KR20040038127A

KR20040038127A - 배전계통의 최적개폐기 설치기준 제정을 위한 정전량산출방법

Info

Publication number: KR20040038127A
Application number: KR1020020067003A
Authority: KR
Inventors: 조남훈
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-08

Abstract

본 발명은 배전계통 설계자나 현장 운영자들이 개폐기 개수나 설치위치를 결정할 때 설치에 따른 투자비 및 개폐기 설치로 따른 정전량 감소효과를 고려하여 경제적으로 반드시 필요한 정전량을 계산할 수 있는 배전계통의 최적개폐기 설치기준 제정을 위한 정전량 산출방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 배전계통에서 사고가 발생하면 변전소 CB 가 오픈되어 모든 구간이 정전되어, 수동 개폐기의 경우 인력이 먼저 투입되어 사고구간을 탐색하고, 자동개폐기의 경우 배전자동화시스템으로 인력 투입없이 사고구간을 찾아내는 1 단계; 사고구간을 찾은 후 차단기를 투입하면서 개폐기를 조작하여 전원측 건전구간에 전력을 공급하는 2 단계; 개폐기 조작을 통해 부하측 건전 구간을 타선로로 절체하고, 건전구간 정전구간을 최소화하는 3 단계; 수동개폐기가 설치된 경우 이미 투입된 인력이 사고지점을 찾고 복구를 한 후에 개폐기조작을 통해 완전한 전력공급을 하는 4 단계로 구성되어; 사고의 발생에서부터 사고구간의 복구에 이르기까지 일련의 각 단계에서 걸리는 복구시간을 반영하여 정전량을 계산하는 것을 특징으로 한다.

Description

배전계통의 최적개폐기 설치기준 제정을 위한 정전량 산출방법{Outage Cost assessment method for the enactment of optimal switch installation standard in distribution system}

본 발명은 배전계통에 개폐기 설치시 투자비 및 개폐기 설치에 따른 정전량 감소효과를 정량적으로 분석하기 위한 알고리즘에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배전계통 설계자나 현장 운영자들이 개폐기 개수나 설치위치를 결정할 때 설치에 따른 투자비 및 개폐기 설치로 따른 정전량 감소효과를 고려하여 경제적으로 반드시 필요한 정전량을 계산할 수 있는 배전계통의 최적개폐기 설치기준 제정을 위한 정전량 산출방법에 관한 것이다.

산업의 발달과 생활수준의 향상으로 인해 부하 밀도가 높아지고, 그에 따라 배전계통의 운전용량이 상향되고 있다. 계속해서 변하는 운전여건에 맞게 이루어져야 하는 바, 그 중에서 가장 중요한 분야에서 개폐기의 설치기준인 것이다. 배전계획의 가장 중요한 목표는 수용가가 정전을 경험하는 횟수와 시간을 최대한 줄여서 전력회사가 원하는 신뢰도를 유지시키는 것이다.

종래에는 사고율, 선로고장, 부하량 및 복구시간만을 가지고 정전량을 계산하는 것이 대부분이었다. 이러한 단점을 개선하고자 사고에 대한 영향을 받는 구간들을 전원측 건전구간, 부하측 건전구간, 부하측 비건전구간 및 사고구간으로 나누어서 적용하는 방안이 나오게 되었다.

이 방법은 사고가 발생한 피더의 구간들을 세분화해서 정확도를 높이기는 했지만, 배전계통의 운전여건을 완벽하게 반영할 수 없다. 따라서, 경제적으로 최적의 개폐기 설치기준을 제시하기 위해 국내 배전계통의 사고율등 다양한 요소를 고려하여 사고 및 고장시 정전량을 산출할 수 있도록 요구하게 되었다.

본 발명은 개폐기 설치에 따른 정전량 산출하는 알고리즘을 발명한 것으로, 배전계통의 실제 사고복구 과정상의 모든 요소를 고려하면서 정전량을 구할 수 있게 하고, 이를 바탕으로 개폐기의 최적 설치개수 및 설치 방안등을 배전계통 계획자나 현장 운전원이 쉽게 수행할 수 있도록 배전계통의 최적개폐기 설치기준 제정을 위한 정전량 산출방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 관한 배전계통의 최적개폐기 설치기준 제정을 위한 정전량 산출방법을 적용하는 개폐기 설치사례들,

도 2 는 본 발명을 이용하여 배전계통에서 사고발생시 표준복구 절차,

도 3 은 본 발명에서 사고 및 작업시 개폐기 설치에 따른 총 정전량 산출 순서도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배전계통에서 사고가 발생하면 변전소 CB 가 오픈되어 모든 구간이 정전되어, 수동 개폐기의 경우 인력이 먼저 투입되어 사고구간을 탐색하고, 자동개폐기의 경우 배전자동화시스템으로 인력 투입없이 사고구간을 찾아내는 1 단계; 사고구간을 찾은 후 차단기를 투입하면서 개폐기를 조작하여 전원측 건전구간에 전력을 공급하는 2 단계; 개폐기 조작을 통해 부하측 건전구간을 타선로로 절체하고, 건전구간 정전구간을 최소화하는 3 단계; 그리고, 수동개폐기가 설치된 경우 이미 투입된 인력이 사고지점을 찾고 복구를 한 후에 개폐기조작을 통해 완전한 전력공급을 하는 4 단계로 구성되어, 사고의 발생에서부터 사고구간의 복구에 이르기까지 일련의 각 단계에서 걸리는 복구시간을 반영하여 정전량을 계산하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 관한 배전계통의 최적개폐기 설치기준 제정을 위한 정전량 산출방법을 적용하는 개폐기 설치사례들이고, 본 발명은 배전계통 계획의 개폐기 설치기준으로써 기존 선로 및 신설 선로에서 운전여건과 목적에 따라 선로에 설치할 개폐기의 최적위치를 결정할 수 있도록 정전량 산출알고리즘인 것이다.

도 1(a) 는 상정사고를 고려한 3 분할 3 연계된 배전계통의 표준모델이고, 도 1(b) 는 고장정전 축소를 위한 소구간 분할된 배전계통의 표준모델이며, 도 1(c) 는 고장정전 축소를 위한 소구간 분할된 배전선로 표준모델이다. 도 1 에서는 A 변전소와 B 변전소사이에서 각 간선을 통해 각 연계와 각 구간을 표시하고 있고,차단기와 상시투입 개폐기 및 상시개방 연계개폐기가 설치되어 있다.

본 발명은 배전계통의 계획분야중 신뢰도측면에서 가장 중요한 개폐기설치와 관련하여 실제 배전계통의 운전데이터를 이용해서 정전량을 산출하고, 이를 바탕으로 배전회사가 최적의 계획을 수행할 수 있도록 도와주는 정전량 산출방법인 것이다.

정전은 사고로 인해 발생하고 사고복구절차에 따라 정전구간과 정전량이 결정된다. 이러한 과정이 다음과 같은 배전계통 상에서 이루어진다. 즉, 도 1 에서 배전계통에 다수의 개폐기가 설치되어 있고, 개폐기사이의 구간에는 수용가들이 균일하게 분포하고 있다고 가정한다.

배전계통은 일반적으로 사고시 인근선로의 여유용량을 고려하여 도 1(a), 도 1(b)에서와 같이 3 연계 이상을 하고 소구간 분할을 하고 있다. 예를 들어 도 1(c)에의 구간 S4에서 사고가 발생하면 구간 S1, S2, S3은 1연계를 통해서 다른 선로로 절체되고, 구간 S5, S6, S7, S8은 2연계를 통해 절체되고, S9, S10, S11, S12는 3연계를 통해서 절체되는 식이다.

도 1(c)에서 처럼 개폐기가 설치된 배전계통에서 각 구간의 사고에 따라 정전량이 다르기 때문에, 모든 구간에서 사고가 한번씩 발생했다고 가정한 후, 구간수만큼 나누어 평균을 구해야 정확한 정전량을 구할 수 있다. 도 1(c)에서 각 구간이 한번씩 사고가 발생했다고 가정하면, 사고가 발생한 구간전후로 처음 전원을 공급받았던 변압기로부터 전력을 공급받을 수 있는 전원측 건전구간과 동일 변전소 타변압기나 타변전소로부터 전력을 공급받을 수 있는 부하측 건전구간이 생기게 된다.

또는 타선로의 여유용량부족으로 절체하지 못하는 부하측 비건전구간도 생기게 된다. 사고가 발생한 구간까지 포함해 네가지 형태의 구간들이 생길 수 있으며, 도 1(c) 에 n구간으로 나누어진 모델 배전선로를 구성하여 각 구간별 고장발생에 따른 각 구간의 상황을 파악하고, 이를 토대로 연계율을 구하 는방법을 검토하고 있다.

도 2 는 본 발명을 이용하여 배전계통에서 사고발생시 표준복구 절차이고, 도 3 은 본 발명에서 사고 및 작업시 개폐기 설치에 따른 총 정전량 산출 순서도이다.

도 2(a) 는 수동선로로써 Ts = 출동시간 + 고장구간탐색 + 고장구간분리 + 변전소 CB 투입이고, Tt = Ts + 부하절체 조작순서 작성 + 부하절체이며, Tf = Tt + 고장점탐색 + 고장복구이고, Tx = Tf 이다.

도 2(b) 는 자동화선로로써 Ts = 고장구간인지 + 고장구간분리 + 변전소 CB 투입이고, Tt = Ts + 부하절체 조작순서 작성 + 부하절체이며, Tf = Tt + 출동시간 + 고장점탐색 + 고장복구이고, Tx = Tf 이다.

도 2(c) 는 수동 자동혼계선로로써 Ts = 고장구간인지 + 고장구간분리 + 변전소 CB 투입이고, Tt = Ts + 부하절체 조작순서 작성 + 부하절체이며, Tf = Tt + 출동시간 + 고장점탐색 + 수동개폐기조작 + 고장복구이고, Tx = Tf 이다.

n 구간 모델선로에 대하여 각 구간별 고장발생에 따른 각 구간의 절체상황은 표1과 같다고 가정한다.

상기 표 1에서 F로 표시된 구간은 사고구간이며, 사고구간을 찾은 후 변전소로부터 다시 전원을 공급받는 구간이 S로 표시된다. T로 표시된 구간은 다른 선로로 절체될 수 있는 구간이다. X로 표시된 구간은 타 선로의 여유용량부족으로 절체할 수 없는 구간이다. X로 표시된 구간수에 따라 어떤 배전선로가 다른 선로와 연계된 정도를 알 수 있고, 지금부터 α로 표시할 연계율은 다음과 같이 정의된다.

연계율 α = ∑T/∑S

상기 표 1에서 X로 표시된 구간이 12개이기 때문에, 전원측 건전구간의 전체개수는 66개, 고장구간에서 부하측으로 연계된 선로에서 절체 가능구간의 수는 54구간이 어떠한 상황에서도 전력을 공급받을 수 있어, 표 1에 보여지는 배전 계통의연계율은 다음과 같다.

연계율 α = ∑54/∑66 = 0.82

상기 연계율을 알면 어떤 선로의 부하측 건전구간과 비건전구간을 미리 알 수 있으며, 각 형태별 구간들은 연계율을 포함한 수식으로 다음과 같이 정리할 수 있다.

상기 표 2에서 정리된 것처럼, 각 형태별 구간들의 수가 결정되고 해당하는 시간 Ts, Tt, Tf, Tx를 곱하면 정전시간을 구할 수 있다. 이들 시간을 정확히 구하려면 사고복구과정에서 일어나는 세세한 절차를 모두 고려해야 한다. 이를 위해 도 2에 배전계통의 구성에 따라 고장복구표준절차를 보이고 있으며, 부하절체가 끝날 때까지 다음과 같이 4 단계로 표준화하여 나눌 수 있는 방법을 채택하고 있다.

1 단계는 배전계통에서 사고가 발생하면 변전소 CB (Circuit Breaker)가 오픈되어 모든구간이 정전된다. 수동 개폐기의 경우 인력이 먼저 투입되어 사고구간을 탐색하고, 자동개폐기의 경우 배전자동화시스템으로 인력 투입없이 사고구간을 찾아낸다.

2 단계는 사고구간을 찾은 후 차단기를 투입하면서 개폐기를 조작하여 전원측 건전구간에 전력을 공급한다.

3 단계는 개폐기 조작을 통해 부하측 건전구간을 타선로로 절체한다. 건전구간 정전구간을 최소화한다.

4 단계는 수동개폐기가 설치된 경우 이미 투입된 인력이 사고지점을 찾고 복구를 한 후에 개폐기조작을 통해 완전한 전력공급을 한다. 반면에 자동개폐기가 설치된 경우에는 모든 개폐기조작이 자동으로 이루어지기 때문에 인력이 투입되지 않고 있다가 사고지점을 탐색하기 위해 인력이 투입되고 사고복구를 마무리하게 된다. 사고 복구과정을 근거로 정전량 산출 계산식을 제시하기 위하여 수동개폐기와 자동개폐기별로 다음과 같이 세부적으로 나타내고 있다.

상기 표 3에서 각형태별 구간들의 복구시간을 볼 수 있으며, 상기 표 2의 수식을 이용해 정전시간을 구할 수 있다. 이때 선로고장율, 개폐기고장율,선로긍장에 따라 사고횟수가 정해지므로 이들 요소는 정전시간과 밀접한 연관을 가지고 있다. 선로고장율 fl에 선로긍장 L을 곱해서 선로의 고장횟수를 얻을 수 있고, 개폐기 고장율 fs에 개폐기 수(N-1)를 곱하면 개폐기 고장횟수를 얻을 수 있다. 따라서, 배전선로의 년간 고장횟수를 구간분할을 고려하면 다음과 같다.

년간 구간별 사고율 = {L·fl + fs(n-1)}/n

각 구간별 운전용량 및 수용가수는 선로의 상시 운전용량 및 전체수용 가호수를 구간수로 나눈 것으로 다음과 같다.

구간별 수용가수, 운전용량 = S(총수용가수, 성로상시운전용량)/n

선로 고장율에 의한 년간 총 정전횟수는 년간 각 구간별 정전횟수의 합, 각 구간별 수용가수, 각 구간별 고장율로서 표 2의 정전회수를 정리하면 다음과 같다

선로 고장율에 의한 년간 총 정전량(VA·Hour)은 년간 각 구간별 정전시간의 합, 각 구간별 수용가수(운전용량), 각 구간별 고장률로서 표 2 의 정전시간을 정리하면 다음과 같다.

위의 수식에서 총정전량을 구하기 위해서는, Ts, Tt, Tf, Tx를 표 3 의 절차에 따라 정의해야 하는 바, 자동개폐기의 경우 다음과 같이 정리할 수 있다.

수동 개폐기의 경우에 사고구간 탐색시간이 자동개폐기와는 달리 사고구간에 따라 다르기 때문에, 각 구간에서 사고가 발생할 때 탐색하는 구간수 n(n-1)/2에 구간탐색시간 L ·tpm/n을 곱해 따로 구해 주어야 한다. 따라서, 수동개폐기가 설치될 때 총정전량은 다음과 같다.

여기서,

따라서, 본 발명은 수동과 자동개폐기가 배전계통에 n개 설치되고 있을 때 실제배전계통의 사고복구절차에 따른 복구시간을 적용하여 총정전량을 산출할 수 있도록 되어 있다. 이를 통해 배전계통계획자나 운전원에게 배전계통에서의 개폐기 설치개수나 방법을 결정하는데 도움을 줄 수 있다.

본 발명은 이를 위해 사고의 발생에서부터 사고구간의 복구에 이르기까지 일련의 각 단계에서 걸리는 복구시간을 반영하여 정전량을 계산할 수 있도록 한 것이다. 수동개폐기 혹은 자동개폐기만 설치되고 있을 경우 각 단계의 순서가 바뀌며, 복구시간 또한 다르다. 이전 방법에서는 상세 단계별 복구시간을 적용할 수 없지만, 본 발명에서는 가능하게 함으로써 배전선로 계획자나 현장 운전원이 배전선로운전여건에 최적이 될 수 있는 개폐기개수나 방법을 찾을 수 있도록 정전량 산출식을 제시하고 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 배전계통의 운전 용량, 성로길이, 사고율 및 복구시간등의 항목을 정확히 반영하여 배전계획이 이루어질 수 있고, 정전량 산출 알고리즘을 근거로 배전계통의 수동 및 자동 개폐기 설치기준을 새롭게 제안할 수 있다.

본 발명은 종래의 정전량산출식에 비하여 실제배전계통의 운영데이터를 반영할 수 있는 장점이 있다. 배전계통은 각기 다른 특성을 가지고 있으며, 운영조건도 계속 변화한다. 그때마다 배전계획자나 현장운영자는, 본 발명에서 제시한 정전량산출식을 이용하여 변화된 운영조건을 반영한 개폐기설치기준을 결정할 수 있게 된다.

Claims

배전계통에서 사고가 발생하면 변전소 CB 가 오픈되어 모든 구간이 정전되어, 수동 개폐기의 경우 인력이 먼저 투입되어 사고구간을 탐색하고, 자동개폐기의 경우 배전자동화시스템으로 인력 투입없이 사고구간을 찾아내는 1 단계;

사고구간을 찾은 후 차단기를 투입하면서 개폐기를 조작하여 전원측 건전구간에 전력을 공급하는 2 단계;

개폐기 조작을 통해 부하측 건전 구간을 타선로로 절체하고, 건전구간 정전구간을 최소화하는 3 단계;

수동개폐기가 설치된 경우 이미 투입된 인력이 사고지점을 찾고 복구를 한 후에 개폐기조작을 통해 완전한 전력공급을 하는 4 단계로 구성되어;

사고의 발생에서부터 사고구간의 복구에 이르기까지 일련의 각 단계에서 걸리는 복구시간을 반영하여 정전량을 계산하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 최적개폐기 설치기준 제정을 위한 정전량 산출방법.
제 1항에 있어서,

상기 단계에서 자동개폐기가 설치된 경우에는, 모든 개폐기조작이 자동으로 이루어짐으로 인력이 투입되지 않고 있다가 사고지점을 탐색하기 위해 인력이 투입되고 사고복구를 마무리하게 된 것을 특징으로 하는 배전계통의 최적개폐기 설치기준 제정을 위한 정전량 산출방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 수동과 자동개폐기가 배전계통에 설치될 때, 배전계통의 평균사고율을 입력하여 최종적으로 총정전량을 계산하는 것을 특징으로 하는 배전계통의 최적개폐기 설치기준 제정을 위한 정전량 산출방법.