KR-20260061396-A - METHOD FOR PREVENTING MALFUNCTION OF DIGITAL PROTECTION RELAY FOR DETERMINING GROUND FAULT IN SELF-SECTION

Abstract

자기구간 지락고장 판단을 위한 보호계전기 오동작 방지 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 자기구간 지락고장 판단을 위한 보호계전기 오동작 방지 장치는 변압기의 각 상의 전류를 측정하는 측정모듈, 및 상기 측정모듈을 통해 측정된 각 상의 전류에 기초하여 각 상의 영상분 전류 및 역상분 전류를 산출하고, 상기 각 상의 영상분 전류 및 역상분 전류에 기초하여 자기구간 지락고장 발생 여부를 판단하는 프로세서를 포함한다.

Inventors

• 오세환

Assignees

• 한국전력공사

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20260424

Claims (1)

1. 프로세서가, 측정모듈을 통해 변압기의 각 상의 전류를 측정하는 단계; 상기 프로세서가, 상기 변압기의 각 상의 전류에 기초하여 각 상의 영상분 전류 및 역상분 전류를 산출하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 각 상의 영상분 전류 및 역상분 전류에 기초하여 자기구간 지락고장 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 자기구간 지락고장 발생 여부를 판단하는 단계에서, 상기 프로세서는, 각 상의 영상분 전류에 기초하여 지락고장 발생 여부를 판단하고, 각 상의 역상분 전류에 기초하여 불평형 고장 발생 여부를 판단하며, 상기 지락고장 발생 여부 및 불평형 고장 발생 여부에 기초하여 자기구간 지락고장 발생 여부를 판단하되, 상기 프로세서는, 지락고장 및 불평형 고장이 발생한 경우, 자기 구간 지락고장이 발생한 것으로 판단하고, 지락고장이 발생하고, 불평형 고장이 발생하지 않은 경우, 타 구간 지락고장이 발생한 것으로 판단하며, 상기 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 변압기의 각 상의 전류의 크기를 보상하고, 상기 크기가 보상된 각 상의 전류에 기반하여 각 상의 영상분 전류 및 역상분 전류를 각각 산출하고, 상기 자기구간 지락고장 발생 여부를 판단하는 단계에서, 상기 프로세서는, 자기 구간 지락고장으로 판단된 경우, 트립신호를 출력하고, 타 구간 지락고장으로 판단된 경우, 타 구간 지락고장 알람을 출력하는 것을 특징으로 하는 자기구간 지락고장 판단을 위한 보호계전기 오동작 방지 방법.

Description

자기구간 지락고장 판단을 위한 보호계전기 오동작 방지 방법{METHOD FOR PREVENTING MALFUNCTION OF DIGITAL PROTECTION RELAY FOR DETERMINING GROUND FAULT IN SELF-SECTION} 본 발명은 자기구간 지락고장 판단을 위한 보호계전기 오동작 방지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변압기 각 상의 영상분 전류 및 역상분 전류에 기초하여 자기구간 지락고장을 판단할 수 있도록 하는 자기구간 지락고장 판단을 위한 보호계전기 오동작 방지 방법에 관한 것이다. 탄소중립이라는 목표 하에 분산전원 보급은 지속적으로 확대되고 있으며, 안정적인 공급과 효율적인 수요를 위한 연구가 각 분야에서 활발히 진행되고 있다. 탄소중립은 탄소 배출량을 특정 시점으로 고정시켜서 지구 온난화를 최대한 막아보자는 것이다. 탄소는 화석연료에서 배출되므로 전세계적으로 화석연료를 사용하지 않는 신재생에너지 산업이 대두되기 시작했다. 기존 화석연료를 사용하는 동기발전기에서 신재생 에너지원을 사용하는 발전으로 넘어옴에 따라 다양한 이슈들이 존재한다. 가장 큰 이슈는 분산전원으로 기존 대규모의 발전단지를 바닷가 인근에 건설하여 수용가까지 전력을 끌고 오는 방식에서 이제는 수용가 인근에 소규모 분산전원을 설치하여 구내에서 자체적으로 사용하고 인근에 공급까지 하는 방식이다. 유럽과 같이 재생에너지에 대한 이해도가 높은 곳은 곧바로 탄소중립을 실현시키기 위한 재생에너지 발전 비중을 높이는 것에 큰 문제가 없으나, 우리나라는 다양한 문제들이 발생하고 있다. 이 때문에 지속적으로 전력계통 신뢰도 및 전기품질 유지기준을 변경하며 최근에는 FRT(Fault Ride Through)라는 규정까지 생겼다. 이 외에도 계통보호적으로 다양한 문제들이 있으며 가장 큰 문제는 모든 재생e 분산전원은 인버터 기반의 분산전원이라는 점이다. 인버터 기반 분산전원은 IGBT 소자를 이용하여 마이크로 단위의 제어속도를 가지게 된다. 원하는 운전 방식(역률제어 또는 일정 P 출력, 일정 Q 출력, Vac 제어 등)에 따라 인버터에서 DC 전압을 변환하여 AC 계통에 공급하는 것이므로 전력계통 고장시 기존의 동기발전기와는 전혀 다른 고장전류의 형태를 가지게 된다. 인버터 제어방법은 다양한 형태일 수 있고, 인버터 제어는 마이크로 시간 단위로 수행하기 때문에 보호계전기가 검출하는 최소 단위인 (1/16 Cycle) 보다도 현저히 작은 값이다. 따라서 고장 발생시 고장전류가 순간적으로는 흐를 수 있으나 그 시간이 마이크로 단위이며 보호계전기가 인식할 수 있는 Cycle 단위보다 현저히 작으므로, 인버터 기반 발전원은 고장전류 기여도가 없다고 보기도 한다. 그러나, 타 구간 지락고장시, 분산전원을 전력계통과 연계하기 위하여 설치한 연계용 변압기 1차측 중성점을 타고 지락전류가 귀로한다는 점이다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 전력 계통에서 공급되는 고장전류는 A이나, 이 A전류가 대지를 통해 귀로하는 과정에서 일부가 분산전원 연계 변압기 접지로 흐르기 때문에 B전류가 건전 선로에 흐르게 되어 보호계전기의 오동작을 유발할 수 있다. 타 선로 고장시 건전한 자기선로가 트립(TRIP)되는 것을 막기 위해서 방향성 지락 과전류계전기를 적용하고 있다. 그러나, 방향성 지락 과전류계전기를 적용하기 위해서는, 기존에 설치되어 있는 무방향성 OCGR을 방향성 OCGR로 교체해야 하는 문제가 있다. 또한, 배전계통 변화로 어떤 선로에 분산 전원이 연계되었는지 명확한 관리가 어려운 문제가 있다. 또한, 분산전원 뿐만이 아니라 고객 변압기가 접지되어 있으면 오동작이 발생할 우려가 있다. 또한, 선로 휴전시 분산 전원 선로는 반드시 DOCGR로 연계 해야 해서 휴전이 불가능한 문제가 있다. 이러한 사유들로 인해 분산전원이 있건, 없건 모든 연계선로는 방향성을 가지는 보호계전기를 사용할 수밖에 없다. 배전선로만 하더라도 수 만개의 선로가 있는데, 이를 모두 방향성 과전류계전기로 바꾸는데 드는 비용은 수백억에 해당한다. 이는 현실적으로 불가능하며 결국 전력설비의 사용한도 기간이 지나 새로운 설비로 교체할 때, 일괄적으로 방향성을 가지는 보호계전기를 구매하는 방법뿐이며 이는 10~20년 이상이 소요될 것이다. 이에, 기 설치된 보호계전기를 이용하여 보호계전기의 오동작을 방지할 수 있도록 하는 기술이 필요하다. 본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-0699221호(2007.03.27. 공고)에 개시되어 있다. 도 1은 종래의 타 구간 고장시 분산전원 고장전류로 인한 건전 선로 트립을 설명하기 위한 예시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전계통을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기구간 지락고장 판단을 위한 보호계전기 오동작 방지 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타 선로 A상 지락고장시 분산전원 연계 변압기에 흐르는 전류를 설명하기 위한 예시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지락고장시 지락고장전류의 경로를 설명하기 위한 예시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계통 고장시 정상분, 역상분, 및 영상분을 설명하기 위한 예시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기구간 지락고장 판단을 위한 보호계전기의 오동작 방지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기구간 지락고장 판단을 위한 보호계전기 오동작 방지 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자기구간 지락고장 판단을 위한 보호계전기 오동작 방지 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전계통을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배전계통은 계통 전원(10), 부하(20), 차단기(30), 보호계전기(40), 분산 전원(50) 및 선로(60)를 포함한다. 계통 전원(10)은 교류 전원 및 교류 전원에 연결되는 변압기를 포함할 수 있으며, 교류 전원과 변압기 사이에는 보호 장치가 구축될 수 있다. 이에 따라, 선로(60)는 계통 전원(10)으로부터 출력되는 전력을 부하(20)에 전달하도록 마련될 수 있으며, 이때, 계통 전원(10)으로부터 부하(20)까지의 영역을 배전계통으로 이해할 수 있다. 이와 관련하여, 배전계통은 계통 전원(10) 및 부하(20)를 포함할 수 있으며, 배전계통은 계통 전원(10)에 연결되는 모선, 차단기(30), 보호계전기(40), 선로(60), 및 분산 전원(50)(DG: Distributed Generation) 등의 전기 설비를 포함할 수 있다. 분산 전원(50)은 교류 전력을 발전하도록 마련되는 회전기 타입(Rotating-type Generator)의 동기기 및 유도기 등을 이용하는 풍력 발전(Wind-Turbine) 등을 포함할 수 있으며, 또한, 분산 전원(50)은 직류 전력을 발전하도록 마련되는 정적인 타입(Static-type Generator)의 태양광 발전(Photovoltaic array) 또는 연료전지(Fuel Cell) 등을 더 포함할 수 있다. 이와 같은, 분산 전원(50)은 인버터 또는 컨버터를 통해 배전계통에 연결되어, 전력을 공급할 수 있으며, 또한, 분산 전원(50)은 배전계통의 각 노드에 구비되는 FRTU(Feeder Remote Terminal Unit)에서 분산 전원(50)의 출력 전압, 출력 전류, 역류 및 발전량 등의 정보를 계측할 수 있다. 한편, 배전계통은 복수개의 부하(20)를 포함할 수 있으며, 이러한 경우에, 보호계전기(40)는 각각의 부하(20)에 연결되는 선로(60)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 보호계전기(40)는 계통 전원(10)에 연결된 모선과 임의의 부하(20)가 연결되는 선로(60)에 설치될 수 있으며, 또한, 보호계전기(40)는 임의의 부하(20)가 선로(60)에 연결된 지점으로부터 다른 부하(20)가 연결되는 선로(60)에 설치될 수 있다. 보호계전기(40)는 계통 전원(10)으로부터 부하(20) 측으로 연결되는 선로(60)에 설치될 수 있다. 보호계전기(40)는 차단기(30)에 포함될 수 있으며, 이러한 경우에, 보호계전기(40)는 선로(60)에 흐르는 선로 전류를 측정하여, 선로 전류에 따라, 단락 사고 등의 전기적 사고에 의한 고장 전류가 발생한 것으로 경우에, 차단기(30)가 선로(60)를 차단하도록 마련될 수 있다. 여기에서, 선로 전류는 선로(60)에 흐르는 선전류를 의미할 수 있다. 보호계전기(40)는 변압기 각 상의 전류에 기초하여 각 상의 영상분 전류 및 역상분 전류를 산출하고, 각 상의 영상분 전류 및 역상분 전류에 기초하여 자기구간 지락고장 발생 여부를 판단할 수 있다. 보호계전기(40)가 자기구잔 지락고장 발생 여부를 판단하는 구