보호 계전기

보호 계전기의 주요 기능은 1차 측의 고장이나 과부하를 가능한 한 신속하게 감지하는 것입니다. 이 계전기는 차단기를 사용하여 고장이 발생한 설비나 전력망의 일부를 나머지 전력망이나 변전소로부터 선택적으로 격리합니다. 이를 통해 영향을 받은 설비나 인접 설비 및 인원을 보호하고, 정전 시간을 최소화하며, 매우 신뢰할 수 있는 전력 공급과 높은 가용성을 보장하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 또한 설비 손실과 장기간의 정전은 막대한 비용을 수반하므로, 보호 계전기는 비용 효율적인 운영을 가능하게 합니다. 비상 시 정상적으로 작동할 수 있도록 보호 계전기는 정기적으로 시험해야 합니다.

시험의 시기 및 주기는 국가별 규정과 시스템 운영자가 정의한 개별 전략에 따라 다릅니다.

일반적으로 보호 계전기의 수명 주기에는 네 가지 상이 있으며, 각 상마다 적합한 시험 유형이 다릅니다:

• 형식시험 및 공장 인수 시험은 보호 계전기 제조업체가 생산 및 개발 단계에서 수행합니다
• 신규 변전소 계획 단계에서는 실험실 시험이 수행됩니다
• 현장 인수 시험 및 시운전 시험은 변전소에서 수행됩니다
• 반복적인 기능 및 유지시험은 운영 중에 현장에서 수행됩니다

시운전 및 정기 유지보수 시 수행해야 하는 시험에 대한 기본 조건은 독일의 Forum Netztechnik/Netzbetrieb(FNN)이나 미국의 North American Electric Reliability Corporation(NERC)과 같은 국가별 지침에 명시되어 있습니다. 이후 보호 계전기 제조업체는 계전기 및 보호 설비의 측정 규칙과 요구 사항을 정의하는 IEC 60255 표준과 같은 규격에 대한 적합성 시험을 수행합니다.

이 질문은 개별 시스템 운영자가 사례별로 판단해야만 답할 수 있습니다. 국가별 지침이나 규정에 따라 어느 정도 규정될 수도 있습니다. 원칙적으로 초기 시운전 시험 후 펌웨어 업데이트와 같은 보호 시스템의 변경 사항이 발견된 경우 시험을 수행하는 것이 바람직합니다. 그러나 보호 계전기들은 장기간 운영되므로 감지되지 않은 변경 사항이 발생할 수 있습니다. 이러한 유형의 변경 사항을 감지하기 위해 유지보수 주기 및 해당 시험 범위가 정의됩니다.

시험 주기를 정의할 때는 다음과 같은 다양한 계수를 고려해야 합니다:

• 전체 전력 공급 안정성에 있어 보호 대상 전력망 구간의 중요도
• 보호 계전기의 사용 연한 및 유형
• 국가별 법률, 규정 또는 지침
• 가용한 보호 엔지니어의 수 및 그들의 교육 수준
• 특정 장치 유형에 대한 경험 수준

이러한 계수들은 변동성이 있으므로, 시험 주기 또한 동적으로 변경될 수 있습니다. 따라서 일반적인 품질 관리 시스템에 문서를 통합하여 일관된 시험 전략을 수립해야 합니다.

보호 계전기 시험을 수행할 때 가장 우선시해야 할 것은 바로 여러분의 안전입니다. 보호 계전기 시험을 준비할 때는 시험을 시작하기 전에 모든 관련 안전 및 보호 조치를 반드시 준수해야 합니다.

보호 계전기 시험의 주요 사항

1. 계전기 상태의 육안 점검
2. 시운전 또는 전선 변경 후 전선 검증
3. 보호 계전기 설정값을 사전 정의된 요구 사항에 맞춰 시험 및 조정
4. 개별 보호 기능을 시험하여 계전기의 기능성 확인
5. 픽업 및 트립시간 값이 정의된 한계 내에 있는지 확인
6. 시스템 관점에서 본 계전기 동작 검증

네, 테스트 계획은 양방향으로 모두 쉽게 조정할 수 있습니다. 필요한 것은 해당 Test Universe 모듈의 라이선스뿐입니다.

시험 계획을 IEC 61850 시험 설정에 효율적으로 적용하려면 시스템 구성 언어(SCL) 데이터를 출발점으로 활용하십시오. 이렇게 하면 구성 속도가 빨라지고 오류를 방지할 수 있습니다.

Test Universe에서는 GOOSE 설정 모듈을 추가하거나 제거하는 것만으로 GOOSE와 기존 바이너리 I/O 간 전환이 가능합니다. 이후 디지털 변전소에서 기존 보호 계전기용으로 작성된 테스트 계획을 하드와이어링을 GOOSE 메시징으로 대체하여 간단히 재사용할 수 있습니다.

모든 아날로그 출력이 단일 위치에서 구성되므로 기존 테스트 계획을 Sampled Values(샘플링 값)에 적용하는 것도 간단합니다. Test Universe의 대부분의 테스트 계획은 2차 값을 기반으로 하는 반면, Sampled Values는 1차 값으로 정의되므로 Test Universe에서 시험 개체에 대한 일부 조정이 필요할 수 있습니다. 일반적인 적용 사례에서는 계기용변압기 비율을 1로 변경하고 설정된 잔류 계수 및 최대값을 확인하는 것을 권장합니다.

종단 간 테스트에서는 보호 회선 구간 또는 보호 대상 전기 설비 구역의 모든 종단부를 동시에 시험합니다. 모든 종단부의 시험 루틴은 서로 시간적으로 동기화되어야 합니다. 시스템 기반의 종단 간 시험은 개별 보호 기능의 검증뿐만 아니라 보호 시스템 전체의 올바른 동작 여부도 함께 확인할 수 있습니다.

종단 간 시험에서 가장 큰 과제는 시험을 조정하는 것입니다. 시험 실행을 용이하게 하고 한쪽 끝에서 결과를 문서화하는 보호 시험 솔루션은 시험의 복잡성과 인건비를 상당히 줄여줍니다. RelaySimTest를 활용한 시스템 기반 종단 간 시험을 사용하면 한쪽 끝에서 시험을 실행하고 필요에 따라 조정할 수 있습니다.

최근까지, 진행파보호 기능 시험은 수행이 매우 까다로워 계전기 시운전 과정에서 실시되지 않았습니다. 이에 OMICRON은 기존의 보호 시험셋만으로도 진행파보호 기능을 간편하게 시험할 수 있는 세계 최초의 솔루션인 TWX1 악세사리를 개발했습니다.

테스트 설정은 두 개의 TWX1 악세사리를 추가한 종단 간 테스트와 동일합니다. RelaySimTest를 사용하면 한쪽에서 시험을 수행할 수 있으며, 결과는 자동으로 문서화됩니다. 이를 위해 시스템 및 선로 데이터를 RelaySimTest에 입력합니다. 전력 시스템 모델의 원하는 위치에 다양한 고장 유형을 배치하여 원하는 시험 케이스를 정의합니다. 그런 다음 시뮬레이션이 과도 신호와 진행파 펄스를 자동으로 계산합니다. 실행 중에 CMC 시험셋이 과도 신호를 공급하고, TWX1 악세사리가 나노초 단위의 정확도로 3상 전압 및 전류 진행파 펄스를 중첩시킵니다. 생성된 신호를 사용하여 진행파보호 계전기의 진행파보호 기능과 위치 결정 기능을 모두 효과적으로 시험할 수 있습니다.

진행파보호 계전기 간편하게 시험하기

IEC 60255-1xx 표준은 보호 기능에 대한 기능적 요구 사항을 규정합니다. 이 표준 시리즈에서 xx는 IEEE/ANSI C37.2 보호 기능 번호를 나타냅니다. 예를 들어, IEC 60255-151은 과전류 보호(51)에 대한 요구 사항을 규정하지만, 저전류(37) 및 역상 과전류(46)와 같은 관련 기능도 포함합니다.

IEC 60255-1xx 표준은 또한 정상 상태 정확도와 보호 기능의 동요 성능에 대한 요구 사항도 규정합니다. 일반적으로 Test Universe는 정상 상태 정확도 시험에 적합하며, RelaySimTest는 동요 성능을 다룹니다.

많은 계전기 제조업체들은 자사의 계전기 및 IED에 대한 광범위한 형식시험을 수행하여 이러한 표준의 적합성을 검증하기 위해 당사의 솔루션을 활용하고 있습니다. 전력 회사는 이러한 시험 중 일부를 수행하여 적합한 계전기 유형을 비교 및 선정할 수 있습니다(수락 시험).

OMICRON Engineering Services는 이러한 시험 작업을 지원합니다.

보호 계전기 시험에는 설정 기반 접근 방식(현재 가장 널리 사용됨)과 시스템 기반 접근 방식이 있습니다. 또한 수동 실행과 자동 실행으로 구분할 수 있습니다.

최소한의 노력으로 시스템 기반 보호 계전기 시험을 수행하면, 고장 발생 시 보호 시스템 내 개별 구성 요소들이 집단으로서 올바르게 작동하는지 확인할 수 있습니다. 이 접근 방식은 계전기 유형이나 제조업체에 관계없이 보호 시스템의 설정, 논리 및 설계에 숨겨진 오류를 탐지할 수 있게 해줍니다. RelaySimTest는 시스템 시험을 최적화하여 준비하고 실행하는 데 필요한 도구를 제공합니다.

설정 기반 보호 시험은 개별 계전기의 보호 기능과 관련 설정값에 중점을 둡니다. 최신 계전기는 수천 가지의 설정 항목을 제공하므로, 자동화된 시험이 수동 방식보다 훨씬 우수합니다. Test Universe는 완전 자동화된 테스트 보고서 생성을 포함하여 표준화 및 자동화를 위한 광범위한 옵션을 제공합니다. 테스트 계획을 활용하면 최대의 효율로 테스트를 수행할 수 있습니다. 이를 당사의 테스트 소프트웨어가 제공하는 방대한 기능과 결합하면 보호 계전기 및 기타 2차 설비를 상세하게 테스트하는 데 필요한 유연성을 확보할 수 있습니다.

시험 접근 방식

• 시스템 기반 보호 시험: RelaySimTest
• 설정 기반 보호 테스트: Test Universe

동영상 시청

자세한 내용은 팟캐스트를 들어보세요: 보호 시험 – 설정 기반 및 시스템 기반 접근 방식

‘자동화’라는 용어는 특히 보호 계전기 시험과 관련하여 종종 성급하게 사용되곤 합니다. 실제로 보호 계전기 엔지니어들은 다양한 제조사의 장비를 다루어야 하므로, 시험 절차를 완전히 자동화하는 것이 훨씬 더 어렵습니다. 어떤 경우에는 공급업체들이 자신들의 솔루션이 보호 계전기 시험의 일부만 자동화할 뿐임에도 자동화라고 주장하기도 합니다. 따라서 주의가 필요합니다.

높은 수준의 보호 계전기 자동화 시험을 달성하려면 다양한 제조사의 보호 계전기용 유연한 템플릿과, 시험 계획 내에서 개별 시험 모듈을 유연하게 조합할 수 있는 기능이 필요합니다. 보호 계전기 시험을 위한 통일된 표준을 정의함으로써 효율성을 높일 수 있습니다. 또한 시험 결과 문서를 수동으로 작성할 경우 상당한 노력이 소요되므로, 시험 결과의 완전한 자동화 문서화는 필수 요건입니다. 당사의 Protection Testing Library(PTL)를 사용하면 Test Universe 및 RelaySimTest 모두에서 광범위한 애플리케이션에 자동화된 테스트 절차를 적용할 수 있습니다. 또한, 이러한 테스트 템플릿은 특정 요구 사항에 맞게 쉽게 맞춤 설정할 수 있어 자동화 수준을 한층 더 높일 수 있습니다. 수동 보호 테스트 작업에 비해 최대 80%까지 작업량을 줄일 수 있습니다.

사용 가능한 시험 템플릿

당사는 다음과 같은 강력한 시험 소프트웨어 제품군과 다양한 추가 모듈을 제공합니다.

• Test Universe
• RelaySimTest
• CMC CT-Check
• CMC Swift
• EnerLyzer
• CMEngine

이러한 옵션을 필요에 맞게 조정하거나, CMC 500 및 CMC 430을 운영하기 위해 제공되는 네 가지 소프트웨어 패키지 중 하나를 선택할 수 있습니다:

• Essential은
  기본 기능과 모듈을 제공하며, 이를 개별적으로 확장할 수 있습니다.
• Standard는
  설정 기반 보호 시험에 일반적으로 사용되는 모든 모듈을 제공합니다.
• Enhanced는
  Standard 패키지에 시스템 기반 테스트 및 동요 현상 시뮬레이션 기능과 유연한 프로그래밍 인터페이스를 추가합니다.
• Complete는
  CMC 시험셋에 제공되는 모든 기능과 소프트웨어 모듈을 포함합니다.

당사의 구성 도구를 활용하면 귀사의 애플리케이션에 가장 적합한 조합을 선택하는 데 도움이 됩니다.