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[산업일보]
지식경제부는 지난 해 12월 6일 발생한 울산 용연변전소 정전사고와 관련해 정부합동조사단의 조사결과를 발표했다.
한전이 용연변전소 가스절연개폐기(GIS) 증설공사(발주 : 한전, 시공 : 흥산전기)를 마치고 준공시험을 실시하고 있던 중에 단로기(스위치의 일종)의 절연부품(이하, 스페이서)에서 절연이 파괴돼 이 같은 정전사고가 발생한 것으로 파악됐다.
가스절연개폐기(Gas Insulated Switchgear)는 고압의 전기를 차단하는 장치로 스위치기어 내부에 전기절연 성능이 우수한 SF6 가스를 주입하고 밀봉한 설비로 스페이서의 절연이 파괴되면서 변전소 내부에 고장전류(지락전류)가 흘렀으며, 이 순간 차단기가 동작해 변전소 전체가 정전됐다는 것이다.
정부합동조사단은 정전사고를 낸 스페이서 표면의 절연파괴 원인에 대해 스페이서가 1999년부터 2회에 걸쳐 재사용되면서 ▲경년열화 진행, 철거·보관·시공 등의 과정에서 ▲수분이 스페이서에 부착(흡습), 증설 시공과정에서 가스절연개폐설비(단로기) 안으로 ▲수㎜ 또는 작은 금속 이물질이 유입됐을 것으로 보고 있다.
이로 인해 금속 이물질에 의한 부분방전이 시작됐고, 이 부분방전이 취약한 스페이서 표면(경년열화, 수분부착)의 절연저항 저하를 가속시켜 절연파괴가 일어났을 가능성이 매우 높다고 설명했다.
또한, 금속 이물질이 유입되지 않았더라고 스페이서의 경년열화 및 수분부착(흡습) 조건 만으로도 스페이서 표면의 절연파괴는 추후 일어날 수 있다고 덧붙였다.
스페이서를 1999년 8월부터 2회 ‘재사용’했고, 증설 시험절차를 제대로 이행하지 않은 점(부분방전 시험 생략) 등이 동 조사과정에서 사고를 유발한 문제점으로 드러났다.
조사단은 변전소 내 고장이 울산산단 입주 기업 등 외부로 파급된 점도 하나의 문제점으로 인식했다.
변전소 내부 시설변경 건설구간에 모선구분 차단기가 설치되지 않아 건설구간으로부터 발생한 고장이 전체 변전소로 확대된 점, 오로지 1개 변전소로부터 1개회선 또는 T분기로 전력을 공급받는 수용가의 경우 계통고장 시 수용가 정전을 막을 수 없는 계통망의 문제 등 용연변전소에 중요 수용가(사업장)가 집중된 전력공급 방식의 문제가 제기됐다.
지경부는 이와 같은 정전원인과 고장유발 문제점을 바탕으로 조사단과 함께 “유사사고 재발방지 대책’을 마련(첨부)하고, 추진과제 19개를 한전에 통보해 이행토록 조치할 계획이며, 관련자에 대해서는 문책하도록 할 계획이다.
지경부는 이 대책을 통해 76만5천 볼트 변전소 4곳과, 원전 및 대규모 화력발전소와 연결된 변전소 및 개폐소 28곳, 산업단지에 전기를 공급하는 15만4천 볼트급 변전소 52곳 등 총 84곳을 지정해 지속적으로 특별관리키로 했다.
한편, 한전은 2011년 12월 6일 정전사고 직전에 울산 용연변전소에서 울산산업단지 등 이 일대 446호에 전기(514.8㎿)를 정상적으로 공급하고 있었으며, 용연변전소 안에서 154㎸ 전선로 측 GIS설비(단로기 및 차단기)를 증설한 후 준공시험을 실시하던 중에 오후 1시59분에 사고가 났다.
사고로 울산산단 입주기업 등 이 일대 457개 사업장(446호)에 전기공급이 중단됐으며, 울산산업단지는 입주사업장 785곳 중 22%인 173곳(162호)이 정전됐고, 그 외의 지역에서는 284곳(호)이 정전피해를 겪었다.
산단공과 한전이 자체 조사한 결과 동 사고로 피해를 입은 기업은 SK에너지 등 모두 20곳이며, 그 피해액은 332억 원으로 추정되고 있다.
한편, 한전은 2011년 12월 6일 정전사고 직전에 울산 용연변전소에서 울산산업단지 등 이 일대 446호에 전기(514.8㎿)를 정상적으로 공급하고 있었으며, 용연변전소 안에서 154㎸ 전선로 측 GIS설비(단로기 및 차단기)를 증설한 후 준공시험을 실시하던 중에 오후 1시59분에 사고가 났다고 해명했다.
울산화력발전소가 공급하는 용연변전소 내의 154㎸ 전선로측 GIS 개폐시설(단로기) 증설작업 및 시험 완료 후, 無부하 가압 중이였다.
가스절연개폐기(Gas Insulated Switchgear)는 고압의 전기를 차단하는 장치로 스위치기어 내부에 전기절연 성능이 우수한 SF6 가스를 주입하고 밀봉한 설비다.
증설시공을 위해 변전소內 2개 모선 중 1개 모선을 휴전하고 1개 모선 만으로 울산산단 등 이 일대에 전력(514.8㎿)을 공급중인 상태였다.
평상시에는 전원공급 신뢰성을 위해 2개 모선으로 운영해 왔다.
정전사고 발생
지난 해 12월 6일 오후 1시59분경, 증설작업 중인 개폐시설(단로기)과 모선이 연결 접속된 스페이서에 절연이 파괴돼 지락(누전)이 최초 발생했다.
스페이서는 가스관의 내부도체를 기계적으로 지지하고, 가스관의 일정구간을 막는 절연칸막이 모선보호 계전기가 설비보호 및 고장확대를 방지하기 위해 0.058 초 만에 변전소 전체의 전기를 차단시킴으로서 이 같은 사고가 발생했다.
사고발생 직후, 휴전 중인 모선(#65BUS)측 접지를 제거하는 조치를 취하는 등 인근 변전소로부터 전기를 공급받기 위한 준비를 완료했고 인근 처용변전소와 용연변전소간 선로를 연결(차단기 투입)해 사고발생 후 9분34초 만에 동 변전소에 전기가 공급됐다.
이후 수용가 측의 전기설비 이상有無를 확인한 후 변전소 모선을 통해 사고발생 후 12~41분 만에 수용가 측에 전기를 공급한 것으로 밝혀졌다.
전원인 분석
스페이서 표면에서 부분방전이 최초 시작, 이 방전이 일정기간 지속되면서 스페이서의 절연성능을 약화시킨 것으로 보인다.
스페이서 표면에서 시작된 부분방전은 절연약화가 절정에 달한 시점에서 큰 전류로 확대됐고 이어 콘덕트 상부 말단인 쉴드쪽으로 이동한 후 大방전과 함께 차단기가 동작해 변전소 전체가 정전됐다.
쉴드는 단로기(개폐기) 내부도체 부품으로서 고정자와 가동자의 전기적 접속점을 말한다.
고장발생 원인 분석
우선 금속 이물질 유입에 의한 가능성이 점쳐지고 있다.
단로기 하부측 스페이서의 연면방전은 금속 이물질에 의해 부분방전이 시작됐으나, 이물질만으로 사고발생 가능성이 낮다는 판단에 따른 것이다.
논문보고 자료에 따르면 금속이물이 스페이서에 부착돼 내부 도체와 4㎜~10㎜이내의 거리일 때 절연파괴전압은 100㎸~250㎸에 이르지만 용연변전소에 가해진 상전압은 92.43㎸에 불과했기 때문에 절연파괴 보다는 부분방전(코로나 방전) 상태로만 존재할 가능성이 높다.
다음으로는 스페이서 수분부착(흡습)에 의한 가능성이다.
수분이 스페이서에 부착될 경우 스페이서 표면저항이 저하돼 상기 절연파괴 전압(100㎸~250㎸)보다 낮은 전압에서도 절연파괴가 일어날 수 있다.
문제의 스페이서는 철거, 보관, 재시공 과정에서 수분이 부착됐을 것으로 추정된다.
이 부분방전에 의해 실리카(SiO2)와 수분(H2O)이 반응할 경우 상호 연쇄반응을 일으켜 절연저항이 낮아진 것으로 판단된다.
이외에 스페이서 표면 손상 및 경년 열화에 의한 가능성도 예상할 수 있다.
이 스페이서는 1999년부터 2회에 걸쳐 재사용되면서 철거 →보관 → 설치가 반복돼 전기적, 기계적 경년열화 진행 가능성을 배제할 수 없다.
이 조건에서 이물질, 스페이서 수분부착(흡습) 등 상기 조건이 중첩되면 단시간에 연면방전으로 진행될 가능성이 높다는 분석이다.
고장원인 분석 결론
스페이서 방전 흔적(tracking)이 사진과 같이 주 트랙킹(main tracking)과 부 트랙킹(sub tracking) 등의 여러 줄기로 형성된다.
스페이서 재활용과 설치상태 변경(수직 스페이서를 수평 스페이서로 활용) 등으로 스페이서에 전기적, 기계적 열화 또는 흡습환경을 제공하게 되고 증설 GIS 단로기 내에 금속이물의 부분방전시작과 취약한 스페이서 표면 절연상태의 저하로 인해 스페이서에서 연면방전이 발생한 것이 사고의 주요 원인일 가능성이 매우 높다.
원인 정밀 조사 재발방지책 착수
정전사고의 원인을 정밀 조사·분석하고, 재발방지 대책을 도출하기 위해 정부합동조사단을 구성해 활동에 착수했다.
이번 고장은 실제 부하를 가하지 않은 상태에서 증설 준공시험 중에 발생했고, 낙뢰 등 외부로부터 고장을 유발할 요인이 유입되지 않았던 점을 고려해 볼 때 사고를 일으킨 요인은 스페이서 재사용, 시공과정 및 절차상의 문제점이 있었기 때문으로 진단하고 있다.
유발요인으로는 ▲ 작은 이물질, 흡습상태를 육안으로 확인하기 어려운 특성이 있었으나, 시공前 육안 검사와 화질이 낮은 내시경으로 이를 검사한 문제 ▲시공 후 상용주파 내전압 시험과 부분방전 시험을 실시하지 않아 사전에 이물질, 절연물의 열화와 손상 등을 파악하지 못한 시험 절차상의 문제 ▲문제의 스페이서는 1999년 8월부터 약 12년 동안 2회에 걸쳐 철거와 보관, 시공을 반복하면서 보관규정과 사전 시험 없이 스페이서를 재활용한 문제 ▲기기 제작사의 시공 감독자(Supervisor)의 역할이 기술지도 수준정도로 명확하지 않아 책임범위에 대한 구체성이 부족한 문제 등이 거론되고 있다.
유사고장 재발방지 대책
전력계통 신뢰도에 영향을 주는 부품 재활용이 금지될 것으로 보인다.
스페이서 등 중요 절연부품은 재활용을 금지, 다만 재사용이 불가피한 일반 절연부품의 경우 사용前後 절연 성능확인을 거쳐야 한다.
관련규정을 개정해 재사용 금지 및 가능 절연부품을 분류하고, 재사용 가능 부품에 대해서는 절연 성능시험 절차와 재사용기간 등의 기준을 마련키로 했다.
아울러 정전 또는 고장파급 시 전력계통 불안정, 환경오염 및 경제적 손실 등 사회적 파장이 큰 중요 변전소의 사고를 예방하기 위해 이를 대상으로 특별 관리를 시행할 방침이다.
특별관리 변전소는 765kV 급 新서산, 新안성, 新가평, 新태백 등 4곳과 원전 및 대단위 유연탄발전소 연계 변전소 및 개폐소 28곳, 154kV 전용선로 4회선 이상인 산업단지 내 변전소 52곳 등 84곳이다.
이들 신설 변전소의 경우 모선구분 차단기 설치기준이 확대돼 산업단지 내 입주기업에 공급하는 154㎸ 전용선로가 3회선을 초과할 경우 변전소에 모선구분 차단기를 설치해 증설시공의 안전성을 강화키로 했다.
한전의 변전설계기준의 모선구분방식 및 상배치기준을 개정했다.
무인 운영변소는 전력예비력 부족 및 기상악화 시 유인근무 체제로 전환된다.
변전소, 송전철탑 등 전력설비별 관리책임제 운영하고, 변전설비 진단 주기 단축(3개월 → 2개월) 등을 실시하게 된다.
울산산업단지 전력공급 계통망도 보강된다.
용연변전소 부하 분산 추진을 위해 인근에 154kV 변전소를 신설(’15.4월)하고 용연변전소와 울산화력발전소간 연결된 154kV 송전선로 1회선을 증설(‘12.6월)키로 했다.
울산산단 전력계통 보강을 위해 345kV 동울산 변전소 건설(’13.12월)과 345kV 신울산과 신온산간 송전선로 2회선을 건설(’13.6월)할 예정이다.
