초고압 변전소용 감시제어시스템의 개발

시스템 개발의 배경

초고압 변전소 등에 설치된 감시제어시스템은 급속히 발전하는 디지털 기술 혹은 정보전송 기술을 항상 정확하고 유연하게 이용하면서, 신뢰도 유지와 비용절감을 테마로 개발을 추진해 왔다. 그렇기는 하지만 최근에는 전력시장의 자유화가 확대 일도를 달리고 있고 변전소의 건설비용 절감에 대한 요구가 과거에 비해 강하게 증가하고 있다. 한편으로는 전력의 품질향상 및 안정공급에 대한 요구에도 지금까지 해온 이상의 서비스 수준으로 대응해야하는 환경 하에 있고, 감시제어시스템에서도 보다 높은 비용절감 신뢰도의 확보, 기능의 고도화, 운용보수의 생력화 등이 요구되고 있다. 그래서 이번에, 지금까지 초고압 변전소에 도입해온 감시제어시스템의 설계 사상을 답습하면서 상기의 요구에 대응할 수 있을만한 신형 감시제어시스템을 도입하였기에 이하에 소개하기로 한다.

시스템의 개요

1.시스템 구성 이 감시제어시스템은 변전소를 현지에서 일괄 감시제어할 수 있는 '집중감시제어장치',변전소의 원격감시제어개소(모국)와의 정보수수를 시행하는 '정보전달제어 I/F 장치', 각 회로(설비) 단위로 설치되어 기기와 집중감시제어장치 등의 상위장치와의 데이터 중계를 시행하는 '단국장치' 및 이들 장치사이의 정보수수에 사용되는 구내 LAN으로 구성되어 있는데, 시스템 구성도룰<그림 1>에, 집중감시제어장치의 외관을 <그림 2>에, 단국장치의 외관을<그림 3>에 각각 나타낸다.

또 시스템 구축에서의 기본 컨셉트는 다음에 나타낸 ①에서 ⑤까지와 같다.

① 집중감시제어방식의 채용 집중감시제어장치로 변전소를 일괄 감시제어함으로써 변전소 운전업무릐 신속화, 생력화를 도모한다.

② 회선단위에 기능분산 각 회선 공통의 기능을 집약한 장치를 최대한 배제하고 회선단위로 기능분산한 단국장치를 채용하여 장해시 파급 극한화, 설비투자의 효율화, 확장서의 향상을 도모한다.

③ 감시제어기능의 간소화 평상시의 변전소 직접운전은 집중감시제어장치로 시행하기 때문에 회선단위로 설치한 단국장치의 감시제어기능을 간소화하는 동시에 옥외에 설치하지 않도록 한다. 또 <표 1>에는 종래 시스템과 이 시스템에서의 감시제어기능 분담 비교를 나타낸다.

④ 범용 LAN의 채용 각 장치 사이의 정보수수에 사용되는 구내 LAN에는 범용성이 있는 LAN을 사용하고 보수성의 향상과 비용 저감을 도모한다.

⑤ 운용 모드의 설정 각 자치에는 '운전', '시험', '메인티넌스', '정지'의 2개 운용 모드를 구비하고, 운전중인 설비에 영향을 주지 않고 해당 설비의 시험, 메인티넌스를 가능하게 한다. 또 이 시스템은 최종 설비 규모가 275kV 송전선X6회선, 154kV 송전선X10회선, 275kV 모선X2조, 154kV 모선X2조, 주요변압기X3뱅크, 조상설비 4군X3뱅크의 초고압 변전소에 대한 적용을 상정했다.

2. 집중감시제어장치의 특징

a. 하드구성 집중감시제어장치에는 24시간 연속운전상태에서 장기간의 사용이 가능한 범용 산업용 워크스테이션(EWS)을 이용하고 CRT, CPU, 무정전전원장치(UPS), 마우스, 키보드 등으로 구성한다. UPS 기능으로 전력계통 사고등에 의한 단시간의 소내 전원상실 시에도 장치의 운전이 계속 가능한 동시에 장시간의 소내 전원상실 후에 전원복구된 경우에는 장치가 자동적으로 재기동하는 기능을 갖고 있다. 또 집중감시제어장치의 전용탁은 건옥의 기초부에 앵커볼트를 고정하는 동시에 CRT도 전용기구로 탁상에 고정하는 등, 만전의 내진 대책을 실시하고 있다.

b. 화면종별과 기본 조작방법 집중감시제어장치에는 전계통 감시화면, 회선단위 제어화면,회선단위 고장표시화면, 회선단위 장치이상 표시화면, 상태변화 기록화면, 시스템 감시화면 등을 설치하고 각 화면의 기능개요는 다음과 같다. 또 집중감시제어장치의 화면 변이, 기기선택제어 등과 같은 오퍼레이션은 모두 각 화면 또는 필요에 맞게 표시되는 다이얼 록 윈도우에 설치한 소프트버튼을 마우스로 선택하여 실행한다.

① 전계통 감시화면 화면구성은 <그림4>와 같고 변전소 전계통의 단결선도를 표시하는 동시에, 개폐기의 온·오프상태, 송전선 등의 통정전상태, 전압·조류 등의 계측정보, 설비단위의 상태변화 집약정보, 운용모드, 원격-직접 제어권등을 표시하고 변전소의 매크로 감시를 가능하게 한다. 또 전계통 감시화면은 화면 변이의 기점이 되어, 상세정보의 ㅘㄱ인 혹은 기기제어를 위해 회선단위의 고장표시화면, 제어화면으로 변이할 경우에는 해당회선의 기기 심볼 근방에 마우스 포인터를 근접시킴으로써 자동표시되는 회선선택 지역을 클릭함으로써 화면변이가 가능해진다. 또한 회선단위로 조작금지 설정을 시행할 수 있다.

② 회선단위 제어화면 화면구성은 <그림5>와 같고 회선단위의 단선 결선도, 개폐기의 상태, 계측정보 등을 표시하는데 유일하게 기계제어가 가능한 화면이다. 기기제어는 오조작방지의 관점에서 3권동 제어방식(기기선택->제어방식선택->제어실행)을 채용하고 기기선택시에는 필요에 따라 동기정보를 표시하는 외에, 조작이력 표시기능 등을 설치한다.

③ 회선단위 고장표시 화면 감시기능의 새로운 향상을 도모하기 위해 이 시스템에서 신규로 설치한 화면이다. 화면구성은 <그림 6>과 같고 회선단위로 상세고장정보를 일람형식으로 표시하고 고장의 발생, 계속, 복귀를 플리커와 색 교체로 표시함으로써 시인성을 높인다. 또 각 단국장치의 상세이상정보만을 일람표시 한 것인데, 회선단위장치 이상표시 화면에서 화면의 기능은 회선단위 고장표시 화면과 동일하다. 또한 고장항목의 관리번호, 표시순서 및 고장명칭 등의 데이터베이스는 정보전송제어 I/F 장치가 원격감시제어개소(모국)와의 정보수수를 시행할 때에 사용하는 표시·제어항목 포지션표와 공통화를 도모하고 있어 데이터의 관리 혹은 고장항목의 변경에 용이하다.

④ 상태변화 기록화면 화면구성은 <그림7>과 같고 개폐기 수의 온·오프, 고장의 발생·복귀 등 각 종별에 따라 색으로 분류해서 표시하는 것이 가능할 뿐 아니라, 사태변화 기록정보는 텍스트 파일 형식으로 플로피디스크에 보존 할 수 있다.

⑤ 시스템 감시화면 화면구성은 <그림8>과 같고 집중감시제어장치 정보전송제어 I/F 장치 및 모든 단국장치의 LAN 접속구성을 표시하는데, 각 장치의 운용모드, 이상의 유무 및 이상부위 등을 확인할 수 있다.

3. 정보전송제어 I/F 장치의 특징

정보전송제어 I/F 장치는 해당 변전소의 원격감시제어개소(모국)와의 정보수수가 주요 역할인데, 이를 위해 변전소 구내 시스템 LAN과의 인터페이스 기능 및 모국에 대한 정보전송기능을 갖고 있다. 또 이 장치에는 노트북 컴퓨터를 사용한 '가변형기구'를 접속함으로써 모국에 대한 표시·계측정보를 각 단국장치에 대해 제어정보를 가가 모의출력하는 일 등이 가능하다. 또한 가반형 기구는 이 장치외에 모든 단국장치에 공통으로 접속할 수 있다.

4. 단국장치의 특징

단국장치는 각 회선단위로 설치되고 변전기기나 보호계전장치와 집중감시제어장치, 정보전송제어 I/F장치간의 데이터 중계를 주요 역활로 한다. 집중감시제어장치가 없는 종례 시스템에서는 감시·계측정보를 표시하기 위한 플랫 디스플레이 패널(FDP)을 갖고 '회선단위 제어장치'라 칭하고 현지의 감시제어를 시행하고 있었는데, 이 시스템은 FDP를 폐지하고 상위장치 혹은 LAN 고장시의 백업으로하드 구성의 제어스위치만을 설치하고 있어 기능의 간소화를 도모한다. 또 가반형 기구의 접속으로 고장·계측정보의 표시, 릴레이 조정, 입출력 데이터 확인 및 모의출력등이 가능하다. 또 사용기구의 실장방법 재고, 신규 소형부품의 채용, 회로의 간소화 등으로 반폭을 종래의 700mm에서 350mm로 축소한 단국장치도 있다.

5. 시스템 LAN의 특징

a.LAN구성 변전소 구내의 LAN에는 집중감시 제어장치와 단국장치를 접속하는 직접계 시스템 LAN과 정보전송제어 I/F 장치와 단국장치를 접속하는 원방계 시스템 LAN이 있는데, LAN 구성 및 LAN 제어의 간소화를 도모하기 위해 단국장치와 각 상위장치 사이의 접속을 각각 일계열로 했다. 그리고 LAN의 통신방법에는 이서넷, 전송매체에는 실드부착 메탈 케이블을 채용하고 범용화 및 비용저감을 도모한다. 또 이 시스템은 이들 시스템 LAN의 정보전송 포맷이 정보전송제어 I/F 장치와 친국 사이와의 정보전송으로 사용되는 것(TIC패킥 포맷)과 동일한 것으로 하고 전송처리의 효율화를 도모한다.

b.LAN정보량의 대용량화 구내 LAN을 사이에 두고 수수되는 정보에는 모국에 대한 정보에 각 단국장치의 상세고장정보 등 단국장치와 집중감시제어장치용만으로 수수되는 정보도 있어 친국에 대한 정보량만을 서포트할 목적으로 구성된 종래의 ITC패킷 포맷은 정보량을 제헌 혹은 집약할 필요가 있다. 그래서 이 시스템은 ITC패킷 포맷 중 표시정보 및 계측정보의 포맷을 일부 재고하고 정보량의 증대를 도모했다. 구체적으로는 데이터 어드레스의 군 코드를 1비트 확장함으로써 <표2>와 같이 BCD계측을 제외하고 2배의 정보량으로 했다. 이로써 모국에는 전송되지 않는 비원제 온라인정보, 혹은 모국에 집약해서 전송하는 각 장치의 상세고장정보 등도 집중감시제어장치에서 일괄확인 할 수 있게 되었다.

현장에 대한 도입과 앞으로의 전개

이 시스템은 센타이시를 중심으로 하는 미야기현 중앙지역의 전력수요 증가에 대응하기 위해 신설된 도호쿠지역전력·히가시센타이변전소(공친 전압 275kV, 출력 : 900MVA)에 도입되어 2004년 6월의 운전개시 이후, 현재까지 양호한 운전상태를 계속하고 있다. 앞으로는 새로이 상위전압 계급에 대한 적용도 포함시켜 이 시스템의 현장 운용실적에서 얻어진 지견을 기초로, 보다 저비용으로 신뢰성 운용보수성이 우수한 시스템을 계속해서 검토해나갈 예정이다.