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배전용변전소 차기보호제도 시스템의 개발
2005년 3월 31일 (목) 21:51:00 |   지면 발행 ( 2005년 2월호 - 전체 보기 )

이 원고는 일본 《電氣現場技術》誌에서 번역 전재한 것입니다.배전용변전소 차기보호제도 시스템의 개발중부전력·유통본부 공무부 발변전그룹_竹內 元浩(타케우치 모토히로)배전용변전소의 보호제어장치는 그 설치수가 늘어남에 따라, 최근 몇 년 사이에 늘어나는 설비변경에 대응하기 위해 보호제어장치의 비용절감이 시급해지고 있다. 그러나 현재의 배전용변전소 보호제어장치는 개발부터 10년 이상이 소요되고, 사용되고 있는 전자부품이 많아 제조비용을 높이는 요인의 하나가 되고 있다. 또 변전소 출하 시 직접 감시제도기능이나 시험대응기능의 하나로 사용빈도가 낮은 기능은 많이 추가되고 있어 비용을 낮추는 방해요인이 되고 있다.그래서 최근, 급속하게 진보를 거듭하는 전자기술·정보통신기술을 도입과 함께 기능의 슬림화를 꾀해 경제성과 신속성을 동시에 꾀하는 신형 배전용 변전소 보호제어 시스템을 개발했다.현재상태현재의 디지털 형 배전용변전소 보호제어장치는 장치신속도, 보수성의 향상을 목적으로 1989년 개발된 장치이다. 한편으로 초고압 변전소용 디지털 형 보호제어장치는 최근 차세대화가 진행돼 성능향상과 비용절감을 모두 이른 장치가 개발되고 있다.1. 현행장치의 구성현행장치는 보호계전반과 감시제어반에서 구성되어 뱅크단위에서 독립된 구성이다<그림1>.① 보호계전반 : 부분별(주변1차, 2차, 각 배전선)에 독립된 회선단위보호 유닛으로 구성② 감시제어반 : 기능별(직접, 원방, LR)의 각 유닛으로 구성차기 시스템의 설계·검사1. 시스템구성의 검사비용절감을 목적으로 한 3방식 시스템 구성을 만들어 각 방식의 유효성을 검사했다. 각 시스템구성의 개요를 <표1>에 서술했다.① 보호제어 일체회선분리방식 현행 배전반의 회선단위유닛을 답습해, 분할된 원격제어기능을 각 보호 유닛에 분산 취급했던 보호제어 일체유닛(보호 기능 : 주검출, 사고검출 바이트 분리)을 채용한 방식으로 직접 제어장치로서 3뱅크 일부분의 집중감시제도장치(이하 IMCS라고 부르기로 한다)을 채용한 시스템이다.② 4회선 복합방식 배전선 4회선 분의 보호제도기능을 1유닛(보호기능 : 주검출만)을 수납하고, 신속성 유지를 위해 2계통으로 구성한 방식으로 직접제도장치로서 3뱅크 부분의 IMCS을 채용한 시스템이다.③ 5회선 복합방식 5회선(배전선 4회선+절모) 분의 보호기능을 1유닛(보호기능 : 주검출만, 사고검출뱅크분리)을 수납한 방식으로 직접제도장치로서 뱅크단위를 바꾼 식의 IMCS을 채용한 시스템이다.2. 시스템구성의 비교검사저 비용화를 위해서, <표2>의 기본사정을 고려한 시스템 구성의 비교검사를 하게 됐다. 검사결과 배전선 실제 장비 수의 실제 능력을 고려하고 모든 실험 장치 낱개 하나의 경우는 작고 회선복합방식에서는 비용절감이 기대할 수 없는 것부터, 초고압 변전소 제도 시스템 및 현행 장치의 회선단위 생각이 답습된 보호제도일체회선분리방식으로 일체화해 표시했다.보호제도일체유닛으로 구성한 주변에 현행장치의 보호유닛으로 분류되지 않은 수전 개폐설비의 제도 및 변전소 공통의 고장표시를 포함한 검사를 했고, 각 유닛 보호제도대상범위를 <그림2>와 같이 했다.3. 사양검사시스템을 구성한 유닛, 장치의 사양검사 결과는 다음과 같이 했다. ① 보호제도유닛의 검사 보호제도유닛은 현행장치의 보호기능을 포함해 해당하는 회선의 원방제도 기능을 분리해 실제 장치한 것이다. 본 유닛은 보호기능과 원격제도기능을 1유닛에 포함하는 한편, 각 기능은 전원 부, CPU, 입출력 부로 파트 분리한 것으로 상호간에 영향을 받지 않는 구성이다. 보고기능은 신속성을 고려하고, 주검출 계전기와 사고검출 계전기를 파트분리 하지만, 저 비용화를 실현하기 위해 사고검출 계전기는 제어 CPU기본으로 실제 장치한다. 이 때문에 원격제어 CPU기본 고장 시는 사고검출 계전기 출력(FDX)을 우회적으로 주검출 만으로 보호기능을 계속할 수 있는 구성이었다. 보호제어 유닛의 외관은 <그림3>에 블록 구성을 <그림4>에 나타냈다.

② 그 외의 유닛 검출 수전기구제도, 변전소공통고장경보, LR제도, TC종합 등의 기능은 다음에 표시한 유닛 구성으로 했다. - 공통제도유닛 : 수전기구제도와 변전소 공통정보원리 - LR제도유닛 : 전압조정제도와 변압기 고장정보원리 - TC-I/F 유닛 : TC종합원리(정보의 집약과 제도분배, 프로토콜변환)③ 직접 감시제어 방식의 검사(a)집중감시제어장치(IMCS)의 검사IMCS는 정기점검 등의 작업 시나 전송로 또는 텔레콘 장치 등의 고장으로 먼 곳의 감시 제어가 불가능한 경우에 변전소에서 직접 감시 제어할 경우를 목적으로 한다. 그러나, 직접감시제어의 빈도는 적기 때문에 가능한 한 정가로 제작한 것을 목적으로 범용 퍼스널 컴퓨터, 범용제어 소프트웨어에 의한 IMCS의 검사를 하고 시험하기 위해 만든 검정을 실시했다. 시험하기 위해 만든 검정 결과, 아래의 문제에 의한 범용품에 IMCS제작은 채용하지 않았다.·직접, 먼 곳과 함께 LAN제어를 하기 위해 디지털부 고장시의 백업제어기능을 설치할 필요가 있다.·여러 가지 설치형태에 대응하는 계통표시를 실현하기 위해, 개별로 소프트웨어 제작을 행할 필요가 있다.·범용 제어 소프트웨어에서는 기능 부족이다.(b)하드스위치 제어방식의 검사본 방식은 IMCS방식의 문제점을 기본 안으로 하드 스위치 제어 + 직접표시 유닛에 의한 직접 감시제어를 행한 것으로 비용절감을 실현한 방식이다.·제어기능 소형하드 스위치를 적용한 것으로 직접 제어에 디지털 부 고장시의 백업 제어를 겸했다.·표시기능 감시제어선 1면(폭 700mm)에 3뱅크 분의 스위치를 계통 배치한 것으로 하드 제작 면에서 비용 상승 요인이 되는 계통표시화면을 생략 가능했다.직접표시 유닛은 계통표시화면의 생략으로 화면의 소형화가 가능해진 것 때문에 범용 배전반 컴퓨터를 적용한 것으로 비용절감을 나타냈다.본 방식을 채용한 시스템 구성을 <그림5>로, 직접 감시제어부에서 외관을 <그림6>에 표시했다.
④ 그 외의 비용 절감책(a)기능 삭감현행장치 내 사용 빈도가 적은 기능 등을 삭감해 비용절감을 표시했다.·작업설정기능·직접용 직류 전원감시·고장점 판별 기능(b)운반 가능한 형태의 휴먼인터페이스(HI)의 채용각 유닛의 표시는 최소한의 표시만으로 해서 배전반 구성의 간소화를 나타냈다. 상세한 표시에 관해서는 제2세대 디지털 계전기에서 비용절감을 실적이 있는 운반 가능한 형태의 HI를 채용했다. 게다가 운반 가능한 HI의 표시기능에 관해서도 현행 시스템의 표시의 대부분 간소화해 표시했다.(c) LAN의 공유화초고압변전소용 제어 시스템에서는 감시제어에 사용하는 LAN(이하, 제어LAN)과 각 장치의 운반 가능한 HI(상세표시용)에 사용한 LAN(이하, 보수LAN)은 같은 통신사양이더라도 보수LAN의 네트워크를 변전소와 전력센터 사이의 구축할 때(이하 원격대응이라고 부름)의 보완을 고려해서 LAN을 분할하고 있다. 그러나, 배전용변전소에서는 초동체제의 필요가 없고 정보는 배변용 원격감시제어장치(HDLC형)로 내수가능하기 때문에, 보수 LAN의 원격대응의 필요성은 낮다.이상으로 보완면보다 비용절감을 우선으로 해서 제어LAN과 보수LAN을 공용으로 한 LAN구성의 간소화를 나타냈다. LAN 공유의 개요를 <그림7>에 나타냈다.⑤ 장치구성의 검사현행장치는 뱅크단위로 독립해서 뱅크마다 보호계전기반, 감시제어반이 필요한 것이기 때문에 2뱅크에서는 4면, 3뱅크에서는 6면 구성이 된다.차기 시스템에서는 당사의 대부분을 차지하고 있는 2뱅크 배전소에 대해서 공간매력이 가능한 구성을 위해 보호제어반(1면/뱅크)와 감시제어반(1면/변전소)와 해, 2뱅크에서는 3면, 3뱅크에서는 3면으로 구성해 현행장치보다 반면수의 삭감을 나타냈다. 3뱅크 시 장치구성을 <그림8>에 나타냈다.시작, 검정1. 시험제작·검정항목시험 제작기를 제작하고 작업성, 보수성, 내환경성에 관해 검정을 실시했다. 시험제작기의 선정은 시스템 검정이 가능한 최소한의 유닛구성으로 해 배전선 보호제어 유닛을 2배, 공통제어, LR제어, TC-I/F 유닛DMF 각 1대로해, 구조면에서의 작업성, 보수성을 검정하기 위해 보수 제어반, 감시제어반을 각 1면으로 했다.2. 기본성능검정① 시스템검정 시험 제작한 유닛단위 및 장치에서의 기본동작을 검정해 양호한 결과를 얻을 수 있었다.② LAN 전송검증 LAN 전송의 최대부하 상태에서의 전송성능을 검정하기 위해 시험제작 유닛을 첨가해 퍼스널컴퓨터의 부족 분의 유닛을 모의해서 최대 유닛 접속 상태에서 시험을 실시하고 양호한 결과를 얻을 수 있었다.③ 관계 장치 결합시험 인서네트의 적용에서 관찰한 내환경성 성능은 ‘범용 LAN을 사용한 변전소 감시제어 시스템의 개발’ 연구에서 검정을 끝냈다. 이것으로 내환경성 검정으로서 전력용규격 B-402에 맞는 시험을 첨가해, 관계한 타 장치(TC, CB, LR 조작기구, ZCT)와의 실제 기 결합한 것으로 실사용 상태를 모의하고, 시험을 실시해 양호한 결과를 얻을 수 있었다.④ 연속가동시험 한정된 검정시간으로 장기간 연속가동상황을 모의하기 위해 정기적으로 제어지령이나 계전기 동작을 움직이는 장치 반응 동작의 정합성을 확인하고, 양호한 결과를 얻을 수 있었다.3. 작업성 검증조작성, 유닛증설, 고장시의 기본취급, 정기 정검, 제어케이블 접속 등의 작업검정을 해, 실 작업에 필요한 문제점의 유무를 확인하고 이하의 개량을 실시했다.·보호제어유닛의 외부 배선구조의 변경에 의한 배선량의 삭감·LR 제어유닛의 외부접속단자구성의 변경에 의한 배선작업성의 개선소형파트 스위치 내장케이블 교환 작업성의 개선·단자대 배치, 취급방법의 변경에 의한 제어케이블 부설, 접속작업성의 개선결과보호제어유닛, 인서네트, 범용기를 적용한 것보다 경제성과 신속성을 갖춘 보호제어시스템을 개발하는 것이 가능했다. 또 각 반의 면수 삭감에 의한 공간화를 표시함과 동시에 공사비용의 삭감하여 토털 비용절감이 가능했다. 본 장치는 2005년도부터 적용될 예정이다.

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