[논문]분산전원 연계선로에서 지락고장시 중성선의 과전류 해석 및 보호계전기의 새로운 알고리즘

신동열; 김동명; 차한주

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Introducing distributed generators(DGs) to utility distribution system can cause malfunction of relay on the grid when ground faults or severe load unbalances are occurred on the system. Because DGs interconnected to the grid can contribute fault currents and make bidirectional power flows on the sy...

Introducing distributed generators(DGs) to utility distribution system can cause malfunction of relay on the grid when ground faults or severe load unbalances are occurred on the system. Because DGs interconnected to the grid can contribute fault currents and make bidirectional power flows on the system, fault currents from DGs can cause an interference of relay operation. A directional over current relay(DOCR) can determine the direction of power flow whether a fault occurs at the source side or load side through detecting the phases of voltage and current simultaneously. However, it is identified in this paper that the contributed fault current(Ifdg) from the ground source when was occurred to contribute single-line-to-ground(SLG) fault current, has various phases according to the distances from the ground source. It means that the directionality of Ifdg may not be determined by simply detecting the phases of voltage and current in some fault conditions. The magnitude of Ifdg can be estimated approximately as high as 3 times of a phase current and its maximum is up to 2,000 A depending on the capacity of generation facilities. In order to prevent malfunction of relay and damage of DG facilities from the contribution of ground fault currents, Ifdg should be limited within a proper range. Installation of neutral ground reactor (NGR) at a primary neutral of interconnection transformer was suggested in the paper. Capacity of the proposed NGR can be adjusted easily by controlling taps of the NGR. An algorithm for unidirectional relay was also proposed to prevent the malfunction of relay due to the fault current, Ifdg. By the algorithm, it is possible to determine the directionality of fault from measuring only the magnitude of fault current. It also implies that the directionality of fault can be detected by unidirectional relay without replacement of relay with the bidirectional relay.

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문제 정의

분산전원 연계선로에서는 상별 고장 위치에 따라 조류의 방향이 실시간 변경이 되므로 전원측 고장인지, 부하측 고장인지를 정확한 방향을 판단할 수 없어 보호계전기가 오동작하게 된다. 따라서 본 논문은 분산전원 연계선로에서 지락고장 발생시 중성선의 과전류 현상을 해석하였고, 과전류를 저감하기 위한 방법을 제시하였으며, 보호계전기 오동작 방지를 위한 새로운 알고리즘을 제시하였다.

가설 설정

해석하였다. 또한 고장발생시 전압과 전류의 위상각은 R+jX 값에 따라 위상 각이 달라지며 본 논문에서는 위상각을 0으로 가정하고 CB1, CB2, CBS] 대해서 벡터도를 표시하였으며, 정상분은 Zi(=역상분), 영상분 Zo 이다.

제안 방법

비교검증 하였다. 또한 이러한 고장전류를 저감하기 위한 방법으로 표 1과 같이 NGR의 저항값에 따라 고장 전류의 크기를 해석하였다.
일반적으로 보호계전기의 구성은 그림 14와 같이 측정부, 설정부, 고장 판단 부로 구성된다. 본 논문에서 제안하는 역조류 판단알고리즘은 고장판단부에 추가로 구성되며, 역 조류 발생시 실시간으로 상별 조류방향을 판단하도록 구성되어 있다.
6 Q의 NGR을 운전하고 있고, 북평D/L 말단에 태양광발전기 1 MW가 설치되어있다. 상호D/L의 F1 지점 또는 F2지점에서 지락고장이 발생되면 분산전원 연계용변압기의 결선에 의해 역으로 고장 전류를 공급하게 되며 이로 인해 변전소 CB2 , 분산전원 연계선로의 설치된 자동화 개폐기, 리크로자, 또는 발전 고객 측 설치된 OCR 계전기가 오동작하게 된다[1, 2, 4丄 분산전원 연계선로에서 타 선로 또는 전원계통 1선 고장시 연계용 변압기에서 역으로 공급하는 고장전류의 크기를 이론적으로 계산을 하였다.

데이터처리

앞에서 이론적 해석한 결과를 검증하기 위해서 그림 6와같이 동일한 조건에서 PSCADZEMTDC로 시뮬레이션한 결과를 비교검증 하였다. 또한 이러한 고장전류를 저감하기 위한 방법으로 표 1과 같이 NGR의 저항값에 따라 고장 전류의 크기를 해석하였다.

성능/효과

결론적으로 중성선의 과전류 현상을 제한하기 위해서는 배전계통도 송전계통과 같이 중성점 임피던스를 관리해야 하며, 현행 분산전원 계통 연계시 변압기 1차 중성점을 직접 접지하는 방식을 NGR 접지방식으로 규정을 개정해야 한다. 특히 배전계통은 개폐기설치 점을 기준으로 구간단위로 중성점 저항을 관리하는 것이 필요하며, 계통변경시를 대비하여 NGR 저항 값을 자유롭게 조절할 수 있어야 되는 것으로 분석되었다.
특히 배전계통은 개폐기설치 점을 기준으로 구간단위로 중성점 저항을 관리하는 것이 필요하며, 계통변경시를 대비하여 NGR 저항 값을 자유롭게 조절할 수 있어야 되는 것으로 분석되었다. 또한 보호계전기 오동작 원인은 연계용 변압기 (Yg-△결선)에서 역방향 고장전류를 공급하기 때문에 발생되며, 이를 방지하기 위해서는 본 논문에서 제시한 바와 같이 실시간으로 고장의 방향을 판단하는 새로운 알고리즘을 적용해야만 보호계전기 오동작을 방지 할 수 있다.
이때 계전기 동작 상황을 분석하여보면 영방간 3호 ~화력지 1R3호 까지는 B, C, N상 보호계전기가 정상 동작하였고, 화력지 2호~화력지 45호까지는 N상 보호계전기가 오동작 하였다. 오동작원인은 화력지 1R3에서 검출된 A, B, C, N상의 전류는 114 A, 732 A, 703 A, 445 A는 상전류가 중성선의 전류보다 크게 발생하였으며, 이와 반대로 화력지 2호에서 검출된 A, B, C, N상의 전류는 246 A, 266 A, 190 A, 696A로 상전류보다 중성 선의 전류가 크게 발생하는 것을 알 수 있다. 특히 중성 선의 과전류 원인은 분산전원 연계용 변압기에서 1차측 중성점을 접지함으로 인해서 중성선에 고장전류를 공급하기 때문이며, 보호계전기 오동작을 방지히.
하지만 NGR의. 저항 값을 너무 크게 증가하면 건전상의 전압이 상승하는 것으로 분석되었다. 따라서 NGR 값을 계통 상황에 맞게 적절하게 운전해야 많이 중성선의 과전류와 건전 상의 전압상승을 예방할 수 있다.
한다. 특히 배전계통은 개폐기설치 점을 기준으로 구간단위로 중성점 저항을 관리하는 것이 필요하며, 계통변경시를 대비하여 NGR 저항 값을 자유롭게 조절할 수 있어야 되는 것으로 분석되었다. 또한 보호계전기 오동작 원인은 연계용 변압기 (Yg-△결선)에서 역방향 고장전류를 공급하기 때문에 발생되며, 이를 방지하기 위해서는 본 논문에서 제시한 바와 같이 실시간으로 고장의 방향을 판단하는 새로운 알고리즘을 적용해야만 보호계전기 오동작을 방지 할 수 있다.

참고문헌 (7)

신동열, 박용우, 차한주 '분산형 발전고객의 OCGR오동작 및 과부족 계량에 대한 사례연구', 대한전기학회 논문지 57권 제8호, 2008년 8월
R. F. Arritt, R. C. Dugan, 'Distributed generation interconnection transformer and grounding selection', Power and Energy Society General Meeting-Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, 2008 IEEE, pp. 1-7, 2008
조성수, 한상옥 '154KV 변전소 주변압기의 용량 및 운전조건이 22.9kV 배전계통에 미치는 영향', 대한전기학회 논문지 57권 제3호, 2008년 9월
신동열, 하복남, 정원욱, 차한주 '배전계통에서 변압기 결선에 의한 역조류현상에 관한 연구' 한국조명설비학회 논문지 22권 제9호, 2008년 9월
경기사업본부 관내 배전자동화 개폐기 '거짓 FI발생정보'에 대한 원인분석, 전력연구원 배전연구소 기술지원, 2008년 7월
분산형전원 배전계통 연계기술 해설서, 한국전력공사 배전처, 2006년 9윌
Sukumar M. Brahma: Adly A. Girgis, 'Effect of Distributed Generation on Protective Device Coordination m Distribution System', Power Engineering, LESCOPE '01, Page(s):115-119, 2001

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