변압기 보호 계전기 동작 특성 시험 및 시스템 기반 시험 방법 적용 연구

Abstract

보호계전 시스템이란 전력계통 내에서 단락고장, 지락 고장 및 기타 기계적인 고장이 발생 하였을 때 신속하게 고장 지점을 제거하여 설비의 피해 및 경제적인 부분까지도 경감 및 최소화하기 위한 목적을 가지고 있다. 만약 보호계전 시스템이 고장으로 인하여 고장시간이 지속되거나 또는 불필요하게 계전기가 오동작하여 전력계통이 멈추게 되는 경우 각 설비에 비 정상적인 영향을 줄 뿐만 아니라, 경제적인 손실 과 같은 보이지 않는 영향까지 고려하면 고장의 파급 효과는 상상할 수 없을 정도로 크다. 그렇기 때문에 하나의 전력계통내 보호시스템을 구성하기 위해서는 설계당시 기술적인 검토 및 다각적인 통찰을 통해 적절한 보호방식을 구성하는 것도 중요하다. 하지만, 보호방식을 최적으로 잘 구성하였다고 해도 실제 현장에 보호시스템을 적용하고 설치하는데 있어서 기술적인 이해 없이 진행을 하는 경우 가장 기본적인 것을 간과하여 보호 계전기는 불필요한 오동작을 하는 경우를 경험할 수 있다. 실제 현장에 설계된 보호계전 시스템을 제대로 이해하고 설계 도면대로 설치하지 못하거나 또는 보호계전기 개체 시험을 하는데 있어서 정확한 동작 원리를 이해하지 못하고 시행함으로 인해 전력을 공급하는 시점에서 문제가 발생되어 원활한 전력 공급에 차질을 일으킬 수가 있다. 우리나라는 설비별로 보호계전 방식을 발전기, 변압기, 전동기 및 송전선로 등으로 표준화하여 운영하고 있다. 이 중 변압기 보호계전 방식 중 비율차동계전의 경우 오동작 사례가 많은데 대부분이 현장 변압기 오결선 또는 정정치를 잘못 입력하여 발생하는 경우가 많다. 보호계전기 관련하여 IEC 61850 표준 1판(2002-2005)이 제정된 이후 전 세계적으로 이 표준을 사용하여 수천 개의 변전소가 건설되었다. 이러한 시스템의 대부분은 다기능 IED (Intelligent Electric Device)와 IEC 61850의 다양한 기능을 사용하여 이전에 구축된 것보다 더욱 통합화 되고 복잡해졌다. 따라서, 본 논문은 설비별 여러 보호계전 방식 중 변압기 보호방식에서 비율차동계전기 내부 정정 오류로 인한 오동작 사례를 통해 현재 진행되는 보호계전기 개체시험(정적시험 혹은 Static Test)의 문제점을 도출하였다. 그리고 그 문제점을 해결하고자 보호계전기 개체시험을 System-Based Test (동적시험 혹은 Dynamic Test)을 추가하여, 개체시험에서의 한계를 보완 하고 보호계전요소의 실제 시스템 구성 환경에서의 시험으로 변압기의 정상 운전 시 보호 계전기 자체에서 발생 할 수 있는 오동작, 부동작 등의 문제점을 최소화 하고자 보호 계전기의 시스템 기반 시험을 제안하였다.; The protection relay system has the purpose of reducing and minimizing damage and economical damage to equipment by quickly removing the failure point when a short circuit failure, ground fault, or other mechanical failure occurs within the power system. If the protection relay system fails or the power system stops due to a malfunction or unnecessarily relaying due to a malfunction, it is not only affects each facility abnormally, but also considers invisible effects such as economic losses. For this reason, in order to configure a protection system in one power system, it is also important to construct an appropriate protection method through technical review and diversified insight at the time of design. However, even if the protection method is optimally configured, if the protection system is applied and installed in the actual site without any technical understanding, the most basic one can be overlooked and the protection relay may experience unnecessary malfunction. Due to the fact that the protection relay system designed in the actual field is not properly understood and installed according to the design drawing, or the correct operation principle is not understood in the test of the protection relay object, a problem occurs at the time of supplying power, resulting in smooth power supply. It can cause disruptions. In Korea, the protection relay method for each facility is standardized and operated as a generator, a transformer, an electric motor, and a transmission line. Among these, the ratio differential relay in the protection relay system of the transformer has many cases of malfunction, but most of them are caused by incorrectly inputting the incorrect connection or correction value in the on-site transformer. Thousands of substations have been constructed using this standard worldwide since the first edition of the IEC 61850 standard (2002-2018) in relation to protective relays. Most of these systems have become more integrated and complex than previously built using the versatile features of the multi-functional Intelligent Electric Device (IED) and IEC 61850. Therefore, this paper derives the problems of the current protection relay individual test (static test) through a malfunction example due to the internal correction error of the ratio differential relay in the transformer protection method among the various protection relay methods for each facility. In addition, to solve the problem, a system-based test (dynamic test) is added to the individual test of the protective relay to supplement the limits in the individual test, and the normal operation of the transformer by testing in the actual system configuration environment of the protective relay element. In order to minimize problems such as malfunction and non-operation that may occur in the protection relay itself, a system-based test of the protection relay was proposed.