기 상태 감지

모선 보호 시스템에서 각 차단기와 함께 단로기의 상태도 매우 중요합니다. 단로기가 Open 되어 있는 경우, 해당 Bus Zone은 보호 영역에서 제외되어야 하며, Close 되었을때만 정상적으로 보호가 이루어집니다. 이를 위해 단로기의 상태를 실시간으로 감지하기 위해 단로기 상태 접점을 모선 보호계전기에 반드시 입력해야 합니다.

4.2 Zone 별 차전류 연산

모선 보호는 각 모선에 유입되는 전류와 유출되는 전류를 비교하여 이상 전류를 감지합니다. 하지만 단로기가 불량한 경우, 보호 시스템은 해당 회로를 보호 계산에서 제외(Open 상태) 또는 Close로 인지해야 합니다.

4.3 단로기 접점 불량 시 모선 선택의 중요성

이중모선에서 단로기 불량 시 모선선택을 어떻게 처리할지에 대한 논의는 보호 시스템의 신뢰성과 선택성 측면에서 중요한 이슈입니다. 이러한 상황에서는 모선 보호 시스템이 단로기의 상태를 정확하게 인식하고 이에 맞는 적절한 조치를 취하는 것이 필수적입니다. 이 경우, Close로 인식할지 이전 상태를 인지할지에 대한 결정은 주로 다음과 같은 이론적 근거와 상황에 따라 달라집니다.

여기서 이전 상태라 함은 Close position 에서 Open position 로 변환 시 Close 접점 불량으로 High Condition 을 유지하면 이는
Close/Open 모두 High 조건이며 단로기 불량으로 처리됩니다. 이때 처음 Position 이 Close 이므로 Close로 인식하는것을 이전 상태라 합니다.

(Open 에서 Close 로 변환시 같은 조건이라면 이는 Open으로 인지합니다.)

a. 실시간 시스템 안정성 유지가 우선인 경우, 단로기를 Close 상태로 인식하는 것이 더 나은 선택일 수 있습니다. 단로기 고장을 무시하고 고장 전환 및 시스템 복구 절차가 더 빨리 진행될 수 있기 때문입니다.

b. 반대로, 시스템의 안전성과 고장 예방이 더 중요한 경우라면, 이전 상태를 유지하는 것이 더 적절할 수 있습니다. 이는 단로기 고장이 잘못된 선택으로 인해 시스템의 다른 부분에 문제를 일으킬 가능성을 줄이기 때문입니다.

결과적으로 단로기 불량 시 Close로 인식할지, 이전 상태를 인식할지는 시스템의 요구사항과 우선순위에 따라 달라집니다. 일반적으로는 보호 장치의 신뢰성과 선택성을 유지하기 위해 이전 상태 인식이 더 적합한 선택이지만, 시스템 안정성을 더 우선시하는 상황에서는 Close 상태로 인식할 수 있습니다.

5. 단로기 불량 시 모선 고장에 따른 동작결과 예

단로기 불량 시 실제 고장 발생 시, 모선 보호 계전기가 어떻게 연산하여 트립을 유발하는지 살펴보겠습니다.

5.1 실제 운전조건과 DS가 정상일때 모선 보호 계전기가 인지하는 계통 운전

(위 좌측 그림참조)

a. DS가 정상일때 위 좌측 그림과 같이 Bus Zone1, Bus Zone 2, Check Zone으로 연산합니다.

• F1 고장 시 : No.1 Bus에 연결된 F/D 차단기 트립되며, No.2 Bus 는 정상 운전.
• F2 고장 시 : No.2 Bus에 연결된 F/D 차단기 트립되며, No.1 Bus 는 정상 운전.

5.2 실제 운전조건과 No.2 DS가 불량일때 모선 보호 계전기가 인지하는 계통 운전

(위 우측 그림참조)

a. DS가 불량일때 위 우측 그림과 같이 Bus Zone1, Check Zone으로 연산합니다.

(Close 인식 정정일때)

• DS 접점 불량 시 모선 보호계전기는 불량 DS를 Close로 인식하여 DS에 의한 Bus Coupling과 같은 조건으로 인지.
• 만약 DS 불량 현상이 Open에서 Close로 변환될 때, High/High or Low/Low 조건에서 이전 상태의 정정이 이루어진다면, 이는 4.1항과 동일한 결과 값을 나타냅니다.

b. 차단기 트립 : F1, F2 어느 모선 고장에서도 모든 차단기는 트립됩니다.

6. 결론

단로기 불량 시 모선 보호 알고리즘은 단로기의 상태를 실시간으로 감지하여 보호 시스템의 신뢰성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 이를 통해 모선 차동 보호는 단로기 불량 시에도 안정적으로 작동할 수 있으며, 이중모선 시스템의 신뢰성과 안정성을 높이는 데 기여합니다.

정리: 이중모선 시스템에서 단로기 불량은 보호 시스템에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 하지만 적절한 단로기 보상 알고리즘을 사용하면 차동 보호 시스템이 안정적으로 동작할 수 있으며, 전력 시스템의 신뢰성을 높일 수 있습니다.

이와 같은 보호 알고리즘은 전력 시스템의 설계 및 유지보수에서 필수적인 요소이며, 이를 통해 시스템의 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있으니 계통 운전을 고려하여 선택하여 적용하기 바랍니다.

감사합니다.

Always ready to help! 조이기술

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