가공 송전선로 크레인 접촉사고 자동재폐로 방지 알고리즘 연구

Abstract

The types of faults that occur in overhead transmission lines include natural disasters such as lightning, heavy snow, strong winds, forest fires, and fog, and foreign objects such as silver foil, bird droppings, and machine contact, as well as equipment fault and work negligence. When such a fault occurs, the transmission line protection relay detects the fault and sends an open signal to the circuit breaker to separate the fault section. We are trying to improve the transient stability of the generator. However, if automatic input of the circuit breaker is implemented in a permanent fault such as a crane contact (high resistance ground fault), the fault will occur again in a very short time, which may cause an impact to system facilities such as the circuit breaker. There is a high possibility of secondary accidents such as safety accidents and fires. Crane contact accidents generally have greater fault resistance than instantaneous faults such as lightning faults, but the size is not constant depending on the fault point and type. In addition, the fault current and voltage drop are not large, so it is a very difficult fault to detect. KEPCO is configuring the automatic reclosing operation logic of the transmission line to prevent automatic closing of the circuit breaker in the event of a high-resistance ground fault accident. Since it is not technically implemented, it is currently not possible to prevent automatic reclosing in case of a crane contact accident. Therefore, in this study, a method to minimize automatic reclosing in the event of a crane contact accident was studied. The operation cases of the 154kV transmission line protection relay were investigated for 5 years from 2016 to 2020, and among them, 50 faults for which the equipment department fault report and the actual system fault data (fault waveform) at both ends were selected. After sorting the selected faults by case, the fault waveform viewer program (K_ComViewer, Sigra) was used to analyze the actual system fault data in sampling units, and using the percentage method and symmetric coordinate method, voltage & current phase difference, impedance, fault resistance were calculated. As a result of the analysis, it was found that the voltage & current phase difference characteristics in the case of a crane contact accident are different from other faults, and a crane detection algorithm and set values ​​were proposed based on the difference. In the case study, a 154kV transmission line system was modeled using EMTP-ATP Draw to check the value of the fault resistance that can detect a crane contact accident according to the fault location in the algorithm setting value, and fault according to the fault location. After various simulations by changing the resistance, a fault waveform was generated and reproduced in the protection relay to which the detection algorithm was applied, and the result was confirmed. Finally, 50 cases of selected algorithms and set values ​​were verified, and applied to the automatic reclosing logic of the current differential relay to prevent automatic reclosing in the event of a crane contact accident, thereby minimizing the automatic closing of the breaker.

가공 송전선로에서 발생하는 고장의 종류는 낙뢰, 폭설, 강풍, 산불, 농무 등의 자연재해와 은박지, 조류배설물, 크레인 접촉과 같은 이물접촉 이외에 설비고장 및 작업과실 등이 있다. 이와 같은 고장 발생 시 송전선로 보호계전기는 고장을 검출하여 차단기에 개방신호를 보내 고장구간을 분리하고, 공기절연 자연회복 시간이 지나면 차단기를 자동투입하여 인근 송전선로의 과부하 및 국지적인 전압불안정 방지, 발전기의 과도안정도 향상 등을 도모하고 있다. 하지만, 크레인 접촉(고저항 지락사고)과 같은 영구고장에 차단기 자동투입을 시행하게 되면 아주 짧은 시간에 고장이 재발생하는 것으로 차단기 등 계통설비에 충격이 가해질 우려가 있으며, 고장지점에 위치한 주변 작업자의 안전사고와 화재 등의 2차 사고 유발 가능성이 높다. 크레인 접촉사고는 대체적으로 고장저항이 낙뢰고장과 같은 순간고장 보다는 크지만, 고장지점 및 형태 등에 따라 그 크기가 일정하지 않다. 또한, 고장전류 및 전압강하도 크지 않아 검출하기 매우 힘든 고장으로 한전은 고저항 지락사고시 차단기 자동투입을 방지하도록 송전선로 자동재폐로 동작로직을 구성하고 있지만, 일반적인 고장과의 차이점을 사전에 판별하도록 기술적으로 구현되지 않아 현재는 크레인 접촉사고시 자동재폐로를 방지하지 못하고 있다. 이에 본 연구보고서에서는 크레인 접촉사고시 자동재폐로를 최소화하기 위한 방안을 연구하였다. 2016년부터 2020년까지 5년간 154㎸ 송전선로 보호계전기 동작사례를 조사하였고, 그 중 설비부서 고장보고서와 양단 실계통 고장데이터(고장파형) 등을 확보할 수 있는 고장 50건을 선별하였다. 선별된 고장을 사례별로 정리한 후 고장파형뷰어 프로그램(K_Com Viewer, Sigra)을 활용해 실계통 고장데이터를 샘플링 단위로 분석하였고, 백분율법, 대칭좌표법 등을 활용하여, 전압 & 전류 위상차, 임피던스, 고장저항 등을 연산하였다. 분석결과 크레인 접촉사고시 전압 & 전류 위상차 특성이 타 고장과 차이점이 있음을 알게 되었고, 차이점을 바탕으로 크레인 검출 알고리즘과 설정값을 제안하였다. 사례연구보고서에서는 알고리즘 설정값에서 고장위치에 따라 크레인 접촉사고를 검출할 수 있는 고장저항이 어떠한 값을 갖는지 확인하기 위해 EMTP-ATP Draw를 활용하여 154㎸ 송전선로 계통을 모델링하였고, 고장위치에 따라 고장저항을 변경하여 다양하게 모의 한 후 고장파형를 생성해 검출 알고리즘이 적용된 보호계전기에 재생하였고, 그 결과를 확인하였다. 최종적으로 제안한 알고리즘과 설정값을 선별한 50건에 대해서도 검증하였고, 전류차동계전기 자동재폐로 로직에 적용, 크레인 접촉사고시 자동재폐로를 방지하여 차단기 자동투입을 최소화 하였다.