디지털배전반과 고장점표정장치의 통합화 및 연계방안

디지털배전반과 고장점표정장치의 통합화 및 연계방안 검토

 

 

1. 제어반(디지털형)의 기술적 특성분석

1) 제어반이란 감시제어용(계기, 계전기, 조정기 등) 및 주회로 기기(차단기, 단로기 등)를 구조물(개방 또는 폐쇄)에 장착하거나 수용하여 배선을 통해 감시제어 및 보수․보안상 가장 유효한 형태로 구성한 기기의 복합체이다. 제어반은 전력의 발전, 송전, 변전에서부터 수․배전 및 전동기 제어에 이르기까지 전력의 수급이 필요한 모든 부분에 필요한 장치로서 간단한 것부터 복잡한 용도까지 다양하다.

 

2) 제어반은 그 규모, 기능에 정도의 차이는 있지만 감시제어를 수행하는 각 기기가 충분한 성능을 발휘할 수 있도록 상호 협조하여 유기적 결합을 도모할 필요가 있으며 지능화가 가능하도록 한다.

 

3) 전철 변전소에는 송전 및 급ㆍ배전 등에 관한 고전압ㆍ대전력 관계의 기기가 다수 설비되어 있는데 이러한 기기를 집중적으로 조작･감시하면서 보호할 필요가 있다. 이러한 목적으로 설치되어 있는 것이 제어반이다.

 

4) 이러한 제어반의 기능을 실제로 수행하여 소기의 목적을 달성하기 위해 종래에는 다수의 전통적인 기계식 보호계전기와 보조계전기를 사용하여 회로를 구성하고 있다.

 

5) 우리나라 교류 전기철도에서 사용된 제어반 보호시스템의 발전과정을 보면 초기에는 유도형 보호계전기를 사용한 보호시스템이며, 2단계에서는 정지형 보호계전기와 유도형 보조계전기를 사용한 보호시스템, 3단계는 전자식 보호계전기와 유도형 보조계전기를 사용한 초보적인 전자식 보호시스템, 4단계는 전자식 보호계전기와 산업용 컨트롤러(PLC ; Programmable Logic Controller)를 조합한 진정한 의미의 전자식 보호시스템, 5단계는 디지털 계전기와 전기철도용 컨트롤러를 조합한 보호시스템의 과정을 거치고 있다.

 

6) 즉, 디지털 기술의 발전에 의한 전자제어반은 성능개선, 공정의 절감, 적용에 대한 유연성 확보, 패널 면적과 결선의 감소, 감시반과의 간단한 인터페이스, 자기진단기능 등을 가지며 경제적인 면에서도 경쟁력을 확보할 수 있다. 전자화에 따른 장점은 다음과 같다.

1) 설비의 간소화

2) 신뢰성 향상 및 보호협조의 용이성

3) IEC 규격에 준한 시험으로 안정성 확보

4) 자기진단 기능에 의한 신뢰성 향상

5) 안정성이 입증된 통신 프로토콜의 사용

6) 변성기의 저부담화 및 유연성

7) 일괄집중 감시시스템의 구축 용이

8) 철도시스템에 부합하는 성능 확보

9) 저비용화 및 고융통성ㆍ고확장성

10) 일률적 계통파악 및 재발방지

 

2. 고장점표정 시스템의 기술적 특성 분석

1) 고장점표정장치는 AT 급전 선로에서 지락 등의 고장이 발생하였을 때 고장 발생 위치를 신속히 찾아내기 위한 장치이다. 신속하게 고장 위치를 파악할 수 있다는 것은 바로 신속한 복구로 이어질 수 있을 뿐더러 열차 운행 지장 시간의 단축과 고장 위치를 찾기 위한 노력과 시간의 단축을 의미한다.

 

2) 고장점표정장치는 수도권 전철화 구간과 경부선 동대구-부산 구간 및 호남선에 설치되어 고장발생시 그 효과가 널리 인정되고 있다. 고장점표정장치는 변전소 및 구분소, 보조구분소의 AT와 AT 사이에 지락이 발생하면 이때 발생하는 고장전류와 고장점의 거리와의 관계를 비율로 환산하여 고장점을 표정하는 흡상전류비 비교방식과 고장점 위치로부터 선로의 전압 및 전류 등을 측정하여 구한 리액턴스의 값으로 고장점 위치를 표정하는 임피던스 방식(linear값만 입력으로 적용하는 방식과 non-linear값을 입력으로 적용하는 방식)이 있다.

 

3) 디지털 제어반은 신뢰성 확보, 성능개선, 공정의 절감, 적용에 대한 유연성 확보, 패널 면적과 결선의 감소, 감시반과의 간단한 인터페이스, 자기진단기능 등을 가지며 경제적인 면에서도 경쟁력을 확보할 수 있고, 또한 기능의 대부분이 소프트웨어로 구성되어 있기 때문에 설비의 증설과 변경이 용이하며, 시스템내 감시 측정값의 일치로 일률적인 계통파악이 용이한 디지털 계전기와 전기철도용 컨트롤러를 조합한 보호시스템을 최적 대안으로 선정하였다

 

4) 전차선로 지락 사고 발생 시 고장점을 유지보수요원의 순회점검에 의지하여 찾는다는 것은 터널이 많고, 역간거리가 길고, 산악지역이 많은 우리나라의 경우 열차 운행에 지장을 초래하여 비용 편익성 측면에서 오히려 손실이 크므로 고장점표정장치를 전철화구간에 설치하는것이 타당한 것으로 분석되었다.

 

5) 전철제어반은 보호제어반, 통신반, 고장점표정반외 기타 여러 가지 종류의 제어반들의 혼합으로 구성되어 있다. 따라서 제어반의 종류별로 각각의 독립된 표시 제어부를 가지고 있어 관리를 위해서는 기기별 표시제어부의 기능을 익혀야 하고, 특정 상황 발생시 사용자가 원인에 따라 필요한 표시 제어부를 확인하여 사용법에 따라 조치를 취해야 하는 번거로움이 있다.

 

6) 보호제어반, 통신반, 고장점표정반외 기타 여러 가지 종류의 제어반들의 혼합으로 구성되어 있는 것을 독립된 하나의 표시 제어장치로 전철제어반의 모든 기기들을 관리하고 제어할 수 있도록 하면,

ㄱ) 운영자의 효율성을 도모할 수 있는데 운용자는 기기의 종류나 특성에 관계없이 통합된 인터페이스로 제어반에 속한 기기들의 상태를 관측하고 제어할 수 있다.

ㄴ) 기기에 따라 별도의 표시제어장치가 없는 경우에도 SCADA에 연계되는 프로토콜을 이용하여 현장 감시제어가 가능하도록 구성할 수 있다.

ㄷ) 이상 현상 발생 시 집중하여 한 곳에서 다양한 정보를 취득하여 원인을 분석하고 대책을 수립할 수 있다.

ㄹ) 제어반을 기능마다 분할하여 배치하게 되면 조작성의 향상을 저해하게 되는데 통합 시에는 감시 제어의 효율화는 물론 제어반의 일괄적인 교체가 용이하게 되는 장점이 있다.

 

3. 종합 검토의견

디지털 전력보호감시제어장치(IED ; Intelligent Electronic Device)는 전력계통에서 발생할 수 있는 계통보호 및 예측 등을 위한 설비라고 한다면, 고장점 표정장치는 급전선, 전차선 및 조가선이 지락 또는 단락되었을 경우 고장개소를 신속히 파악하여 고장개소를 단시간 내에 복구하기 위해 필요한 설비로 이러한 두 기능을 갖는 장치는 사용목적 및 기능에 맞게 선정하여 사용하는 것이 바람직할 것이다.