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국가의 혈맥 송전선로 과연 안전한가, 감사원이 밝힌 전력 공급 시설 확충 운영 실태
2011년 11월 4일 (금) 15:39:07 |   지면 발행 ( 2011년 10월호 - 전체 보기 )



최근 이상 고온과 한파로 말미암아 전력 수요 최고치를 경신하면서 전력 공급의 안전성 확보는 더욱 중요해졌다.이를 위해 발전소뿐만 아니라 송 · 변전, 배전 등 전력 공급 시설의 적기 확충과 유지 관리가 필요하다. 특히, 송 · 변전, 배전 시설 등은 모두 전력 네트워크를 이루는 구성 요소로 유기적으로 얽혀 있다. 따라서 각 시설 간 연계 없이 확충하거나 유지 관리 등이 미흡해 고장이 날 경우, 정전이나 전압 강하 등을 초래해 국민 생활과 산업, 경제에 막대한 피해를 준다. 전력 공급 시설의 안정적 가동을 최우선으로 고려해야 하는 이유다. 그러나 감사원 발표에 따르면, 전력 공급 시설의 설계나 공사 측면에서 전력 공급의 안정성과 관련한 제반 요인을 제대로 분석하지 않는가 하면, 전력 계통의 운영을 담당하는 전력거래소와 전력 공급 시설의 관리를 담당하는 한국전력공사 간 협력이 미흡해 전력 계통의 보강이 제대로 이뤄지지 않는 것으로 나타났다. 또한, 구매 · 공사 계약에서 수의계약을 부당하게 체결하거나, 전력 공급 시설의 안전성을 저해하는 내용으로 계약을 체결하는 것으로 나타났다.

전력 공급 시설은 발전소에서 생산한 전기를 변전소까지 수송하는 '송전선로', 송전선로를 통해 받은 전기의 전압을 변경해 다른 송전선로 또는 배전선로로 보내는 '변전소', 송전선로와 변전소를 거친 전기를 최종 전기 사용자에게 전달하는 '배전선로'로 구분한다. 발전소에서 생산한 전력은 송전선로와 변전소, 배전선로를 거쳐 소비자에게 이른다. 〈전기사업법〉에 따르면 전력 계통이란, 전기의 원활한 흐름과 품질 유지를 위해 이러한 일련의 과정을 통제 관리하는 체계를 일컫는다. 한전은 발전, 송 · 변전, 배전 등 전력 계통 전반을 관장하다가 2001년 4월 2일 전력 산업 구조 개편 정책의 일환으로 발전 부분을 한국수력원자력㈜ 등 6개 자회사로 분리함에 따라 송 · 변전, 배전 사업만 맡고 있다.
전기와 관련한 법체계를 보면 발전과 송 · 변전, 배전 등 전기 사업에 관한 기본 제도를 규정한 <전기사업법>, 전력 공급 시설의 설치와 부지 확보 등에 관한 사항을 정한 <전원 개발에 관한 촉진 법>, 전력 공급 시설의 신뢰도 등 안전 기준을 명시한 <전력 계통 신뢰도 및 전기 품질 유지 기준>이 있다.

<전기사업법>에 따르면 지식경제부는 전력 수급의 기본 방향 및 장기 전망과 전력 공급 시설 계획의 내용 등을 담은 '전력 수급 기본 계획'을 수립하고 공고해야 한다. 이 기본 계획에 따라 한전은 송전 사업자로서 전기의 수요 공급 변화에 따라 전기를 원활하게 송 · 배전하도록 설비를 갖추기 위해 '장기 송 · 변전 설비 계획'을 수립해 지경부에 보고해야 한다. 한전은 설비 계획에 따라 송 · 변전 설비 등 전력 공급 시설을 확충해 관리하고, 전력거래소는 <전기사업법>에 따라 전력 계통을 실시간 감시하고 이상 징후에 대응하는 등 전력 계통 운영 업무를 수행한다.

한전의 조직은 2부사장, 6본부 체계며, 그 중 건설본부의 경인건설단 등 3개 건설단이 송 · 변전 시설의 건설을, 사업총괄본부의 서울본부 등 15개 지역본부에서 송 · 변전 시설의 운영과 배전 시설의 건설 및 운영을 직접 담당한다.
한전은 2007년부터 2010년까지 4년간 총 자본예산 19조 3,000억 원 중 92.6%인 17조 9,000억 원을 송 · 변전, 배전 설비 확충 건설에 투입했다.
2010년 6월 현재 154㎸, 345㎸, 765㎸ 송전선로 연장은 3만 297c-㎞(Circuit Kilometer ; 실선 다발수에 관계없이 선로가 지나간 지점 사이의 실제 거리를 나타내는 단위)이고, 배전 연장은 42만 4558c-㎞이며, 변전 용량은 25만 1372㎹A다. 송전선로의 경우 2006년 이후 총 연장의 변화가 미미한 가운데 154㎸ 선로는 2007년부터 전체 선로 연장 중 67%, 345㎸는 28%, 765㎸는 2.5%를 각각 유지한다. 배전선로는 2006년 이후 거의 변화가 없는 상태다.

수도권 전력 송전망 안전성 취약

전력 계통의 신뢰도 | "정상 상태 또는 상정 고장 발생 시 소비자가 필요로 하는 전력 수요를 공급해 줄 수 있는 적정성과 예기치 못한 비정상 고장 시 계통이 붕괴되지 않고 견뎌낼 수 있는 안전성"으로 정의하며, 단일 고장에서 다중 고장까지 고려하도록 명시하고 있다(지경부 고시 <전력 계통 신뢰도 및 전기 품질 유지 기준>). 상정 고장(Contingency)이란 임의로 생각해 만들어낸 고장으로, 전력 계통 내 어떠한 시설에서 고장이 발생한 경우 그 영향을 미리 분석하고, 계통을 안정적으로 운영하기 위한 대안을 모색하기 위해 전력 공급 시설에서 실제 일어날 수 있는 고장 발생 상황을 가정하는 것을 일컫는다.

전력 계통 신뢰도의 중요성 | 전력 공급 확충 계획을 수립할 때 공급 신뢰도와 경제성의 조화가 중요하다. 즉, 송 · 변전, 배전 설비의 투자 효율성을 높이기 위해 전력 손실과 혼잡 비용을 최소화하고, 설비고장 시 전력 공급에 큰 지장을 초래하는 일이 없도록 해야 한다. 특히, 최근 냉난방 수요 급증으로 말미암은 전력난에 따라 전력 계통의 신뢰도 유지는 중요하다. 그리고 발전력이 충분한 경우에도 우리나라 전력 계통은 대용량 전력을 발전소로부터 1차 배전 설비까지 송전하므로 송 · 변전 시설 고장 시 파급 범위가 넓다. 수도권의 경우 수요는 40% 수준인 반면, 발전력은 20%를 약간 상회하는 수준이어서 수도권으로의 전력 공급망 고장 시 대규모 피해를 줄 수 있기에 전력 공급 시설의 안정성에 각별한 주의를 요한다.

우리나라 전력 계통의 신뢰도 | 2001년 발전 부문 분할 이후 주파수 유지율과 전압 유지율 등 전력 계통의 안정성을 나타내는 지표들은 99%대를 유지해 수치상 양호한 수준이다. 다만, 자연재해나 인위적 요인으로 말미암은 고장이 계속 발생하고 있다.
2008년부터 2010년까지 3년간 송 · 변전 고장 원인을 보면 송전은 자연재해가 185건, 변전은 보수불량 등 인위적 요인이 150건으로 가장 많았다. 전압 수준별 우리나라 전력 계통은 154㎸, 345㎸, 765㎸로 구분하며, 345㎸ 계통을 근간으로 한다.
보통 154㎸ 계통은 345㎸ 계통으로부터 전력을 받아 수요처로 공급하며, 345㎸와 765㎸ 계통은 발전소에서 생산한 대전력을 전송한다. 따라서 154㎸계통은 불안정 시 주로 고장 전류, 과부하, 국지적인 전압 문제가 발생하는 반면, 345㎸ 계통은 신뢰도가 떨어지면 전압 불안정 등과 같은 심각한 계통 동요를 유발한다.

765㎸ 등 고장 대비 전력 공급 방안 미수립 | 한전은 <전기사업법>에 따라 2009년 장기 송 · 변전 설비계획(2008∼2022년)을 수립해 송 · 변전 설비 등을 갖추고 있다. 이 법에 따르면, 송전 사업자는 전기의 수요 공급 변화에 따라 전기를 원활하게 송전하도록 지경부 장관이 고시하는 기준에 따라 적합한 설비를 갖추고 이를 유지 관리해야 한다. 그리고 <전력 계통 신뢰도 및 전기 품질 유지 기준> 규정에 따르면, 병행 2회선 가공 송전선로 고장을 이중 고장이라 정의한다. 송전 철탑은 건설 시 경제성을 고려해 철탑 양쪽에 1회선씩 2회선으로 건설하는데, 태풍 · 뇌우 · 산불 등으로 이중 고장인 2회선 고장이 발생할 수 있다. 154㎸ 계통은 이중 고장이 발생하더라도 발전기 정지나 대규모 공급 지장 또는 주요 간선 계통에 고장 파급이 확대되지 않도록 해야 한다. 765㎸ 계통은 이중 고장이 발생하더라도 동기탈조(전력 계통에 과도한 전력을 송전하는 경우나 고장 발생, 급격한 부하 변동 등이 발생할 경우 발전기가 견디지 못하고 정지하는 현상), 대규모 공급지장, 고장 파급 확대, 과도한 계통 동요 증가로 말미암아 계통 분리 또는 전압 불안정이 발생하지 않도록 설비 유지 관리 강화 및 유사시 계통 운영 방안수립 등 필요한 대책을 수립해 운영해야 한다. 따라서 장기 송 · 변전 설비 계획을 수립할 때 154㎸와 765㎸ 계통에서 이중 고장에 대비해 대규모 공급지장 등이 발생하지 않도록 송 · 변전 설비 확충 계획을 마련해야 한다.
그런데 2009년 장기 송 · 변전 설비 계획을 수립하면서 154㎸와 765㎸ 각각 2개의 송전선로가 이중 고장 기준을 만족하지 못하는 데도 이에 대한 대책을 마련하지 않았다. 그 결과 2개의 154㎸ 송전선로 중 1개 선로에 이중 고장이 발생하면 31∼65㎿의 부하를 차단해야 하고, 2개의 765㎸ 송전선로 중 1개 선로에 이중 고장이 발생하면 400∼1500㎿의 부하를 차단해야 하는 등 대규모 전력 공급 중단으로 수도권에 최대 50만 호의 광역 정전 사고를 유발할 우려가 있다. 이에 따라 감사원은 한전에 대규모 정력 공급 중단 사고가 발생하지 않도록 154㎸와 765㎸ 송전선로에 대해 적정한 보완 대책을 마련하라고 통보했다.

낙뢰 대비 765㎸ 송전선로 설계 미흡 | 한전은 '765㎸ 송전선로 절연 설계 지침'에 따라 765㎸ 송전선로를 건설한다. 이 지침의 목적은 바람 · 낙뢰 · 눈 등의 자연 조건에서 발생할 수 있는 이상 전압에 대해 적절한 신뢰성을 갖는 765㎸ 가공 송전선로 절연 설계 방법을 정하는 데 있다. 낙뢰에 대한 절연 설계의 경우 연간 뇌우 일수 등 기본 조건을 상정하고, 이러한 조건에서 목표 사고율을 정한 다음 절연 설계를 하도록 규정하고 있다. 이에 따라 같은 지침은 연간 뇌우 일수를 20일로 상정하고 낙뢰 사고율 목표치를 외국 전력 회사의 사고율 목표치(일본 1000㎸는 0.33∼0.39(회/100㎞/year))를 참작해 0.35(회/100㎞/year) 이내로 설정한 다음 설계 시 실제 사고율은 목표치보다 더 작을 것이라고 예측했다.
뇌과전압 | 낙뢰 등으로 인해 발생하는 비정상적 · 순간적으로 높은 전압.
Arm | 낙뢰로부터 송전선을 보호하기 위해 도체導體위쪽에 평행하게 가설한 금속선을 가공지선이라 하며, 이를 지탱하는 지지대를 가공지선 Arm이라 함.
아킹혼 | 낙뢰 등으로 인한 이상 전압으로 섬락이 발생하는 경우 발생하는 아크를 안전한 방전로로 유도하기 위한 도전성 금구류.


그러나 한전에서 운영 중인 시스템에 따르면, 최근 10년간(2000∼2009년) 연간 뇌우 일수는 765㎸ 송전선로가 지나는 구역에서 평균 45일(최대 59일, 최소 30일)이고, 2007년의 경우 최대 144일에 달한다. 따라서 765㎸ 송전선로 뇌과전압에 대한 절연 설계를 할 때 실제 관측한 연간 뇌우 일수를 적정하게 반영해 연간 뇌우 일수를 산정해야 하고, 이러한 조건하에서 목표 사고율을 달성하도록 해야 한다.
그런데도 한전은 1994년 12월 절연 설계 지침을 작성할 때 변전소 근무자들의 시각과 청각으로 관측한 결과에 따라 뇌우 일수를 20일로 산정해 절연설계를 한 이후 2011년 1월 현재까지 한 번도 변경하지 않았다. 그 결과 765㎸ 전체 송전선로인 2C-458㎞에 대한 연간 낙뢰 사고율(2000∼2010년)은 한전의 목표 사고율보다 2.3배 높은 것으로 나타났다. 이에 따라 감사원은 한전에 연간 예상 낙뢰 일수에 맞춰 765㎸ 송전선로 절연 설계 지침을 개선하라고 통보했다.

장기 송 · 변전 설비 계획 부정적 | 송전선로 공사는 대규모 건설비를 투입해 장기간 건설하는 공사로, 한 번 건설하면 변경이 거의 불가능하다. 따라서 '장기 송 · 변전 설비 계획'을 수립할 때 적정한 송전선로의 전압과 회선당 상로 수 등을 검토해 <전력계통 신뢰도 및 전기 품질 유지 기준> 등을 만족함은 물론 부하율(이용률)이 최대가 되도록 건설함으로써 송전선로 건설 투자 대비 효과를 최대화해야 한다.
그런데도 한전은 2009년 제4차 '장기 송 · 변전 설비 계획(2008∼2022년)'을 수립하면서 부하율이 10% 미만인 345㎸ 송전선로 현황과 같이 총 190개(기설 121개, 신설 69개)의 345㎸ 송전선로 중 미금-동서울 송전선로 등 16개(기설 9개, 신설 7개) 송전선로는 2008년부터 2022년까지 부하율을 10% 미만으로 운영할 예정으로 있는 등 송전선로 부하율을 고려하지 않았다. 그 결과 2010년 기준 1조 1,162억여 원을 투입해 건설했거나 건설 중인 16개 송전선로를 제대로 활용하지 못하게 됐다. 이에 따라 감사원은 한전에 송전선로 부하율이 낮아 투자 효과가 저하되는 일이 없도록 부하율을 고려해 장기 송 · 변전 설비 계획을 수립하는 방안을 마련하라고 통보했다.

전력 계통 해석 방법 부정적 | 한전은 <전력 계통 신뢰도 및 전기 품질 유지 기준> 규정에 따라 설비를 보강하고 유지 · 보수한다. 한편, 전력거래소는 한전에서 설비 보강 등 설비 계획 수립 시 전력 계통의 문제점을 보완하도록 전력 계통 운영에 관한 검토자료를 통보한다. 그리고 전력거래소는 전력 계통해석의 정확성을 유지하고자 한전으로부터 이에 필요한 전력 설비의 정격과 과부하 특성 등의 자료를 제출받는다. 또한, 한전도 <전기사업법>에 따라 '장기 송 · 변전 설비 계획'을 수립할 때 자체적으로 전력 계통을 해석한다. 전력 계통의 해석이란, 사고와 고장 등에 대한 여러 가지 시나리오를 설정하고, 각 시나리오별 전력 계통 및 이를 구성하는 전력 공급시설의 안정성 등의 변화를 시뮬레이션 기법을 동원해 분석하는 것이다. 한전과 전력거래소는 동일한 전력 계통 해석 프로그램과 자료를 이용해 동일한 방법으로 해석해 결과를 도출해야 한다. 그 결과에 따라 설비 보강 등 송 · 변전 설비 계획을 수립해 시행해야 한다.
그런데 한전과 전력거래소는 동일한 전력 계통 해석 프로그램과 자료를 이용해 고장 전류 등을 분석하고서도, 그 원인인 전압의 수치를 서로 다르게 적용하는 등 전력 계통 해석 방법이 서로 달랐다. 이에 따라 2008년 제4차 전력 수급 기본 계획과 2009년 장기 송 · 변전 설비 계획을 수립하면서 전력거래소는 단락短絡사고 발생 시 고장 전류가 차단기 용량을 초과하는 345㎸ 변전소의 모선 개소가 10개소 발생하는 것으로, 한전은 5개소가 발생하는 것으로 검토했다. 이렇듯 한전과 전력거래소는 서로 다른 결과값을 산출하는 데도 전력 계통 해석 방법을 통일시키지 않고 있다. 그 결과 한전은 전력거래소의 전력 계통 해석 결과값을 수용하지 않은 채 보완 대책을 수립하지 않아 해당 모선에서 단락 사고 발생 시 대규모 정전 사고가 발생할 우려가 있다. 이에 따라 감사원은 한전과 전력거래소에 대규모 정전 사고가 발생하지 않도록 전력 계통 해석 방법을 통일시킨 후, 그 결과에 따라 전력 설비 보강 계획 등을 수립하는 방안을 마련하라고 통보했다.

배전선로와 변전소 설계 시 수요 예측 서로 달라 | 한전은 택지개발지구와 산업단지 등에 전력을 공급하고자 배전선로와 변전소 등을 건설할 때 전력 수요를 산정해 시설 용량을 결정한다. 특정 지역의 배전선로와 변전소를 설계하기 위해 각각의 전력 수요를 예측할 때 같은 기준으로 전력 수요를 산정해 배전선로나 변전소 중 어느 한쪽 시설이 과다 또는 과소 설비되지 않도록 해야 한다.
그런데 한전은 배전선로 설계를 위해 전력 수요를 예측할 때 '신규 주택 및 산업단지 전력 수요 예측 기준'의 지역별, 용도별 표준 부하 밀도를 적용하고, 변전소 설계를 위해 전력 수요를 예측할 때는 '주택 및 산업단지 전력 수요 예측 기준 수립 검토'에 따라 규모별 인구와 가구 수별 표준 부하밀도를 적용해 전력 수요를 예측하는 등 동일한 사업지구에 배전선로와 변전소를 설계할 때 서로 다른 기준으로 전력 수요를 예측한다. 표준 부하 밀도란, 건축물 단위 면적당 소요 전력으로 건축물마다 내부에 들어가는 전기 설비 등이 천차만별이기에 표준치를 제시하는 것이다. 한전 인천본부에서 택지개발지구(산업단지 포함)에 대해 변전소 용량을 산정한 97개 택지개발지구 중 한전 경인건설단 남서울사업소가 배전선로 용량을 산정한 17개 지구에 대해 검토했다. 그 결과 오류지구에 154㎸ 변전소 수요 예측 기준을 적용하면 13㎿인 반면, 배전선로 계획 적용 전력은 그 3.8배인 51㎿로 나타났다. 이와 같이 17개 지구 중 16개 지구의 배전선로와 변전소 건설 계획의 전력 수요를 서로 다르게 예측해 배전선로와 변전소 규모 설정에 혼동을 초래하고 어느 한 시설이 과다 또는 과소 시설로 지어지게 됐다. 이에 따라 감사원은 한전에 배전선로와 변전소 설계를 위해 각각의 전력 수요를 예측할 때 같은 기준을 적용해 산정하는 방안을 마련하라고 통보했다.

윤홍로기자

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