전력계통 복구 (System Restoration)

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1 전력계통 복구 (System Restoration)
한국전력거래소 계통운영처 팀장 한희천

2 내 용 광역 정전(Blackout) 개요 및 정전사례 광역정전의 원인 정전상태 평가/발전기 상태 파악 부하복구 및 계통연계
광역정전시 중요 핵심사항 용어설명 계통복구 일반원칙

3 광역정전(Blackout)의 개요 Blackout? 우리나라의 사례 전력계통의 전지역 또는 광역지역이 정전되는 현상
사전적인 의미로 정전(停電)을 의미 우리나라의 사례 70년 이래 발생한 사례가 없음 발생 사례에 대한 자세한 자료 미흡

4 정전사례 미 동북부지역 대정전 요약 정전발생 개요 ◎ 발생일시 : `03. 8. 14 16:06~16:13
(한국시간 : 8. 15, 05:06) ◎ 피해규모 - 피해지역 : 미국 8개주, 케나다 2개주 ＊미 국 : 오하이오, 미시간, 펜실베니아, 뉴욕, 뉴저지, 버몬트, 메사추세스, 코네티컷 ＊캐나다 : 온타리오, 퀘벡 - 정전규모 : 6,180만kW (`06년 우리나라 최대전력 5,899만kW의 1.05배)

5 정전사례 - 경제손실 : 약 40억~100억$로 추정 (약4조8천억원~12조원) - 피해인원 : 약 5,000만명
◎ 정전복구 : 약 2일 소요(미국 일부 4일, 온타리오 일부 1주일 이상 소요) 정전진행 과정 FE사 송전선로 고장 인근선로 과부하 유발 수급불균형 발생 송전선로 연쇄 고장 광역정전 발생 ○ FirstEnergy사 송전선로 3개소 수목 접촉 고장 ○ 3개 송전선로 고장차단에 의한 융통전력 증가 및 과부하로 Star~Sammis간 송전 선로 차단 → 대정전의 직접적 원인이 됨 ○ 정전에 의한 가동중지 발전소는 원자력 발전소 22기를 포함 100여개 이상임

6 정전사례 정전원인 ◎ FirstEnergy사의 송전선로 경과지에 대한 수목전지 소홀 ◎ 연계 계통간 유기적 협조 미흡으로 정확
한 정전사태 진단 실패 ◎ 계통운영 장비의 낙후로 정전상황 신속 파악 곤란 ◎ FirstEnergy사의 부적절한 계통운영 - FirstEnergy사의 계통전압 하한치가 PJM, 캐나다 온타 리오 계통(105~95%)보다 낮은 105~90%로 설정.운영 - 계통안정을 위한 무효전력 저감설비 미운영 등

7 광역정전의 원인 열적 과부하의 연쇄작용(Cascading Thermal Overloads)
열적 과부하로 이도 증가에 의한 선로 트립 인접선로의 과부하 트립 전압 강하 발전기 트립 영향권내의 전력계통 정지(Shutdown) 송전선 운영기준은 과부하 연쇄작용을 방지하도록 설계됨 (최초 상정사고) 기상상태의 영향을 받을 수 있음 이행시간 : 수분에서 수시간

8 최초 정전 상태 평가 (Initial Assessment)
EMS alarms 문제 발생 시 최초 표시 수많은 알람 발생 EMS의 성능이 알람 처리로 인하여 느려짐 자료취득과 제어 동작이 고르지 않게 됨 - 통신 고장 원인 - RTU 고장 또는 변전소 축전지 고장 원인 수신된 데이터도 문제가 없는지 의문

9 최초 정전 상태 평가 (Initial Assessment)
통신 통신 기능이 매우 중요 - 광역정전의 범위를 평가 파악에 필수 통신확인 - 중앙급전실 - 발전소 - 변전소 후비 통신설비 확인 비생산적 통신 배제(비상상태) 비상소집 – 인력 요청

10 발전기 상태 파악 자체기동발전기 외부의 교류전원의 도움 없이 기동 및 계통병입 능력을 보유한 발전기
- 주기적 자체기동 능력 시험 필요 - 운전자의 자체기동 절차 숙지 필요

11 발전기 상태 파악 계통 병해된 발전기의 복구순서 결정 요인 발전원 유형 광역정전 직전의 상태 : HOT, COLD
- 수력 : 자체기동 능력 보유 - 가스터빈 : 고속기동 가능 - 드럼타입 증기 : 상태에 따라 1~20시간 - 초고압 증기 : 상태에 따라 4~20시간 - 원자력 : 최소 24시간에서 48시간 까지 광역정전 직전의 상태 : HOT, COLD 발전원 사용 가능성

12 발전기 상태 파악 발전기의 소내부하는 가능한 빨리 복구 소내부하 공급지체는 장기간 복구지연 초래 가능 연료유의 응고
배터리 수명 베어링 손상

13 부하 복구 주파수 제어-(1) 59.75 ~ 61[Hz]를 유지하도록 하고 60[Hz]으로 되도록 최대한 조절
주파수를 59.50이상으로 유지하기 위하여 수동부하 차단이 필요할 수 있음 대략 6~10%의 부하차단은 1[Hz]의 주파수 회복 가능

14 부하 복구 주파수 제어-(2) 큰 부하블록 복구는 계통부하가 59.90 이상을 유지할 때에만 시행
주파수에 미치는 영향을 줄이기 위해 작은 부하 단위로 복구 시행 동기화된 발전기 총용량의 5%가 넘는 부하블록은 복구하지 않는다. 예를 들어 계통에 병입된 발전기의 총용량이 1000Mw 일 경우에는50MW 이상의 부하는 한번에 투입하지 않는다

15 계통 연계 계통이 안정되었는지 어떻게 파악하나? 전압이 제한치 내에 있을 것 송전 및 부하 복구시 전압 변동이 작음
주파수가 ~ 61.0[Hz]이내로 유지 부하 복구시 주파수의 변동이 작음 적당한 예비력(운전/순시) 상당량의 저주파수 차단 부하가 복구되어 있을 것

16 계통 연계 계통의 동기화 작은 계통의 전압과 주파수를 큰 계통의 전압과 주파수에 맞게 조정한다(작은 계통이 조정이 쉬움) 두 지역의 전압과 주파수를 맞추지 못하면 설비의 손상이나 두 지역 또는 한 지역의 붕괴를 초래 가능 계통 동기후 안정도의 강화를 위해 두 계통을 연계하는 선로를 가급적 투입한다. 큰 지역에서 주파수를 제어하고 나머지 계통에서는 연계선로 운영 계획을 조절

17 계통 연계 분리 계통 연계의 장점 계통이 안정됨 예비력의 공유가 가능 연계지역간 기동전력과 전력 공급이 용이
- 계통관성 증가 - 빠른 부하 복구 가능 예비력의 공유가 가능 연계지역간 기동전력과 전력 공급이 용이 추가적인 AGC 제어 및 Regulation 가능

18 광역정전시 중요 핵심사항` 자체기동발전기 일반발전기 시송전계통 변전소 일반 변전소 : 전 차단기 OPEN 후 대기
정전후 즉시 기동, 병입준비, 진상운전 가능 일반발전기 TRIP 시 전차단기 OFF후 대기 House Load 가능 시 발전기 ON 상태 대기 시송전계통 변전소 황색차단기 CLOSE 황색차단기 외 전 차단기 OPEN 일반 변전소 : 전 차단기 OPEN 후 대기 중앙급전소의 지시 신속 이행

19 용어 설명(1) 자체기동 발전기 외부로부터 기동전력 공급 없이 비상발전기 등에 의해서 자체기동 후 타 발전소의 기동전력 또는 부하에 전력을 공급 할 수 있는 발전기 우선공급 발전기 지역별 계통의 신속한 복구를 위해 자체기동발전기로 부터 우선적으로 기동전력을 공급받는 발전기 안정후 공급발전기 계통 안정후 우선공급 발전기로 부터 기동전력을 공급받는 발전기 주파수조정예비력 : AGC+Gov. Free, 순시에 자동으로 응동할 수 있는 예비력으로 미소수요변화 및 원할한 주파수조정을 위한 확보용량 대기예비력 : 발전설비 불시정지, 수요예측 오차 등 대비 10분이내 : 계통병입중 20분이내 : 상시기동대기(수력, 양수, 가스터빈 등) 대체예비력 : 120분 이내 이용가능한 예비력, 대단위 전원단지용량, 송전설비 고장발생 대비 확보 예비력 - 적정예비력 운영기준 및 확보량 변경은 전기위원회 “전력계통 전문위원회”에서 심의하여 정한다. 과부하대비:안양CC, 분당CC, 서울화력(72.44), 울산지역 고장대비:여수, 호남

20 용어 설명(2) 시송전 선로 광역정전 또는 전계통정전 발생시 자체기동발전기에서 생산된 전력을 다른발전소 또는 변전소로 공급하기 위하여 사전에 지정한 선로 황색 차단기 시송전 선로에 연결된 차단기로서 정전시에도 개방하지 않도록 지정된 차단기 주 선로 시송전선로중 우선적으로 시송전 하는 선로 예비선로 시송전선로중 주선로의 가압실패 또는 지연에 대비하여 시송전하기 위한 송전선로를 말하며 예비선로의 가압은 주선로와 동시에 시행 가능 주파수조정예비력 : AGC+Gov. Free, 순시에 자동으로 응동할 수 있는 예비력으로 미소수요변화 및 원할한 주파수조정을 위한 확보용량 대기예비력 : 발전설비 불시정지, 수요예측 오차 등 대비 10분이내 : 계통병입중 20분이내 : 상시기동대기(수력, 양수, 가스터빈 등) 대체예비력 : 120분 이내 이용가능한 예비력, 대단위 전원단지용량, 송전설비 고장발생 대비 확보 예비력 - 적정예비력 운영기준 및 확보량 변경은 전기위원회 “전력계통 전문위원회”에서 심의하여 정한다. 과부하대비:안양CC, 분당CC, 서울화력(72.44), 울산지역 고장대비:여수, 호남

21 계통복구 일반 원칙 (1) 정전 발생 확인 송전사업자와 발전사업자는 정전발생 즉시 전력거래소에 통보하고 전력거래소는 급전자동화설비 및 부대설비에 제공하는 전력정보 및 사업자가 통보한 계통상황을 종합하여 전계통 정전 여부 확인 (2) 계통상황 통지 전계통 정전으로 확인되는 경우 전력거래소는 급전통신 설비를 사용하여 송전사업자와 발전사업자를 지역별로 동시에 호출, 전계통 정전 임을 통지 주파수조정예비력 : AGC+Gov. Free, 순시에 자동으로 응동할 수 있는 예비력으로 미소수요변화 및 원할한 주파수조정을 위한 확보용량 대기예비력 : 발전설비 불시정지, 수요예측 오차 등 대비 10분이내 : 계통병입중 20분이내 : 상시기동대기(수력, 양수, 가스터빈 등) 대체예비력 : 120분 이내 이용가능한 예비력, 대단위 전원단지용량, 송전설비 고장발생 대비 확보 예비력 - 적정예비력 운영기준 및 확보량 변경은 전기위원회 “전력계통 전문위원회”에서 심의하여 정한다. 과부하대비:안양CC, 분당CC, 서울화력(72.44), 울산지역 고장대비:여수, 호남

22 계통복구 일반 원칙 (3) 차단기 조작 및 자체기동발전기 기동
① 송전사업자와 발전사업자는 전력거래소로부터 전계통 정전임을 통보 받으면 황색차단기 이외의 모든 차단기를 즉시 개방 (시송전선로 모선연락,모선구분차단기는 투입) ② 자체기동발전소는 즉시 발전기 기동 ③ 송전사업자와 발전사업자는 차단기 조작 또는 자체기동발전기 기동후 즉시 전력거래소에 보고 ④ 사전에 수립된 복구계획과 급전지시가 차이가 있을 경우 급전지시가 우선 ⑤ 복구계획의 이행 또는 급전지시 사항이 안전에 중대한 영향을 줄 수 있는 경우 사업자는 안전한 방법을 전력거래소에 제시하고 협의 시행 주파수조정예비력 : AGC+Gov. Free, 순시에 자동으로 응동할 수 있는 예비력으로 미소수요변화 및 원할한 주파수조정을 위한 확보용량 대기예비력 : 발전설비 불시정지, 수요예측 오차 등 대비 10분이내 : 계통병입중 20분이내 : 상시기동대기(수력, 양수, 가스터빈 등) 대체예비력 : 120분 이내 이용가능한 예비력, 대단위 전원단지용량, 송전설비 고장발생 대비 확보 예비력 - 적정예비력 운영기준 및 확보량 변경은 전기위원회 “전력계통 전문위원회”에서 심의하여 정한다. 과부하대비:안양CC, 분당CC, 서울화력(72.44), 울산지역 고장대비:여수, 호남

23 계통복구 일반 원칙 (4) 시송전 선로 가압 ① 전력거래소는 지역별로 황색차단기를 통한 시송전 계통 의 연계 및 자체기동발전기의 안정여부를 확인한 후 시송전 선로 가압 지시 ② 발전사업자 또는 송전사업자는 급전지시에 따라 시송전 선로를 가압한다. 시송전선로 가압시 유지 하여야 할 발전기 단자전압 등의 기술적 사항은 “지역별 시송전계통 및 복구절차”에 따름 (5) 우선공급발전기 기동 ① 발전사업자는 우선공급발전기 모선에 전력 수전이 확인되면 우선공급발전기에 기동전력을 공급하기 위한 절차를 개시한다. 주파수조정예비력 : AGC+Gov. Free, 순시에 자동으로 응동할 수 있는 예비력으로 미소수요변화 및 원할한 주파수조정을 위한 확보용량 대기예비력 : 발전설비 불시정지, 수요예측 오차 등 대비 10분이내 : 계통병입중 20분이내 : 상시기동대기(수력, 양수, 가스터빈 등) 대체예비력 : 120분 이내 이용가능한 예비력, 대단위 전원단지용량, 송전설비 고장발생 대비 확보 예비력 - 적정예비력 운영기준 및 확보량 변경은 전기위원회 “전력계통 전문위원회”에서 심의하여 정한다. 과부하대비:안양CC, 분당CC, 서울화력(72.44), 울산지역 고장대비:여수, 호남

24 계통복구 일반 원칙 단, 시송전선로 이외의 계통을 통하여 전원이 먼저 가압되어 오거나 소내 운전중인 경우 인출선로측 황색차단기는 개방하고 먼저 가압된 전원을 통하여 기동전력을 공급한다. ② 발전사업자는 우선공급발전기 기동후 전력거래소의 급전지시에 따라 계통에 병입한다. ③ 송전사업자는 전력거래소의 지시에 따라 우선공급발전기의 안정운전에 필요한 최소한의 지역부하를 공급하면서 안정후 공급발전기에 기동전력을 공급하도록 한다. ④ 전력거래소는 계통주파수 및 전압을 고려하여 공급가능 부하량을 검토, 송전사업자에게 부하공급을 지시한다. ⑤ 송전사업자는 전력거래소의 급전지시에 따라 “지역별 세부 복구절차”에 규정된 부하공급 절차를 수행한다. 주파수조정예비력 : AGC+Gov. Free, 순시에 자동으로 응동할 수 있는 예비력으로 미소수요변화 및 원할한 주파수조정을 위한 확보용량 대기예비력 : 발전설비 불시정지, 수요예측 오차 등 대비 10분이내 : 계통병입중 20분이내 : 상시기동대기(수력, 양수, 가스터빈 등) 대체예비력 : 120분 이내 이용가능한 예비력, 대단위 전원단지용량, 송전설비 고장발생 대비 확보 예비력 - 적정예비력 운영기준 및 확보량 변경은 전기위원회 “전력계통 전문위원회”에서 심의하여 정한다. 과부하대비:안양CC, 분당CC, 서울화력(72.44), 울산지역 고장대비:여수, 호남

25 계통복구 일반 원칙 (6) 안정후공급발전기 기동
① 전력거래소는 기동전력을 공급받은 안정후공급발전기를 즉시 기동하여 계통에 병입 하도록 하고 발전기 안정운전을 위한 지역부하 공급과 “지역별 세부복구절차”에 규정된 절차에 따라 송전선로를 가압 하도록 지시한다. ② 송전사업자는 전력거래소의 급전지시에 따라 “지역별 세부복구절차”에 규정된 부하공급 절차를 수행한다. (7) 지역간 계통연계 ① 각 지역별 계통이 안정되고 인접 지역의 계통이 복구되면 전력거래소는 연계 하고자 하는 각 지역의 송전사업자 운전원을 동시 호출하여 지역간 계통을 연계한다. 주파수조정예비력 : AGC+Gov. Free, 순시에 자동으로 응동할 수 있는 예비력으로 미소수요변화 및 원할한 주파수조정을 위한 확보용량 대기예비력 : 발전설비 불시정지, 수요예측 오차 등 대비 10분이내 : 계통병입중 20분이내 : 상시기동대기(수력, 양수, 가스터빈 등) 대체예비력 : 120분 이내 이용가능한 예비력, 대단위 전원단지용량, 송전설비 고장발생 대비 확보 예비력 - 적정예비력 운영기준 및 확보량 변경은 전기위원회 “전력계통 전문위원회”에서 심의하여 정한다. 과부하대비:안양CC, 분당CC, 서울화력(72.44), 울산지역 고장대비:여수, 호남

26 계통복구 일반 원칙 ② 지역간 연계절차는 전력수요가 많은 경인 남,북부간 연계를 최우선으로 하고 기타지역은 지역별 계통복구 진행정도에 따라 인근 지역간 연계를 시행한다. 다만, 경인 남,북부의 계통복구가 지연될 경우에 지역간 연계절차 순서는 전력거래소의 판단하에 시행 할 수 있다. 주파수조정예비력 : AGC+Gov. Free, 순시에 자동으로 응동할 수 있는 예비력으로 미소수요변화 및 원할한 주파수조정을 위한 확보용량 대기예비력 : 발전설비 불시정지, 수요예측 오차 등 대비 10분이내 : 계통병입중 20분이내 : 상시기동대기(수력, 양수, 가스터빈 등) 대체예비력 : 120분 이내 이용가능한 예비력, 대단위 전원단지용량, 송전설비 고장발생 대비 확보 예비력 - 적정예비력 운영기준 및 확보량 변경은 전기위원회 “전력계통 전문위원회”에서 심의하여 정한다. 과부하대비:안양CC, 분당CC, 서울화력(72.44), 울산지역 고장대비:여수, 호남

27 지역별 시송전 계통 - 범 례 -                   자체기동발전기   우선공급발전기          주 시송전선로 예비 시송전선로

28 전계통 정전시 복구 흐름도

29 지역별 자체기동발전기 및 우선공급발전기 지역별 자체기동발전기 시송전계통 우선공급발전기 경인 북부 주선로 청평수력#1,2,3
 마석S/S-덕소-도봉-양주-신덕은S/S 서인천복합 G/T#2 예비선로 부천복합G/T#1  중동S/S-화곡-가양-등촌- 상암-능곡-지도S/S 일산복합 G/T#1 남부 분당복합G/T#1  용인S/S-남사-안성-송탄- 평택-포승-원정S/S 평택복합 G/T#1 청평양수 #1  동서울S/S-신성남-신시흥- 화성S/S 영동 충주수력 #1  충주S/S-왕암-신제천-제천-영월-태백-이원S/S 동해T/P#1 양양양수 #1 동해S/S 영동T/P#1 중부 무주양수 #1  신옥천S/S-청양S/S 보령복합G/T#1  대청수력 #1,2  신탄진S/S-동대전-신흥- 남대전-신옥천-은진- 논산- 부여-옥산-서천T/P-관창S/S 보령복합 G/T#7 영남 삼랑진양수 #1  북부산S/S 울산복합 G/T#5,6 산청양수 #1  의령S/S-진주-개양-하동S/S 하동T/P#1 호남 섬진강수력 1,2 정공S/S-담양-일곡-북광주- 계림-승주-순천- 율촌-화치S/S 여수T/P#1 제주 제주화력G/T#3  동제주S/S-신제주S/S 한림복합 G/T#1  제주T/P#2,3-한라-안덕S/S

30 지역간 연계 계통도

31 팀장 한희천 (3456-6850) hanhc1@kpx.or.kr
감사합니다 ! 한국전력거래소 계통운영처 급전훈련팀 팀장 한희천 ( )