디지털 변전소(Digital Substation)의 이해와 IEC 61850 시스템 구성

전력계통의 핵심인 변전소가 첨단 IT 기술과 융합하여 디지털 변전소로 진화하고 있습니다. 디지털 변전소의 개념, 핵심 용어인 IED와 IEC 61850, 시스템 구성 및 준공 절차까지 실무에 꼭 필요한 핵심 이론을 알기 쉽게 정리해 드립니다.

핵심 요약

• 디지털 변전소: 국제 표준규격(IEC 61850)에 기반한 보호, 제어, 감시 기능이 통합된 차세대 전력 설비
• IED (지능형 전자장치): 변전소 자동화를 구현하는 핵심 기기로, 다기능 보호계전 및 제어를 수행
• IEC 61850: 변전소 자동화(SA)를 위해 제정된 국제 통신 표준 규격
• 핵심 포인트: 상위 시스템과는 MMS 신호를, IED 간에는 고속의 Goose 신호를 사용하여 신뢰성 높은 통신망을 구성

 

1. 변전소 종합자동화와 발전 단계

변전소 종합자동화는 기존의 보호 기능 외에 제어, 계측, 데이터 전송 및 감시 기능을 복합하여 한 개의 시스템으로 구성하는 것을 목표로 합니다. 기존 변전소는 시대별로 다음과 같은 발전 단계를 거쳐왔습니다.

 

• 1G (80년대 초반): 배전반 방식. 설비가 단순하고 소규모이며, 감시/제어/보호 포인트별로 1:1 제어케이블이 연결
• 2G (80년대 초~90년대 중반): 모자이크반 방식. 설비가 복잡해지고 대용량화되었으며, 보호반과 감시·제어반이 분리되어 운영
• 3G (90년대 초~): 집중감시제어반 방식(부분 Digital). 변전소 무인운전이 시작되며 감시 항목이 급증했고, 원격소 장치(RTU)와 통신 케이블이 도입
• Full-Digital 변전소: 현장의 GIS, MTR 등과 IED가 Process BUS 및 Station BUS를 통해 통신하며, 완전한 디지털 기반의 정보 연계

디지털 변전소

 

2. 디지털 변전소 실무 필수 용어

디지털 변전소 및 보호계전 실무와 기술사 시험에서 자주 언급되는 핵심 용어들은 다음과 같습니다.

 

• 디지털 변전소: 국제 표준규격인 IEC 61850에 기반한 전력설비를 설치한 변전소
• IED (Intelligent Electronic Device): IEC 61850 규격을 따르는 지능형 보호계전기 또는 전자제어장치
• 상위 운영시스템: HMI, 모뎀을 제외한 정보연계장치와 백본 스위치를 포함하는 전체 운영 장치
• 정보연계장치 (Gateway): SA 시스템의 중추가 되는 장치로, SCADA와 연계하여 설비의 운전 정보 취득 및 제어를 수행
• MMS 신호: IED와 상위 운영시스템이 주고받는 신호로, 주로 상태 표시와 설비 조작에 사용
• Goose 신호: IED 간에 직접 주고받는 고속 통신 신호이며, 인터록(Interlock), UFR Trip, 고장 기록 등에 활용
• SA (Substation Automation): 변전소 내 설비들이 지능적인 처리가 가능하도록 첨단화, 자동화된 기술을 적용한 시스템

 

3. 상위 운영시스템 구성 및 정보 연계

디지털 변전소의 운영시스템은 정보연계장치를 통해 하위 IED와 상위 SCADA 시스템의 통신 프로토콜을 변환하고 통합합니다.

 

대표적으로 SICAM PAS는 IED의 IEC 61850 정보를 DNP3.0 정보로 변환하며, SAMCAS는 이를 취득하여 SCADA HOST 등과 연계하기 위해 KEPCO DNP 1.0 정보로 변환합니다.

운영 장치 구성 포인트는 다음과 같이 분류됩니다.

 

• 제어 포인트: 운영장치에서 IED를 조작(제어) 해야 할 포인트
• 감시 포인트: IED에서 나오는 정보 중 스위치 on/off 등 단순 상태 감시 포인트
• 계측 포인트: 전압, 전류 등 상하한 값과 같이 계측 및 상태 변화 기록이 필요한 포인트
• 구성 포인트: 단선도 그래픽화 또는 이벤트(Event) 처리를 위한 포인트 (가스 저하 경보 등)

 

4. 디지털 변전소 엔지니어링 및 준공 시험 절차

디지털 변전소 구축을 위해서는 치밀한 엔지니어링(Engineering) 작업이 필수적입니다.

건설부서에서 정보 Table 작성을 요청하면, 제작사는 1차 및 최종 IEC 61850 엔지니어링을 수행하여 CID 파일과 IED 정정표를 수집합니다.

 

준공 8주 전에는 본격적인 준공시험이 시행됩니다.

 

주요 준공 시험 흐름

1. 개체 시험: IED 개체시험, 전력설비 개체시험, 상위 운영시스템 개체시험을 통해 단일 기기의 성능을 확인합니다.
2. 통신 및 연동 시험: SCADA 통신시험, AC/DC Sequence 시험, HMI 조작 및 인터록 시험을 진행합니다.
3. End-To-End Test: 전압, 전류, 경보 등의 신호가 종단 간 정확히 전달되는지 종합적으로 검증하는 최중요 단계입니다.
4. 가압 시험: SCADA 조작 시험 완료 후 무부하 가압 및 실부하 가압을 통해 최종 준공을 확정합니다.

 

맺음말

지금까지 디지털 변전소의 기본 개념부터 IEC 61850 통신 규격, 실무적인 엔지니어링 및 준공 시험 절차까지 알아보았습니다.

4차 산업혁명 시대의 전력망 고도화에 필수적인 지식이므로, 현장 실무자 및 기술사 시험을 준비하시는 분들께 기초를 다지는 유용한 참고 자료가 되기를 바랍니다.