[논문]경량전철 급전전력 보호 제어용 직류배전반 개발(I)

김남해; 백병산; 전용주; 김지홍; 이병송; 김종우

경량전철 급전전력 보호 제어용 직류배전반 개발(I)
Development of DC switch gear for LRT system protection and control( I ) 원문보기

김남해 (현대중공업 기계전기연구소) , 백병산 (현대중공업 기계전기연구) , 전용주 (현대중공업 기계전기연구) , 김지홍 (현대중공업 기계전기연구) , 이병송 (한국철도기술연구) , 김종우 (인텍전기전자(주))

This paper presents general concept of DC switch gear(DCSWGR). Normally, DCSWGR consist of Digital protection unit(DPU), High Speed Circuit Breaker(HSCB), Disconnect Switch (DS), Programmable Logic Control(PLC), Auxiliary Relays and etc. Most of the components has its special characteristics and their interface between each others are various and complex. In this paper every constituent general design are preceded and interface between each component are examined. And also DCSWGR operation logic with logical diagram including interlock signal are introduced.

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문제 정의

이 중 직류 배전반의 경우는 전량수입에 의존하고 있어 개발이 시급하다. 이에 본 논문에서는 건교부 지원 철도연 주관으로 진행중인 "경량전철 전력공급 시스템 기술개발" 과제를 바탕으로 시험선에 설치 운영될 각종전력설비의 구성과 배치 그리고 부속 기기의 일반사양과 특성에 대하여 분석하였으며 이들간의 인터페이스 관계에 대하여 연구를 진행하였다. 특히 인터록 신호를 고려한 직류 배전반(DCSWGR)의 개발관련 운전 로직 구성을 반별(LineFeeder, Bypass , Rectifier output, Inverter Input, Negative)로 작성하였으며 디지털 보호제어장치 외 설치되는 보호릴레이(29, 32, 64, 85, 86 등)와의 인터페이스 관계를 포함하였다.
본 논문에서는 시험선용 직류 경전철 급전계통 시스템과 직류배전반 및 각종 유니트를 설계하였으며 특히 각반별 로직설계와 개발 보호계전장치의 특징에 대하여 기술하였다.

제안 방법

각반별 전력기기의 구성요소롤 파악하여 로직을 설계하였으며 그림 4-1, 2에 Line-Feeder반의 설계를 예로 나타내었다. 로직내에 D1 입력, DO 출력과 각 기기(HSCB, DS, 각종보호계전기)의 인터록 신호, 반별 전송 요망되는 통신 신호를 표시하였으며 정상, 고장 또는 이상상황 발생시 지 시등을 점둥토록 설계하였다.
고장선택 계전기능(50F)을 포함하는 디지털 보호제어장치 외에 필요에 따라 접지 계전기(64), 연락차단 계전기(85) 역전류계전기(32), 중고장 계전기(86)등을 설치하여 시스템의 안정화를 도모하였다. 시험선 적용 기준으로 한 직류고속도 차단기(54)의 일반사양을 표1에 나타내었으며 배전반의 사양 및 보호기능을 표 2에 나타내었다.
근거리 사고의 경우 사고전류는 운전전류와 크기나 기울기 면에서 확실한 차이를 보여 쉽게 구분이 가능하나 원거리 사고나 고저항 사고의 경우는 운전전류와 고장전류의 판별이 곤란한 경우가 발생될 수 있으며 보호 시스템 구축시 반드시 고려되어야 한다. 따라서 두 경우를 분리하여 보호기능을 수행할 수 있도록 알고리즘이 작성되었으며 처리속도 향상 및 신뢰성 증진을 위하여 안전운전부를 설정하였다.
각반별 전력기기의 구성요소롤 파악하여 로직을 설계하였으며 그림 4-1, 2에 Line-Feeder반의 설계를 예로 나타내었다. 로직내에 D1 입력, DO 출력과 각 기기(HSCB, DS, 각종보호계전기)의 인터록 신호, 반별 전송 요망되는 통신 신호를 표시하였으며 정상, 고장 또는 이상상황 발생시 지 시등을 점둥토록 설계하였다.
시험선용 디지털 보호제어장치는 3개의 △I 포트를 이용하여 직류 급전전력의 상태를 감시하며 20개 이상의 DI 및 20개 이상의 DO(각 배전반별 상이)를 이용하여 HSCB, DS, 각종 릴레이, 스위치 등을 제어한다. 또한 RS-232, 485 통신 단자를 이용하여 상단 SCADA 시스템과 각 배전반 상호 통신을 수행하며 대표적인 기능은 아래와 같다.
이에 본 논문에서는 건교부 지원 철도연 주관으로 진행중인 "경량전철 전력공급 시스템 기술개발" 과제를 바탕으로 시험선에 설치 운영될 각종전력설비의 구성과 배치 그리고 부속 기기의 일반사양과 특성에 대하여 분석하였으며 이들간의 인터페이스 관계에 대하여 연구를 진행하였다. 특히 인터록 신호를 고려한 직류 배전반(DCSWGR)의 개발관련 운전 로직 구성을 반별(LineFeeder, Bypass , Rectifier output, Inverter Input, Negative)로 작성하였으며 디지털 보호제어장치 외 설치되는 보호릴레이(29, 32, 64, 85, 86 등)와의 인터페이스 관계를 포함하였다. 향후 시험선의 시운전을 통하여 전력설비별 인터페이스 및 인터록 신호의 타당성 및 적정성을 검토할 것이며 각 지자체에 건설계획중인 경량전철 시스템에 적용할 수 있도록 구축할 계획이다.

대상 데이터

시험선에 적용하고자 개발, 제작한 보호 제어장치의 전면도 외형은 그림 3과 같으며 후면은 Al, AO, DI, DO 및 통신포트(상단 SCADA 용 및 하단 PLC 용)로 구성되어있다.

후속연구

금년 말부터 착공예정인 시험선에 현재 제작중인 각종 급전설비로 시스템을 구축할 예정이며 특히 본 논문에서 소개한 DC 배전반 유니트는 급전 시스템에서 가장 중요한 보호제어 설비로 신뢰성 확보를 위하여 발생 가능한 시행착오를 최소화하고 시운전 기간을 통하여 관련 엔지니어링 기술을 확립할 계획이다. 또한 선진외국사 제품과 차별적 특성 구현 및 국내 고유 모델을 개발하여 국제 경쟁력을 확보할 수 있도록 추진할 계획이다.
금년 말부터 착공예정인 시험선에 현재 제작중인 각종 급전설비로 시스템을 구축할 예정이며 특히 본 논문에서 소개한 DC 배전반 유니트는 급전 시스템에서 가장 중요한 보호제어 설비로 신뢰성 확보를 위하여 발생 가능한 시행착오를 최소화하고 시운전 기간을 통하여 관련 엔지니어링 기술을 확립할 계획이다. 또한 선진외국사 제품과 차별적 특성 구현 및 국내 고유 모델을 개발하여 국제 경쟁력을 확보할 수 있도록 추진할 계획이다.
특히 인터록 신호를 고려한 직류 배전반(DCSWGR)의 개발관련 운전 로직 구성을 반별(LineFeeder, Bypass , Rectifier output, Inverter Input, Negative)로 작성하였으며 디지털 보호제어장치 외 설치되는 보호릴레이(29, 32, 64, 85, 86 등)와의 인터페이스 관계를 포함하였다. 향후 시험선의 시운전을 통하여 전력설비별 인터페이스 및 인터록 신호의 타당성 및 적정성을 검토할 것이며 각 지자체에 건설계획중인 경량전철 시스템에 적용할 수 있도록 구축할 계획이다.

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