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[송전기술의 보수 및 개발 ⑤] 송변전 설비 보안 업무

김대근 기자
입력 2013.06.05 00:00

송전기술의 보수 및 개발 ⑤
송변전 설비 보안 업무

전력 설비의 보안 문제는 안전과 신뢰성에 연관된 중요한 문제이다. 전력 설비의 보안에는기본적인 순찰과 점검에서부터 최신 기술과 지식 도입도 모두 함께 병행되어 적용되어야 한다. 본고에서는 주부전력㈜의 송변전 설비 보안에 관해 실시하고 있는 여러 가지 업무에 관해 소개한다.

번역·정리 전화영 객원기자 글 주부전력㈜ 나베타 가즈히로(鍋田和宏), 오기 이치로(仰木一郞)

참조 ≪電氣評論≫ 제96권 5호

안전을 최우선으로 안정된 전기를 보내는 데 전력 설비의 보안 확보는 대단히 중요하다. 이 때문에 송변전 부문에서는 순찰 업무와 점검 업무를 확실히 수행하고 작업자와 제3자의 안전 확보에 주력하는 한편, 최신 기술과 지식 도입에도 적극 나서고 있다. 한편, 향후 송변전 설비는 고경년화가 진행된 기기와 지지물이 늘어날 것으로 예상된다. 이에 따라 설비 상황을 적확하게 파악하는 진단 기술을 확립하고, 이를 바탕으로 계획적인 설비 개수가 중한 과제가 됐다. 여기서는 이러한 송변전 설비의 여러 보안 업무를 게재한다.

변전 설비의 보안 업무

변전 설비의 순찰·점검

순찰 업무｜순찰은 변전소 설비와 변전소 주변의 이상 유무를 육안·계측기 등으로 조사하는 한편, 가벼운 보수 작업을 해 변전 설비의 건전성을 유지하고 전기 사고를 미연에 방지하는 기초 업무다. 순찰 종류는 <표 1>에서 보듯이‘보통 순찰’외에도 설비 상황을 상세히 파악하고 가벼운 보수 작업을 하는‘세밀 순찰’, 이상 기상 시 사고·고장 발생을 예방하고 사고·고장 발생 시 상황을 파악하기 위해 하는‘임시 순찰’이 있다. 순찰 시에는 주로 시각·청각·후각·촉각 그리고 계측기 등으로 <표 2>의 착안점을 살펴 이상 유무를 확인한다. 또한, 사고·고장 발생 시‘ITV 카메라’등을 활용했다. 현지 확인으로 조기 발견·복구에 만전을 기하고 있다.

점검 업무｜점검은 운전 상태 또는 운전 정지 상태에서 기기·장치와 부품의 이상 유무를 조사하고, 기능 유지에 필요한 조정·보수 작업을 하거나 이상 부분·소모품을 바꾸는 업무다.

점검 종류는 <표 3>과 같다. 실시 내용에 따라 ‘보통점검’,‘ 세밀점검’,‘ 임시점검’이있다.

변전 설비의 보전 방안

메인-메인 방식을 적용한 과전류 보호 장치 개발｜디지털 계전기는 자동 감시 기능 등 자가 진단 기능을 갖춰 아날로그 계전기와 비교해 신뢰성을 크게 높였다. 계전기의 오동작을 방지하기 위한 장치로 흔히 메인 계전기와 스토퍼 계전기를 조합하는데, 그 중 스토퍼 계전기 단일 불량만을 검출해도 트립 회로가 잠겨 버려 보호 계전기 기능이 만족스럽지 못했다. 이 때문에 단일 계전기 불량 시 보호 기능을 개선해 달라는 요구가 있었다. 이 과제를 해결하고자 제2세대 디지털 배전용 변전소 보호 제어 장치에서 보통은 메인·FD 동작에서 트립 회로를 형성하나, FD 측 계전기 불량 시엔 메인 측만으로, 메인 측 계전기 불량 시엔 FD 측만으로 보호할 수 있는 보호 제어 유닛을 개발해 실용화 중이다.또한, 제2세대 디지털 배전용 변전소 보호 제어 장치에 적용한 유닛을 이용해 기존 FD에 메인과 동일한 보호 기능을 구현해 1유닛에서 메인-메인화를 실현한 과전류 보호 계전기 유닛을 개발했다. 이 계전기 유닛을 적용해 기존 메인-FD 방식 1회선 사양과 같은 350㎜ 폭 1면 구성에서 메인-메인 방식을 실현했다. 게다가 이 장치는 한쪽 CPU의 단독 운전 중인 상태를 패널 내외에서 쉽게 알 수 있도록 구성했다. 유닛 내 시스템 구성은 <그림 1>과 같다.

【유닛 내부 구성】

이번에 개발한 과전류 보호 계전기 유닛은 제2세대 디지털 배전용 변전소 보호 제어 유닛의 하드웨어를 그대로 썼으며, 하드웨어 소형화로 유닛 내에서 MCCB·전원 장치·입력 변환기·CPU 카드·DIO 카드를 A메인, B메인 사이에 완전히 분리했다. 또한, 메인간버스를각각독립시켰으며, 통신-CPU를통해서로의신호를송수신할수있게구성했다.

이동용 변압기 개발｜77/6.6㎸ 이동용 배전용 부하 시 탭 전환 변압기(이하, 이동용 변압기)는 변압기 고장 시나 점검 시, 교체 공사 등에 사용하는 이동식 변압기로, 10㎹A와 15㎹A급 기존 이동용 변압기는 트레일러 적재형이 주류였다. 이에‘기동성’과‘현장 작업성’을 기존보다 높이고, 여기에‘편의성’과‘환경(소음)’까지 생각한 10㎹A와 15㎹A 이동용 변압기를 개발해 2009년부터 도입하기 시작했다(<그림 2> 참조).

● 기동성 향상: 다음과 같은 경량화·소형화 설계로 특수 차량 통행 절차가 필요 없고 기동성에서 뛰어난 20톤 트럭에 적재할 수 있게 됐다.
·변압기 본체에 알루미늄제 탱크 채용

·1차 측에 폴리머 부싱 채용

·변압기 권선에 내열 절연 전선을 채용해 고전류 밀도화

● 현장 작업성 향상: 현장 작업 시간을 단축하기 위해 10㎹A 이동용 변압기는 변압기 2차 측 부스와 피뢰기를 변압기에 장착한 상태로 트럭 수송할 수 있는 구조로 했다. 여기에 배선을 아낄 수 있는 전송 유닛을 채용해 LR 제어 장치와 변압기 본체 사이의 제어 케이블 접속 작업을 간소화했다.

● 편의성 향상: 손쉽게 싣고 내리도록 변압기 본체와 유닛 쿨러를 하나로 들어 올릴 수 있는 구조로 해 차재·거치 양쪽에서 사용할 수 있다.

● 환경 배려: 이동용 변압기는 변전소 부지 경계 부근에 놓는 경우가 많다. 따라서 소음으로 생길 주변 피해를 생각해 철심의 저자속 밀도화, 저소음 유닛 쿨러 채용, 탱크 보강의 최적 배치로 진동을 막아 통전 소음을 10㎹A에서 50㏈ 이하, 15㎹A에서 55㏈ 이하로 낮췄다.

보전 업무 고도화 방안

차세대 GIS 개발｜275㎸ 가스 절연 개폐 장치(GIS)를 도입한 지 약 30년이 지나면서 갱신 및 고장 대응을 검토하는 데 다음과 같은 문제가 있었다. 개별 기기를 교체하거나 수리할 때 인접하는 가스 구획과 차압差壓작업을 피해야 하는데 가스 구분이 세분되지 않고, 개별 기기의 교체·수리라 할지라도 정전 범위가 넓어지는데다가 회수해야 할 가스양도 많아 오랜 시간을 요하기에 작업 시간 확보에 어려움을 겪었다. 이를 해결하고자 아래 콘셉트에 맞는 차세대 GIS를 개발했다(<그림 3> 참조).

·작업 안전 확보: 개별 구성 기기(차단기, 모선용 단로기, 주 모선)의 교체라도 차압 작업을 피하도록 가스 감압 구분을 마련한다.

·정전 범위 극소화, 정전 시간 단축: 각각의 가스 구획을 단독화해 분리할 수 있는 구조로 한다.

공중公衆보안 대책

간이형 침입 감시(간이 ITV) 장치 도입｜발·변전소, 개폐소의 보안 확보를 위해 불법 침입의 우려가 있는 개소, 재연 재해 발생 시 설비 피해와 교통 두절의 우려가 있는 개소 등을 전력센터·전력소의 보수 담당처에서 감시할 필요성이 높아졌다. 2001년부터 이러한 배전용 변전소에서 범용 침입 감지 센서와 아날로그 고정 카메라 방식을 결합한 저렴한 간이형 침입 감시 장치를 235곳에 도입 설치했다. 이후 2009년에 IP 네트워크화, 설비 열화 교체와 증설에 유연하고 저렴한 네트워크형 카메라(고속선회·줌 기능 갖춤) 채용 등 표준 시스템(카메라 대수 엄선, 영상 녹화 기능, 이상 감시 기능 등)을 재검토해 훨씬 저렴한 간이형 침입 감시 장치를 차례로 도입했다(<그림 4> 참조).

또한, 장해 발생이나 공사 기간 등에 일시적으로 중점 감시하려는 개소에 신속하게 기재를 준비할 수 있는 휴대형 ITV 카메라를 회사 전체에 고루 설치해 현장 관리 업무에 활용 중이다.

송전 설비의 보안 업무

송전 설비의 순찰·점검

순찰 업무｜순찰은 송전 선로 이상 발견과 선로 부근 상황 파악, 추적 관리 개소 확인 등을 목적으로 실시하며, 송전 설비의 건전성을 유지하고 전기 사고를 미연에 방지하는 기초 업무다. 순찰 종류는 <표 4>와 같다. 순찰은 주로 육안으로 조사하는데, 필요에 따라 가벼운 보수 작업도 한다. 순찰은 정기적으로 하는‘보통 순찰’이 기본이며, 이를 보완하는 순찰은 목적에 맞게 시기·구간을 정해서 한다. 또한, 사고·고장 발생 시 고장 구간 검출 장치(가공선 : FS)(지중선 : FD), 낙뢰 위치 표정 시스템(LLS) 등을 활용해 고장 구간을 좁힌 효율적 순찰로 고장점 조기 발견에 힘쓰고 있다.

점검 업무｜점검은 설비 기능과 구조, 부품의 이상 유무를검사하고그상태를파악하기위해하는업무다. 점검 종류는 <표 5>와 같다. 모든 설비를 대상으로 정기적으로 하는‘보통 점검’과 경과지 특성과 경년, 설비 이상 발생 상황 등을 고려해 개별로 실시 빈도를 정해서 하는‘특별 점검’이 있다.

송전 설비의 보전 방안

앞으로 고경년 설비가 늘어남에 따라 점검의 중요성은 더욱 높아지는 가운데, 그 결과를 적절하게 평가하는 일 역시 필요하다. 주부전력㈜에서는 설비 이상을 조기에 발견하고 경년에 따른 설비 개수 시기를 판단하기 위한 여러 방안으로 최적의 설비 보전에 힘을 쏟고 있다. 주부전력㈜에서 실시하는 특별 점검과 열화 평가에 관한 방안 일부를 소개한다.

연안부 전선 부식 조사｜연안부에서, 특히 오손 환경이 심한 지역에서는 전선 내부가 부식하는 경우가 있다(<그림 5> 참조). 이때의 부식은 일정 수준을 초과하면 소선의 단면적 감소·기계적 강도 저하의 진행 속도가 눈에 띄게 빨라지기에 적절한 시기에 개수해야 한다. 이에 주부전력㈜는 관내에서 부식 환경이 심한 구역을 특정하고자 2008년부터‘지상 VTR 점검’과 ‘화상 해석을 통한 전선 부식 조사’를 실시했다. 이 조사에서 염해 입자로 말미암은 부식 특유의 백색 부식 생성물 유무와 전선 외형 변화(팽창)를 확인했다. 조사 결과에 입각해 전선 내부 부식이 염려되는 개소에는 전선을 바꾸고, 백색 부식 생성물이 생긴 것으로 판단되는 개소에는 샘플링을 해 향후 개수 시기를 놓고 상세히 평가하기로 했다.

철탑 열화 평가에 관한 방안｜철탑 녹은 상대적으로 도금 부착량이 적은 가는 부재에서 생긴다. 그동안 중심적으로 해 온 지상 확인으로는 상부에 있는 가는 부재에 생긴 녹의 진행을 충분히 파악할 수 없었다. 이에 주부전력㈜는 2008년부터 2년에 걸쳐 전체 철탑을 대상으로 상공에서 사진을 촬영해(<그림 6>참조) 현재 녹 상황을 파악하는 한편, 도장塗裝필요 시기를 추정해 장기적 도장 물량의 상정 정확도를 높였다.

케이블 열화·이상 진단｜케이블의 경년 열화나 이상 조기 발견을 목적으로 각종 진단 방법을 적용 중이다. 절연체에 절연유와 유침지를 사용한 OF 케이블 선로의 이상 진단은 케이블 접속부에서 절연유를 채취해 그 속에 포함된 가스를 분석함으로써 이상 유무와 이상 진전 정도를 확인하고 개수 필요 여부를 판단한다. 절연체에 가교 폴리에틸렌을 사용한 CV 케이블 선로의 열화 진단은 주부전력㈜의 경우 교류 스텝 승압 과전의 잔류 전하법을 적용한다. 잔류 전하법은 선로에 직류 전압을 인가해 수트리 내부에 전하를 축적시켜 선로를 접지한 후, 교류 전압을 인가해 축적된 전하가 방출되는 것을 이용하는 방법이다(<그림 7> 참조). 교류 스텝 승압 과전은 열화가 진행 중인 수트리의 축적 전하가 훨씬 높은 교류 전압을 인가하지 않으면 방출되지 않는 특성을 이용한 것으로, 이 교류 전압 값을 열화 판단 지표로 삼는다.

보전 업무 고도화 방안

낙뢰 위치 표정 시스템(LLS)의 정밀도 향상｜가공 송전선의 고장점 파악 신속화에 관한 기술 중 하나로 ‘낙뢰 위치 표정 시스템(LLS)’이 있으며, 지금까지 8국의 방위 검출 장치(DF국)로 관내 낙뢰를 관측해 왔다(<그림 8> 참조). 주부전력㈜에서는 현재 275㎸ 조에쓰(上越) 화력선(니가타현 조에쓰시~나가노현 나가노시)을 건설 중이다. 이 선로의 경과지는 동해 특유의 겨울철 낙뢰 지역인 동시에 일본에서 손꼽히는 폭설 지대여서 겨울철 송전선 근방 출입이 어렵다. 이 때문에 보수 효율화 관점에서 LLS 재배치를 검토했다. 검토는 과거 낙뢰 표정 실적에서 DF국의 포착률과 표정 정밀도에 관한 거리 특성을 구해 조에쓰 화력선 근방에서 표정 정밀도 향상에 가장 효과적인 DF국 배치를 시뮬레이션을 통해 구했다. 그 결과 조에쓰 화력선에서 약 100㎞ 거리에 있는 노토(能登), 니쓰(新津), 사쿠(佐久)(나가노국 이설)에 DF국을 배치하면 송전선 근방의 표정 오차를 약 3㎞에서 1㎞ 이내까지 줄일 수 있었다. 이에 따라 DF국을 재배치(2국 신설, 1국 이설)해 2010년 12월부터 전체 10국에서 낙뢰를 표정하고 있다.

고경년 CV 케이블용 종단부 외부 진단 기술｜CV 케이블 선로의 종단 접속부에 열화 현상이 계속 나타나고 있다. 이 때문에 최근에 경년 프리패브식 종단 접속부의 절연 열화 상황을 외부에서 손쉽게 진단하는 방법을 개발했다. 이 방법은 프리패브식 종단 접속부의 하부 구리관 내 공간에서 공기를 채취해 종단 접속부의 절연 계면(에폭시/EP 고무, XLPE/EP 고무)에서 발생한 부분 방전 생성 가스 유무를 조사함으로써 접속부 개수 여부를 판단한다. 주부전력㈜는 이를 일부에 적용 중이다(<그림9> 참조).

공중 보안 대책

가공 송전선에서는 제3자가 송전선 부근에서 작업하면서 크레인 등과 같은 중장비(기동차)를 실수로 송전선에 접촉시킨 사고가, 지중 송전선에서는 제3자가 땅파기 작업에서 매설된 지중 송전선의 존재를 모르고 설비를 손상시킨 사고가 과거 있었다. 이처럼 제3자가 원인이 돼 일어난 사고는 공급 지장은 물론 감전 등 공중 재해로 발전할 가능성이 있어 이전부터 관계 각처에 목적에 맞는 전기 사고 방지 PR(전기 사고 방지의 중요성에 대해 이해를 얻고자 송전선 부근에서 작업 시 주의사항을 전단지 등을 이용해 설명·부탁하는 것)을 해 오고 있다(<표 6>참조). 그중 기동차 사고는 다른 사고에 비해 사고 빈도가 높은 만큼 공중 재해, 설비 피해에 이를 가능성도 높아 <표 7>에서처럼 여러 곳에 전기 사고 방지 PR을 하고 있다. 또한, 송전선 아래서 기동차 등의 작업을 장기간 하는 경우, 송전선과 충분한 거리 확보가 필요하다는 의미로 <그림 10>에서처럼 주의 환기 표식 설치를 부탁하고 있다.

이상 공중 보안과 노동 안전을 최우선으로 저렴하면서도 양질의 전력을 보내기 위해 송변전 설비에서 행하는 여러 방안을 구체적으로 게재했다. 보안 확보의 근간인 순찰과 점검을 착실히 수행하는 한편, 새로운 기술과 지식도 적극 도입해 앞으로도 안정된 전력 공급에 최선을 다할 것이다.