송전선로 보호 시스템의 설계는 전력 계통의 안정성과 신뢰성을 보장하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 이번 글에서는 그중에서도 거리계전기의 Zone 1 요소가 재폐로 기능에 사용되지 않는 이유에 대해 다뤄보겠습니다.
Zone 1은 고장 제거의 속도를 최우선으로 하지만, 이러한 특성이 재폐로와 충돌할 수 있는 경우가 많습니다. 이러한 점은 송전선로 보호반의 설계 철학과 보호 체계가 어떻게 계통의 특성에 맞게 조율되어야 하는지를 잘 보여줍니다.
이번 주제는 전력 보호 기술이 고도화되는 과정에서 우리가 고민해야 할 기술적, 운영적 요소를 다시 한번 돌아보게 합니다. 전문적 관점에서 이 내용을 깊이 탐구하며, 송전선로 보호의 핵심 원리를 함께 알아보겠습니다. 효율적이고 안정적인 전력 계통을 위한 최적의 보호 방안을 탐구하는 여정에 함께하세요!
송전선로 주요 보호방식
송전선로 보호는 주보호와 후비보호의 조합으로 구성됩니다.
- 주보호: 차동 계전기(87)는 송전선로 전체를 보호하며, 통신 채널을 통해 양쪽 변전소의 전류를 비교하여 고장을 정확히 판단합니다. (변전소간 송전선로 100% 보호가능)
- 후비보호: 거리계전기(21)는 고장의 위치를 계산하여 선로 구간별 보호를 수행합니다. 주보호가 실패하거나 작동하지 않을 경우 후비 보호로서 역할을 수행합니다.
송전선로 보호 시스템에서 79 기능(재폐로)은 차동 계전기(87)에 내장되어 수행되는 경우가 일반적입니다.
여기서,
국내처럼 선로가 짧은 경우, OPGW 기반의 통신 채널을 활용해 차동 계전기(87)를 주보호로 사용하며, 87 계전기 내에 79 기능(재폐로)을 통합하여 신뢰성과 속도를 높입니다.
해외처럼 선로가 긴 경우, OPGW 설치가 어렵거나 경제성이 낮으므로 고주파 전력선 통신(PLC)을 사용하는 Teleprotection 기술이 주보호로 사용됩니다. 이는 송전선로의 거리 제약을 해결하면서도 효율적인 고장 보호를 제공합니다.
(국내에서 Teleprotection 보호요소는 Carrier Scheme 이라 칭하였으나, 현재는 사용하지 않습니다)
거리계전기 Zone 1 의 기본원리
- 거리계전기의 Zone 1은 송전선로 보호에서 고장 구간의 75~85%를 빠르게 보호하는 구간입니다.
- Zone 1은 계전기간 통신 없이 자체적으로 작동하여 가장 빠르게 고장을 제거하는 데 사용됩니다.
- 주요 목적은 국부적인 고장 제거이며, 대개 선로의 시작점에서 가장 가까운 고장에 대해 높은 신뢰도로 동작합니다.
재폐로 시스템의 기본 개념
- 재폐로는 순간적인 고장(예: 낙뢰)으로 인한 차단을 복구하여 전력 계통의 신뢰성과 안정성을 유지하기 위한 시스템입니다.
- 재폐로가 효과적으로 동작하기 위해선, 고장 구간의 모든 보호 장치가 재폐로와 협력하여 차단 및 투입 시퀀스를 수행해야 합니다.
- 영구적인 고장 시 재폐로는 동작을 중지하여 고장을 완전히 제거할 수 있도록 설계됩니다.
- 재폐로는 순시 동작의 보호 요소에만 적용되며, 지연 및 영구 고장을 검출하는 보호 요소에는 적용되지 않습니다.
- 순시 동작: 87, 21의 Zone 1
- 지연 및 영구 고장: 21의 Zone 2, Zone 3, SOTF, STUB, OST 등
Zone 1 범위와 재폐로 문제점
위 그림에서 87 계전기 통신불량으로 기능이 상실되었을때, 고장이 Fault 구간에 발생했을때
Zone 1은 송전선로의 85%를 보호하지만, 남은 15% 구간에서 고장이 발생하면 다음과 같은 문제가 발생합니다:
- Sending Side의 Zone 1 보호는 고장을 검출하고 차단기를 작동시키며 재폐로가 수행됩니다.
- Receiving Side에서는 해당 고장이 Zone 2 구간에 포함되어 Zone2 지연시간 후 동작하게 되며, 재폐로가 수행되지 않습니다.
이러한 경우 송전선로의 양쪽 차단기가 동기화되지 않아 Sending Side 차단기만 복구되는 현상이 발생할 수 있으며, 이는 송전선로의 연계 운용에 심각한 영향을 미칩니다. 이런경우 강제적으로 Sending Side 차단기를 Open 하거나, Receiving Side 차단기를 강제적으로 Close 해야 합니다.
국내 송전선로 Zone1 재폐로 사용현황
국내에서 154kV 송전선로 보호방식은 일반 송전선로(87+79, 21), 단거리 송전선로(87+79, 87+21), 3단자 송전선로(87+79, 21), 1.5CB 단거리 송전선로( 87+79, 87+21)보호반으로 구분되며 ( )는 보호계전기 구성입니다.
345kV 송전선로 보호방식은(87+79, 21) 1개의 보호방식으로 표준화 되어 있습니다.
위 송전선로 보호반에서 Zone 1 재폐로를 사용하는 보호방식은 154kV 일반 송전선로 보호반만 사용하며, 그 외 모든 송전선로 보호반은 사용하지 않습니다. 이는 Zone 2 영역에 해당되는 15% 고장을 포기하고 Zone 1을 사용한다는 의미로 해석할수 있으며, 과거서 부터 사용을 해왔기에 기존 시스템과의 일관성을 고려하여 적용한것으로 이해하면 될것 같습니다.
위 포스팅을 통해 Zone 1 재폐로를 사용할 수 있는 경우와 사용하지 않는 이유에 대해 살펴보았습니다. 특히, 송전선로 보호에서 국내와 해외의 차이, 87 계전기와 Zone 1의 역할, 그리고 재폐로와의 협조 문제를 다뤘습니다. 이 글이 송전선로 보호 설계와 운용에 대한 이해를 높이는 데 도움이 되길 바랍니다.
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