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한전, Closed-Loop 시스템 개발…실증시험 완료 | ||||||
최근 모제품 광고 중에 ‘좋은 것도 더 좋아져야 한다’는 광고문구가 있다. 이는 현재의 상황에 만족하고 안주하기 보다 나은 서비스, 보다 나은 수익구조, 보다 나은 시스템을 구축하기 위해 노력하는 미래지향적인 삶의 중요성을 강조하는 것이다. 전기도 마찬가지다. 우리나라의 전력공급 서비스 현황은 세계 어느나라와 견줘 우수한 품질을 자부한다.특히 연간 정전시간은 2007년 기준 17.2분으로 1981년에 비해 정전시간을 98%나 단축시켰을 뿐만 아니라 영국, 미국 등 선진국과 비교가 되지 않을 정도의 수치를 자랑한다. 이처럼 정전시간을 세계 최고 수준으로 낮출 수 있었던 것은 한전의 끊임없는 기술혁신이 있었기에 가능한 일이었다. 한전은 그동안 무정전 신공법을 개발해 활용하고, 첨단설비를 진단하는 장비를 이용해 고장을 예방·정비하며, 정전시 원격으로 자동 복구할 수 있는 배전 자동화시스템을 구축, 운영해 왔다. 특히 최근에는 고장시 보다 신속한 전력공급 재개가 가능한 Closed-Loop 시스템 개발을 완료하고 세종혁신도시 및 기업도시 등에 본격 도입할 예정이다.
■ 고신뢰성 요구 고객 급증 IT산업의 고도화, 대형 인텔리전트 빌딩 건설의 증가에 따라 순간정전에도 고객의 손실은 심각한 결과를 초래할 수 있다. 이에 산업이 발전할수록 신뢰도가 높은 전기공급에 대한 고객들의 요구도 증가하고 있다. 현재는 Open-Loop 방식과 자동화, SCADA의 조합으로 전통적인 수지상 네트워크의 약점인 장시간 정전시간이 수분 내로 감소시킬 수는 있다. 그러나 발생되는 정전의 횟수는 효과적으로 감소시키지 못한다. ■ 고장구간 제거 시간 단축 일반적인 Open-Loop 방식이나 수지상 방식의 공통적 특징은 고객에게 오직 반한시 커브특성을 가진 회선보호릴레이에만 의존하고 있는 한개의 전원으로 전력을 공급된다. 또한 전력회사의 표준에 의한 보호협조시간은 0.2~0.5초 사이이고, 간선의 과전류계전기는 10사이클로 셋팅된다. 배전선로의 보호협조 공식에 위배되지 않는 범위내에서 간선에 반한시 릴레이의 수를 증가시키는 것은 CTI(coordination time interval)으로 인해 어려울 뿐만 아니라 실제로 시설하기도 힘들다. 반면 지중 Closed-Loop 방식은 두개의 전원으로 구성됐을 뿐만 아니라 파일럿 릴레이를 적용해 고장구간을 제거하는 시간을 최소화했다. 아울러 선로구간에 고장이 발생해도 고객에게는 순간적인 정전도 없는 전력공급이 가능하도록 했다.
■ 한전, 표준화 규격 제정 Closed-Loop 시스템을 구성하는 주요 요소는 제어단말장치(IED, Intelligent Electronic Device), 고속차단기, 전용 변전소 디지털계전기, 그리고 부속 광통신망이다. 한전은 전용 제어단말장치와 고속차단기간의 상태신호 및 제어신호 전달 인터페이스를 표준화해 규격을 제정했다. 제어장치는 방향비교검출요소가 내장된 것이 특징으로 트리밍 시간이 3사이클 이하이며, 차단기는 4회로 4차단부형으로 차단 시간이 2사이클 이하이다. 변전소계전기는 배전측 제어장치와 상호통신이 가능하며 Closed-Loop 알고리즘 및 백업기능을 내장하고 있다. 이를 이용해 지중배전공급지역에 Loop 형태의 간선을 구성하게 되며, 선로고장에 의한 수용가측 정전이 발생되지 않도록 하기 위해 분기선로는 구성하지 않았다.
■ 주·백업보호협조 방식 적용 기존의 배전계통은 과전류검출을 통한 단방향 보호협조의 계통보호방식으로 운영됐다. 이러한 보호협조방식은 고장이 발생한 후 고장의 후비측 차단기가 동작해 고장을 변전소 주변압기로부터 격리시킨다. 이후 고장점 양단의 기기를 조작해 선로로부터 고장점을 분리하고 건전구간을 역송하는 시스템으로서 고장구간 이 외에서도 고장을 경험할 수 밖에 없는 구조적인 한계를 가지고 있다. 이러한 불가피한 단점을 해소하기 위해 단방향 과전류 고장검출, 주장치 제어방식에 의한 고장처리방식을 양방향 조류감시 및 고장방향 판단, 기기간 통신에 의한 고장처리방식으로 전환한 것이 Closed-Loop 시스템의 보호협조 방식이다. Closed-Loop 시스템의 보호협조는 크게 주보호협조와 백업보호협조 두가지로 구분된다. 주보호협조는 고장구간 최인근 양단의 차단기가 고장전류의 방향을 판단해 고장여부를 결정하고 자가동작하는 방식이다. 즉 차단기와 차단기 구간에서 고장이 발생할 경우 인근 차단기의 해당회로에서는 둘다 정방향 전류의 방향을 검출해 상대방의 방향 정보와 자신의 방향 정보를 동시조건(AND)으로 연산하고 트립명령을 송출하게 된다. 이에 따라 주보호협조는 차단기와 차단기 구간의 고장, 차단기 내부 고장, 변전소와 첫번째 차단기 사이의 구간에 대한 보호협조 고장처리 알고리즘으로 구성돼 있으며, 차단시간은 총 5사이클 이내이다. 이 시간은 제어단말장치에서 고장을 검출해 트립신호를 송출하는데까지 3사이클, 차단기가 신호를 수신받아 차단을 완료하는데 2사이클 이내의 시간이 소요됨을 감안한 것이다. 백업보호협조기능은 고장구간 최인근 차단기가 동작실패 할 경우 바로 다음단에서 차단을 수행하는 것이다. 즉 차단기가 고장을 정방향으로 판단한 상태에서 통신 이상이나 기기 이상으로 고장정보가 오지 않을 경우 일정시간 후에 백업보호차단동작을 하는 방식과 차단기가 자기 차단동작 실패할 경우 인근차단기에 강제 트립신호를 송출하는 방식이다. 변전소 계전기의 보호협조 알고리즘의 경우 기존 지중배전선로의 변전소 릴레이는 재폐로 및 지연시간을 설정하지 않고 1회 순시개방동작으로만 운영됐다. 그러나 Closed-Loop 시스템의 성능을 보장하기 위해서는 변전소 차단기가 약 3사이클 이상 정도의 지연시간을 확보해줘야 함에 따라 지연시간을 최소 3사이클 이상부터 가변 조정할 수 있도록 했다. 차단기간 보호통신은 데이터 신뢰성과 고속 통신을 위해 광통식방식을 채용함으로써 5ms마다 IED간 보호통신이 이뤄질 수 있도록 하고, 차단기간 통신프로토콜인 데이터 프레임은 총 20비트로 정의했으며 상태코드 10비트, 에러코드 10비트로 구분했다. 또한 상태코드 자기단 정보를 인접차단기에 전송하기 위한 정보를 포함하고 있으며, 에러코드는 상태코드 정보를 반전시켜 상태정보 에러체크를 하기 위해 정의했다.
■ 신도시·핵정도시에 우선 적용 한전은 고창전력시험센터에 지중선로 Closed-Loop 시스템을 구축하고 지난해 10월부터 실증시험을 시행했다. 이 결과 고장구간만 고속(3~5사이클)으로 분리해 건전구간에서는 정전을 경험하지 않을 수 있는 배전계통의 국내 도입에 성공했다. 이를 통해 Closed-Loop 시스템이 도입된 지역의 연평균 정전시간은 현재 약 5분여에서 1분 안팎으로 획기적으로 줄어들 수 있게 됐다. 아울러 유사한 보호협조 패러다임을 적용해 가공선로에 대한 Closed-Loop 시스템 개발에 박차를 가할 예정이다. 이 외에도 스마트그리드 구현을 위한 자가 점검 및 수리가 가능한 배전계통을 구축할 수 있는 중점기술을 선점했다는 점에서 의미있는 일이다. 한편 한전은 현재 전국적으로 건설이 추진되고 있는 주요신도시, 행정중심복합도시, 10개 혁신도시, 5개 기업도시, 기타 주요 산업단지 및 대규모 택지 등의 기본 간선계통에 Closed-Loop 시스템을 적용해 나갈 예정이다. 한전 배전건설처 배전건설팀 박기순 차장
지난 2월부터 혁신도시, 신도시, 행정중심복합도시 등 주요 산업단지 및 대규모 택지 등에 적용할 신배전계통 개발 및 실무 작업을 담당해 왔던 한전 배전건설처 배전건설팀 박기순 차장은 시대의 변화에 따른 고객의 니즈를 충족하기 위해 개발된 기술이라고 설명했다. “기존의 Open-Loop 시스템의 경우 차단기에 연결된 보호계전기가 고장났을 경우 고장을 인지하고 원격으로 전력공급이 가능토록 하는데까지 최고 3~5분이 소요됐기 때문에, 이로 인한 피해는 고객들이 고스란히 떠안을 수 밖에 없었습니다.” 이에 박 차장은 한 루프상에 제어단말장치들을 연결하는 Closed-Loop 시스템 도입을 검토하게 됐다고 전했다. “과거에 학교를 다니면서 한 루프상에 차단기 등을 연계하는 방식을 공부한 적이 있습니다. 이번에 개발한 Closed-Loop 시스템은 이를 전력공급 방식에 도입한 것으로, 연결된 차단기들이 이상 발생시 고장점을 단시간에 분리하고 제어단말장치간 광통신을 통해 정전발생 시간을 최소화한 것입니다.” 이를 적용할 경우 고장발생으로 인한 정전시간을 획기적으로 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 지중배전선로의 이상 발생에 대비해 전문 인력이 상시 대기하고 있어야하는 불편이 줄어들 것이라고 박 차장은 지적했다. “현재 지중배전선로의 이상 발생시 원격으로 관리하는 지역일지라도 전문 인력이 이를 점검하고 향후 조치를 수행해야 했으나, Closed-Loop 시스템이 적용되고 있는 상황에서는 고장부분만 차단되고 전력공급이 정상적으로 이뤄지기 때문에 야간 시간대를 피하는 등 복구 시간을 선택할 수 있습니다. 또한 해외에서 사용되고 있는 차단기나 단말장치에 비해 기술은 우수하나 가격 경쟁력이 높은 편이라 해외 시장 진출의 가능성도 높은 분야입니다.” 박 차장은 해외에서 제작·생산되는 단말장치 및 차단기의 가격이 국내 생산제품보다 5배 가량 비싸다며, 국내 제품이 상용·보편화돼 해외 시장에 진출할 경우 승산이 높을 것으로 예상된다고 말했다. 이에 업계에서 관련 기술 개발에 적극 나서줄 것으로 당부했다. 이 뿐만 아니라 하나의 루프로 연계된 Closed-Loop 시스템의 경우 스마트그리드 구축 사업에서 요구되는 바둑판 모양의 메쉬망 계통 연계 기술의 핵심기술로, 스마트그리드 사업 성공의 기반이 될 수 있을 것이라고 자부했다. “스마트그리드가 도입되면서 고신뢰성 계통을 구축하기 위해 바둑 모양의 메쉬망 전력계통이 요구되고 있는 상황입니다. 비록 Closed-Loop 시스템은 하나의 루프를 이용하는 것이지만 단일 루프들을 연계할 경우 메쉬망이 구축될 수 있습니다. 이에 스마트그리드 사업에서 요구하는 메쉬망 전력계통을 구축에 앞서 Closed-Loop 시스템을 본격 활용함으로써 향후 사업 추진에 도움이 될 수 있을 것으로 기대됩니다.” 물론 현재는 Closed-Loop 시스템이 개발 완료되고 내년부터 혁신도시에 26개 Closed-Loop를, 서귀포에 2개의 Closed-Loop를, 부산에 1개의 Closed-Loop를 우선 도입할 계획이긴 하지만, 개발에서 도입에 이르는 과정이 결코 쉽지많은 않았다고 박 차장은 회상했다. “개발 초기에는 핵심주요지역의 경우 신뢰도가 가장 높은 3중 전원 방식인 SNW를, 중요지역의 경우 이중전원 방식 도입을 검토한 바 있습니다. 하지만 투자비 대비 신뢰성을 평가한 결과 Closed-Loop 방식으로 최종 확정하게 됐습니다.” 이처럼 당초 고려됐던 몇 가지 방식들의 실효성이 거론되면서 Closed-Loop 시스템 도입을 성공하지 못할 경우 신배전계통망 계획자체에 차질을 입을 수 있었기 때문에 많은 부담이 있었다고 박 차장은 말했다. 하지만 Closed-Loop 시스템 개발을 성공함으로써 배전선로측 뿐만 아니라 송변전 운영측까지 직접 통신이 가능해져 고객지원 업무를 연계할 수 있게 된 점은 높이 평가할 만 하다며, 향후 가공선로에 적용할 수 있는 방안도 연구해 나갈 것이라고 덧붙였다. 끝으로 박 차장은 Closed-Loop 시스템 개발과 실증시험이 비록 성공하긴 했지만 향후 핵심도시, 신도시 등 현장 적용시 지역의 특성이나 환경여건 등을 배제할 수 없는 것이라며 향후 계통 설계부터 적용까지 무사히 이행될 수 있도록 마지막까지 최선의 노력을 다할 것이라는 뜻을 전했다. |