디지털보호계전기 국내외 정비현황

2010. 10. 26

원자력발전기술원 박 인 규

발 표 순 서발 표 순 서

Ⅰ 디지털 보호계전기 일반디지털 보호계전기 일반

Ⅱ 디지털 보호계전기 정비일반디지털 보호계전기 정비일반

Ⅲ 디지털 보호계전기 정비주기 검토디지털 보호계전기 정비주기 검토

Ⅳ 결론결론

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원자력발전기술원(Nuclear Engineering & Technology Institute)

Ⅰ 디지털보호계전기 일반디지털보호계전기 일반

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디지털 보호계전기 일반디지털 보호계전기 일반

아날로그 Vs 디지털

구분아날로그

디지털E-M Static

CT/PT 입력 아날로그 직송 아날로그 직송 아날로그 직송

입력변환 권선에 의한 전자유도 정류기에 의한 직류변환 A/D 컨버팅

사용소자 가동철심/유도원판/유도환 TR/OP앰프/다이오드 마이크로 프로세서

동작원리 및검출기능

전기신호 → 기계적회전력

TR(증폭 및 스위칭 작용) 프로그램

자기진단 불가능 불가능 가능

상시감시기능 없음 없음 있음

성능 저속도, 저기능 고감도, 고속도 고감도, 고속도, 다기능

신뢰성 낮음 중간 높음

정기 점검 필요 필요 불필요

통신/원격감시 없음 없음 있음

측정/사고분석 없음 없음 있음

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디지털 보호계전기 일반디지털 보호계전기 일반

디지털 보호계전기 구성요소

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원자력발전기술원(Nuclear Engineering & Technology Institute)

Ⅱ 디지털 보호계전기 정비 일반디지털 보호계전기 정비 일반R&BD?

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디지털보호계전기 정비 일반디지털보호계전기 정비 일반

시험 항목

육안점검

펌웨어(Firmware) 확인

디스플레이(LED/LCD) 상태 확인

통신 포트 기능 확인

접점 입력 확인

출력접점 기능 확인

전류 및 전압 교정 확인

보호요소 확인

실시간 Clock 점검

전원공급기 상태 점검

아날로그 입력 및 출력 확인

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디지털보호계전기 정비 일반디지털보호계전기 정비 일반

커패시터 수명

커패시터 : 디지털 보호계전기의 수명 결정

구분 일반용 산업용 산업용(High)

용 도 가정용 전자제품 산업용 제품 보호계전기 등

사용온도 -40℃ ∼ 85℃ -40℃ ∼ 105℃ -40℃ ∼ 125℃

정격부하수명(hr)@최대온도환경

1000∼2000 1000/2000/5000 1000/2000/5000/10000

적용 예(GE 자료 인용)

※ 전원공급기의 기대수명에 Load Life 정격을 적용하고 105℃에서2000시간 정격을 고려

105℃에서 연속사용시 기대수명 : 4000시간(약 6개월)

25℃에서 연속사용시 기대수명 : 225,000시간(약 25년 이상)

출처 : Maintenance Handbook for Protective Relaying(GE)

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디지털보호계전기 정비 일반디지털보호계전기 정비 일반

운전환경

전기적 스트레스

전기적 스트레스 유형 High Voltage Transient

: 차단기 스위칭 및 고전압 커패시터에 의해 발생 High ESD(Electro Static Discharge) High Level of Harmonic Distortion

관련 코드 Fast Transient : IEEE C37.90.1/IEC61000-4-4/IEC60225-22-4 Oscillatory Transient : IEEE C37.90.1/IEC61000-4-12

운전온도

25℃ 에서 최대 기대수명

최대 정격온도 연속운전 : 전원공급장치, 커패시터, 출력접점 및

디스플레이 장치 등에 스트레스 유발

최소 정격온도 운전 : 디스플레이 장치, 특히 LCD에 스트레스를 유발

영하 10℃ 이하에서 LCD 가압 시 고장 유발출처 : Maintenance Handbook for Protective Relaying(GE)

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디지털보호계전기 정비 일반디지털보호계전기 정비 일반

보호계전기 시험 및 정비 종류

인수시험(Acceptance Testing) 구매 요건 적합여부 확인 시험

설치 점검(Installation Checks) 계전기가 최초로 In-Service 될 때 교정, 기계적 점검 및 전기시험 포함 설정치 및 구성요소들이 정확히 로딩 되었는지 확인

예방 정비 실제 또는 잠재적 문제점 검출 계전기의 성능이 허용 가능한 운전범위 이내인지 확인 미래의 고장 또는 성능저하 예방 목적

고장수리(Post-Repair) 또는 교체 후 점검 계전기 수리 또는 교체(부품교체 포함) 후 수행 수리/교체 후 계전기 성능 및 작동상태 점검 설치시험 내용과 동일

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디지털보호계전기 정비 일반디지털보호계전기 정비 일반

정비시기

운전중 정비(In-Service Maintenance) 계전기 전압/전류 점검 경보발생 상태, 발생 메시지, 자기진단 경보 및 LED 지시 계전기 물리적 상태, 손상, 부식, 먼지, 결선이완 여부 Event 기록 파일 재생 및 데이터 비교 정정치 파일 변경이력 검토 및 최신 정정치 확인(자동/수동)

정지후 정비(Out-of-Service Maintenance) 모든 운전중 정비항목 수행 결선상태 점검 전압/전류 등 아날로그 입력 시험을 통한 계전기 성능 점검 입/출력 접점 검증 시험

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디지털보호계전기 정비 일반디지털보호계전기 정비 일반

정비주기 결정시 고려사항

Outage Impact 계전기 시험은 발전소 정비계획에 맞춰 수행

내부감시 기능이 부족한 계전기 빈번한 Out-of-Service 정비 필요

내부에 자체감시 및 사고기록 기능을 보유한 계전기 In-Service 정비 수행 연속적인 감시 및 경보 /이벤트 분석을 통해 Out-of-Service

정비주기 연장 가능

계전기 연식(age) 고려 사용기간에 따른 부품 마모 및 성능저하 고려

중요설비는 보다 빈번한 정비수행이 바람직 고장시 경제적 손실 고려

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원자력발전기술원(Nuclear Engineering & Technology Institute)

Ⅲ 디지털보호계전기 정비주기 검토디지털보호계전기 정비주기 검토

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디지털보호계전기 정비주기 검토디지털보호계전기 정비주기 검토

아날로그 계전기 : 빈번한 교정과 기능점검 요구 경년열화에 따른 성능저하 및 고장에 취약 기계적 구동부 및 커패시터, 코일 등의 부품

디지털 보호계전기 : 정비주기 연장 가능 구동부, 접점, 코일 및 드리프트 문제점 없음 점검방식도 기능시험 위주로 수행하고 있음

미국 사례 주정부와 지역 전기위원회 지침 및 규제에 의해 최소

정비주기를 정하여 운영하고 있음

디지털 보호계전기는 지속적인 자기진단 기능이 있으므로아날로그 보호계전기에 비해 최소한의 정비만으로도 신뢰성유지 가능

배 경

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운전중인 발전소/적용 설비 고리1호기/발전기 및 전력용변압기 보호계전기 ‘07.12월 교체완료 후 운전중

교체 계획(‘10 ~ ‘12) 고리2호기, 월성1호기, 영광1~4호기, 울진1,2호기(총8개호기)

건설중인 발전소 신고리3,4호기/신월성3,4호기 적용예정

※ 상기와 같이 가동원전 및 신규원전에 디지털보호계전기 도입이본격화 됨에 따라, 기존 아날로그 계전기와 동일하게 적용되고있는 정비주기에 대한 재검토 필요

디지털보호계전기 정비주기 검토디지털보호계전기 정비주기 검토

국내원전 디지털보호계전기 적용현황

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펌웨어 프로그램에 의해 수행

자기진단 범위 전원공급기, 배터리, 중앙처리장치 디지털신호 처리기, 아날로그/디지털 컨버터, 메모리 정정값 불일치 및 통신고장 등을 상시 감시

※ 현재까지의 기술로는 계전기의 모든 구성요소를 완벽하게상시 진단할 수 없음- 85~95% 정도의 하드웨어 고장진단 가능[GE-Multilin]

자기진단 기능이 있는 계전기는 In-Service 정비를 수행하고 연속적인 감시 및 경보/이벤트를 분석함으로서 Out-of-Service 정비주기 연장이 가능

디지털보호계전기 정비주기 검토디지털보호계전기 정비주기 검토

디지털보호계전기 자기진단 기능

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NPCC 권고 보호계전기 정비주기

구분 E-M Type Static Type Digital Type송전선로보호 2년 2년 2년

변압기및모선보호 4년 4년 6년발전기보호 2년 2년 6년기타 2년 2년 6년

※ NPCC(Northeast Power Coordinating Council) 1966.1.9 설립 NERC 산하 9개 지역 전기 신뢰도 위원회중의 하나 1965년 미 북동부 대정전 이후 NERC 및 지역 신뢰도

위원회가 설립됨 NPCC는 미동부지역의 20%와 캐나다 전체지역의 70%

전력을 담당하고 있음

디지털보호계전기 정비주기 검토디지털보호계전기 정비주기 검토

디지털보호계전기 권고 정비주기(1)

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PJM 보호계전기 소위원회 권고 보호계전기 정비주기

※ PJM(Pennsylvania-New Jersey-Maryland) 세계에서 가장 큰 경쟁 도매 전기 시장 회원수/고객수 : 500개 회사/5천1백만 고객 연계 발전기/발전용량 : 1271대/165GW 연계 변전소/송전선로길이 : 6,038개소/56000마일 미 동부지역 13개주 전력 담당

구 분 계전기형식 교정시험주기 기능시험주기

송전선로보호아날로그 4년 4년디지털 - 4년

발전기보호아날로그 4년 4년디지털 - 4년

디지털보호계전기 정비주기 검토디지털보호계전기 정비주기 검토

디지털보호계전기 권고 정비주기(2)

출처 : PJM Relay Subcommittee, 2006.8.18

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NERC* 보고서 권고 보호계전기 정비주기

※ 1) 자기진단과 같은 감시기능이 없는 아날로그 계전기에 해당2) 초기의 디지털 계전기에 적용, 부분적 자기진단 수행3) Partial Monitoring + 경보감시 및 성능측정이 가능한 디지털

계전기에 적용(현단계)4) 모든 구성요소 및 기능이 연속적으로 감시되는 디지털 계전기에

적용(개발중)

구 분

최대점검주기

1) Un-Monitored

2) PartialMonitoring

3) ThoroughMonitoring

4) FullMonitoring

보호계전기시험 및 교정 5년 7년 10년

연속감시및 점검

디지털보호계전기 정비주기 검토디지털보호계전기 정비주기 검토

디지털보호계전기 권고 정비주기(3)

* NERC : North American Electric Reliability Council

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EPRI 보고서(정비주기 조사결과)

출처 : EPRI TR-1009704 “Protective Relays”

구 분점검주기

아날로그형식 디지털형식

보호계전기시험및교정

6개월~2년 4~8년

디지털보호계전기 정비주기 검토디지털보호계전기 정비주기 검토

디지털보호계전기 권고 정비주기(4)

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예방정비기준(PM Template)

구 분 계전기형식 교정시험주기 기능시험주기

보호계전기시험및교정

아날로그매 O/H 주기마다수행

디지털

현재 발전소 수행 현황

구 분 계전기형식 교정시험주기 기능시험주기

보호계전기시험및교정

아날로그1F 2F

디지털

디지털보호계전기 정비주기 검토디지털보호계전기 정비주기 검토

국내 원전 정비주기 현황

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원자력발전기술원(Nuclear Engineering & Technology Institute)

Ⅳ 결론결론

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디지털보호계전기 최적 정비주기는?디지털보호계전기 최적 정비주기는?

최적 정비주기 ?

디지털보호계전기는 자기진단 기능을 통해 운전중 계전기의

상태를 수시로 점검 및 조치를 수행할 수 있으므로 국내•외

산업계에서 정비주기를 연장하는 추세임.

빈번한 정비수행에 따른 계전기의 손상 가능성을 줄이고,신뢰성을 확보하기 위해서는 주기 연장 등의 정비최적화가필요함.

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원자력발전기술원(Nuclear Engineering & Technology Institute)

NPCCNPCC