시송전

왜 배우는가: 시송전은 대정전 후 계통을 복구할 때 발전기 정격용량이 부족한 상황에서도 전압을 올려 계통을 살려야 하는 실무 문제이므로 중요하다. 무부하 장거리 선로를 가압할 때 생기는 전압 상승과 자기여자 문제가 시험에 반복해서 나오므로 함께 익혀야 한다.

출제 이력: 제102회 1교시 7번, 제92회 4교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

시송전은 정전 후 자체기동발전소의 전원으로 송전선로를 가압하여 계통을 단계적으로 복구하는 작업이다.

• 시송전(Test Energization)
• 자체기동발전소
• 시송전계통
• 우선공급발전기
• 무부하 선로 전압 상승
• 자기여자
• 분로리액터
• 발전기 정격용량 부족

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 전국이 꺼진 뒤에 발전소를 하나씩 다시 살리는 과정에서 먼저 송전선로에 전기를 흘려 보내 보는 것이다. 선로가 살아 있는지, 전압이 정상 범위인지 확인하고 다음 발전기를 붙인다.

정식 정의는 다음과 같다. 시송전은 계통복구 시 자체기동발전소로부터 사전에 지정된 시송전선로 및 우선공급발전기에 이르는 계통, 즉 시송전계통을 가압하는 작업을 말한다. 「전력계통 신뢰도 및 전기품질 유지기준」은 시송전계통을 이 개념으로 정의하고, 자체기동 능력을 매년 점검하도록 정한다.

핵심 용어를 풀면 다음과 같다.

자체기동발전소는 외부 전력 없이 비상발전기 등으로 스스로 기동할 수 있는 발전소다. 다른 발전소의 기동전력을 공급하는 역할을 한다.

우선공급발전기는 복구 과정에서 가장 먼저 부하 또는 다른 발전소의 기동전력을 맡기기로 지정된 발전기다.

무부하 선로 가압은 부하 없이 선로만 충전하는 상태다. 선로의 정전용량에 의해 충전전류가 흐르고, 이 때문에 수전단 전압이 높아진다.

3. 등장 배경과 필요성

초고압 계통이 확대되면서 송전선로의 정전용량이 커졌다. 경부하나 무부하 상태에서는 충전 무효전력이 과잉되어 전압이 상승한다. 대정전 후에는 발전기 출력이 부족한 상태에서 선로를 가압해야 하므로 이 전압 상승을 제어하는 것이 필요하다.

발전기 정격용량이 부족한 상태에서 규정전압으로 시송전하려면, 선로 충전용량과 발전기 용량의 관계를 먼저 따져야 한다. 충전 무효전력이 발전기의 무효전력 공급 능력을 넘으면 발전기 단자전압이 유지되지 않는다. 그 결과 발전기가 자기여자를 일으키거나 전압이 규정 범위를 벗어날 수 있다.

이 때문에 시송전은 단순 투입 작업이 아니라 발전기 용량, 선로 길이, 분로리액터 투입 여부를 함께 검토하는 계통 운영 행위다.

• 선로 충전 무효전력 :Q_c 와 발전기 무효전력 공급 여력을 비교한다.
• 전압 상승 억제를 위해 분로리액터를 먼저 준비한다.

자기여자(Self-excitation)는 무부하 선로의 진상 무효전력이 발전기를 여자시켜 전압이 비정상적으로 오르는 현상이다. 시송전 때 가장 주의할 현상 중 하나다.

규정전압 유지 는 시송전 판단의 기준이 된다. 전압조정목표는 「전력계통 신뢰도 및 전기품질 유지기준」 제5조에 따라 765kV 계통은 (765 ± 20)kV, 345kV 계통은 (353 - 17)kV ~ (353 + 7)kV 이다.

4. 구성요소·원리·절차

시송전(Test Energization)은 정전 후 계통을 복구할 때 자체기동발전소에서 시송전선로를 통해 우선공급발전기까지 전압을 단계적으로 가압하는 작업이다. 구성요소는 자체기동발전소, 시송전선로, 우선공급발전기, 그리고 그 사이의 변압기·차단기·무효전력 조정설비로 나뉜다.

원리는 다음과 같다. 무부하 장거리 선로는 선로 정전용량에 의해 진상 충전전류가 흐른다. 이 전류가 수전단 전압을 올려 페란티 효과를 일으키고, 발전기는 진상 무효전력을 흡수하면서 자기여자 현상을 겪을 수 있다. 따라서 발전기 정격용량이 선로 충전 무효전력을 감당할 수 있는지를 먼저 확인해야 한다.

시송전 절차는 다음과 같다.

• 자체기동발전기를 기동하고 정격 주파수와 전압을 확보한다.
• 시송전선로 양단 차단기 상태와 분로리액터 투입 여부를 확인한다.
• 발전기 단자전압을 규정전압으로 맞춘 뒤 시송전선로를 가압한다.
• 수전단 전압, 주파수, 발전기 무효전력을 감시하며 단계적으로 전압을 올린다.
• 이상이 없으면 우선공급발전기와 연계하고 복구 부하를 순차 투입한다.

선로 충전 무효전력은 다음과 같이 근사한다.

$Q_C \approx 3 V^2 \omega C l$

여기서 Q_C는 선로 충전 무효전력(VAr), V는 선간전압(V), \omega는 각주파수(rad/s), C는 선로의 상당 대지 정전용량(F/m), l은 선로 길이(m)이다. 발전기 정격 무효전력이 이 값보다 작으면 시송전 전압을 유지할 수 없어 분로리액터 투입이나 가압 단계 조정이 필요하다.

5. 관련 법령·기준·표준

시송전계통과 계통복구는 「전기사업법」에 근거한 「전력계통 신뢰도 및 전기품질 유지기준」이 규정한다. 이 고시는 시송전계통을 계통복구 시 자체기동발전소로부터 사전에 지정된 시송전선로 및 우선공급발전기에 이르는 계통으로 정의한다. 전력거래소는 자체기동발전소를 지정하고, 매년 전 계통 정전 시 복구계획을 수립하여 전기사업자에게 통보한다. 전력거래소는 자체기동발전기와 우선공급발전기 간 시송전계통의 자체기동 능력을 매년 점검한다.

전압 기준은 다음과 같다. 765kV 계통의 전압조정 목표는 (765 ± 20)kV이다. 345kV 계통은 (353 - 17)kV ~ (353 + 7)kV이다. 154kV 계통은 (160 - 8)kV ~ (160 + 4)kV이다. 765kV 계통 전압유지범위는 765kV ± 5%(726 ~ 800)kV이다.

6. 유형과 비교

시송전은 복구 방식에 따라 몇 가지 유형으로 나뉜다. 가장 큰 구분은 송전선로 자체의 충전 특성을 어떻게 다루는가이다. 무부하 장거리 선로를 그대로 가압하는 방식과, 분로리액터나 발전기 부하를 함께 두고 가압하는 방식으로 나눌 수 있다. 아래 표는 두 방식을 비교한 것이다.