제제 1212회회 원자력원자력 안전안전 기술정보회의기술정보회의

원전 디지털 보호계전기설계 및 검증

원전 디지털 보호계전기설계 및 검증

11

III 설계방안

IV 디지털설비등급분류

II 적용범위

V 설계요건적용방안

VI 디지털보호계전기적용효과

내내 용용

I 디지털보호계전기적용배경

VII 기타

22

I. 디지털 보호계전기 적용배경

송전계통의 경우 80년대부터 디지털 보호계전기 적용

화력발전소의 경우 90년대 말 2000년 초부터 본격 적용

3,000 운전년의 운전 경험으로 신뢰성 확보

신뢰성 확보신뢰성신뢰성 확보확보

사용자 편리사용자사용자 편리편리

제작사 동향제작사제작사 동향동향

기존 기계식과 정지형 단종으로 디지털식으로 교체하는 추세임

보호기능만이 아닌 다양한 기능 필요(원격감시, 고장분석 기능 등)

기계식과 정지형 계전기 단종 추세

디지털 보호계전기의 기술 및 알고리즘 발전

계전기 표준화가 가능한 디지털식 선호

33

I. 디지털 보호계전기 적용배경

종 류종종 류류 단 점단단 점점장 점장장 점점

전 자기계식

전 자기계식 서지, 노이즈에 강함서지, 노이즈에 강함 저속, 단순 기능

진동에 취약

저속, 단순 기능진동에 취약

정지형정지형 고속, 고감도고속, 고감도 서지, 노이즈에 취약서지, 노이즈에 취약

디지털식디지털식

고속, 고감도

다양한 보호기능

다양한 입출력

자기진단 및 감시기능으로

신뢰도 향상

Data 저장기능으로 사고분석

용이

고속, 고감도

다양한 보호기능

다양한 입출력

자기진단 및 감시기능으로

신뢰도 향상

Data 저장기능으로 사고분석

용이

서지, 노이즈에 취약단일기능 기준경제적 불리

서지, 노이즈에 취약단일기능 기준경제적 불리

종류별 장단점종류별종류별 장단점장단점

44

II. 적 용 범 위

M

대기보조변압기(SAT)

소내보조변압기(UAT)

IPB

NC NO

480V L/C

GMain Generator

주변압기(MTR)

765kV SWYD765kV SWYD

발전기차단기(GCB)

4.16kV EDG

M M

To Div. B

154kV SWYD154kV SWYD

M125V DC 120V AC

비안전비안전계계 통통

안안 전전계계 통통

13.8kV13.8kV 4.16kV4.16kV

주전력계통주전력계통주전력계통

보조전력계통보조전력계통보조전력계통

주발전기보호

주변압기보호

보조/대기 변압기 보호

여자용 변압기 보호

13.8/4.16kV SWGR 계통

비상발전기(EDG) 보호

대체교류발전기(AAC DG) 보호

Non-1E DG 보호

55

III. 설 계 방 안

G

59

40

46

32A

21

78A

81

87 32B78B

50

64

87

40

46

32

21

81

59

64

5150

60 78

<정지형 계전기> <디지털 계전기>

주발전기 보호주발전기주발전기 보호보호

12대의 개별 계전기 기능을1대의 디지털계전기에 통합

1. 보호개념

87 G87

40

46

32

21

81

59

64

5150

60 78

87

40

46

32

21

81

59

64

5150

60 78

2 out of 3 보호방식적용 대상

TRTR

GCBGCB

TRTR

GCBGCB

66

III. 설 계 방 안

1. 보호개념

87MT

50/51GN

87GMT

50B87U

UAT AUAT A UAT BUAT B

UNIT OVERALLUNIT OVERALLPORTECTIONPORTECTION

765kV SWYD765kV SWYD

G

MTRMTR

MTR MTR 보호보호 251GN

151GN

387AT

350/51

Main TRMain TR

13.8kV13.8kVSWGRSWGR

UAT/SATUAT/SAT 보호보호

4.16kV4.16kVSWGRSWGR

2 out of 3 보호방식적용 대상주변압기 및

Overall 보호

주변압기 및Overall 보호

소내보조/대기변압기 보호

소내보조/대기변압기 보호

77

III. 설 계 방 안

2. 원격감시 개념도

주주 1)1) PRMS : Protective Relay Monitoring SystemPRMS : Protective Relay Monitoring System

PRMS주1) 설치

원격감시(발전기, 변압기,고압배전반 계전기통합 감시)

자료취득 및 저장

고장분석 기능

비안전 관련 설비로설계

88

3. 보호방식 구성방안 I

III. 설 계 방 안

종종 류류 2/3 2/3 구성방식구성방식단일구성방식단일구성방식

계전기 구성

주보호 계전기

후비보호 계전기

(보호구간이 중복되도록 구성)

동작방식계전기 동작시 개별적으로

트립신호 발생

적용범위 모든 보호 설비

후비보호 계전기 미적용

주보호계전기 3대 설치

2대 이상의 계전기 동작시

트립신호 발생

주발전기, 주변압기 보호

소내보조 변압기, 여자용 변압기

그 외 단일구성 방식 적용

(대기보조변압기, SWGR)

특징최소 계전기로 최적 보호

(기기 보호 측면에서 유리)오동작 방지 및 안정성 향상

99

3. 보호방식 구성방안 I

III. 설 계 방 안

EPRI/NMAC EPRI/NMAC 기술보고서에서는기술보고서에서는 단일구성방식과단일구성방식과 2/3 2/3 구성방식에구성방식에 대해대해 기기술하고술하고 있으나있으나 특정특정 방식을방식을 추천하고추천하고 있지는있지는 않음않음. .

기기보호기기보호 측면에서는측면에서는 단일구성단일구성 방식이방식이, , 계전기계전기 오동작오동작 방지에방지에 의한의한운전성운전성 향상향상 측면에서는측면에서는 2/3 2/3 방식이방식이 유리할유리할 수수 있음있음..

신고리신고리 3,43,4호기의호기의 경우경우 구성방안구성방안 검토중에검토중에 있음있음. .

2/3 2/3 보호방식보호방식 적용시적용시 단일단일 변류기변류기((계전기별계전기별 별도별도 변류기변류기 사용사용 불가불가) ) 사용사용

1010

I

IV. 디지털 설비 등급분류

1. 디지털 보호계전기 등급

과기부고시 2002-21호 원자력 설비 등급 분류

안전등급 1, 2 : 원자로 안전 유지에 필요한 설비 및 구조물

안전등급 3 : 1,2 등급 설비유지에 필요한 보조설비 및 부속설비

비안전 등급 : 안전등급 1,2,3 이외의 발전소 운전에 필요한 설비

디지털 보호계전기 등급

안전관련/비안전관련 : 안전등급 3 / 비안전 등급

2. 소프트웨어(S/W) 등급

등급분류 : 안전성 분석 보고서(SAR)에 4등급으로 분류

Safety Critical S/W : 안전급 제어용

Important to Safety S/W : 안전급 시험 및 지시용

Important to Availability S/W : 발전소 운전에 중요하거나 필요한 SW

General Purpose S/W : 발전소 운전에 직접 관련되지 않은 SW

소프트웨어 분류

안전급/비안전급 : Important to Safety / Important to Availability

1111

1. 안전관련 계전기

관련 요건 : KEPIC EN, IEEE 308, IEEE 603KEPIC EN, IEEE 308, IEEE 603

세부설계요건세부설계요건

I

V. 설계요건 적용방안

종 류종종 류류 디지털 계전기(안전계통)

디지털디지털 계전기계전기((안전계통안전계통))안전등급 3안전등급안전등급 33

품질보증품질보증 품질등급 2품질등급 2

단일고장 기준단일고장 기준 미적용미적용

내환경 검증내환경 검증 차등적용차등적용

품질등급 2품질등급 2

미적용미적용

적용적용

디지털 계전기(비안전 계통)

디지털디지털 계전기계전기((비안전비안전 계통계통))

품질등급 3품질등급 3

미적용미적용

미적용미적용

내진검증내진검증 미적용미적용 적용적용 미적용미적용

전기등급전기등급 Non-1ENon-1E 1E1E Non-1ENon-1E

심층방어/다양성

심층방어/다양성 미적용미적용 미적용미적용 미적용미적용

원자력 디지털 보호 계전기 설계요건

소프트웨어소프트웨어 안전성 관련안전성 관련 안전성 관련안전성 관련 비안전성 관련비안전성 관련

1212

2. 소프트웨어

세부설계 요건I

V. 설계요건 적용방안

종 류종종 류류 디지털 계전기1E

디지털디지털 계전기계전기1E1E

안전성 관련(KINS 기준)

안전성안전성 관련관련(KINS (KINS 기준기준))

품질보증품질보증 차등적용차등적용

V&V 주1)V&V 주1) 차등적용차등적용

차등적용차등적용

차등적용차등적용

디지털 계전기Non-1E

디지털디지털 계전기계전기NonNon--1E1E

차등적용차등적용

미적용미적용

형상관리(서류관리)

형상관리(서류관리) 적용적용 적용적용 적용적용

안전성 분석안전성 분석 적용적용 미적용미적용 미적용미적용

상용인증상용인증 차등적용차등적용 미적용미적용 미적용미적용

제3자 검토제3자 검토 미적용미적용 미적용미적용 미적용미적용

다양성다양성 미적용미적용 미적용미적용 미적용미적용

주주1)1) 독립된독립된 V&V V&V 가가 아닌아닌 Design TeamDesign Team에에 의한의한 V&V V&V 허용허용

1313

V. 설계요건 적용방안

3. 3. 기기기기 검증검증((내환경내환경//내진내진 검증검증) )

전기전기1E1E급급 보호계전기보호계전기 성능요건성능요건 보증보증목목 적적

노화노화 : : 운전주기운전주기, , 시간시간//온도온도 영향영향 , , 방사선방사선

검사검사 및및 기준기준 데이터데이터 측정측정

성능평가성능평가(KEPIC EEF(KEPIC EEF--1000(IEEE C37.90)1000(IEEE C37.90)

내진시험내진시험

시험시험, , 해석해석, , 과거운전경험과거운전경험 또는또는 조합조합검증방법검증방법

최종작동시험최종작동시험

검증절차검증절차

내환경내환경

-- KEPIC END 1100KEPIC END 1100

(IEEE 323)(IEEE 323)

-- KEPIC END 3400KEPIC END 3400

(IEEE C37.105)(IEEE C37.105)

내진내진

-- KEPIC END 2000KEPIC END 2000

(IEEE 344)(IEEE 344)

-- IEEE C37.98IEEE C37.98설계기준사건에설계기준사건에 따른따른 전기전기1 1 성능성능 요건요건 만족만족문서문서

문문 서서

구 분구구 분분 기 술 규 격기기 술술 규규 격격관 련 내 용관관 련련 내내 용용

1414

V. 설계요건 적용방안

5. 5. 절연강도절연강도 : IEEE C37.90/IEC 60255: IEEE C37.90/IEC 60255--66

4. 4. 전자기전자기 적합성적합성

IEEE C37.90.1/IEC 61000IEEE C37.90.1/IEC 61000--44--44급속급속 과도과도 버스트버스트 내성내성 시험시험

IEEE C37.90.2/IEC 61000IEEE C37.90.2/IEC 61000--44--33방사무선방사무선 전자계전자계 내성내성 시험시험

IEEE C37.90.1/IEC 61000IEEE C37.90.1/IEC 61000--44--12 12 감쇠감쇠 진동파진동파 서지서지 내성내성 시험시험

시 험 항 목시시 험험 항항 목목 기 술 규 격기기 술술 규규 격격

1515

V. 설계요건 적용방안

6. 6. 소프트웨어소프트웨어 품질확보품질확보

Software 종류

원전용으로 제작된 S/W

원전용으로 제작된 S/W를 특정 용도로 변경한 S/W

원전용으로 제작되었으나 특정 용도로 변경하지 않은 S/W

신규 제작 SW

상용화 되어 사용중인 S/W

Verification & Validation (Software V&V) 대상

원전용으로 제작되었으나 특정 용도로 변경하지 않은 S/W : CGI Dedication 수행

신규 제작 SW : V&V 수행

상용화 되어 사용중인 S/W : CGI Dedication(절차서, 시험 성적서 확인 및 시험)

* 3000 운전년 확보 및 다양한 조건에서의 운전 경력을 통해

S/W 품질확보

기술기준

S/W 등급 분류에 따라 Reg. Guide 1.152, 1.168~1.173, IEEE 1012, 7-4.3.2의 기준차등적용

CGI Dedication : EPRI TR-106439

1616

VI. 디지털 보호계전기 적용효과

단순화단순화

설계 측면설계설계 측면측면

변류기개 선

변류기개 선

Panel 수량감 소

Panel 수량감 소

최 적기기 보호

최 적기기 보호

종류 및수량 감소

종류 및수량 감소

발전기, 전동기, 변압기, 선로등의 기기보호에적절한 맞춤형계전기 사용으로최적 기기보호 가능

발전기, 전동기, 변압기, 선로등의 기기보호에적절한 맞춤형맞춤형계전기계전기 사용사용으로최적 기기보호 가능

기능별 각각의계전기가 단일계전기로 통합되어회로가 단순화되며, 계전기 종류 및수량이 감소됨

기능별 각각의계전기가 단일단일계전기로계전기로 통합통합되어회로가 단순화되며, 계전기 종류 및수량이 감소됨

광범위한정정범위로변류기 사용제한이 크게완화되어변류기 특성개선 가능

광범위한광범위한정정범위정정범위로변류기 사용제한이 크게완화되어변류기 특성개선 가능

통합 및단순화에 따라수량 감소예) R&M PNL :12면에서 5면으로 감소예상

통합 및단순화에 따라수량 감소예) R&M PNL :12면에서 5면으로 감소예상

1717

VI. 디지털 보호계전기 적용효과

유지보수유 리

유지보수유 리

운영 측면운영운영 측면측면

유연성확 보

유연성확 보

계전기 최적상 태 유 지

계전기 최적상 태 유 지

고장분석용 이

고장분석용 이

계전기 내부에기록되는다양한 정보활용으로사고분석 용이(최근 발생한울진3호기와유사한 사건 재발가능성 최소화)

계전기 내부에기록되는다양한 정보활용으로사고분석 용이(최근 발생한울진3호기와유사한 사건 재발가능성 최소화)

계전기 종류 및수량 감소로계전기 시험등에 소요되는시간 단축Spare 종류감소

계전기 종류 및수량 감소로계전기 시험등에 소요되는시간 단축Spare 종류감소

계전기 자기진단 및 원격감시 기능으로계전기 이상상태 조기발견과 적절한유지보수 가능

계전기 자기진단 및 원격감시 기능으로계전기 이상상태 조기발견과 적절한유지보수 가능

부하 용량과는관계 없이 동일용도의계전기는 서로호완 적용가능함

부하 용량과는관계 없이 동일용도의계전기는 서로호완 적용가능함

1818

VI. 디지털 보호계전기 적용효과

표준화표준화

제작 측면제작제작 측면측면

제작기간단 축

제작기간단 축

제작 오류감 소

제작 오류감 소

다양한 종류의계전기가 단일기기로 통합되어보호반 내부회로가 단순화되면서제작 오류 감소

다양한 종류의계전기가 단일기기로 통합되어보호반 내부회로가 단순화되면서제작 오류 감소

계전기가 용도별로 표준화되어표준화된 보호반제작 가능

계전기가 용도별로 표준화되어표준화된 보호반제작 가능

보호반에취부되는 단위기기 감소로설계 용이 및제작 기간 단축

보호반에취부되는 단위기기 감소로설계 용이 및제작 기간 단축

1919

VII. 기 타

고리 1호기 갑종보호반(비안전급) 교체예정(2007. 07)

(주발전기, 주변압기, 소내 대기/보조 변압기 보호설비)

월성 1호기 갑종보호반 교체 추진중

신고리/신월성 1,2 호기 적용 검토중

신고리 3,4 호기 적용 설계중

원전 디지털 보호계전기 적용성원전원전 디지털디지털 보호계전기보호계전기 적용성적용성

적용현황적용현황적용현황

개발이후 많은 사용 경험으로 신뢰성이 어느 정도 확보

원전건에 적용 가능한 디지털 보호계전기 확보 가능

기계식 및 정지형 계전기 단종 추세

사용자의 다양한 기능 요구

따라서, 적절한 검증 및 성능 확인을 통해서 원전 전기설비 보호에

디지털 보호계전기 적용은 필요함.

한국전력기술한국전력기술㈜㈜