9. 발전기 병렬운전 시운전 경험사례(실무)

이 시간에는 기술사 공부보다는 실무적인 접근 방법들을 하나로써 제가 예전에 원자력발전소 근무 시절에 경험한 바 있는 비상발전기 계통병입 관련 시운전 사례를 말씀드리도록 하겠습니다. 저는 직접적인 경험을 하였지만 아직 접하지 못하셨거나 관심이 있는 분들께서는 더욱 집중하여 관련 사항을 숙지하신다면 계통병입 또는 동기 관련한 문제들에 대한 내용들을 다음에 접하실 때 많은 도움이 되리라 확신합니다. 네, 발전기 병렬운전 시운전 경험사례, 실무입니다. 꽤 오래된 일입니다만 여러분들에게 이 시간 함께 이 내용들을 살펴봄으로써 여러분들의 간접경험이 되고 여러분들 실무능력은 물론 이론적인 그런 바탕에 있어서도 많은 도움이 되었으면 좋겠습니다. 제가 경험한 그 상황들은요 예전에 원자력발전소 근무했을 때 그때 논원이 클래스 1이라고 합니다 클래스 1이 하면 안전등급을 이야기하고요 논원이 클래스 그러면 비안전등급을 의미합니다 따라서 안전등급이냐 아니냐 하는 것은 이제 원자력 방사성 물질과 관계가 있느냐 없느냐 이렇게 하시면 이해가 쉬우실 것입니다 논원이 비안전등급이기 때문에 방사선 쪽 관련한 설비들과는 아무 무관한 일반 BOP 이런 설비들이 해당이 됩니다. 그때 발전기 전격이 480V이고요. 600kW 그리고 공급자는 국내 업체였습니다. 효성이나 현대나 이런 업체들 많이 있죠. 보국전기도 있고 그 둘 중에 하나였습니다. 공급자료 미흡과 제품 결함에 대한 대응상의 오류 등으로 자칫 단락사고로 이어질 뻔했지만 계통병입 전의 재확인 과정을 통해 미연의 사고를 방지한 사례입니다. 먼저 발전기 병렬운전 조건입니다 별도의 강의가 있죠 그 부분에서 디테일한 내용들은 참조하시구요 먼저 기전력의 크기가 같아야 된다 그렇습니다 그래서 발전기 G1과 G2가 기전력 크기가 서로 같아야 되구요 그 다음에 위상이 같아야 된다 그렇습니다 위상 그래서 세타1 주파수, 파형, 상회전방향 등은 별도의 강의로 학습하시기 바랍니다 당시 상황을 말씀드리면 비안전등급 디젤 발전기 600kW를 시운전하기 위해서 모든 개체 시험들이랑 다 끝났었습니다. 각 기기 CT 시험, PT 시험, 포화 시험도 했을 거고요. 프라이머리 인젝션, 세컨더리 인젝션 이런 테스트들, PT 시험, 극성 시험도 했을 거고요. 차단기 시험, 발전기 시험, 발전기 차단기, 로드센터 차단기 등 각종 기기들에 대한 개체 시험을 완료한 시점이었습니다. 그리고 이제 개체 시험, 기기 시험도 했지만 또 기기들끼리 연결되는 커넥션 다이어그램을 가지고 라인 체크를 하죠. 그래서 라인 체크도 전부 완료가 됐고요. 기기간의 연동시험 라인체크는 했지만 실제로 동작을 시켜봤을 때 이 스위치를 동작을 했을 때 로직대로 연동이 되는지 이런 시험들도 다 완료했구요 최종적으로는 계전기 정정값도 입력을 완료한 상태였습니다 회로도 보시겠습니다 비안전등급 발전기가 여기 있구요 여기가 비상디젤이 있습니다 비상디젤이 있고 발전기 터미널이 있구요 2. 전원설비 3. 현장제어반 4. 현장제어반 발전기 차단기는 현장제어반 안에 있습니다 그래서 물리적으로 이격되어 있죠 따라서 계통쪽에 계통쪽의 주파수, 전압위상, 파형 이런 것들과 발전기에서 생산된 전압, 파형, 위상 이것들을 PT가 비교해서 동기검정을 하는데요. 그때의 동기검정은 두 상만 가지고 갑니다. B상, C상 계통측도 비상버스 로드센터 차단기 로드센터 차단기에는 세 가지 포지션이 있습니다 먼저 테스트 포지션 테스트 포지션은 실제로 메인 라인 주전력 계통 자체는 끊어져 있구요 다만 차단기가 회로적으로는 연결이 되어 있습니다 그래서 실제로 모든 동작이 정상적으로 이루어지지만 이 접촉자 메인 접촉자 이 부분은 떨어져 있습니다 그래서 딱 테스트 포지션은 컨트롤 라인, 즉 제어회로만 건전성을 확인할 수 있지 메인 라인을 확인할 수 없죠 메인 라인을 확인하려면 커넥티드 포지션으로 차단기를 완전히 밀어넣으면 컨트롤 회로도 붙고 메인 라인도 붙습니다 2. 커넥티드 포지션 3. 랙아웃 포지션 랙아웃 포지션은 완전히 드로우아웃 인출하는거죠 그래서 차단기를 아예 빼버리니까 컨트롤 라인도 메인 전력 계통도 다 빠져있기 때문에 여기는 차단기로서 기능을 하지 못하는 그런 위치로 인출을 하는거죠 가장 안전한 위치죠 그렇게 되구요 대개 시험은 테스트 포지션에서 미리 계통병입 같은 걸 해봅니다 테스트 포지션에서 해보고요 그게 되면 커넥티드 포지션에 집어넣고 실제로 통전을 시키는 거죠 그러한 절차를 가지고 있습니다 모든 건설 시험, 건설에서 시운전 시험을 합니다. 그리고 시운전 조직에서 시운전 시험을 합니다. 저는 시운전 반 엔지니어로서 시운전 시험을 하죠. 건설 시험이라는 것은 결선이라든지 단말이라든지 또는 절연 이런 것들을 시험하는 것이고요. 이퀴프먼트 자체에 대해서는 건설에서 하지 않습니다. 이퀴프먼트 자체에 대해서는 시운전에서 하고요. 또 건설 시험 한 것도 덜어놓은 재시험을 합니다 시운전에서 왜냐하면 건설에서 하다보면 착오가 생기는데 만에 하나 착오가 사고로 이어질 수 있기 때문에 다시 또 체크를 합니다 그래서 이 건설시험과 시운전 시험을 다 마치고 최초 계통병입을 시도하기 직전이었어요 그래서 발전기를 기동시키고 싱크로체크 계전기를 이용해서 모의로 차단기를 테스트 포지션에서 테스트 포지션은 메인 접촉자는 동작하지 않는다 그랬죠 왜냐하면 케이블 쪽하고 떨어져 있어요 물리적으로 떨어져 있기 때문에 차단기가 들어가고 빠지고는 하는데 공기 중에서 하는 거나 똑같죠 케이블하고 접속이 안 된 상태이기 때문에 그래서 그때의 싱크로스코프도 다 정상적으로 동작합니다 그래서 모든 것이 정상이었어요 그래서 이제 커넥티드 포지션으로 집어 넣기만 하고 싱크로 시켜서 테스트만 하면 그러한 상황이었어요 그런데 이제 계통병입 직전 확인 결과 패널상의 동기검정 계전기의 지시와 실제 전원소스 위상 상회전 특성이 불일치하는 것이 판명되었다. 여러분 같으면 어떻게 확인하시겠습니까? 지금 테스트 포지션에서 싱크로스코프가 돌아가면서 위상을 10도 전압을 5V 이런식으로 어떤 일정한 범위 안에 들어오면 싱크로 체크 릴레이가 동작을 해서 설정치 안에 들어오면 동작을 해서 차단기가 들어가고 이런 일련의 과정이 테스트 포지션에서 완료가 됐어요 그래서 이제 커넥티드 포지션으로 집어넣고 이제 실제로 계통병입 하려고 하는데 좀 이상이 있었어요 느낌이 좀 이상했습니다 그 전날 제가 너무 긴장을 해가지고 잠이 안 올 정도로 이렇게 긴장을 했었구요 그 이전에 이제 다른 사이트에서 선행호기에서 이 시험을 직접 했던 담당자가 이걸 주의하라고 몇 번 당부를 했습니다 왜냐하면 본인은 이게 상회전 방향이 반대로 되는 것을 갖다가 찾지 못하고 실제로 병입을 시켜서 단락사고가 일어났고 그래서 엄청난 굉음과 함께 케이블타이가 두두두둑 끊어지고 또 그 주변이 아수라장이 되는 위험한 상황을 겪었다고 합니다 그래서 제가 대리 시절이었기 때문에 입사해서 3-4년 정도밖에 안되는 시절이었기 때문에 경험도 미천하고 실무지식도 미천하기에 더더욱 긴장이 되었었거든요 여러분 같으면 어떻게 하시겠습니까? 한번 생각을 해보시죠 그런데 제가 문득 떠오르는 것은 여기는 480V죠 480V 즉 저압이다 저압이라는 것에 착안을 해서 싱크로체크 릴레이도 저압이고 그러면 우리가 DVM 있죠? 1000볼트짜리 500볼트짜리 DVM 디지털 볼트미터를 갖다가 제가 여기도 하나 걸으라고 했습니다 여기가 현장제어반이 제가 아까 설명을 드렸습니다만 여기까지라고 했죠? 여기가 현장제어반이고 여기는 다른 로드센터 쪽입니다. 이쪽 PT는 로드센터에 있는 PT 여기는 국내에서 공급한 거고요. 여기도 국내 업체입니다. 국내 업체인데 나중에 알고 봤더니 이게 국내 제품이 아니고 자기 업체가 생산한 게 아니고 유럽 것을 판매를 한 것이었습니다. 그렇게 판매가 됐어요. 저희들한테 쉬쉬하다시피 했습니다만 저희가 나중에 그걸 발견을 했는데요. 그래서 제가 이제 여기서 착안을 한 것이 왠지 좀 느낌이 안 좋아서 여기다 DVM을 걸으라고 했습니다 그래서 여기는 좀 아래층에 있습니다 이쪽 PT 있는 이쪽에다가 DVM을 하나를 걸고요 그 다음에 현장 제어반에 DVM 하나를 걸고 선을 하나 걸고요 여기다가 이제 볼트미터를 이렇게 연결을 했습니다 자 그러면 어떻게 되겠습니까 자 싱크로가 이쪽 소스와 발전기 소스 아래쪽이 비안전등급 발전기고 위측이 계통쪽입니다 두 개를 비교를 하게 되는데 여기에 보면 이제 또 호박등 같은 게 있습니다 호박등 같은 게 두 개가 있어 가지고 발전기 주파수와 전압을 조정할 때마다 이게 불이 왔다갔다 합니다 밝아졌다 어두워졌다 꺼졌다 밝아졌다 꺼졌다 이렇게 하는 동기가 맞으면 불이 꺼집니다. 왜냐하면 볼티지 차이, 디퍼런스를 측정하는 것이기 때문에 여기 있는 B상과 여기 있는 B상, 여기 있는 C상과 C상이 서로 동기가 되면 차전압이 없죠. 그래서 불이 꺼지고 180도 이상이 나면 가장 밝아지고 이렇게 이제 되는데요 제가 여기다 이제 그걸 차용을 해서 원리를 차용해서 여기다 걸으라고 했습니다 그래서 작업자보고 걸고 확인을 했더니 동기 검정이 거꾸로 되는 겁니다 가령 호박등이 완전히 꺼졌어요 그럼 어떻게 된 것입니까 동기가 100% 일치한다 이렇게 이야기 되는 것인데요 여기 볼트미터에는 가장 큰 전압이 걸렸습니다 전압계가 지시하는 값이 제일 큰 값이 지시가 되는 겁니다 그 다음에 호박등이 켜지면 또 여기는 0볼트가 지시하고 꺼지면 또 큰 전압이 지시되고 그래서 반대되는 거죠 그래서 아 이거 문제가 있다 동기회로 문제가 있다 여기에서 지시되는 것은 정확한 지시가 아니다 그래서 시험을 중단을 하고 회로를 점검하게 되었습니다 자 여러분 어떤 게 문제가 되어 있었을까요 자 조치사항을 말씀드리겠습니다 조치사항 시험을 중지하고 오류가 생긴 전력선 2상 B상과 C상을 꼬았다 왜냐하면 싱크로 계전기에 있는 것과 실제로의 것이 맞지 않았기 때문에 둘 중에 하나는 바꿔 줘야 되죠 일단 원리적으로는 그렇습니다 실전력계통과 제어회로에 해당되는 싱크로회로가 불일치한다면 큰 문제가 될 것입니다. 그래서 둘 중에 하나를 맞춰야 되는데 우리는 전력선 쪽을 맞췄다. B상과 C상을 꼬아서 계통병입을 성공적으로 완료했다. 자 그러면 뭐 여기서 뭐 그렇게 완료하면 간단하네 이렇게 생각을 하시겠습니다만은 다시 한번 함께 짚고 넘어가야 할 문제가 있습니다. 이 회로상의 문제점은 어디에 있을까요? 자 한번 회로를 보시겠습니다. 자 여기가 발전기가 있죠 발전기가 있구요 발전기가 그 당시에 발전기가 또 회사 자기 기밀이라고 블랙박스 처리되어 가지고 도면이 옵니다 벤더 다큐먼트가 그냥 일반적인 회로도가 오지 발전기 박스 안에 있는 발전기 본체 안에 있는 회로에 대해서는 기밀로 이렇게 주지를 않습니다 그래서 우리는 단자에 인출 나오는 터미널 단자만 믿고 할 뿐이거든요 그런데 유럽 제품이기 때문에요 여기서부터 지금 여기까지 여기까지가 지금 현장 터미널 박스에 있죠 그 다음에 여기서부터는 스위치기어 로드센터 차단기 쪽이고요 그래서 여기를 구분을 해서 위쪽과 아래쪽으로 나누죠 두 개 소스를 비교하는데 그들이 이쪽을 오픈하지 않았기 때문에 우리는 여기가 당연히 ABC다라고 보고 이제 접속을 했던 것이고요 그리고 우리가 간과했던 것이 극성을 확인을 하지 않았던 것 같습니다. 그래서 당연히 여기까지 우리가 계통 조건을 주었기 때문에 여기는 감극성, 여기는 가극성인 것을 알았지만 이 회로도가 다 맞는 것이다 라고 보았죠. 왜냐하면 이쪽을 모르죠. 이쪽이 어떻게 꼬아져 있는지. 그런데 실제로 이렇게 X자로 꼬아져 있었습니다. 이 블랙박스 안이. 그러니까 모든 게 여기서 발단이 된 거죠. 이렇게 꼬아지면 어떤 현상이 있겠습니까 자 여기 A B C 여기 A B C 그래서 A는 A로 B는 B로 C는 C로 이렇게 가면 되죠 그런데 B부터 출발해 보겠습니다 자 B가 이렇게 가죠 B가 이렇게 왔습니다 자 여기가 B상이죠 자 감극성에서는 바로 가지만 가극성에서는 반대로 반대로 갑니다 그래서 점이 없는 데서 점이 없는 대로 이렇게 가죠 그러면 여기가 B상이 됩니다 자 이 부분은 어떻게 됩니까 이렇게 와서 이렇게 가죠 여기가 B상이 됩니다 그래서 이렇게 해서 이렇게 그래서 이 B상과 B상 위상끼리 만나면 되는 거거든요 그래서 B상과 B상 문제가 없죠 정상적으로 됐습니다 그런데 이제 실전력계통을 보겠습니다 제어회로는 지금 싱크로가 딱 맞아요 왜냐하면 여기 있는 B상과 여기 있는 B상이 제대로 연결되어 있죠 그래서 여기 있는 B상의 주파수를 보면서 이렇게 주파수하고 전압을 다 맞추게 되는데 실전력계통은 어떻게 됩니까 이렇게 해서 이렇게 이렇게 여기까지가 실제로는 여기가 B상이죠 그런데 여기서는 어떻게 됐습니까 여기서는 C상이죠 지금 C상 그런데 싱크로 계전기는 아 이게 딱 같은 동상이라고 보고 일치한다 즉 여기 있는 C상과 여기 있는 B상을 비교해 놓고는 동기가 맞다 그래야 호박등이 딱 불이 꺼지는 겁니다 그 다음에 싱크로체크 릴레이도 동기가 딱 일치한다고 보고요 그렇기 때문에 이 상태에서는 만약에 이 회로만 믿고 집어넣었다고 하면 단락사고가 났을 겁니다 이 상회전이 계통측은 지금 여기를 기준으로 하면 이렇게 회전을 하는 거죠 이렇게 회전을 합니다 2. 전원설비와 발전기 병렬운전 시운전 경험사례 상회전이 반대입니다 이쪽을 기준으로 봤을 때 A상이 먼저 오고 그 다음에 C상이 오고 그 다음에 B상이 오죠 A, C, B 회전방향이 시계방향이 되고 그 다음에 계통측은 반시계방향 이와 같이 상회전방향이 다른 두 전원소스를 갖다가 박치기 즉 쇼팅을 시킬 뻔 했었죠 자 그러면 이 회로를 어떻게 극복을 할까요 제가 말씀드렸다시피 저희가 B상과 C상을 여기를 꼬았습니다 이렇게 꼬았어요 제가 모시고 있던 과장님이 그러셨어요 여기는 가극성이고 여긴 감극성이고 언젠가는 고장이 나게 되는데 가령 얘가 고장이 났을 때 엔지니어들이 실수하지 않게끔 해라 이렇게 하셨거든요 그 이야기는 우리나라는 표준이 감극성입니다 그래서 어떤 제품을 사도 다 감극성이에요 근데 여기 유럽에서 오는 겁니다 얘는 가극성이에요 그래서 이게 고장나면 정말 유럽까지 발주를 해서 몇 개월 걸려야 되고 운송까지 해상운송하면 몇 달 걸리죠 그렇게까지 할 필요 있는가 그래서 보편적인 회로로 개선을 해라 그래서 나중에 담당자가 바뀌더라도 인적 실수를 없앨 수 있도록 바꾸라 그렇게 이야기를 하셔서 여기를 감극성으로 바꿨습니다 전원설비와 발전기 병렬운전 시운전 경험사례를 통해 전원설비와 발전기 병렬운전 시운전 경험사례를 통해 전원설비와 발전기 병렬운전 시운전 경험사례를 통해 전원설비와 발전기 병렬운전 시운전 자 그러면 이제 아까처럼 다시 한번 찾아가 보겠습니다 먼저 결선도를 다시 한번 설명해 드릴게요 유럽산이기 때문에 가극성 PT 가극성 PT가 있고 그 다음에 우리 국산 로드센터는 감극성 이렇게 되는데 블랙박스 안에서 이렇게 ABC가 아니고 ACB 형태로 인출되는 것을 그대로 이렇게 했고 PT는 특히 여러분들이 주의하실 것이 계통병입용 PT들은 꼭 극성과 같은 것을 동일 특성의 것을 쓰는 것이 좋습니다. 이와 같은 경우는 정말 유럽형을 썼기 때문에 유럽표준이 가극성이기 때문에 발생된 것이죠 그래서 가급적이면 이 회로도 만큼은 국내 표준으로 이렇게 바꾸시거나 여기를 유럽으로 바꿀 수도 있겠죠 스위치기어 쪽을 그러나 나중에 유지보수가 어렵기 때문에 아예 여기를 감극성으로 바꾸는 것이 맞습니다 지금 문제점을 보시면요 이대로 계통병입 시험을 수행하면 전력측은 B상과 C상에 역상이 걸리고 그래서 PT쪽은 정상이 걸려 두 번 꼬였기 때문에 단락사고가 발생한다 그랬습니다 PT를 따라가 보면 아까 설명을 드렸죠 이번엔 C상으로 따라가 보겠습니다 이렇게 해서 이렇게 가죠 여기가 지금 C상입니다 여기 C상에서 왔으니까요 C상에서 와서 이렇게 해가지고 감극성이기 때문에 여기가 C상이죠 이렇게 그리고 여기는 여기서 C상이죠 C상이 와서 여기 가극성이 있기 때문에 여기 C상이었지만 여기 감극성이었기 때문에 그대로입니다 그래서 C상 그래서 C상 대 C상이 비교하는 것이 회로가 안에 구성이 되어 있거든요 이렇게 그래서 동기가 맞죠 그러나 실제 회로는 달랐죠 왜냐하면 여기서는 한번 꼬아졌고 여기서 또 한번 꼬아졌습니다 가극성으로 그래서 두 번 꼬아졌기 때문에 결국 이 원점 출발점과 출발점이 맞았죠 그래서 동기가 맞다고 나온 겁니다 그러나 계통쪽은 전력선 쪽은 한번 꼬아졌습니다 이렇게 가서 여기 한번만 꼬여 여기만 꼬여졌었죠 그래서 한번 꼬여서 그대로 갑니다 여기서는 한번 더 꼬아졌는데 컨트롤쪽은 한번 더 꼬아졌는데 전력선 그대로고 그 다음에 여기는 B상이 그대로고 결국은 여기 있는 정상과 여기 있는 비상이 접속이 되는 거죠 그래서 여기 그대로 하게 되면 여기는 전력선 쪽은 역상 상회전이 반대죠 역상이 걸리고요 컨트롤쪽은 정상 그래서 컨트롤쪽 믿고 정상이다 해서 정상분 성분 비교로 해서 계통병입을 한다고 하면 실제로는 역상발전기 역상회전력으로 그 계통축에다가 갖다 붙여 버리는 거기 때문에 단락사고가 됩니다 조치이유사항입니다. 말씀드렸다시피 여기 내부 블랙박스 안에 발전기 내부에서 꼬인 건 어쩔 수가 없습니다. 그들이 이제 기밀이라고 해서 도면을 주지 않아서 우리가 이 부분을 놓쳤는데요. 그런데 이제 발견을 했죠. 그래서 이렇게 발견을 했기 때문에 이 부분에다가 꼬았어요. 이렇게. 1. 전원설비 2. 발전기 병렬운전 시운전 경험사례 여기처럼 이렇게 다이렉트로 가는 것이 아니라 꼬였었는데 여긴 꼬임이 전력선을 꼬게 되면서 요리 왔구요 그 다음에 여기를 감극성으로 고쳤구요 그래서 결국 컨트롤 쪽도 두 번 꼬였고 전력선도 두 번 꼬였고 그래서 이번에는 이제 제대로 일치하게 된 겁니다 그래서 조치사항은 발전기 터미널 단자 B상 시스템을 교체를 했구요 B상 시스템의 터미널 이쪽을 교체를 했죠 교체 접속을 했습니다 그 다음에 발전기 측 PT는 국내 표준형으로 교체했다 그래서 여기를 국내 표준형으로 유럽형 가극성이었죠 그것을 감극성으로 그래서 1, 2차측의 위상을 모두 맞췄다 그래서 그렇게 하게 된 이유는 담당자가 바뀌었을 때 도면을 보고 이상하네 하고 이제 본인이 수정하다 보면 인적 실수가 나오게 됩니다 그러한 인적 실수를 막기 위해서는 가급적이면 표준에 가깝게 만드는데 여기는 비표준이죠 여기가 가극성이 되어 있다면 그래서 감극성으로 표준화를 시키고 전력선 쪽은 교차해서 접속을 시키고요 그래서 제어회로를 교차를 시키느냐 전력선을 교차를 시키느냐 인적 실수는 제어회로 쪽이 더 많습니다 전력선 쪽을 한번 풀려고 하면 그쪽에는 별도의 스페셜 마킹이 되어 있고요 또 한번 이렇게 밴딩이 되어 있고 이렇게 되면 그 관성에 의해서 계속 남아 있습니다. 그래서 그것을 역으로 접속한다고 했을 때 금방 표시가 나거든요. 그런데 이제 제어회로는 다르죠. 이름표만 바꿔버리면 언제든지 교체가 되는 것들이기 때문에 인적 실수가 잘 나오기 쉽습니다. 그래서 계통축도 ABC, 발전기 축도 ABC 이와 같이 해서 보상을 복구를 한 경험 사례입니다. 네 저의 시운전 경험 예전 기억을 더듬어서 회로도도 직접 그려가지고 작성을 했습니다 오늘 그때 모셨던 분이 지금 은퇴하셨던데요 그때 기억을 같이 되살려서 한번 통화를 했었는데 여하튼 저한테는 소중한 경험이었고 또 발전기에 대한 계통병입에 대한 개념도 폭넓게 가질 수 있는 계기가 되었습니다. 여러분들에게도 간접경험이 되고 앞으로 계통병입과 관련된 이런 업무에 있어서 도움이 되었으면 좋겠습니다. 수고하셨습니다. 전원설비와 발전기 병렬운전 시운전