보호계전기 시험

보호계전기의 주요 기능은 최대한 신속하게 1차측 오류 또는 과부하를 감지하고 차단기를 사용하여 영향을 받는 설비 또는 그리드의 일부를 나머지 그리드 또는 변전소로부터 선택적으로 격리하는 것입니다. 이는 영향을 받거나 인접한 설비와 사람을 보호하고 정전을 최소화하며 높은 가용성을 보장할 뿐만 아니라 매우 안정적인 공급을 제공하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 또한 설비 손실과 장기간 정전이 발생하면 막대한 비용이 소요되므로 보호계전기를 사용하면 비용 효율적인 운영이 가능합니다. 비상 시 보호계전기가 제대로 작동하도록 하려면 보호계전기를 정기적으로 시험해서 제대로 작동하는지 확인해야 합니다.

시험 시간과 간격은 국가별 규정과 시스템 운영자가 정의한 개별 전략에 따라 다릅니다.

일반적으로 보호계전기의 제품 수명 주기에는 4단계가 있으며 단계별로 적합한 시험 유형은 서로 다릅니다.

• 보호계전기 제조업체의 생산 및 개발 단계에서 수행되는 형식시험 및 공장 인수 시험
• 새 변전소가 계획 중일 때 연구소 시험
• 변전소의 현장 인수 시험 및 시운전 시험
• 운영 중 현장에서 반복적인 기능 및 유지관리 시험

 

유틸리티에서 준수해야 하는 시운전 및 정기 유지 중 시험을 위한 프레임워크 조건은 독일의 Forum Netztechnik/Netzbetrieb(FNN) 또는 미국의 NERC(North American Electric Reliability Corporation) 등 국가별 지침에 지정되어 있습니다.
보호계전기 제조업체는 예를 들어 계전기 및 보호 설비 측정 동작에 대한 규칙 및 요구 사항을 정의하는 IEC 60255 규격 등의 준수 여부를 시험합니다.

각 시스템 운영자가 사례별로 답변할 수 있는 질문이지만, 국가별 지침이나 규정에 어느 정도 규정되어 있습니다. 원칙적으로, 펌웨어 업데이트 후 등 보호 시스템이 변경될 때마다 초기 시운전 시험 후에 시험하는 것이 좋습니다. 그러나 보호계전기는 장시간 작동하게 되며 검출되지 않은 변화가 발생할 수도 있습니다. 이 같은 변화를 검출하기 위해 유지 간격과 그에 따른 시험 범위가 정의됩니다.

시험 간격을 정의할 때에는 다음과 같이 다양한 요소를 고려해야 합니다.

• 전체 공급 보안을 위한 그리드 보호 부분의 중요도
• 보호계전기의 세대와 형식
• 국가별 법률, 규정 또는 지침
• 사용 가능한 보호 엔지니어의 수와 숙련도 수준
• 특정 장치 종류에 대한 경험

 

위 요소는 가변적이므로 시험 간격도 동적으로 변경될 수 있습니다. 따라서 일반적인 품질 관리 시스템에 통합된 문서를 통해 일정한 시험 전략을 수립해야 합니다.

보호계전기를 시험할 때 최우선 순위는 본인의 안전입니다. 보호계전기 시험을 준비할 때, 시험을 시작하기 전에 관련 안전 및 보호 조치를 모두 준수해야 합니다.

보호계전기 시험 측면
1.    계전기 상태의 시각적 평가
2.    시운전 또는 재배선 후 배선 확인
3.    사전 정의된 요구 사항과 보호계전기 매개변수의 시험 및 맞춤
4.    개별 보호 기능 시험을 통한 계전기의 기능 검증
5.    픽업 및 트립시간 값이 정의된 한계 내에 있는지 확인
6.    시스템 관점에서 계전기 동작 검증

IEC 61850의 장점을 이해하려면 IEC 61850 변전소와 비교하여 기존 변전소의 중요한 단점 두 가지를 숙지하는 것이 좋습니다. 우선 기존 변전소에서는 구리 케이블을 이용하여 모든 설비를 다른 구성 요소에 개별적으로 배선해야 합니다. 두 번째로, 서로 다른 제조업체의 설비는 서로 직접 통신하도록 설계되지 않았습니다.

그러나 IEC 61850에서는 공유 이더넷 네트워크를 통해 설비 간 통신이 일어납니다. 제조업체에 구애받지 않는 IEC 61850 표준은 변전소 네트워크에서 디지털 통신의 기초가 됩니다. 서로 다른 제조업체의 설비 및 시스템은 여러 가지 표준화된 프로토콜을 사용하여 데이터, 명령 및 측정값을 원활하게 교환할 수 있습니다. IED(Intelligent Electronic Devices)는 IEC 61850 환경에서 보호, 자동화 및 제어 장치로 사용됩니다.

샘플링된 값은 디지털 네트워크 등을 통해 변류기 및 변성기에서 에너지 시스템의 아날로그 값을 전송하는 데 사용됩니다. 상태 정보는 구스 메시지를 통해 장치 간에 교환되며 신호는 클라이언트/서버 통신(MMS)을 사용하여 SCADA 시스템으로 전송됩니다.

변전소의 자산과 제어센터 간 통신에 IEC 61850을 사용하면 필요한 배선 작업량이 줄어듭니다. 또한 전력망의 신뢰성, 안전성 및 효율성을 높이는 데 도움이 되는 제조업체에 구애받지 않고 미래에도 사용 가능한 유연한 기초가 확보됩니다.

종단 간 시험에서는 보호 라인의 섹션 또는 전기 설치의 보호 영역을 모든 종단에서 동시에 시험합니다. 모든 종단에 대한 시험 루틴의 시간이 서로 동기화된다는 점이 중요합니다. 시스템 기반 종단 간 시험을 수행할 때 보호 시스템 전체의 올바른 동작뿐만 아니라 개별 보호 기능을 확인하는 것이 시험의 초점될 수도 있습니다. 아래에서는 이 두 가지 시험법의 차이를 설명합니다.

종단 간 시험 사례 연구

종단 간 시험에서 가장 큰 문제는 시험을 조율하는 것입니다. 보호 시험 솔루션에서 시험을 손쉽게 실행하고 한쪽에서 얻은 결과를 손쉽게 문서화할 수 있도록 한다면 시험 복잡성과 인건비가 대폭 절감됩니다. RelaySimTest를 사용하는 시스템 기반 종단 간 시험을 이용하면 한쪽 종단에서만 시험을 실행하고 시험 중에 필요한 경우 언제든지 조정할 수 있습니다.

진행파보호 기능 시험은 매우 어려운 것으로 판명되었기 때문에 계전기 시운전 시 수행하지 않는 것이 일반적이었습니다. 이에 OMICRON은 기존의 보호 시험셋으로도 복잡하지 않게 진행파보호 기능을 시험할 수 있는 세계 최초 솔루션 TWX1 악세사리를 개발했습니다.

시험 설정은 TWX1 두 개를 추가하면 종단 간 시험 설정과 일치하게 됩니다. RelaySimTest를 사용하면 한쪽 종단에서 시험을 수행할 수 있으며 결과는 완전히 자동으로 문서화됩니다. 이 목적으로는 시스템 및 라인 데이터가 RelaySimTest에 입력됩니다. 원하는 시험 사례는 전력 시스템 모델의 원하는 위치에 다양한 고장 유형을 배치하여 정의됩니다. 그런 다음 시뮬레이션은 과도 신호와 진행파 펄스를 자동으로 계산합니다. 실행 시 CMC 시험셋은 과도 신호를 공급하고 TWX1 악세사리는 나노초급 정확도로 3상 전압 및 전류 진행파 펄스를 중첩합니다. 발생된 신호는 진행파보호 및 진행파 보호계전기의 위치 기능 모두를 효과적으로 시험하는 데 사용할 수 있습니다.
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진행파 보호계전기의 손쉬운 시험 (PDF)

보호계전기의 개발 및 인증 과정에서는 형식 시험이 광범위하게 수행됩니다. 이를 통해 해당 계전기가 사양 및 규격을 충족하고 전기 설치에 사용할 수 있음을 입증할 수 있습니다. 이러한 시험을 단순화하기 위해, 대부분의 계전기 동작 측면을 다루는 IEC 60255용 특수 형식시험 패키지가 제공됩니다. 개방형 응용 프로그램 프로그래밍 인터페이스를 통해 시험 시스템을 기존 시험 환경에 쉽게 통합할 수도 있습니다.

IEC 60255에 따른 형식시험 (PDF)​​​​​​

크게 보호계전기 시험용 매개변수 기반 방식(현재 지배적으로 사용되는 접근 방식)과 혁신적인 시스템 기반 방식이 있습니다. 또한 수동 실행과 자동 실행으로 차이가 있을 수도 있습니다.

시스템 기반 보호 시험을 이용하면 고장 발생 시 시간과 비용을 최소화하여 보호 시스템의 개별 구성 요소가 그룹으로 올바르게 작동하는지 여부를 확인할 수 있습니다. 이 방식을 통해 계전기 유형이나 제조업체에 관계없이 보호 시스템의 설정, 논리 및 설계에서 숨겨진 고장을 검출할 수 있습니다. RelaySimTest는 최적화된 시스템 시험을 준비하고 수행하는 데 필요한 도구를 제공합니다.

설정 기반 보호 시험은 개별 보호계전기의 보호 기능 및 관련 설정 값에 중점을 둡니다. 최신 보호계전기는 수천 가지 설정을 제공하므로 자동 시험 방식이 수동 시험 방식보다 훨씬 우수합니다. Test Universe는 시험 보고서의 완전 자동 작성을 포함하여 표준화 및 자동화 측면에서 옵션이 다양합니다. 시험 계획을 통해 최대 효율로 시험을 수행할 수 있습니다. 당사의 시험 소프트웨어는 기능이 다양하며 보호계전기 및 기타 보조 설비의 상세한 시험에 알맞게 유연성도 우수합니다.

시험 접근 방식

• 시스템 기반 보호 시험: RelaySimTest
• 매개변수 기반 보호 시험: Test Universe

 

자동화는 때가 이른 감이 있으나 특히 보호 시험와 관련하여 자주 사용되는 용어입니다. 실제로 보호 엔지니어는 다양한 제조업체 자산을 접하게 되므로 시험 절차를 완전히 자동화하는 것이 훨씬 더 어렵습니다. 공급업체 중에는 솔루션이 보호 시험의 개별 부분만 자동화하는데도 자동화를 언급하는 곳도 있습니다. 따라서 주의해야 합니다.

보호 시험에서 높은 수준의 자동화를 달성하려면 다양한 제조업체의 보호계전기용 적응형 시험 템플릿, 그리고 시험 계획에서 개별 시험 모듈을 유연하게 결합할 수 있는 가능성이 있어야 합니다. 보호계전기 시험에 맞춰 통일 규격을 정의하면 효율성을 더욱 높일 수 있습니다. 시험 결과를 수동으로 문서화할 경우 상당한 노력이 필요하므로 완전 자동 문서화는 기본 요구 사항이기도 합니다. 당사의 PTL(Protection Testing Library) 및 OMICRON OCC(제어센터)를 사용하면 요구 사항에 맞게 개별적으로 맞춤화된 시험 절차를 사용할 수 있으며 이는 거의 완전 자동으로 수행됩니다. 수동 보호 시험에 비해 시험에 필요한 시간과 비용을 최대 80%까지 절약할 수 있습니다.

사용 가능한 시험 템플릿