KR200398633Y1 - 한류리액터 단선 감시장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 중성점 다중접지 배전선로(22.9㎸-Y)를 공급하는 변전소의 주변압기 2차측 중성선로에 설치된 고장전류 제한장치(=한류리액터)의 단선유무를 감시하는 장치에 관한 것으로서, 한류리액터의 양단자(兩端子)에 전력선통신모뎀을 접속하여 한류리액터의 내부권선을 통한 전력선통신을 할 수 있도록 구성하고, 상시 전력선통신을 할 수 있게 함으로써, 전력선통신이 단절되는 경우를 한류리액터의 단선으로 판정하여 경보를 송출할 수 있게 하는 것을 특징으로 한 한류리액터 단선 감시장치이다.

Description

한류리액터 단선 감시장치{Monitoring Device of disconnection for Reactor coil}

본 고안은 중성점 다중접지 배전선로(22.9㎸-Y)를 공급하는 변전소의 주변압기 2차측 중성선로에 설치된 고장전류 제한장치의 단선유무를 감시하는 장치에 관한 것이다. 상기의 “고장전류 제한장치”의 용어는 일반적으로 한류리액터를 의미하며, 전력회사에서는 NGR(=Neutral Ground Reactor)로 통용되므로 본 명세서에서는 세 가지 용어를 동일한 의미로 사용하는 것으로 한다.

우리나라 변전소의 배전용 주변압기는 154/22.9KV-Y 중성점 직접접지방식이 99%를 차지하고 있다. 그런데 이 배전공급방식은 지락고장시에 고장전류값이 대단히 크고, 지락고장의 발생빈도도 매우 높아서, 변전설비 운용에 여러 가지 문제점들을 야기시켜 왔다.

매우 높은 지락전류의 유입은, 접촉전압이나 보폭전압의 상승으로 작업자의 안전을 위협하고, 차단기의 차단용량을 상향하여 설치해야 하며, 변전소 근단의 주상변압기가 폭발할 수 있고, 무엇보다도 변전소 주변압기에 충격을 주어서 주변압기의 수명을 감소시키거나 주변압기 고장으로 진행되는 것이 가장 큰 문제점이다.

따라서 전력회사에서는 배전선로 지락고장에 의한 주변압기 고장을 감소하기 위해 1988년부터 주변압기에 유입하는 고장전류의 제한에 대한 연구가 시작되었고, 1992년부터 연구결과를 바탕으로 주변압기 2차측 중성점 접지를 NGR를 통하여 접지하고 있다. 현재 전력회사에서 적용하고 있는 NGR의 리액턴스값은 60㎐에서 0.4Ω～0.6Ω으로서, 지락고장전류값을 25～30% 정도 저감시키는 성과를 나타내고 있다고 한다.

그러나 NGR이 설치되면서 또 하나의 새로운 문제점이 발생되었다. 그것은 NGR이 단선되면 해당 주변압기에서 공급하는 배전계통은 비접지 상태가 되어 1선지락고장시 건전상의 전압이 배만큼 상승하게 되므로 전력설비나 고객측 기기에 손상을 줄 우려가 있고, 지락고장전류 귀환회로 미구성으로 지락 과전류 계전기가 동작되지 못하고 주변압기가 트립(Trip)되는 일이 발생하게 되는 등의 문제점들이 대두된 것이다. 따라서 전력회사에서는 새로이 NGR의 단선을 감시할 수 있는 설비를 추가로 설치하면서, 설비점검항목도 증가하게 된 것이다.

도 1은 NGR이 설치된 전력단선도와 NGR고장을 감시 및 제어하는 시퀀스도를 나타낸 일실시 예시도이다.

굵은 선으로 표시된 전력단선도는 154KV모선(10), 주변압기(11), 22.9KV모선(15)과, 154KV모선(10)에서 주변압기(11)로 연결하는 1차측 차단기(12)와, 주변압기(11)와 22.9KV모선(15)으로 연결하는 2차측 차단기(13)와, 22.9KV모선(15)에서 연결된 변성기(18)로 구성되어 있다. 주변압기는 154/22.9KV-Y 중성점 직접접지방식의 Y-Y-△ 3권선 변압기이고, 중성점이 NGR을 통하여 접지되어 있다. 변성기(18)는 2차측이 Open-delta결선으로 22.9KV계통의 비접지 상태에서 지락이나 불평형이 발생하는 경우에 전압이 발생되는 것으로, 통상 이 때의 전압을 영상전압이라고 한다.

가느다란 선으로 표시된 제어시퀀스도는 경보회로와 트립회로의 두 가지로 구성되어 있다. 예시도에서 59GA계전기(20)는 경보용 지락과전압계전기(Over Voltage Ground Relay)로서, 설정값 이상의 영상전압이 검출될 경우에 동작하여 경보회로의 접점(21)을 폐로시킴으로써 경보가 송출된다. 또 59GT계전기(19)는 트립용 지락과전압계전기로서, 설정값 이상의 영상전압이 검출될 경우에 동작하여 트립회로의 접점(22)을 폐로시킴으로써, 차단기에 트립신호가 송출되는 것이다.

그러나 NGR이 단선되어 비접지상태가 되어도 59GA가 10V로 설정된 경우에는 부하불평형율이 15%까지는 동작되지 않고, 15V로 설정된 경우에는 20%이하에서는 59GA가 동작되지 않아서, 근무자가 평상시에 NGR의 단선을 인지할 수가 없다.

도 2는 NGR설치도와 NGR의 점검방법을 나타낸 일실시 예시도이다.

NGR지지대(35) 위에 NGR(30)이 설치되어 있고, NGR(30) 상부의 1차측 붓싱(33)과 주변압기의 중성선(31)이 연결되며, NGR(30) 상부의 2차측 붓싱(34)에서 접지선(32)을 통하여 접지되고, NGR 외함의 접지터미널(36)에서도 접지선(37)을 통하여 접지되는 것을 나타낸 것이다.

후크온미터를 이용하여 NGR 2차접지선(32)과 NGR 외함접지선(37)의 전류를 측정하여 얻은 결과치로서 NGR의 단선여부를 판단할 수 있는데, NGR 2차접지선(32)의 전류가 일정값이 나타나고 NGR 외함접지선(37)의 전류가 영(ZERO)이 되는 경우에는 정상상태이고, 상기 이외의 경우에는 불량상태라고 판단할 수 있다.

NGR의 단선여부를 판단하는 또 하나의 방법으로는, 주변압기 2차전압(A-B, B-C, C-A)의 불평형 유무를 점검함으로써 판단할 수 있다. 주변압기 2차전압계의 절환스위치를 절환하면서 확인하면, NGR 정상상태에서는 부하 불평형에도 불구하고 중성점의 이동이 발생하지 않으므로 주변압기 2차전압의 불평형은 발생하지 않는다(약간의 전압차는 발생). 그러나 NGR 단선상태에서는 중성점 이동이 발생하여 각 상전압의 불평형이 나타나 쉽게 NGR의 단선을 인지 할 수 있는 것이다. 그러므로 현재 전력회사에서는 22.9KV 모선 사고시에나 배전선로 사고 직후에 반드시 주변압기 2차전압의 불평형 유무를 점검하도록 권장하고 있다.

이상과 같이 현재 사용되고 있는 NGR 단선여부의 발견방법들은 너무 번거롭고 부정확하고 비효율적이다. 59GA계전기(20)를 이용한 경보방법은 부하 불평형율이 적은 경우에는 동작을 하지 않고, 접지선에 흐르는 전류를 측정하는 방법과 주변압기 2차전압 측정방법은 부정확할뿐더러 상시감시가 되지 않는 것이 가장 큰 문제이다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, NGR의 양측에서 전력선통신(Powerline Communication)을 할 수 있도록 구성하고 상시 전력선통신을 하게 하여, 전력선통신이 단절되는 경우를 NGR의 단선으로 판정하고 고장경보를 송출할 수 있게 함으로써, NGR의 단선여부를 상시 감시할 수 있게 하는 것을 본 고안의 기술적 과제로 하였다.

상기의 목적들을 달성하기 위한 본 고안의 NGR 단선 감시장치는, NGR의 1차측 접지선측과 2차측 접지선측에 전력선통신모뎀을 접속하여 NGR의 내부권선을 통한 전력선통신을 할 수 있도록 구성하여 상시 전력선통신을 할 수 있게 하고, 전력선통신이 단절되는 경우를 NGR의 단선으로 판정하여 고장경보를 송출할 수 있게 하는 것이다.

도 3은 NGR의 양단자(兩端子)에 전력선통신모뎀을 접속한 상태와, 전력선통신모뎀의 전자회로 블록도와, 변전소 경보회로와의 관계를 나타낸 일실시 예시도이다.

NGR(40)의 1차측접지선(41)은 주변압기의 중성점과 접속되고, 2차측접지선(42)은 대지에 접지되며, 이 1차측(41)과 2차측(42) 접지선로에 전력선통신의 송신측 모뎀과 수신측 모뎀이 접속되는 상태를 나타낸다.

전력선통신모뎀은 소내전원으로부터 공급되는 AC 86～260V 전압을 이용하여 시스템 구동에 필요한 직류전원을 만드는 스위칭 파워 유니트(51,52)와, NGR(40)의 1차측(41)과 2차측(42) 접지선로에 접속되어 접지선의 선로전압이나 전류는 차단하고 통신신호 만을 추출하는 라인커플러(43)와, 상기 라인커플러(43)에 의해 추출된 통신신호를 특정주파수의 여과 및 동조 증폭하여 출력하는 필터 및 앰프(47)와, 상기 필터 및 앰프(47)의 출력단에 연결되어 시스템의 목적과 제어를 수행할 수 있는 프로그램이 내장된 씨피유(48,49)와, 상기 씨피유(48,49)의 제어에 의해 통신신호의 캐리어를 제어하여 출력시키는 캐리어콘트롤러(46)와, 상기 캐리어콘트롤러(46)로부터 출력되는 캐리어신호를 전압 증폭하는 캐리어앰프(45)와, 상기 캐리어앰프(45)로부터 출력되는 캐리어신호를 전력 증폭하여 전력선과 유선으로 연결된 라인커플러(43)에 전송하는 파워앰프(44)로 구성되어 있다.

씨피유(48,49)는 캐리어 발진과 직렬통신이터페이스의 역할을 수행하면서, 미리 입력된 프로그램에 의하여 송신용 모뎀의 역할을 하게 하거나 수신용 모뎀의 역할을 하게 할 수 있다. 송신용 모뎀에서는 입력 프로그램의 구성에 의하여 구형파 신호를 얼마의 주기로 계속 송신할 것인지 결정되며, 수신용 모뎀에서는 입력 프로그램의 구성에 의하여 약속된 신호가 몇 회 수신되지 않았을 경우에 NGR 불량신호를 송출할 것인지가 결정된다. NGR 불량신호가 통신포트(I/O)를 통하여 송출되면 릴레이스위치(50)를 폐로시켜 변전소 경보회로를 작동시키는 것이다.

상기와 같이 NGR의 양단에서 상시 전력선통신을 수행하면서, 전력선통신의 양부(良否)를 이용하여 NGR의 단선여부를 상시 감시할 수 있게 하는 것을 특징으로 하였다.

상기와 같이 본 고안의 한류리액터 단선 감시장치를 채용한 주변압기의 NGR 단선 감시는, 설비의 운전요원이나 보수요원이 직접 점검하지 않고도 24시간 감시가 가능함으로, 22.9KV계통의 중성점 비접지 상태 발생을 즉시 인지하여 조치할 수 있어서, 중성점 비접지로 인한 여러 가지 문제점들과 지락고장전류 귀환회로 미구성으로 인한 지락 과전류 계전기 부동작의 문제점을 용이하게 해결하는 효과가 있다.

도 1은 NGR이 설치된 전력단선도와 NGR고장을 감시 및 제어하는 시퀀스도를 나타낸 일실시 예시도이다.

도 2는 NGR설치도와 NGR의 점검방법을 나타낸 일실시 예시도이다.

도 3은 NGR의 양단자에 전력선통신모뎀을 접속한 상태와, 전력선통신모뎀의 전자회로 블록도와, 변전소 경보회로와의 관계를 나타낸 일실시 예시도이다.

Claims (1)

1. 중성점 다중접지 배전선로(22.9㎸-Y)를 공급하는 변전소의 주변압기 2차측 중성선로에 설치된 고장전류 제한장치(=한류리액터)의 단선유무를 감시하는 장치에 있어서, 한류리액터의 양단자(兩端子)에 전력선통신모뎀을 접속하고, 한류리액터의 내부권선을 통한 전력선통신을 할 수 있도록 구성하여 상시 전력선통신을 할 수 있게 하는 것과, 전력선통신이 단절되는 경우를 한류리액터의 단선으로 판정하도록 전력선통신모뎀의 씨피유(48)에 프로그램을 입력하는 것과, 씨피유(48)의 통신포트로부터 출력되는 한류리액터의 단선 판정신호를 변전소 경보회로의 릴레이스위치(50)에 송출할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 한류리액터의 단선 감시장치.