광역정전(Black out)
대정전(블랙아웃, Blackout)이 발생하는 원인과 근래에 국내외에서 발생한 사례를 설명하시오.
최근 수도권의 전력수요급증에 따라 우려되는 전압불안정 현상의 전력계통 측의 설비적 대책 및 운영측면 대책을 설명하시오.
대용량 전원이 전력계통으로부터 갑자기 탈락시 나타나는 계통현상과 발·변 전기기에 미치는 영향 및 정전범위를 축소하기 위한 대책을 설명하시오.
전력계통의 고장파급방지장치(FPPC)에 대하여 설명하시오.
광역정전(Blackout)
광역정전이란 전력계통의 전지역 또는 광역지역이 정전되는 현상을 말한다.
1) 사고의 파급
하나의 기기 및 계통에서 발생한 사고가 적절하게 제거되지 못하고 주변의 설비 및 계통으로 확산되어 건전계통에 파급되는 것을 말한다.
2) 시스템의 붕괴 -> 광역정전
사고의 파급이 원인이 되어 전체의 시스템이 기능을 상실하는 것을 말한다.
광역정전의 원인
1) 유효전력 수급의 불균형
유효전력의 수급의 불균형은 주파수의 변동을 일으켜 발전기를 계통으로부터 탈락시키는 동기탈조를 발생시키는 요인이 된다. -> UFR(저주파수 계전기)의 동작
2) 무효전력 수급의 불균형
-> 전압 불안정
무효전력의 수급 불균형은 전압의 변동을 초래하며, 송전선로(과부하)의 탈락 및 발전기 또는 대규모의 부하탈락의 요인이 된다.
3) 송전선로의 과부하
2회선 이상의 송전선이 병렬로 구성되어 있는 경우, 하나의 송전선에 사고 또는 과부하에 의한 트립이 발생하면 나머지 회선이 과부하 되고 이로 인한 고장 등의 연속으로 결국 전체 회선이 차단된다.->열적과부하의 연쇄작용
4) 이상전압의 전파
낙뢰 또는 개폐서지에 의한 이상전압이 시스템내로 전파되어 절연이 약한 지점서 섬락을 일으켜 중대한 사고를 초래한다.
광역정전(시스템 붕괴) 예방 대책
설비적 측면
(1) 발전기
① 적정한 용량의 산정
② 충분한 순동 예비력 확보
③ 여자 시스템: 초속응여자 방식에 PSS(전력계통 안정화 장치)부가
④ 단락비가 큰 발전기의 채용
⑤ 저주파수 운전에 견딜 수 있는 강화된 설계
(2) 송전선로의 회선수 증가 및 전압의 승압
(3) 고장파급방지장치의 채용
계통분리, 발전기 탈락, 송전선로의 연쇄차단 등 광범위한 파급 고장을 방지하기 위한 통신설비, 보호장치 등 일련의 장치들의 조합을 말한다.
① 주파수 저하 방지: UFR(저주파수 계전기)을 이용한 부하차단
② 탈조방지: 선로 고장시 대규모 발전기 탈락을 막기 위해 일부 발전기 차단
③ 전압 불안정 방지: 고장시 부하제한
(4) 과도안정도 향상을 위한 설비구축
① 고속 고장검출 계전방식(PCM) 채용 및 보호의 2계열화(예: PCM+PUTT)
② 고속 차단기 설치 -> 3주기 차단기
③ 발전단 모선에 제동저항(SDR)
④ 고장전류 저감장치인 저항형 한류기 설치
⑤ SVC, STATCOM과 같은 순동 무효전력 공급장치 채용
(5) 적정한 계통연계
적정연계란 연계 본래의 목적을 달성하는 동시에 사고파급을 방지하는 것으로 경제성과 신뢰성 향상의 이점을 최대로 할 수 있는 계통연계가 필요하다.
(6) 급전 지령설비의 자동화 및 고속화 설비 구축
운영적 측면
-> 안전도 제어(Security control)를 실시
전력계통의 외란 이후에 사고파급을 막기위해 안전도 제어를 실시하며, 예방제어, 긴급제어 및 복구제어로 나뉜다.
(1) 예방제어
주어진 계통상태(부하의 분포, 송배전선의 접속상태, 전원의 운전상태)를 기초로 미리 상정한 사고가 발생하였을 때, 그것이 커다란 사고파급으로 이어질 것인가에 대해 끊임없이 예측점검하여 가능성이 있으면 즉시 적절한 대책을 수립한다.
(2) 긴급제어
우선 계통에 사고가 발생할 경우 그것이 광범위하게 파급될 가능성이 있는가의 여부를 판정하고(대부분의 경우 예방제어의 단계에서 미리 예측계산이 행해진다) 만약 중대사고로 판정되면 미연에 사고파급을 방지하도록 정해진 방법으로 계통분리, 전원제한, 부하제한 등의 조치를 행한다.
(3) 복구제어
일단 붕괴된 계통을 가능한 빨리 정상상태로 복귀할 수 있도록 전원, 송전선 및 부하 등을 복구하는 것이다. 화력 및 원자력발전소는 소내에 예비전원을 확보하고 있지 않을 경우, 전력계통이 붕괴되어 버리면 기동용 전원이 없어지므로 적당한 기동용 전원(가스터빈, 디젤발전기 등)을 갖추고 있어야 한다.
계통 복구절차
정의
(1) 자체 기동발전기
외부로부터 기동전력의 공급 없이 비상발전기 등에 의해서 자체 기동 후 타 발전소의 “우선 공급발전기”의 기동전력 및 부하에 전력을 공급할 수 있는 발전기
(2) 우선 공급발전기
지역별 계통의 신속한 복구를 위하여 “자체 기동발전기”로부터 우선적으로 전력을 공급받는 발전기
(3) 안정후 공급발전기
계통안정 후 “우선 공급발전기”로부터 기동전력을 공급받는 발전기
(4) 시송전선로
전계통 정전시 자체 기동발전기에서 생산된 전력을 다른 변전소 및 발전소로 공급하기 위해서 사전에 지정해 놓은 선로
(5) 황색차단기
시송전선로에 연결된 차단기로서 정전시에도 개방하지 않도록 지정한 차단기
전력계통 복구절차
(1) 전계통의 정전을 확인
(2) 계통상황을 통지(전력거래소 -> 송전, 발전사업자)
(3) 지역별 세부 복구 절차에 따라 자체 기동발전기 기동(송전, 발전사업자)
(4) “자체 기동 발전기”의 안정여부 확인 후 시송전선로의 가압으로 “우선 공급발전기” 기동 전력공급
(5) “우선 공급 발전기” 기동
이 발전기의 안정운전에 필요한 최소한의 지역부하를 공급하면서, “안정후 공급발전기”에 기동전력 공급
(6) “안정후 공급 발전기” 기동
이 발전기의 안정운전에 필요한 부하에 전력공급하면서, 세부절차에 따라서 송전선로의 가압
(7) 계통 선로 가압 및 지역부하 공급
(8) 지역간 계통연계
각 지역의 계통이 안정되면 전력수요가 많은 곳을 우선하여 연계(세부적인 연계 순서는 전력거래소에서 판단)
(9) 계통 복구 완료
★전력계통
조속기 자유운전과 조속기 자유운전과 부하부담
조속기(Governor)
자동주파수제어(AFC)
예비력
무효전력과 조상설비
FACTS Ⅰ
FACTS Ⅱ
안정도의 분류
안정도 해석 Ⅰ (각 안정도)
고장중 전송전력
안정도 해석 Ⅱ (전압 안정도)
전압 불안정 현상
안정도 향상 대책
전력계통안정화 장치(PSS)
광역정전(Black out)
전력조류 계산(2)
경제부하 배분
부하 모델링
고장전류 저감대책
수요관리 (DSM)
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