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한전 전북본부, ‘배전손실 개선 토탈솔루션 시스템’ 개발
상별 부하 불평형 파악·해소해 전력손실 줄여
“시스템 확대 적용시 약 670MW 절감 가능”
2017년 09월 23일 (토) 16:27:47 배상훈 기자 bsh@epj.co.kr
   
  ▲ AMI용 DCU 개선 전(왼쪽)과 AMI용 DCU 개선 후(오른쪽) 모습  

[일렉트릭파워 배상훈 기자]한전 전북지역본부(본부장 김락현)가 ‘배전손실 개선 토탈솔루션 시스템’을 개발·추진 중에 있다.

총 8명으로 구성된 한전 전북본부 배전손실 개선 TF팀(팀장 정재천·김준열)은 해외 수출형 배전손실 개선 토탈솔루션 시스템 개발을 목적으로 지난 3월 조직됐다. 3월 6일 킥오프(Kick-Off)를 시작으로 시스템 개발, 진도관리, 데이터 분석, 리뷰 등의 회의를 진행했다.

배전 손실개선 토탈솔루션 시스템은 기존 AMI시스템에 국내 최초로 상(相) 판별 기능을 탑재한 시스템이다. 발전소부터 변전소, 배전선로, 고객까지 연결된 3상 전력선의 각 상이 현장과 일치한다.

류정수 한전 전북본부 차장은 “저압 상 관리를 통해 변압기·고객단위 부하 불평형을 파악하고 계산 및 개선자료를 제공하는 시스템”이라고 소개했다.

전력손실 발생=전력 공급능력 저하
국내 전력계통에서 사용되는 3상 4선식 전력공급 방식은 건설·운영비용 절감 등의 장점이 있다. 하지만 사용 중 발생하는 부하 불평형으로 전력손실 증가, 기기 출력감소 등 여러가지 문제가 발생한다.

변압기를 통해 전기가 공급되고 있는 저압 배전선로는 3상(공장, 대형상가 등)과 단상(주택, 소규모 상가 등)이 있다. 단상 고객의 경우 상 구분 없이 저압 배전선로에 임의로 연결돼 있다.

TF팀 관계자는 “3상 전력선에 연결돼 있는 모든 고객(단상, 3상)이 똑같은 전력을 사용한다는 것은 불가능한 일”이라며 “시간별·계절별로 사용하는 전력량 차이로 인해 불평형 전류가 흐르는 것은 발생할 수밖에 없다”고 말했다.

한편 3상 변압기의 각 상에 걸리는 부하가 불평형이 되면 변압기에는 전류의 제곱에 비례하는 전력손실(I²R)이 발생한다. 그 결과 변압기 정격용량 대비 전력 공급능력이 저하된다.

배전손실 개선 토탈솔루션 시스템은 상 관리를 통해 상별 부하 불평형을 정확히 파악·해소함으로써 전력손실을 줄일 수 있다.

부하 불평형에 의한 변압기 소손 방지
배전선로 변압기를 통해 공급되는 저압간선은 상 관리기술 부재로 인해 그동안 변압기 각 상에 어느 고객들이 연결돼 있는지 알 수 없었다.

류정수 차장은 “변압기와 저압간선의 상 관리 부재는 부하 불평형에 의한 전력손실을 발생시킨다”며 “발전소, 변전소, 배전선, 고객의 상 불일치로 설비이용률이 저하된다”고 밝혔다.

개발도상국 국가들의 전력손실도 만만치 않다. 현재 이곳의 송·배전 손실률은 약 15~30%로 우리나라 1960년대 수준(29.5%)이다. 이 같은 실정 때문에 개도국의 전력손실 개선 필요(Needs)는 상당히 큰 편이다.

한전 전북본부는 문제점들을 해소하기 위해 상 관리로 전력손실을 개선할 수 있는 배전손실 개선 토탈솔루션 시스템을 개발했다. 이 시스템을 통해 전력손실 저감은 물론 정부 정책사업(탈원전·탈화전) 견인차 역할을 할 것으로 기대되고 있다.

TF팀 관계자는 “실증 결과 변대주 1개소 평균 부하 불평형 전력은 약 0.85~1.5kW”라며 “전국 3상 변대주 약 60만기에 확대 적용시 약 670MW(원전 1기) 절감이 가능하다”고 설명했다.

이 시스템은 3상 변압기 부하 이용률을 개별(상별)로 관리함으로써 과부하 소손을 예방할 수 있다. 또한 저압선 단선시 상 정보를 바탕으로 해당 특정지역에 즉시 출동이 가능하다. 이를 통해 말단 저압선 단선추정 안전사고 예방이 가능하다.

한편 부하 불평형에 의한 변압기 소손 방지, 고객설비 이용률 제고도 배전손실 개선 토탈솔루션 시스템 특징 중 하나로 꼽힌다.

고객 부하량을 분석해 불평형 시정 혹은 증설 유도 사전안내가 가능하며 차단기 교체·증설비용 절감으로 불필요한 사회적 지출비용을 줄일 수 있다.

뿐만 아니라 상별 데이터집중처리장치(DCU)-지능형전력계량시스템(AMI) 간 전력량 차이를 활용해 손실(도전)구간 제공이 가능하다.

   
  ▲ 김락현 한전 전북지역본부장(왼쪽)과 안치영 한국정보통신기술인협회장(오른쪽)이 협약체결후 기념촬영을 하고 있다.  

국내외 특허 출원 가능한 A등급 획득
한전 전북본부는 배전손실 개선 토탈솔루션 시스템에 대한 기본개념을 설계하고 6월 12일 특허를 출원했다. 특허출원 심사에서 국내외 출원이 가능한 A등급을 획득함으로써 향후 해외 특허출원도 가능할 것으로 기대되고 있다.

이 시스템은 개발된 후 전북 관내(임실 변전소~감성 배전선로)에서 올해 6~9월까지 상 관리 칩이 내장된 DCU, G-TYPE 계량기, 소프트웨어를 활용해 실증시험이 진행됐다. 이번 실증시험은 15개 변대주 186호 고객을 대상으로 이뤄졌다.

TF팀 관계자는 “상 판별, 부하 불평형 파악 및 계산, 안전사고 발생상황 시험 등 상황별 데이터를 취득해 모든 상황에서 저압단까지 상 구분이 가능함을 확인했다”고 말했다.

앞서 한전 전북본부는 시스템 완성도를 높이기 위해 지난 5월 한국정보통신기술인협회와 업무협약을 체결했다. ▲실증시험장 전문인력 지원 ▲손실구간 선정 ▲통신 최적환경 구축에 대한 자문을 받아 실증을 수행했다.

한전 전북본부는 현재 한전 전력연구원에서 개발 중인 계량데이터관리시스템(MDMS)에 불평형률 메뉴를 신설하는 등 시스템 간 연계를 추진하고 있다. 향후 신배전정보시스템(NDIS), 배전지능화시스템(DAS) 등 배전운영시스템에 상 판별 정보제공을 추진할 계획이다.

한전 전북본부는 이 성과를 국내 기업들과 공유하기 위해 BIXPO 2017 ‘KEPCO 국제발명특허대전’에 출품할 예정이다.

류정수 차장은 “배전손실 개선 토탈솔루션 시스템은 하드웨어·소프트웨어·자체개발 응용 소프트웨어가 조합된 시스템”이라고 밝혔다.

또한 “앞으로 더 많은 연구를 통해 통합된 하나의 완벽한 시스템을 완성하는 게 궁극적인 목표”라며 “향후 국내 표준 AMI 시스템이 될 수 있도록 실증시험시 개발한 시스템, 부품, 운영 소프트웨어들을 표준규격에 맞게 연구개발할 계획”이라고 말했다.

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